有機(jī)廢氣吸附計(jì)算

1、有機(jī)廢氣吸附設(shè)計(jì)與計(jì)算一、 根本原理1、吸附原理當(dāng)兩相組成一個(gè)體系時(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)生了積蓄濃縮 ，這種現(xiàn)象稱為吸附。吸附處理廢氣時(shí)，吸附的 對象是氣態(tài)污染物， 被吸附的氣體組分稱為吸附質(zhì)， 吸附氣體組分的物質(zhì)稱為吸 附劑。使已被吸附的組分從到達(dá)飽和的吸附劑析出， 吸附劑得以再生的操作稱為脫 附。即被吸附于界面的物質(zhì)在一定條件下， 離開界面重新進(jìn)入體相的過程， 也成 解吸。而當(dāng)吸附進(jìn)行一段時(shí)間后， 由于外表吸附質(zhì)的濃集， 使其吸附能力明顯下 降而不能滿足吸附凈化的要求， 此時(shí)需要采用一定的措施是吸附劑上已吸附的吸 附質(zhì)脫附，恢復(fù)吸附劑的吸附能力

2、，這個(gè)過程成為吸附劑的再生。因此，在實(shí)際 工作中，正式利用吸附劑的吸附 再生吸附的循環(huán)過程，到達(dá)除去廢氣中污染 物質(zhì)并回收廢氣中有用組分的目的。脫附過程是在吸附劑結(jié)構(gòu)不變化或者變化極小的情況下， 將吸附質(zhì)從吸附劑 孔隙中除去，恢復(fù)它的吸附能力。通過再生使用，可以降低處理本錢，減少廢渣 排放量，同時(shí)回收吸附質(zhì)。 被吸附的組分重新釋放， 釋放的氣體濃度高于原混合 氣的濃度。促進(jìn)解吸的條件有： 1提高溫度熱再生；2抽真空以降低壓力 變壓解吸附；3降低吸附劑周圍組分的濃度空氣吹掃 。2、吸附機(jī)理吸附和脫附互為可逆過程。當(dāng)用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質(zhì)時(shí)，由于 吸附劑外表沒有吸附質(zhì)， 因此也就沒有吸附

3、質(zhì)的脫附。 但隨著吸附的進(jìn)行， 吸附 劑外表上的吸附質(zhì)逐漸增多， 也就出現(xiàn)了吸附質(zhì)的脫附， 且隨著時(shí)間的推移， 脫 附速度不斷增大。 但從宏觀上看， 同一時(shí)間吸附質(zhì)的吸附量仍大于脫附量， 所以 過程的總趨勢認(rèn)為是吸附。 當(dāng)同一時(shí)間吸附質(zhì)的吸附量與脫附量相等時(shí)， 吸附和 脫附到達(dá)動態(tài)平衡， 此時(shí)稱為到達(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變化， 從宏觀上看，吸附過程停止。 平衡時(shí)的吸附質(zhì) 在流體中的濃度稱為平衡濃度，在吸附劑中的濃度稱為平衡吸附量。當(dāng)吸附質(zhì)與吸附劑長時(shí)間接觸后，終將到達(dá)吸附平衡。吸附平衡量是吸附劑 對吸附質(zhì)的極限吸附量，亦稱靜吸附量分?jǐn)?shù)或經(jīng)活性分

4、數(shù)，用Xt表示，無量綱。 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 關(guān)系，一般用吸附等溫線表示。 吸附等溫線通常根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制， 也常用各種 經(jīng)驗(yàn)方程式來表示。3、吸附量 吸附量是指在一定條件下單位質(zhì)量的吸附劑上所吸附的吸附質(zhì)的量，通常以 kg吸附質(zhì)/kg吸附劑或質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，它是吸附劑所具有吸附能力的標(biāo)志。在工 業(yè)上吸附量稱為吸附劑的活性。吸附劑的活性有兩種表示方法：1吸附劑的靜活性在一定條件下， 到達(dá)平衡時(shí)吸附劑的平衡吸附量即為其靜活性 。對一定的吸 附體系，靜活性只取決于吸附溫度和吸附質(zhì)的濃度或分壓。2吸附劑的動活性在一定的操作條件下，將氣體混合物通

5、過吸附床層，吸附質(zhì)被吸附，當(dāng)吸 附一段時(shí)間后， 從吸附劑層流出的汽提開始發(fā)現(xiàn)吸附質(zhì) 或其濃度到達(dá)依規(guī)定的 允許值時(shí)，認(rèn)為床層失敗， 此時(shí)吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量稱為吸附劑的動活性。 動活性除與吸附劑和吸附質(zhì)的特性有關(guān)外， 還與溫度、 濃度及操作條件有關(guān)。 吸 附劑的動活性值是吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。二、吸附器選擇的設(shè)計(jì)計(jì)算1、吸附器確實(shí)定對吸附器的根本要求：1具有足夠的過氣段面和停留時(shí)間2良好的氣流分布 3預(yù)先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質(zhì) 4能夠有效地控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度5易于更換吸附劑吸附工藝選用固定床吸附器。根本運(yùn)行參數(shù)如下：處理風(fēng)量： 40000m3/h有機(jī)廢氣組分：甲苯 800 mg

6、/ m 3，丙酮 134 mg/ m 3，乙酸乙酯 395 mg/ m 3材料：鋼板S =4壓降：常壓數(shù)量：兩臺并聯(lián)，脫附吸附交替運(yùn)行2、吸附劑的選擇如何選擇、 使用和評價(jià)吸附劑， 是吸附操作中必須解決的首要問題。 一切固 體物質(zhì)的外表， 對于流體的外表都具有物理吸附的作用， 但符合工業(yè)要求的吸附 劑那么應(yīng)具備以下一些要求：1具有大的比外表積 2具有良好的選擇性吸附作用3吸附容量大 4具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和均勻的顆粒尺寸 5有足夠的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性6有良好的再生性能 7吸附劑的來源廣泛、造價(jià)低廉本設(shè)計(jì)采用 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 纖維對吸附質(zhì)的吸附主要取

7、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 表大量的不飽和碳構(gòu)筑成了獨(dú)特的吸附結(jié)構(gòu)， 它是一種典型的微孔碳， 其含有的 許多不規(guī)那么結(jié)構(gòu)雜環(huán)結(jié)構(gòu)或含有外表官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)，具有極大的外表積，也 就造成了微孔相對孔壁分子共同作用形成強(qiáng)大的分子場， 提供一個(gè)吸附總分子物 理和化學(xué)變化的高壓體系。 活性炭纖維不含有大孔， 其微孔占大多數(shù)， 當(dāng)微孔與 分子尺寸大小相當(dāng)時(shí)， 在范德華力作用下相距很近的吸附場發(fā)生疊加， 引起微孔 內(nèi)吸附勢的增加， 而活性炭纖維外表的孔口多， 容易吸附和脫附， 而且吸脫行程 短。因此，活性炭纖維是一種優(yōu)良的吸附劑。 計(jì)算過程以活性炭顆粒為例 3、空塔氣速和橫截面積確實(shí)定空

8、塔氣速為氣體通過吸附器整個(gè)橫截面積的速度，空塔氣速的選擇，不僅直 接決定了吸附器的尺寸和壓降的大小， 而且還會影響吸附效率。 氣速很小， 那么吸 附器尺寸很大，不經(jīng)濟(jì)；氣速過大，那么壓降會增大，使吸附效率受到影響 。通過 實(shí)驗(yàn)確定最正確氣速， 吸附設(shè)計(jì)中不能追求過高的吸附效率， 把空塔氣速取值降小，那樣會使吸附床體積、吸附劑用量和設(shè)備造價(jià)大為增高； 反之也不宜取過大 的空塔氣速，那樣設(shè)備費(fèi)用雖低，但吸附效率下降很多，且體系壓降會隨空塔氣 速的增大上升很快，造成動力消耗過大，因此應(yīng)選取適宜的空塔氣速，最適宜的 空塔氣速為0.81.2m/s，依此經(jīng)驗(yàn)結(jié)論，本設(shè)計(jì)確定空塔氣速：U=1.0m/s原始條

9、件：處理風(fēng)量：Q=40000 m3/h，設(shè)計(jì)溫度為常溫，壓力為常壓由于廢氣中，空氣所占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于污染物所占比例，因此，廢氣性質(zhì)可以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)：5流體密度 p=1.185kg/m 3,黏度=1.835X0 Pa - s，比熱容Cp=1005kJ/kgC ，吸附的粒狀活性炭顆粒性質(zhì)：平均直徑d p =0.003m，表觀密度 p =670 kg/m 3,堆積密度 p =470 kg/m 3,固定床孔隙率&=0.5Q 4000011.1m2 U 3600 1.04 40000 3.76m .3.14 1.0 36004、固定床

10、吸附層高度的計(jì)算采用透過曲線計(jì)算方法，通過實(shí)驗(yàn)將含有一定濃度污染物的氣流連續(xù)通過固 定床吸附器，在不同的時(shí)間內(nèi)，確定吸附床不同截面處氣流中污染物的濃度分布， 當(dāng)吸附床使用一段時(shí)間后，出口氣體污染物濃度到達(dá)某一允許最大濃度時(shí)， 認(rèn)為 吸附床失效。從氣流開始通入至吸附床失效這段時(shí)間稱為穿透時(shí)間，或保護(hù)作用時(shí)間。表示吸附床處理氣體量與出氣口污染物濃度之間的關(guān)系的曲線稱為穿透曲 線。穿透曲線的形狀和穿透時(shí)間取決于固定床的操作方法。 操作過程的實(shí)際速率 和機(jī)理、吸附平衡性質(zhì)、氣流速度、污染物入口濃度，以及床層厚度等影響穿透 曲線的形狀，此過程比擬復(fù)雜，目前仍是只是近似過程的計(jì)算。假定吸附床到達(dá)穿透時(shí)間全

11、部處于飽和狀態(tài)，即到達(dá)它的平衡吸附量a,也稱a為靜活度，同時(shí)根據(jù)朗格繆爾等溫線，假定靜活度不再與氣相濃度有關(guān)。在吸附作用時(shí)間Z內(nèi)，所吸附污染物的量為X=aSLp式中：X 在時(shí)間Z內(nèi)的吸附量； a靜活度，重量，%;S吸附層的截面積，m2；L吸附層咼度，m;A吸附劑的堆積密度，設(shè)計(jì)為470 kg/m 3固定床雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于污染物在床層內(nèi)濃度分布是隨時(shí)間變化， 計(jì)算比擬復(fù)雜，因此目前工程上都是采用近似計(jì)算，通過計(jì)算活性炭的作用時(shí)間進(jìn)行后處理的計(jì)算?；钚蕴康淖饔脮r(shí)間由下式算出：CQtWd910式中，V活性炭的裝填量，m 3C進(jìn)口氣體污染物的濃度， mg/ m3Q流量，m 3/ht 活性炭的使用時(shí)

12、間，hW活性炭原粒度的重量穿透炭容，%d活性炭的堆密度0.8t/ m 3Q 400000VP100040 m 3/h算出廢棄的排放量：廠、6P=800+134+395X 40000X 10 =53.16kg/h假設(shè)吸附器的吸附效率為85%，那么達(dá)標(biāo)排放是需要吸附總的污染物的量為:53.16X 85%=45.19 kg/hVWd 9CQ 10286h40 10% 0.89280 4000010那么在吸附作用時(shí)間內(nèi)的吸附量:X=4.76X 286=1361.6kg根據(jù)X=aSLp得：L亠 aS b根據(jù)活性炭的吸附能力，設(shè)靜活度為16kg甲苯/100kg活性炭X1361.6所以，L1.63maS 0

13、.16 11.1 470b5、吸附劑活性炭用量的計(jì)算吸附劑的用量M :M=LS p =1.63X 11.1 X 470=8530.7kg吸附劑本身占體積V=LS=1.63<11.1=18.09 m2吸附床層體積:V' -s18.09 670 25.79 m 3V470 &活性炭再生的計(jì)算本設(shè)計(jì)采用升溫脫附，即在等壓下升高吸附床層溫度，進(jìn)行脫附，然后降溫 冷卻，重新吸附。吸附床的操作溫度為 t1，原料中吸附質(zhì)的分壓為 p1,當(dāng)吸附床達(dá)飽和后，吸附劑吸附容量為 X1，假定吸附階段終了時(shí)，允許吸附后氣體中的吸附容量低于X2。升溫脫附可將吸附劑從 t1升溫到T2，這時(shí)吸附劑容量可低于X2。1枯燥吸附劑時(shí)空氣消耗量L WlW(X2 X1)式中：L枯燥吸附劑是空氣的消耗量，kgl空氣的單位消耗量，即干空氣/H2O，無量綱X1、X2 分別為離開、進(jìn)入吸附劑層時(shí)空氣的含濕量即H2O/干空氣W枯燥時(shí)驅(qū)走的水分，kg由?化工原理?查表的，常溫時(shí)飽和水蒸汽密度為 0.02304kg/ m 3,那么1L(0.02304