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有机废气吸附设计与计算 基本原理 1、吸附原理 当两相组成一个体系时，其组成在相界面与相内部是不同的，处在；两相界面处的成分产生了积蓄（浓缩），这种现象称为吸附。吸附处理废气时，吸附的对象是气态污染物，被吸附的气体组分称为吸附质，吸附气体组分的物质称为吸附剂。 使已被吸附的组分从达到饱和的吸附剂析出，吸附剂得以再生的操作称为脱附。即被吸附于界面的物质在一定条件下，离开界面重新进入体相的过程，也成解吸。而当吸附进行一段时间后，由于表面吸附质的浓集，使其吸附能力明显下降而不能满足吸附净化的要求，此时需要采用一定的措施是吸附剂上已吸附的吸附质脱附，恢复吸附剂的吸附能力，这个过程成为吸附剂的再生。因此，在实际工作中，正式利用吸附剂的吸附—再生—吸附的循环过程，达到除去废气中污染物质并回收废气中有用组分的目的。 脱附过程是在吸附剂结构不变化或者变化极小的情况下，将吸附质从吸附剂孔隙中除去，恢复它的吸附能力。通过再生使用，可以降低处理成本，减少废渣排放量，同时回收吸附质。被吸附的组分重新释放，释放的气体浓度高于原混合气的浓度。促进解吸的条件有：（1）提高温度（热再生；（2）抽真空以降低压力（变压解吸附）；（3）降低吸附剂周围组分的浓度（空气吹扫）。 2、吸附机理 吸附和脱附互为可逆过程。当用新鲜的吸附剂吸附气体中的吸附质时，由于吸附剂表面没有吸附质，因此也就没有吸附质的脱附。但随着吸附的进行，吸附剂表面上的吸附质逐渐增多，也就出现了吸附质的脱附，且随着时间的推移，脱附速度不断增大。但从宏观上看，同一时间吸附质的吸附量仍大于脱附量，所以过程的总趋势认为是吸附。当同一时间吸附质的吸附量与脱附量相等时，吸附和脱附达到动态平衡，此时称为达到吸附平衡。平衡时，吸附质在流体中的浓度和在吸附剂表面上的浓度不再变化，从宏观上看，吸附过程停止。平衡时的吸附质在流体中的浓度称为平衡浓度，在吸附剂中的浓度称为平衡吸附量。 当吸附质与吸附剂长时间接触后，终将达到吸附平衡。吸附平衡量是吸附剂对吸附质的极限吸附量，亦称静吸附量分数或经活性分数，用表示，无量纲。它是设计和生产中十分重要的参数。吸附平衡时，吸附质在气、固两相中的浓度关系，一般用吸附等温线表示。吸附等温线通常根据实验数据绘制，也常用各种经验方程式来表示。 3、吸附量 吸附量是指在一定条件下单位质量的吸附剂上所吸附的吸附质的量，通常以kg吸附质/kg吸附剂或质量分数表示，它是吸附剂所具有吸附能力的标志。在工业上吸附量称为吸附剂的活性。 吸附剂的活性有两种表示方法： （1）吸附剂的静活性 在一定条件下，达到平衡时吸附剂的平衡吸附量即为其静活性。对一定的吸附体系，静活性只取决于吸附温度和吸附质的浓度或分压。 （2）吸附剂的动活性 在一定的操作条件下，将气体混合物通过吸附床层，吸附质被吸附，当吸附一段时间后，从吸附剂层流出的汽提开始发现吸附质（或其浓度达到依规定的允许值）时，认为床层失败，此时吸附剂吸附的吸附质的量称为吸附剂的动活性。动活性除与吸附剂和吸附质的特性有关外，还与温度、浓度及操作条件有关。吸附剂的动活性值是吸附系统设计的主要依据。 二、吸附器选择的设计计算 1、吸附器的确定 对吸附器的基本要求： （1）具有足够的过气段面和停留时间 （2）良好的气流分布 （3）预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质 （4）能够有效地控制和调节吸附操作温度 （5）易于更换吸附剂 吸附工艺选用固定床吸附器。基本运行参数如下： 处理风量：40000m3/h 有机废气组分： 甲苯800 mg/ m 3，丙酮134 mg/ m 3，乙酸乙酯395 mg/ m 3 材料：钢板δ=4 压降：常压 数量：两台并联，脱附吸附交替运行 2、吸附剂的选择 如何选择、使用和评价吸附剂，是吸附操作中必须解决的首要问题。一切固体物质的表面，对于流体的表面都具有物理吸附的作用，但合乎工业要求的吸附剂则应具备以下一些要求： （1）具有大的比表面积 （2）具有良好的选择性吸附作用 （3）吸附容量大 （4）具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸 （5）有足够的热稳定性及化学稳定性 （6）有良好的再生性能 （7）吸附剂的来源广泛、造价低廉 本设计采用活性炭纤维做吸附剂，活性炭纤维是常用吸附剂的一种。活性炭纤维对吸附质的吸附主要取决于表面的物理结构和化学结构，活性炭纤维以其表面大量的不饱和碳构筑成了独特的吸附结构，它是一种典型的微孔碳，其含有的许多不规则结构（杂环结构）或含有表面官能团的结构，具有极大的表面积，也就造成了微孔相对孔壁分子共同作用形成强大的分子场，提供一个吸附总分子物理和化学变化的高压体系。活性炭纤维不含有大孔，其微孔占大多数，当微孔与分子尺寸大小相当时，在范德华力作