吸收法净化气态污染物.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章吸收法净化气态污染物,吸收平衡,吸收速率,吸收设备及设计,吸收法应用,吸收是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中,物理溶解度差异,或者,化学反应活性,的不同，将污染物从气相中分离出来的一种方法。,什么叫吸收？,物理吸收：物理溶解度差异,吸收的划分：,用水吸收氨气,用水吸收氯化氢,化学吸收：化学反应活性不同,用,Na,2,CO,3,吸收,SO,2,用稀,H,2,SO,4,吸收,NH,3,8.1,吸收平衡,吸收剂,吸收质,吸收,解吸,氨气水系统,8.1.1,物理吸收平衡亨利定律,当总压不高（一般在,510,5,Pa,）时，在一定温度下，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比。,亨利定律的适用条件,气体近似为理想气体，液体可看成理想液体（稀溶液）；,系统的压力不太高（,一般在,510,5,Pa,），温度为常压或低压；,吸收质在气相中的分子状态与在液相中的相同；,气体组分与液体不起化学反应。,8.1.2,化学吸收平衡,C,A,=A,物理平衡,+A,化学消耗,被吸收组分与溶剂相互作用；,被吸收组分在溶液中离解；,被吸收组分与溶剂中的活性组分作用。,A,（液）,A,（气）,M,+,+N,-,K,被吸收组分在溶液中离解,A,（液）,+B,（液）,A,（气）,M,（液）,K,被吸收组分与溶剂中的活性组分作用,c,B0,活性组分的初始浓度；,x,反应达到平衡后的转化率。,小于,1,气态污染物,A,通过隋性气体,B,运动，用扩散系数,D,AB,表示：,T,绝对温度，,K,；,D,AB,扩散系数，,cm,2,/s,；,M,气体的靡尔质量；,V,气体在沸点下呈液态时的摩尔体积，,cm,3,/mol,；,A,气体的密度，,g/cm,3,。,气体在气相中扩散,修正的吉里兰方程,气体扩散速率实验示意图,液态污染物,A,通过气体,B,的扩散,液态污染物,A,实验中，用水浴维持管子,温度与空气相同,液体表面的下降距离,A1,气体,A,的密度，,g/cm,3,。,L,1,液体的初始速度，,cm,；,L,2,液体的最终速度，,cm,；,p,B1,、,p,B2,分别为,L,1,和,L,2,时的空气分压；,t,变化时间，,s,；,实验测定的气体扩散速率计算式,吸收理论双膜理论,双膜理论,一、,相互接触的气液两相之间存在一稳定的相界面，在相界面两侧分别存在两层滞留膜，即气膜和液膜，气膜以外为气相主体，液膜以外为液相主体。,双膜理论,二、气体的吸收过程：,1,、被吸收组分从气相主体通过气膜边界向气膜移动；,2,、被吸收组分从气膜向相界面移动；,3,、被吸收组分在相界面处溶入液相；,4,、溶入液相的被吸收组分从相界面向液膜移动；,5,、溶入液相的被吸收组分从液膜向液相主体移动。,双膜理论,三、传质阻力,1,、在相界面处，气液处于平衡状态，无传质阻力存在；,2,、在气膜和液膜中，被吸收组分靠扩散作用进行传质，存在气膜阻力和液膜阻力；,3,、在气相主体和液相主体中，各组分充分混合，浓度均一，无浓度梯度，无扩散阻力；,4,、整个过程的传质阻力等于气膜阻力与液膜阻力之和；,5,、传质速率取决于气膜和液膜的分子扩散速率。,物理吸收速率,气膜,N,A,吸收质传质速率，,kmol/(m,2,.s),；,D,AG,吸收质,A,在气相中的分子扩散系数，,kmol/(m.s.Pa),；,Z,G,气膜厚度，,m,。,p,AG,、,p,Ai,分别是吸收质在气相主体和相界面上的分压，,Pa,；,k,AG,以（,p,AG,p,Ai,）为推动力的气相分传质系数，,kmol/(m,2,.s.Pa),。,物理吸收速率,液膜,N,A,吸收质传质速率，,kmol/(m,2,.s),；,D,AL,吸收质,A,在液相中的分子扩散系数，,m,2,/s,；,Z,L,液膜厚度，,m,。,C,AL,、,C,Ai,分别是吸收质在液相主体和相界面处的浓度，,kmol/m,3,；,k,AL,以（,C,Ai,C,AL,）为推动力的液相分传质系数，,m/s,。,c,A,与气相中,A,组分分压成平衡关系的液相中吸收质的摩尔浓度,，,kmol/m,3,；,P,A,*,与液相主体中吸收质浓度成平衡关系的气相虚拟分压，,Pa,；,K,AL,以（,C,A,*,C,AL,）为推动力的气相总传质系数，,kmol/(m,2,.s.Pa),；,K,AG,以（,p,AG,p,A,*,）为推动力的气相总,传质,系数，,kmol/(m,2,.s),。,总传质速率方程,界面浓度的确定,吸收系数,气相总传质系数与气、液相传质分系数之间的关系,液相总传质系数与气、液相传质分系数之间的关系,化学吸收,化学反应对吸收的影响,溶质进入溶剂后因化学反应而消耗，单位体积溶剂能,容纳的溶质量增多，表现在平衡关系上为溶液的平衡,分压降低，从而使吸收推动力增加。,如果反应进行的很快，使气体刚进入气液相界面就被,消耗殆尽，则溶质在液膜中的扩散阻力大大降低，甚,至为零，导致总吸收系数增大，吸收速率提高。,填料表面有一部分液体停滞不动或流动很慢，在物理,吸收中这部分液体往往被溶质饱和不能再进行吸收，,但在化学吸收中，则要吸收多得多的溶质才能达到饱,和。,两分子反应中相界面附近液相内,A,与,B,的浓度分布,伴有化学反应的吸收速率,1,、气膜传质仍可按与物理吸收的模式计算；,2,、在气液相界面上，组分,A,仍处于平衡状态，可用亨利定律来描述；,3,、在液膜中，组分,A,的吸收不同于物理吸收，它一面进行物理扩散，一面进行化学反应，若在液膜中未反应完，还要进一步转移到液相主体中继续进行。,伴有化学反应，组分,A,浓度降低加快，吸收速率大大提高。,伴有化学反应的吸收速率的表达方式：,物理吸收速率：,化学吸收速率：,极快速不可逆反应,AB,气相主体,气膜,液相主体,液膜,相界面,反应面,P/C,极快速不可逆反应,A=B,气相主体,气膜,液相主体,液膜,相界面,反应面,P/C,极快速不可逆反应,AB,气相主体,气膜,液相主体,液膜,相界面,反应面,P/C,反应类型判定,临界浓度,：,适用,适用,适用,8.3,吸收设备与设计,在气体净化中，吸收装置一般有三种：,填料塔,板式塔,湍球塔,酸雾吸收塔,填料塔,填料塔,塔内填料的作用：,提供足够大的传质面积，使气液两相充分接触，同时又不能造成过大的阻力。,填料是填料塔的核心，直接关系到操作性能的好坏。,优点：结构简单，气液接触好，压力损失小。,缺点：当废气中含有悬浮物时，易堵塞，检修费用较高。,填料的基本要求：,1,、较大的比表面积，良好的湿润性能；,2,、较大的空隙率，较小的阻力，较宽的操作范围；,3,、足够的机械强度，重量轻，耐腐蚀；,4,、成本低廉，来源广泛。,个体填料：,拉西环、鲍尔环、阶梯环、矩形环、鞍环等。,组合填料：,波纹环、整砌环等。,散堆填料,聚丙烯阶梯环,拉西环,塑料鲍尔环,金属鲍尔环,个体填料,规整填料,陶瓷波纹填料,斜管蜂窝填料,整砌填料,斜管填料,组合填料,立体弹性填料,分子筛,特别填料,塔壁效应、,“干填料现象”,1,、液体喷淋密度在,10m,3,/cm,2,以上，要求尽量喷淋均匀；,2,、塔径,/,填料尺寸之比大于,8,；,3,、分段时，每段高度在,3,5,米以下，或根据手册推荐来选择（填料不同）；,4,、填料塔空塔气速范围：,0.3,1.5m/s,；,5,、压力损失范围：,0.15,0.60kPa/m,；,6,、液气比范围：,0.5,2.0kg/kg,。,湍球塔,湿流体填料,废气,吸收液,净气,污水,填料小球的基本要求：,质轻，耐磨损，耐高温。（聚乙烯、聚丙烯或发泡聚苯乙烯等塑料制成）,优点：,气流速度高，处理能力大，不易堵塞；,缺点：,小球寿命短，需经常更换，操作费用较大。,板式塔,废气,筛板：开孔率：,6%,25%,空塔气速：,1.0,2.5m/s,气体通过筛板气速：,4.5,12.8m/s,液体流量：,1.5,3.8m,3,/(m,2,.h),压力损失：每块板,0.8,2.0kPa,优点：,处理能力大，压降小，造价低；,缺点：,操作条件要求高，负荷范围窄，小孔易堵塞。,吸收液,净气,污水,塔型选择原则：,物料系统易起泡沫，宜用填料塔；,有悬浮物残渣的物料或易结垢的物料，易用板式塔中大孔径筛板塔，泡罩塔；,高粘性物料，易用填料塔；,腐蚀性物料，易用板式塔中的结构简单的无溢流筛板塔；,对于处理过程是放热的，宜用板式塔。,1,、根据物性：,塔型选择原则：,气膜控制，宜用填料塔，液膜控制，宜用板式塔；,液气比较小时，易用板式塔；,伴有化学反应且反应速度不快时，易用板式塔；,塔径小于,800mm,时，宜用填料塔，塔径较大时，宜用填料塔；,2,、根据操作条件：,吸收剂选择原则：,1,、对污染物具有良好的选择性吸收能力；,2,、在吸收污染物后形成的富液应成为副产品或无污染液体，或更易处理和再利用的物质；,3,、吸收剂的蒸汽压要低，不起泡，热化学稳定性好，粘度低，腐蚀性小；,4,、价廉易得。,吸收工艺配置,1,、烟气除尘；,（,预洗涤装置洗涤塔、文丘里洗涤器）,2,、烟气预冷却；,（换热器降温、烟道直接增湿降温、预洗涤器除尘增湿降温）,3,、解决结垢和堵塞问题；,（严格除尘、控制水分的蒸发量、控制,PH,值、控制液相中易于结晶的组分不要过饱和等；流动床洗涤器；材料选择）,4,、除雾；,（,10,60nm,；水分及气态污染物盐液滴）,5,、气体再加热。,（温度过低“白烟”，烟气抬升不够；循环或尾部燃烧炉）,吸收塔的设计,1,、设计依据,单位时间内处理气体流量；,被吸收组分吸收率或净化后气体浓度；,选择合适的吸收剂；,工艺操作条件。,2,、设计步骤：,吸收塔选择；,确定系统温度、压力；,选择吸收剂；,确定吸收剂用量；,确定吸收设备主要尺寸；,压力损失计算。,最小液气比,物料平衡,相平衡,传质速率方程动力学方程,填料塔的设计,选择吸收剂；,选择填料；,确定控制步骤及传质系数；,确定吸收剂用量；,确定设备主要尺寸；,压力损失计算。,液体,气体,8.4,吸收法的应用,1,、吸收法在烟气脱硫中的应用；,2,、吸收法净化含氮废气；,3,、吸收法净化含氟废气。,喷淋塔,填料塔,湿法烟气脱硫,根据世界卫生组织对,60,个国家,1015,年的监测发现，全球污染最严重的,10,个城市中我国就占了,8,个，我国城市大气中二氧化硫和总悬浮微粒的浓度是世界上最高的。,大气环境符合国家一级标准的不到,1%,，,62%,的城市大气中二氧化硫年日平均浓度超过了,3,级标准（,100mg/m,3,）。,全国酸雨面积已占国土资源的,30%,，每年因酸雨和二氧化硫污染造成的损失高达,1100,亿元。,中国酸雨趋势不容乐观,1997,年下半年，世界银行环境经济专家的一份报告指出：中国环境污染的规模居世界首位，大城市的环境污染状况在目前是世界上最严重的，全球大气污染最严重的,20,个城市中有,10,个在中国。,大气中的二氧化硫和氮氧化物与降水溶合成酸雨，现在中国是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。大气污染严重破坏生态环境和严重危害人体呼吸系统，危害心血管健康，加大癌症发病率，甚至影响人类基因造成遗传疾病。,1990,年,12,月，国务院环委会第,19,次会议通过了,关于控制酸雨发展的意见,1992,年国务院批准在贵州、长沙等九大城市开展征收工业烧煤二氧化硫排污费和酸雨结合防治试点工作,1995,年,8,月，全国人大常委会通过了新修订的,中华人民共和国大气污染防治法,，规定在全国划定酸雨控制区和二氧化硫控制区，并在“两控区”内强化对二氧化硫和酸雨的污染控制,1998,年,1,月，国务院正式批准,酸雨控制区和二氧化硫控制区划分方案,。为了实现两控区的控制目标，国务院文件还具体规定：新建、改造烧煤含硫量大于,1%,的电厂，必须建设脱硫的设施。现有烧煤含硫量大于,1%,的电厂，要在,2010,年前分期分批建成脱硫设施或采取其他相应结果的减排,SO,2,的措施。,我国政府对二氧化硫和酸雨污染的控制及管理措施,烟气脱硫的方法根据物理及化学的基本原理，大体上可分为,吸收法、吸附法、催化法,三种。吸收法是净化烟气中,SO,2,的最重要的且应用最广泛的方法。吸收法烟气脱硫也称为湿法或湿式烟气脱硫。,湿法烟气脱硫的优点是脱硫效率高，设备小，投资省，易操作，易控制，操作稳定，以及占地面积小。,目前常见的湿法烟气脱硫有：,石灰石,/,石灰,石膏法抛弃法、钠洗法、双碱法及氧化镁法等。,湿法烟气脱硫中，,SO,2,和吸收剂的主要化学反应,SO,2,溶于水形成亚硫酸,H,2,O+SO,2,H,2,SO,3,H,+,+HSO,3,-,2H,+,+SO,3,2-,温度升高时，反应平衡向左移动,同水的反应,SO,2,易与碱性物质发生化学反应，形成亚硫酸盐。碱过剩时生成正盐；,SO,2,过剩时形成酸式盐。,2MeOH+SO,2,Me,2,SO,3,+H,2,O,Me,2,SO,3,+SO,2,+H,2,O,2MeHSO,3,Me,2,SO,3,+MeOH,Me,2,SO,4,+H,2,O,亚硫酸盐不稳定，可被烟气中残留的氧气氧化成硫酸盐：,Me,2,SO,3,+1/2O,2,MeSO,4,同碱反应,SO,2,易同弱酸盐反应生成亚硫酸，继之被烟气中的氧气氧化成稳定的硫酸盐。如同石灰石反应：,CaCO,3,+SO,2,+1/2H,2,O CaSO,3,1/2H,2,O+CO,2,2CaSO,3,1/2H,2,O+O,2,+3H,2,O 2CaSO,4,2H,2,O,同弱酸盐反应,SO,2,同氧化剂反应生成,SO,3,：,SO,2,+1/2O,2,SO,3,（,催化剂,）,在催化剂的作用下，可加速,SO,2,氧化成,SO,3,的反应。在水中，,SO,2,经催化剂作用被迅速氧化成,SO,3,，并生成,H,2,SO,4,：,SO,2,+1/2O,2,+H,2,O,H,2,SO,4,(,加热,),同氧化剂反应,金属氧化物，如,MgO,、,ZnO,、,MnO,、,CuO,等，对,SO,2,均有吸收能力，再用加热的方法使吸收剂再生，并得到高浓度的,SO,2,。这里以,MgO,为例加以说明：,MgO+H,2,O,Mg(OH),2,Mg(OH),2,+SO,2,+5H,2,O,MgSO,3,6H,2,O,MgSO,3,6H,2,O,MgSO,3,+6H,2,O,(,加热,),MgSO,3,MgO+SO,2,(,加热,),吸收剂再生后可循环使用，并可回收,SO,2,，达到高浓度的气态,SO,2,。经液化后得到液态,SO,2,。,同金属氧化物的反应,目前二氧化硫减排的主要措施：,1,、,原煤脱硫技术。,可以除去燃煤中大约,40,60,的无机硫。,2,、,优先使用低硫燃料。,如含硫较低的低硫煤和天然气等。,3,、,改进燃煤技术。,减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术，它主要是利用加进石灰石和白云石，与二氧化硫发生反应，生成硫酸钙随灰渣排出。,4,、,烟气脱硫。,目前主要用石灰法，可以除去烟气中,85,90,的二氧化硫气体，脱硫效果好但有时成本较高。例如，在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用，要达电厂总投资的,25,之多。,吸收能力高。,要求对,SO,2,具有较高的吸收能力，以提高吸收速率，减少吸收剂的用量，减少设备体积和降低能耗。,选择性能好。,要求对,SO,2,具有良好的选择性能，对其他组分不吸收或吸收能力很低，确保对,SO,2,具有较高的吸收能力。,挥发性低，无毒，不易燃烧，化学稳定性好，凝固点低，不发泡，易再生，粘度小，比热小。,不腐蚀或腐蚀小，以减少设备投资及维护费用。,来源丰富，容易得到，价格便宜。,便于处理及操作，不易产生二次污染。,湿法烟气脱硫用脱硫剂的要求,Ca O,Ca,（,OH,）,2,CaSO,3,（,1,）湿法烟气脱硫在,燃煤发电厂及中小型燃煤锅炉,上获得广泛的应用，成为当今世界上燃煤发电厂采用的脱硫主导工艺技术。这是由于湿法烟气脱硫效率高、设备小、易控制、占地面积小以及适用于高中低硫煤等。目前，在国内外燃煤发电厂中，湿法烟气硫占总烟气脱硫的,85%,左右，并有逐年增加的趋势。在我国中小型燃煤锅炉中，湿法烟气脱硫占,98%,以上，接近,100%,。,湿法烟气脱硫技术的应用,（,2,）在国内外燃煤发电厂湿法烟气脱硫中，石灰石,/,石灰,石膏法、石灰石,/,石灰,石膏抛弃法烟气脱硫，占烟气脱硫总量的,83%,左右，其中石灰石,/,石灰,石膏法占,45%,以上，并有逐年增加的趋势，而石灰石,/,石灰,石膏抛弃法呈逐年下降的趋势。前者的副产品建筑材料石膏，对环境不造成二次污染。在我国中小型燃煤锅炉上，抛弃法烟气脱硫占主导地位，,SO,2,一般不回收，多以硫酸盐或亚硫酸盐抛弃。,湿法烟气脱硫技术的应用,（,3,）湿法石灰石,/,石灰,石膏烟气脱硫中，由于石灰石来源丰富，价格比石灰低得多，多年来形成了湿法石灰石,石膏烟气脱硫技术，并在国内外燃煤发电厂中获得广泛的应用，其应用量有逐年增加的趋势。,（,4,）湿法石灰石,/,石灰工艺可适用于高中低硫煤种。,（,5,）湿法烟气脱硫技术，尤其是石灰石,/,石灰烟气脱硫技术，除在,燃煤发电厂,获得广泛应用外，在,硫酸工业、钢铁工业、有色冶金工业、石油化工,以及,燃煤工业窑炉,等烟气脱硫中也获得广泛的应用。,湿法烟气脱硫技术的应用,（,6,）美国烟气脱硫工程的基本建设投资费用，占电厂总投资的,1020%,。我国珞璜电厂已运行的,2,台,36,万,KW,机组，湿法石灰石,/,石灰,石膏法烟气脱硫总投资为,2.26,亿元，占电厂同期总投资的,11.15%,，年运行费用为,8319,万元，脱除每吨,SO,2,的费用为,945,元。,可见，削减,SO,2,的排放量，防治大气,SO,2,污染，需要投入大量的资金和人力。因此，实施严格的排放标准，必须以高额的环保投资为代价。,湿法烟气脱硫技术的应用,1,、石灰石,-,石膏湿法,Limestone-Gypsum process,2,、镁法,-Magnesium process,3,、钠法,-Sodium process,4,、氨法,-Ammonium process,5,、海水法,-Sea Water Process,不同烟气脱硫方法的典型工艺流程,石灰法,镁法,钠法,氨法,海水法,加镁石灰法烟气脱硫工艺,由,MgO,和,CaO,根据具体工艺按一定比例配制成脱硫剂，以廉价,CaO,为主要消耗品，又充分利用,MgO,良好的脱硫性能，降低了液气比，同时解决了工艺系统中的结垢问题，实现长期稳定、经济高效的烟气脱硫。系统一般由,脱硫剂制备系统、吸收氧化系统、副产品处理系统、烟气再热系统,和,控制系统,等组成，具体系统配置取决于工程实际情况。加镁石灰法适用于装机容量,50MW,以上，烟气流量,300,000m3/h,以上的机组。,文丘里除尘脱硫,一体化装置,文丘里洗涤器可单独作为除尘器，也可以同时进行除尘脱硫。其脱硫除尘过程，可分为雾化、凝聚反应和分离除尘（脱水或除雾）三个阶段。第一阶段在文丘里管内进行，第三阶段在分离器内进行，第二阶段则在两者内同时进行。,第,9,章吸附法净化气态污染物,气体吸附及吸附剂,吸附平衡及吸附速率,吸附装置及吸附工艺,固定床吸附过程的分析及计算,吸附剂的再生,吸附法的应用,9.1,气体吸附及吸附剂,气体吸附,用多孔固体将气体混合物中的一种或几种组分浓集于固体表面，而与其它组分分离的过程。,吸附剂：多孔固体,吸附质：被吸附到固体表面的物质,吸附法的优点和缺点,优点：,选择性高、分离效果好、净化效率高、设备简单、操作方便、易于实现自动控制等，特别是对于处理低浓度废气非常有效；通过吸附剂的解吸可回收污染物，实现废物资源化。,缺点：,运行和维护成本相对于吸收法较高，压力损失较高。,9.1,气体吸附的分类,物理吸附：,范德华力，单层吸附或多层吸附,化学键力，单层吸附,化学吸附：,物理吸附的特征：,气固间不发生化学反应,对气体无选择性，可吸附所有气体,单分子层吸附和多分子层吸附兼有,吸附过程为放热过程（低温有利于物理吸附）,化学吸附的特征：,明显的选择性,单分子层吸附,放热过程，吸附热大,被吸附分子结构发生变化，活性显著升高,吸附速率随温度的升高而增加,物理吸附与化学吸附比较表,项目,物理吸附,化学吸附,吸附剂,一切固体,某些固体,吸附物,低于临界点的一切气体,某些化学上能与之起反应的气体,温度范围,低温,通常是高温,吸附热,低，与凝聚热相当,高，与反应热相当,速率及活化能,非常快，活化能低,非活性吸附活化能低，活性吸附活化能高,气体分子覆盖情况,多层吸附,单层吸附或不满一层,可逆性,高度可逆,通常不可逆,应用,测量固体表面积、孔隙大小，分离或净化气体和液体,测定表面浓度，吸附解吸速率，估计活性中心面积，固体表面动力学研究,气体吸附过程,9.2,吸附剂,常用工业吸附剂,活性氧化铝硅胶活性炭沸石分子筛,吸附能力强，吸附容量大；,巨大的内表面积和孔隙率；,对不同的气体具有选择性的吸附作用；,较高的机械强度、化学和热稳定性；,良好的再生性能；,颗粒均匀；,来源广泛，造价低廉。,吸附剂的条件,活性碳纤维,工业专用活性炭,水处理活性炭,活性炭,净水椰壳活性炭,椰壳载银炭,山楂壳活性炭,酒类专用炭,针剂用活性炭,汽油脱硫活性炭,活性炭过滤棉,活性炭过滤器,小包变色干燥剂,硅胶干燥剂,蓝色硅胶,啤酒硅胶,食品干燥剂,活矿干燥剂,活性氧化铝干燥剂,石灰干燥剂,氧化钙干燥剂,分子筛,鞋脱臭剂,地毯专用除味保养剂,纺织品专用除味保养剂,日用吸附产品,吸附剂,9.2,吸附平衡与吸附速率,吸附平衡的概念：,吸附速率,=,脱附速率,平衡吸附量：,静态吸附量、静活性,吸附平衡关系：,平衡吸附量与吸附质在流体中浓度,及温度之间的关系。,吸附等温式：,朗格缪尔吸附等温式,弗伦得利希吸附等温式,BET,方程,吸附剂对吸附质的吸附极限量,吸附的基本概念,吸附容量,静活性,动活性,一定温度压力条件下，单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量（,%,，,kg,吸附质,/kg,吸附剂）,吸附能力的标志,一定温度压力条件下，达到平衡时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量，即平衡吸附量,取决于温度、吸附质的浓度或分压,一定温度压力条件下，将气体混合物通过吸附床层，吸附质被吸附，当吸附一时间后，当从吸附剂床层流出吸附质时，床层失效，此时单位质量吸附剂上所吸附的吸附质的量,与温度、吸附质的浓度或分压、操作条件有关,朗格缪尔（,Langmuir,）方程式,A,饱和吸附量；,K,吸附、解吸常数之比；,吸附剂表面覆盖率；,P,气体压力；,V,气体压力为,P,A,时气体在标准状态下的体积；,Vm,吸附剂被覆盖满一层时气体在标准状态下,的体积。,物理吸附，兼有化学吸附,弗罗德里希（,Freundlich,）方程式,X,T,被吸附质质量与吸附剂质量之比；,P,A,被吸附组分在气相中的平衡分压，,Pa,；,B,、,n,经验常数。,P,0,在吸附温度下吸附质的饱和蒸气压，,Pa,；,BET,（,Brunauer,、,Emmett,、,Teller,）方程式,物理吸附，多层吸附,型：微孔填充特征,型：多相基质上不受限制的多层吸附,型：吸附剂与吸附质之间的作用微弱,型：具有滞后回线,型：具有滞后回线且吸附剂与吸附质之间的作用微弱,型：均匀基质上的惰性气体分子分阶段多层吸附,吸附等温线,型：,80K,下,N,2,在活性炭上的吸附；,型：,78K,下,N,2,在硅胶上的吸附；,型：,351K,下溴在硅胶上的吸附；,型：,323K,下苯在,FeO,上的吸附；,型：,373K,下水蒸气在活性炭上的吸附；,型：惰性气体分子分阶段多层吸附。,SO,2,在硅胶上的吸附等温线,NH,3,在活性炭上的吸附等温线,二氧化碳在活性炭上的吸附等温线,吸附过程,吸附质从气流主体穿过颗粒周围气流扩散至外表面；,吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面；,吸附质在内表面被吸附；,吸附质从内表面脱附；,吸附质由吸附剂微孔表面经微孔扩散至外表面；,吸附质从外表面扩散至气流主体穿过颗粒周围气流。,吸附过程,两种浓度曲线,吸附速率,dq,A,dt,时间内吸附质扩散到吸附剂表面的质量，,kg/,m,3,；,k,y,外扩散吸附系数，,kg/(m,3,.s),；,a,p,单位吸附剂的吸附表面积，,m,2,/m,3,；,Y,A,、,Y,As,吸附质在气相中和吸附剂外表面上的浓度质量分数。,k,x,内扩散吸附系数，,kg/(m,3,.s),；,X,A,、,X,As,吸附质在气相中和吸附剂外表面上的浓度质量分数。,外扩散速率,内扩散速率,总速率方程,分吸附系数与总吸附系数间的关系：,内扩散控制,外扩散控制,影响气体吸附的因素,比表面积，,m,2,/g,；,f,单位体积气体铺成单分子层时所占的面,积，,m,2,/mL,；,N,0,阿佛加德罗常数；,A,吸附质分子的横截面积，,m,2,；,V,m,吸附剂表面单层分子铺满时的气体体,积，,mL,；,W,吸附剂的重量，,g,。,操作条件：,温度、压力,吸附质的性质：,孔隙率、孔径、粒度、比表面积、吸附质的分,子量、沸点、饱和性,吸附剂的活性：,静活性、动活性,9.3,吸附装置及吸附工艺,吸附装置,移动床吸附器,固定床吸附器,流化床吸附器,回转床吸附器,固定床吸附器,移动床吸附器,流化床吸附器,变压吸附设备,变压吸附设备是指采用分子筛为吸附剂，通过压力的变化，利用空气中氧气、氮气在分子筛表面吸附量的差异达到氧、氮分离的目的。由于变压吸附属于常温空气分离，因此具有能耗低、启动速度快（,30,分钟即可达到要求）、自动化程度高、结构紧凑、占地面积小、一次投资少等特点。变压吸附制氧纯度可达,93%,，变压吸附制氮纯度可达,98%,至,99.99%,，适用于对使用纯度要求不高的冶金、化工等行业。,变压吸附制氮,PSA,制氮机,环已烷吸附设备,活性炭纤维有机废气高效吸附装置,本发明巧妙地将一次吸附后的尾气收集起来，处理后用作二次吸附的气源或干燥风。使得活性炭纤维吸附装置的多次吸附成为可能，也就是说达到苛刻的国家排放标准成为可能。,活性炭纤维有机废气吸附装置专用密封装置,二氯甲烷吸附回收装置,吸附工艺,吸附流程,移动床吸附流程,固定床吸附流程,流化床吸附流程,半连续式固定床吸附流程,移动床吸附工艺流程图,连续式流化床吸附工艺流程图,9.4,固定床吸附过程的分析及计算,固定床吸附的分析,吸附负荷曲线,穿透曲线,传质区高度,z,X,e,X,0,z,X,e,X,0,z,X,e,X,0,z,X,e,X,0,z,X,e,X,0,Y,e,Y,0,固定床吸附的分析,吸附负荷曲线,横坐标：床层离进口端的长度,纵坐标：床层中的吸附负荷量,穿透曲线,横坐标：床层离进口端的长度,纵坐标：床层中的吸附负荷量,传质区高度,穿透时间 所对应的浓度 （流出物吸附质）到干点时间,所对应的浓度 区间内传质前沿或穿透曲线在轴上的长度,影响穿透曲线的因素,吸附质浓度,吸附质分子量,吸附剂颗粒大小,吸附剂使用程度,吸附剂种类及吸附质的差异,穿透曲线形状：陡,-,吸附过程速率快,平缓,-,吸附过程速率慢,当曲线为一竖立直线时，则是理想的吸附波,固定床吸附器内的浓度分布,理想穿透曲线,吸附区高度的计算,穿透曲线法,气相中吸附质的浓度低,等温吸附，吸附等温线是线性的,传质区高度远小于吸附器高度,希洛夫近似法,吸附速率无穷大，吸附质进入后立即被吸附,到达破点时，吸附床层即达到饱和,固定床吸附器的设计计算,设计依据,吸附器的确定,吸附剂的选择,横截面积计算,吸附区高度计算,吸附剂用量计算,吸附周期确定,固定床压力损失计算,9.5,吸附剂的再生,吸附剂的再生,加热再生,降压或真空解吸再生,置换再生,溶剂萃取再生,通气吹扫再生,化学再生,几种活性炭再生方法的原理和特点,加热再生法,饱和活性炭的干燥阶段,吸附物质的焙烧阶段,炭化有机物的活性化阶段,加热再生新技术,微波辐照再生法,高频脉冲再生法,强制放电再生法,几种活性炭再生方法的原理和特点,湿式氧化再生法,超声波再生法,超临界二氧化碳萃取再生法,9.6,吸附法的应用,吸附法净化硫氧化物,吸附法净化氮氧化物,吸附法净化碳氢化合物,吸附法目前的应用前景,（,1,）硝酸生产尾气、烟道气、石灰窑气等各种工业废气中的,NOx,硝酸生产过程中要排放大量的硝酸尾气，其中含有,NOx,。,NOx,不仅对人类、生物有剧毒，而且导致光化学烟雾的生成，其危害极大。我国现有硝酸生产工厂,50,多家，硝酸尾气中,NOx,的浓度一般为,500,5000 ppm,，每年排入大气的,NOx,（以,NO2,计）约为,6,万吨。如果能回收这些,NOx,，不仅控制了对环境的污染，同时可以增产硝酸，降低生产成本。,硝酸尾气的吸附法回收治理研究表明，净化气中,NOx,浓度可控制在低于,0.02%,，对应尾气中,NOx,浓度从,0.04%,到,0.8%,，回收气中,NOx,浓度变化范围可从,0.8%,至,5%,，可以返回系统生产硝酸。,对石灰窑气等废气中氮氧化物的脱除技术，对烟道气中氮氧化物的脱除，根据烟道气组成采用吸附法与其他化学技术处理法可有效控制氮氧化物的排放量。,（,2,）黄磷尾气净化和从黄磷尾气中提纯一氧化碳,我国每年生产黄磷,40,万吨，生产过程中每生产一吨黄磷会产生,2500Nm3,尾气，每年产生的尾气量达,10,亿,Nm3,，其主要成份为一氧化碳（约,85%,90%,），,CO,是一种易燃易爆有毒的气体，尾气中含有的,P,、,S,、,As,、,F,等及其化合物的有毒组分未经处理排放到大气中也将严重污染环境；同时,CO,又是一种重要的碳一化工原料，尾气中含有的,P,、,S,、,As,等易使催化剂中毒，所以有效处理黄磷尾气具有非常重要的意义。近年来，国内外在净化黄磷尾气和开发黄磷尾气领域已开展了较多工作，取得了可循环操作的吸附净化流程，并结合,CO,提纯专有技术，已生产出采用吸附法从黄磷尾气净化并提纯,CO,的工业装置。,（,3,）二氧化硫的控制,硫氧化物主要是二氧化硫,目前控制的主要方法有：高烟囱稀释法、采用低硫燃料、排放废气脱硫等，近年在采用干法（吸附剂吸附法）、湿法脱硫技术领域开展了较多研究，工业化应用已很成熟。吸附法脱除废气中的,SO2,又分为物理吸附法和化学吸附法，物理吸附时被选择性吸收的,SO2,可通过升温或降压解吸出来，化学吸附时吸附剂同时起催化作用，被吸附的,SO2,被废气中的氧氧化成,SO3,，后者在与水生成硫酸。,（,4,）含三氯乙烯、三氯乙烷等卤代烃的排放废气净化,含卤代烃的废气净化目前较为成熟的技术是溶剂吸收或吸附法处理，如：,（,1,）彩色显象管生产线清洗阴罩时挥发的三氯乙烷气体刺激人体粘膜，长期接触能使运动神经系统受损，无论从环境保护还是降低生产成本来看都必须回收利用。活性炭纤维回收三氯乙烷，避免了环境污染，使用效果良好。,（,2,）在工业上应用很广的三氯乙烯，是对人体和环境都有较大危害的有毒污染物，含三氯乙烯工业废气排放前必须脱除其中超标含量的,TCE,，应用吸附法可有效控制排放尾气中三氯乙烯含量并回收其中的三氯乙烯。,（,5,）含高沸点有机物的尾气净化,采用吸附法净化、回收排放尾气中的有机组份的工业应用是比较成功的，采用的通常流程为吸附或变压吸附流程，既可有效脱除有机污染物又可回收有用组份。根据大量实验研究，采用吸附技术很好地解决含高沸点有机物的尾气净化，如苯、萘等的脱除。,（,6,）排放气中一氧化碳的脱除,CO,是一种易燃易爆有毒的气体，未经处理排放到大气中将严重污染环境，所以严格控制排放气中,CO,含量是非常有意义。目前，国内北京大学开发的,13X,分子筛载体的,Cu,（,I,）吸附剂、南京化工大学开发的稀土复合铜（,I,）吸附剂都是很好的,CO,吸附剂。实验表明，采用吸附技术脱除,CO,是一种有效的手段，排放气中的,CO,可控制在,1ppm,以内。,（,7,）含氟排放废气的净化,含氟,(,主要为,HF,和,SiF4),废气数量虽然不如硫氧化物和氮氧化物大，但其毒性较大，对人体的危害比,SO2,大,20,倍，因此工业生产排放气必须控制含氟化合物的排放量。目前，,HF,回收通常生产冰晶石，尽管从理论上可采用吸附法结合其他化学法处理含氟废气，但目前国内应用吸附回收含氟排放废气的工业装置尚未见报道。,（,8,）从富含甲烷气源中浓缩、回收甲烷,矿井瓦斯是在采煤过程中产生的，瓦斯气中含有,25,45,的甲烷及其它一些组份，其热值仅,2500kcal/m3,左右，难以利用，通常排入大气，以致污染环境。我国每年约有,30,亿,m3,瓦斯放空。因此有效利用矿井瓦斯已成为一个热门课题。采用吸附技术从矿井瓦斯中浓缩甲烷的实验研究，可以把甲烷浓度从,20%,提高到,50,95,，浓缩后的富甲烷气热值明显提高，可以作为优质燃料和化工原料。,（,9,）工业二氧化碳排放的控制,近年来，由于,CO2,排放量增加（每年以二氧化碳形式放入大气中的碳约为,50,亿吨），大气中二氧化碳已从工业污染时代的,270ppm,上升到近,500ppm,，大量二氧化碳在大气中的积聚引发全球的温室效应已经引起了人类的重视。从含,CO2,浓度较高的排放废气中回收,CO2,既解决了环境问题，又回收了有用组份，减少了资源浪费。,从富含二氧化碳的工业废气中回收二氧化碳这些工业废气主要有：石灰窑气（含二氧化碳,28%,38%,）、制氨和制氢装置副产气（含二氧化碳,28%,99%,）、烟道废气（含二氧化碳,10%,18%,）及脱碳再生气等。通过提纯，产品二氧化碳的纯度可达,99.5,99.99%,，指标均可达到或超过二氧化碳食品添加剂国家标准。,