有機(jī)廢氣設(shè)備吸附設(shè)計(jì)計(jì)算及活性炭活性再生計(jì)算

 

基本原理

 

1、吸附原理

 

當(dāng)兩相組成一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，其組成在相界面與相內(nèi)部是不同的，處在；兩相界面處的成分產(chǎn)生了積儲(chǔ)（濃縮），這種現(xiàn)象稱(chēng)為吸附。吸附處理廢氣時(shí)，吸附的對(duì)象是氣態(tài)污染物，被吸附的氣體組分稱(chēng)為吸附質(zhì)，吸附氣體組分的物質(zhì)稱(chēng)為吸附劑。

 

使已被吸附的組分從抵達(dá)飽滿(mǎn)的吸附劑分出，吸附劑得以再生的操作稱(chēng)為脫附。即被吸附于界面的物質(zhì)在必定條件下，脫離界面從頭進(jìn)入體相的過(guò)程，也成解吸。而當(dāng)吸附進(jìn)行一段時(shí)刻后，因?yàn)橥獗砦劫|(zhì)的濃集，使其吸附才能顯著下降而不能滿(mǎn)意吸附凈化的要求，此刻需求選用必定的辦法是吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)脫附，康復(fù)吸附劑的吸附才能，這個(gè)過(guò)程成為吸附劑的再生。因而，在實(shí)踐工作中，正式運(yùn)用吸附劑的吸附—再生—吸附的循環(huán)過(guò)程，抵達(dá)除掉廢氣中污染物質(zhì)并收回廢氣中有用組分的意圖。

 

脫附過(guò)程是在吸附劑結(jié)構(gòu)不改變或許改變極小的情況下，將吸附質(zhì)從吸附劑孔隙中除掉，康復(fù)它的吸附才能。經(jīng)過(guò)再生運(yùn)用，能夠下降處理本錢(qián)，削減廢渣排放量，一起收回吸附質(zhì)。被吸附的組分從頭開(kāi)釋?zhuān)_(kāi)釋的氣體濃度高于原混合氣的濃度。促進(jìn)解吸的條件有：（1）進(jìn)步溫度（熱再生；（2）抽真空以下降壓力（變壓解吸附）；（3）下降吸附劑周?chē)M分的濃度（空氣吹掃）。

 

2、吸附機(jī)理

 

吸贊同脫附互為可逆過(guò)程。當(dāng)用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質(zhì)時(shí)，因?yàn)槲絼┩獗頉](méi)有吸附質(zhì)，因而也就沒(méi)有吸附質(zhì)的脫附。但跟著吸附的進(jìn)行，吸附劑外表上的吸附質(zhì)逐步增多，也就呈現(xiàn)了吸附質(zhì)的脫附，且跟著時(shí)刻的推移，脫附速度不斷增***。但從微觀上看，同一時(shí)刻吸附質(zhì)的吸附量仍***于脫附量，所以過(guò)程的總趨勢(shì)以為是吸附。當(dāng)同一時(shí)刻吸附質(zhì)的吸附量與脫附量持平時(shí)，吸贊同脫附抵達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，此刻稱(chēng)為抵達(dá)吸附平衡。平衡時(shí)，吸附質(zhì)在流體中的濃度和在吸附劑外表上的濃度不再改變，從微觀上看，吸附過(guò)程中止。平衡時(shí)的吸附質(zhì)在流體中的濃度稱(chēng)為平衡濃度，在吸附劑中的濃度稱(chēng)為平衡吸附量。

 

當(dāng)吸附質(zhì)與吸附劑長(zhǎng)時(shí)刻觸摸后，終將抵達(dá)吸附平衡。吸附平衡量是吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的極限吸附量，亦稱(chēng)靜吸附量分?jǐn)?shù)或經(jīng)活性分?jǐn)?shù)，用表明，無(wú)量綱。它是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中十分重要的參數(shù)。吸附平衡時(shí)，吸附質(zhì)在氣、固兩相中的濃度聯(lián)系，一般用吸附等溫線(xiàn)表明。吸附等溫線(xiàn)一般依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)制作，也常用各種經(jīng)歷方程式來(lái)表明。

 

3、吸附量

 

吸附量是指在必定條件下單位質(zhì)量的吸附劑上所吸附的吸附質(zhì)的量，一般以kg吸附質(zhì)/kg吸附劑或質(zhì)量分?jǐn)?shù)表明，它是吸附劑所具有吸附才能的標(biāo)志。在工業(yè)上吸附量稱(chēng)為吸附劑的活性。

 

吸附劑的活性有兩種表明辦法：

 

（1）吸附劑的靜活性

 

在必定條件下，抵達(dá)平衡時(shí)吸附劑的平衡吸附量即為其靜活性。對(duì)必定的吸附系統(tǒng)，靜活性只取決于吸附溫度和吸附質(zhì)的濃度或分壓。

 

（2）吸附劑的動(dòng)活性

 

在必定的操作條件下，將氣體混合物經(jīng)過(guò)吸附床層，吸附質(zhì)被吸附，當(dāng)吸附一段時(shí)刻后，從吸附劑層流出的汽提開(kāi)端發(fā)現(xiàn)吸附質(zhì)（或其濃度抵達(dá)依規(guī)則的答應(yīng)值）時(shí)，以為床層失利，此刻吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量稱(chēng)為吸附劑的動(dòng)活性。動(dòng)活性除與吸附劑和吸附質(zhì)的***性有關(guān)外，還與溫度、濃度及操作條件有關(guān)。吸附劑的動(dòng)活性值是吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)的***要依據(jù)。

 

二、吸附器挑選的設(shè)計(jì)計(jì)算

 

1、吸附器的確認(rèn)

 

對(duì)吸附器的基本要求：

 

（1）具有滿(mǎn)足的過(guò)氣段面和停留時(shí)刻

 

（2）杰出的氣流散布

 

（3）預(yù)先除掉進(jìn)口氣體中污染吸附劑的雜質(zhì)

 

（4）能夠有效地操控和調(diào)理吸附操作溫度

 

（5）易于替換吸附劑

 

吸附工藝選用固定床吸附器。基本運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)如下：

 

處理風(fēng)量：40000m3/h

 

有機(jī)廢氣組分：

 

甲苯800 mg/ m 3，丙酮134 mg/ m 3，乙酸乙酯395 mg/ m 3

 

材料：鋼板δ=4

 

壓降：常壓

 

數(shù)量：兩臺(tái)并聯(lián)，脫附吸附替換運(yùn)轉(zhuǎn)

 

2、吸附劑的挑選

 

怎么挑選、運(yùn)用和點(diǎn)評(píng)吸附劑，是吸附操作中有必要處理的***要問(wèn)題。悉數(shù)固體物質(zhì)的外表，關(guān)于流體的外表都具有物理吸附的效果，但符合工業(yè)要求的吸附劑則應(yīng)具有以下一些要求：

 

（1）具有***的比外表積

 

（2）具有杰出的挑選性吸附效果

 

（3）吸附容量***

 

（4）具有杰出的機(jī)械強(qiáng)度和均勻的顆粒尺度

 

（5）有滿(mǎn)足的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性

 

（6）有杰出的再生功能

 

（7）吸附劑的來(lái)歷廣泛、造價(jià)低價(jià)

 

本設(shè)計(jì)選用活性炭纖維做吸附劑，活性炭纖維是常用吸附劑的一種。活性炭纖維對(duì)吸附質(zhì)的吸附***要取決于外表的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)，活性炭纖維以其外表許多的不飽滿(mǎn)碳構(gòu)筑成了一起的吸附結(jié)構(gòu)，它是一種典型的微孔碳，其含有的許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)（雜環(huán)結(jié)構(gòu)）或含有外表官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)，具有極***的外表積，也就形成了微孔相對(duì)孔壁分子一起效果構(gòu)成強(qiáng)壯的分子場(chǎng)，供給一個(gè)吸附總分子物理和化學(xué)改變的高壓系統(tǒng)。活性炭纖維不含有***孔，其微孔占***多數(shù)，當(dāng)微孔與分子尺度巨細(xì)相其時(shí)，在范德華力效果下相距很近的吸附場(chǎng)產(chǎn)生疊加，引起微孔內(nèi)吸附勢(shì)的添加，而活性炭纖維外表的孔口多，簡(jiǎn)略吸贊同脫附，并且吸脫行程短。因而，活性炭纖維是一種***的吸附劑。（計(jì)算過(guò)程以活性炭顆粒為例）

 

3、空塔氣速和橫截面積的確認(rèn)

 

空塔氣速為氣體經(jīng)過(guò)吸附器整個(gè)橫截面積的速度，空塔氣速的挑選，不只直接決議了吸附器的尺度和壓降的巨細(xì)，并且還會(huì)影響吸附功率。氣速很小，則吸附器尺度很***，不經(jīng)濟(jì)；氣速過(guò)***，則壓降會(huì)增***，使吸附功率受到影響。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)***氣速，吸附設(shè)計(jì)中不能尋求過(guò)高的吸附功率，把空塔氣速取值降小，那樣會(huì)使吸附床體積、吸附劑用量和設(shè)備造價(jià)***為增高；反之也不宜取過(guò)***的空塔氣速，那樣設(shè)備費(fèi)用雖低，但吸附功率下降許多，且系統(tǒng)壓降會(huì)隨空塔氣速的增***上升很快，形成動(dòng)力耗費(fèi)過(guò)***，因而應(yīng)選取適合的空塔氣速，***適合的空塔氣速為0.8~1.2m/s，依此經(jīng)歷定論，本設(shè)計(jì)確認(rèn)

 

空塔氣速：U=1.0m/s

 

原始條件：

 

處理風(fēng)量：Q=40000 m3/h，設(shè)計(jì)溫度為常溫，壓力為常壓

 

因?yàn)閺U氣中，空氣所占的份額遠(yuǎn)遠(yuǎn)***于污染物所占份額，因而，廢氣性質(zhì)能夠近似看作為干空氣的熱物理性質(zhì)，查《化工原理》附錄得以下數(shù)據(jù)：

 

空氣混合物性質(zhì)：

 

4、固定床吸附層高度的計(jì)算

 

選用透過(guò)曲線(xiàn)計(jì)算辦法，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)將含有必定濃度污染物的氣流接連經(jīng)過(guò)固定床吸附器，在不同的時(shí)刻內(nèi)，確認(rèn)吸附床不同截面處氣流中污染物的濃度散布，當(dāng)吸附床運(yùn)用一段時(shí)刻后，出口氣體污染物濃度抵達(dá)某一答應(yīng)***濃度時(shí)，以為吸附床失效。從氣流開(kāi)端通入至吸附床失效這段時(shí)刻稱(chēng)為穿透時(shí)刻，或維護(hù)效果時(shí)刻。表明吸附床處理氣體量與出氣口污染物濃度之間的聯(lián)系的曲線(xiàn)稱(chēng)為穿透曲線(xiàn)。穿透曲線(xiàn)的形狀和穿透時(shí)刻取決于固定床的操作辦法。操作過(guò)程的實(shí)踐速率和機(jī)理、吸附平衡性質(zhì)、氣流速度、污染物進(jìn)口濃度，以及床層厚度等影響穿透曲線(xiàn)的形狀，此過(guò)程比較復(fù)雜，現(xiàn)在仍是僅僅近似過(guò)程的計(jì)算。

 

假定吸附床抵達(dá)穿透時(shí)刻悉數(shù)處于飽滿(mǎn)狀態(tài)，即抵達(dá)它的平衡吸附量a，也稱(chēng)a為靜活度，一起依據(jù)朗格繆爾等溫線(xiàn)，假定靜活度不再與氣相濃度有關(guān)。在吸附效果時(shí)刻ζ內(nèi)，所吸附污染物的量為

 

X=aSL

 

式中：X——在時(shí)刻ζ內(nèi)的吸附量；

 

a——靜活度，分量，%；

 

S——吸附層的截面積，m2；

 

L——吸附層高度，m;

 

——吸附劑的堆積密度，設(shè)計(jì)為470 kg/m 3

 

固定床盡管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略，但因?yàn)槲廴疚镌诖矊觾?nèi)濃度散布是隨時(shí)刻改變，計(jì)算比較復(fù)雜，因而現(xiàn)在工程上都是選用近似計(jì)算，經(jīng)過(guò)計(jì)算活性炭的效果時(shí)刻進(jìn)行后處理的計(jì)算。活性炭的效果時(shí)刻由下式算出：

 

式中，V——活性炭的裝填量，m 3

 

C——進(jìn)口氣體污染物的濃度，mg/ m 3

 

Q——氣流量，m 3/h

 

t——活性炭的運(yùn)用時(shí)刻，h

 

W——活性炭原粒度的分量穿透炭容，%

 

d——活性炭的堆密度0.8t/ m 3

 

算出拋棄的排放量：

 

依據(jù)活性炭的吸附才能，設(shè)靜活度為16kg甲苯/100kg活性炭

 

所以，

 

5、吸附劑（活性炭）用量的計(jì)算

 

吸附劑的用量M：

 

6、活性炭再生的計(jì)算

 

本設(shè)計(jì)選用升溫脫附，即在等壓下升高吸附床層溫度，進(jìn)行脫附，然后降溫冷卻，從頭吸附。吸附床的操作溫度為，原猜中吸附質(zhì)的分壓為,當(dāng)吸附床達(dá)飽滿(mǎn)后，吸附劑吸附容量為，假定吸附階段終了時(shí)，答應(yīng)吸附后氣體中的吸附容量低于。升溫脫附可將吸附劑從升溫到，這時(shí)吸附劑容量可低于。

 

（1）枯燥吸附劑時(shí)空氣耗費(fèi)量