1、第十章 吸附法净化气态污染物 吸附的概念：吸附的概念：是一种固体表面现象，利用多孔性固体吸附剂处理气体混合物，使其中所含的一种或数种气体组分吸附于固体表面上，以达到气固分离的单元操作过程。吸附的特点：吸附的特点：选择性高、分离效果好、净化效率高、设备简单、操作方便、能分离其它过程难以分离的混合物，可有效分离浓度很低的有害物质，易实现自动控制。10、1吸附和吸附剂 10、1、1吸附的分类及特点 物理吸附：靠分子力1、吸附的分类 化学吸附：靠化学键2、物理吸附与化学吸附的比较（教材P163表9-1）注意：两种吸附既有区别，也有联系（？）也有联系（？）产生的吸附产生的吸附10、1吸附和吸附剂 10、
2、1、2吸附剂1、吸附剂 的选取原则（1）吸附能力强，吸附容量吸附容量大（吸附容量：指在一定的温度、吸附质浓度下，单位质量或单位 体积吸附剂所能吸附的最大量）；（2）具有大的比表面积和孔隙率；（3）具有有良好的选择 性（4）机械强度、化学稳定性、热稳定性良好，使用寿命长（5）颗粒均匀；（6）再生容易；（7）价格低廉易得。10、1吸附和吸附剂2、工业吸附剂（1）活性氧化铝（2）活性碳）活性碳（3）硅胶（4）分子筛10、2吸附平衡与吸附速率 10、2、1吸附平衡1、两个概念（1）平衡吸附量（静态吸附量或静活性）：在一定的温度下，与气相中吸附质的初始浓度成平衡时的最大吸附量，一般用单位 质量吸附剂在吸
3、附平衡时所能吸附的吸附质质量来表示，表示固体吸附剂对气体吸附量的极限，以am表示。（2）动活性：气体通过吸附层时，随着床层吸附剂的逐渐接近饱和，吸附质最终不能被全部吸附，当流出气体中可能出现吸附质时，我们认为吸附剂已失效，此时计算出来的单位吸附剂所吸收吸附质的量称为动活性。显然：动活性静活性动活性静活性10、2吸附平衡与吸附速率 2、吸附等温线和吸附等温式（1）吸附等温线：在同一温度同一温度下，以某种吸附剂在不同的压力下对某种吸附质的平衡吸附量平衡吸附量对压力压力作图可得吸附等温线。（2）吸附等温式：用公式来表示吸附等温线时即得到吸附等温式。吸附等温式有以下几种：朗格缪尔（Langmuir）式
4、、弗伦得利希（Frndlich）式、捷姆全 TemkuH）式、BET方程等。其中最常用的是朗格缪尔（Langmuir）等温式。10、2吸附平衡与吸附速率 3、朗格缪尔吸附等温式（1）存在的条件：吸附是单分子层的；固体表面是均匀的，固体表面上各晶格位置的吸附能力是相同的，吸附热为常数；被吸附在固体表面的分子之间没有作用力；吸附平衡是动态平衡。10、2吸附平衡与吸附速率（2）朗格缪尔吸附速率方程（单一组分）式中：A 覆盖率；ka，kd吸附速率和解吸速率；PA吸附物的分压（3）朗格缪尔吸附等温方程（单一组分）式中：AdAAakPkr)1(dakkKAAAKPKP110、2吸附平衡与吸附速率 或式中：
5、V，Vm吸附组分为PA时的吸附量；Vm吸附组分为PA时的最大吸附量 对多种组分同时被吸附的体系，用i表示i组分的覆盖率，可得多组分吸附的朗格缪尔等温方程由上式可以看出，多组分吸附时，存在吸附竞争。由上式可以看出，多组分吸附时，存在吸附竞争。AAmKPKPVV1niiiiiiPKPK110、2吸附平衡与吸附速率2、吸附过程 气气流流主主体体边边界界层层固体固体外表面外表面固体固体内表面内表面吸附解吸微孔吸附质吸附质吸附质吸附质外扩散内扩散10、2吸附平衡与吸附速率3、总传质速率方程（注意理解！注意理解！）式中：Ky，Kx气相和吸附相总传质系数，由经验式求得；p吸附剂颗粒的外表面积，m2/m3；Y
6、A，XA吸附质A在气相和固体吸附剂内表面的比质量浓度，（kg吸附质）/（kg载气），（kg吸附质）/（kg吸附剂）；YA*，XA*吸附平衡时气相和吸附相中吸附质A的浓度，（kg吸附质）/（kg载气），（kg吸附质）/（kg吸附剂）。公式的意义：理解吸附过程的机理和影响因素，为吸附装置及公式的意义：理解吸附过程的机理和影响因素，为吸附装置及工艺的设计提供理论依据。工艺的设计提供理论依据。)()(*AApxAAPyAXXKYYKddq10、3吸附装置及工艺 10、3、1吸附装置1、固定床吸附器2、回转吸附器3、流动床吸附器 10、3、2吸附工艺1、一般吸附工艺2、变压吸附工艺（PSA）有机气态污染
7、物固定床吸附有机气态污染物固定床吸附工艺流程（一般吸附工艺）工艺流程（一般吸附工艺）变压吸附工艺流程变压吸附工艺流程1、2、净化气；3、蒸汽 4、固定床 5、废气 6、冷凝器 7、分离器 8、吸附质 9、冷凝水1、固定床 2、压缩机 3、冷却器 4、分离器 5、产品气柜10、4固定床吸附过程的计算 10、4、1固定床吸附过程的分析1、吸附负荷曲线 在流动状态下，流动相中的吸附质沿床层不同高度的浓度变化曲线，或吸附剂中所吸附的吸附质，沿床层不同高度的变化曲线称为负荷曲线。XeX 0z（1）传质区、吸附波（传质波、传质前沿）:在吸附床中，平衡区与未用区之间的吸附质负荷变化形成的S形曲线所占的区域称
8、为传质区，S形曲线称为吸附波（或传质波、传质前沿）。（2 2）穿透现象：）穿透现象：当吸附波的前沿刚到床层的出口端时称为穿透现象。3、传质区高度 一般把由透过时间透过时间B对应的溶质浓度cB到干点时干点时间间E对应的溶液质浓度对应的溶液质浓度cE这段区间内传质前沿或透过曲线在Z轴上所占据的长度称为传质区高度。（非理论上的传质区高度）4、吸附饱和率和剩余饱和吸附能力分率（1）吸附饱和率：在传质区内，吸附剂 实际吸附的溶质量与吸附剂达到饱和时吸附的总溶质量之比。（2）剩余饱和吸附能力分率：吸附剂仍具有的吸附容量与吸附剂饱和时吸附的总溶质量之比。10、4固定床吸附过程的计算 5、影响穿透曲线的因素（
9、1）吸附质浓度：与吸附速率成正相关（2）吸附质分子量：对有机蒸汽，吸附质分子量与吸附速率成正相关（3）吸附剂颗粒大小：与吸附速率成反相关（4）吸附剂使用程度：与吸附速率成反相关（5）吸附剂种类：种类不同吸附速率不同 10、4、2固定床吸附器计算1、穿透曲线法（1）有关假设：气相中吸附质的浓度低吸附过程 在等温下进行吸附等温线是线性的，即传质区的位置在变，但高度不变传质区高度与吸附剂床层高度相比要小得多注：这些条件在工业上一般能满足。注：这些条件在工业上一般能满足。（2）传质区高度的确定 式中：Za传质区高度；Z整个床层的高度；a当传质区向下移动的距离刚好等于Za时所需要的时间；E传质区形成和移
10、出床层所需的时间之和；f指传质区内仍具有吸附能力的面积的比例。aEaafZZ1（3）传质区内饱和度的计算（破点出现时）式中：S饱和度；其它符号同（2）。ZfZZSa（4）传质区内传质单元数的计算 式中：Nog传质单元数；Za传质区高度；Gs气体通过床层的质量流速，kg载气/m2.h；Ky气相传质系数；p吸附剂颗粒的外表面积，m2/m3；Hog传质单元高度。ogapysaogHZKGZN)()1/(Szfza2、固定床穿透时间的计算希洛夫方程（1）有关的假设：传质阻力为零，吸附速率 为无穷大。传质区高度为无穷小；吸附剂床层达到透过点时全部处于饱和状态，即饱和度为1。Kzzcmb010、4固定床吸
11、附过程的计算（3）实际操作时间或式中：m持续时间损失；B实际操作时间；Zm与持续作用时间损失对应的“吸附床层的高度损失”，即没有起吸附作用的死层，其它参数同前。mbB)(mBZZK52.2018,046.03102.01091.03KmZZKZKZZK：、mmmmB解得由希洛夫方程得解)/(74.841022052.20183300吸附剂吸附质故有又mkgCKaCaKmm度即为固定床吸附器的高解得得时当故希洛夫方程为mZZ，hZBB23.12400046.052.2018min240040046.052.2018mQDDQ03.114.32060100046044602故又kgaWbm9.44
12、545074.8010240100010240100033所需吸附剂用量为 3、经验计算法 在缺乏有关理论计算所需参数的情况下，可采用此法：（1）计算思路：用生产或是实验室测得的吸附剂的吸附容量值来估算所需吸附剂的容量；根据实测吸附剂的平均吸附量，用物料衡法来估算每次间歇操作的持续时间（2）实际操作时间的计算公式 式中：按吸附层截面计算的气流速率，m/s；A吸附层截面积，；c1废气的初始浓度；c2出吸附器净气的浓度；B实际操作时间；W吸附剂的质量，kg；R1再生后吸附剂中仍然残存的吸附质的百分数；R2吸附终了时吸附剂中的吸附质的百分数。)()(2112ccARRWB10、5 吸附剂再生方法吸附
13、剂再生方法10、6 吸附净化法的应用吸附净化法的应用10、6、1 吸附法净化NOx1、一般活性碳法2、COFZA法10、6、2吸附法净化CxHy含溶剂的废气含溶剂的废气预处理部分再生吸附溶剂回收10、6、3吸附法净化SO2 物理吸附1、吸附 化学吸附2、再生SO2SO2*O2 O2*H2O H2O*2SO2*+O2*2SO3*2SO3*+2H2O 2H2SO4*H2SO4*+n H2O H2SO4 n H2O*洗涤再生加热再生微波再生第十一章 废气净化系统 废气净化系统：废气净化系统：指利用各种治理技术及设备把废气中的污染物质分离出来或转化成无害物质的整个过程体系。主要包括收集、输送、净化、引
14、曳设备和排气烟囱五部分。11、1废气净化系统的组成1 1、废气净化系统的组成、废气净化系统的组成2 2、废气净化系统各部分的设计内容、废气净化系统各部分的设计内容（1 1）废气收集装置（集气罩）的设计：）废气收集装置（集气罩）的设计：包括罩子的包括罩子的结构形式、尺寸、安装位置结构形式、尺寸、安装位置（2 2）管道设计：）管道设计：包括管径大小、管道压力损失、管包括管径大小、管道压力损失、管道布置等，需用水力学计算知识道布置等，需用水力学计算知识（3 3）净化设备设计或选型：）净化设备设计或选型：参照前面介绍的除尘设参照前面介绍的除尘设计或选型和废气净化设计计或选型和废气净化设计（4 4）风机
15、选择：根据系统的压力降及处理废气量选）风机选择：根据系统的压力降及处理废气量选择择（5 5）排气筒设计：见第二章相关部分）排气筒设计：见第二章相关部分 3 3、废气净化系统的设计程序、废气净化系统的设计程序（1 1）基础资料调查）基础资料调查生产工艺调查生产工艺调查污染源调查污染源调查背景资料调查背景资料调查技术经济资料调查技术经济资料调查（2 2）技术设计：确定污染源的排放参数、）技术设计：确定污染源的排放参数、废气净化废气净化方案（核心）方案（核心），净化设备的设计计算，管道风机的，净化设备的设计计算，管道风机的选型设计，整个净化系统的技术经济分析，设计图选型设计，整个净化系统的技术经济分析，设计图绘制，工程概算绘制，工程概算（3）施工图设计：主要包括净化系统的平面图、立）施工图设计：主要包括净化系统的平面图、立面图、轴侧图、设备的总装图、零部件加工图面图、轴侧图、设备的总装图、零部件加工图
