【正文】 的 吸附劑， 故活性炭常 常 被 用 來 吸附 回收 空氣中的有機溶劑和惡臭物質(zhì)， 在環(huán)境保護方面用來處理工業(yè)廢水和治理某些氣態(tài)污染物 。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。在一定溫度下，對一定體系而言是常數(shù)， k 和 n 隨溫度變化而變化； m ——吸附質(zhì)質(zhì)量，㎏ ； x ——被吸附氣體的質(zhì)量 。 吸附等溫線與吸附等溫方程式 平衡吸附量表示的是吸附劑對吸附質(zhì)吸附數(shù)量的極限，其數(shù)值對吸附造作， 設(shè)計和過程控制有著重要的意義。 由于多孔性固體吸附劑表面存在著剩余吸引力，固表面具有吸附力。 液體吸收法凈化效率為 60%～ 80% ,適合處理低濃度 ,大風(fēng)量的有機廢氣 ,但存在著二次污染；催化燃燒法凈化率為 95% ,適合處理高濃度 ,小風(fēng)量的有機廢氣，缺點是對處 理對象要求苛刻 ,要求氣體的溫度較高 ,為了提高廢氣溫度 ,要消耗大量的燃料 ,所以運行費用很高 ；活性炭吸附法凈化效率為 %～ % ,對于處理大風(fēng)量、低濃度的有機廢氣 ,國內(nèi)外一致認為該法是最為成熟和可靠的技術(shù) ,但該工藝流程過長 ,操作費用高 ,另外需要穩(wěn)定的蒸氣源也常常是比較困難的事情。 催化劑成本高。 目前應(yīng)用最多的方法是吸附一催化燃燒法，它主要以顆粒炭或 蜂窩炭為吸附劑，為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性， 一 般設(shè)置兩個吸 附 床交替使用，由于切換的周期至少為 1d，因此吸附床體積大，吸附劑 用量多，設(shè)備笨重，投資大，操作麻煩；由于床層體積大，容易出現(xiàn)因吸附熱的積蓄引起的燃燒爆炸等現(xiàn)象。在制鞋業(yè) , 由于“三苯”中毒而導(dǎo)致工人致死事件已發(fā)生過多起 , 而涂料工業(yè)使用的溶劑 中 ,主要是甲苯、二甲苯和其它毒性有機物。 （ 5）其它要求：包括制造工藝要求、節(jié)能要求、安全要求、質(zhì)量檢測要求以及應(yīng)遵循的國家法令、政策、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等。滿足相應(yīng)的環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生 標(biāo)準(zhǔn)、大氣污染控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、警報標(biāo)準(zhǔn)以及國家相關(guān)技術(shù)政策、凈化效率和操作適應(yīng)負荷范圍等。 還給 出了綜合性的評價和可行性的建議。物理一化學(xué)法包括熱破壞法、光分解法、電暈法、臭氧分解法等 。 僅限于低濃度。 （ 3）本處理工藝運行可靠，處理效果好，維護管理方便。 如 附圖 1 所示 8 4 設(shè)計 與 計算 基本原理 吸附原理 在用多孔性固體物質(zhì)處理流體混合物時，流體 中 的某一些 組 分或某些組分可被吸引到固體表面并濃集其上，此現(xiàn)象稱為吸附 ]4[ 。 當(dāng)吸附質(zhì)與吸附劑長時間接觸后，終將達到吸附平衡 。根據(jù)上述假設(shè)，可推導(dǎo)出朗格謬爾等溫式： apap??1? 式中 θ ——吸附劑表面被吸附分子覆蓋的百分數(shù) ； a ——吸附系數(shù) ，是吸附作用的平衡常數(shù)； p ——氣 相 分壓 。E一切固體物質(zhì)的表面，對于流體的表面都具有物理吸附 的 作用，但合乎工業(yè)要求的吸附劑則應(yīng)具備以下 一些要求 ： （ 1） 具 有 大的比表面積 （ 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 的機械強度 和均勻的顆粒尺寸。對蜂窩狀活性炭來說 ,壁厚是一個非常重要的參數(shù) ,可以通過改變壁厚來提高它的吸附效率。 假定吸附床到達穿透時間時全部處于飽和狀態(tài)，即達到它的平衡吸附量 a,也稱 a 為靜活度，同時根據(jù)朗格謬爾等溫線假定靜活度不在與氣象濃度有關(guān)。假定吸附階段終了時，允許吸附后氣體中的吸附容量低于 x2 。 吹出氣流在較遠處仍能保持其能量密度，吸入氣流則在離吸 氣口不遠處其能量密度急劇下降。 目前 ,國內(nèi)外對 這些塵霧特別 是 噴漆污染的治理非常重視，凈化方式多種多樣，有干式過濾法、濕式過濾法、 燃燒法、催化燃燒法、吸附法、蒸餾析法等，根據(jù) 不同 產(chǎn)品的特性、產(chǎn)品生產(chǎn)狀況以及經(jīng)濟性、場地情況進行選擇。 所謂保溫是對設(shè)備、管道表面貼覆絕熱材料，以減少熱傳遞，維持管道或設(shè)備在一定的 溫度 范圍內(nèi)工作。 管道熱伸長 補償方法有自然補償和補償器補償兩類。 （ 6） 集氣罩應(yīng) 力求結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用而造價低 ，并便于制作安裝和拆卸維修。 集氣罩氣流的流動特性 研究集氣罩罩口氣流運動的規(guī)律對于有效捕集污染物是十分重要的。生產(chǎn)實際中， 常常 是幾種方法結(jié)合使用。從氣流開始通入至吸附床失效這段時間稱為穿透時間，或保護作用時間。材料參數(shù)包括炭的吸附孔隙率、蜂窩結(jié)構(gòu)的壁厚和炭的含量；過程 參數(shù)包括流體流速、吸附質(zhì)的濃度、吸附能 (吸附能取決于碳結(jié)構(gòu)和吸附質(zhì)的特征如分子量 ) 。 13 吸附器 選擇 的設(shè)計計算 吸附器的設(shè)計計算 應(yīng) 包括 確定 吸附器的形式，吸附劑的種類，吸附劑的需要量，吸附床高度，吸附周期等，這些參數(shù)的選擇應(yīng)從吸附平衡，吸附傳質(zhì)速率及壓降來考慮。T 理論。 吸附等溫方程式 根據(jù)大量的吸 附等溫線整理出描述吸附平衡狀態(tài)的經(jīng)驗方程式，即為吸附等溫方程式，其中有的完全依據(jù)實驗數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的規(guī)律整理而得，一定條件范圍內(nèi)具有應(yīng)用意義，但不具有理論指導(dǎo)意義，如弗羅 因 德 利 希（ Freundlich）吸附等溫方程式；有些是以一定的理論假設(shè)為前提得出的方程式，如朗格謬爾（ Langmuir）吸附等溫方程式和 B但從宏觀上看，同一時間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量仍大于脫附量，所以過程的總趨勢認為吸附。 6 排氣罩 . 圖 有機廢氣工藝流程圖 7 該處理工藝系統(tǒng)組合十分緊湊 ,集吸附 脫附于一體。 4 2 設(shè)計任務(wù)說明 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計內(nèi)容為 20200 m3/h 活性炭吸附工業(yè)有機廢氣的工程設(shè)計 ，主要內(nèi)容包括：廢氣治理工藝、主體設(shè)備選型和非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計，管道輸送系統(tǒng)設(shè)計及吸附劑再生系統(tǒng)設(shè)計等，應(yīng)完成工作： （ 1）紙質(zhì)設(shè)計說明書及其電子版本； （ 2）譯文及原文影印件。 可回收溶劑。因此，有機廢氣的治理技術(shù)也多種多 樣，各種治理技術(shù)也存在自己不同的優(yōu)缺點。 選用活性炭為吸附劑， 具有吸附性能好，流體阻力小的特點。 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）的要求與數(shù)據(jù) （ 1）基本設(shè)計參數(shù)。本設(shè)計利用活性炭固定床吸附系統(tǒng)對工業(yè)有機廢氣進行凈化。 我國在 1997 年 1 月 1 日開始實施的《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)大氣污染物綜合排 2 放標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 16297 1996) 也規(guī)定了苯、甲苯、二甲苯、氯乙烯等 VOCs 排放較為嚴格的標(biāo)準(zhǔn)，如表 所示。所以必須解決廢氣凈化問題。 建造快、占地少。3 活性炭固定吸附床 。 9 吸附機理 吸附和脫附互為可逆過程。由于吸附過程中，吸附溫度一般變化不大，因此吸附等溫線最為常用。E 吸附速率 吸附過程常需要較長時間才能達到平衡，而在實際生產(chǎn)過程中，兩項接觸時間 是 有限的。被處理廢氣在通過蜂窩活性炭方 孔時能充分與活性碳接觸 ，吸附效率高，風(fēng)阻系數(shù)小，具有優(yōu)良的吸附、脫附性能和氣體動力學(xué)性能，可廣泛用于凈化處理含有甲苯、二甲苯、苯、等苯類、酚類、酯類、醇類、醛類等有機氣體、惡臭味氣體和含有微量重金屬的各類氣體。 氣速過大 , 則壓降會增大 , 使吸附效率受到影響。一般常用的再生方法有：升溫脫附、降壓脫附、置換脫附、 吹打脫附、 化學(xué)轉(zhuǎn)化 再生法 、溶劑萃取 。而設(shè)計不良的集氣罩即使用很大的排風(fēng)量也達不到預(yù)期 的目的。 （ 4） 集氣罩的吸氣氣流不允許通過人的呼吸區(qū)再進入罩內(nèi)。在進行 管網(wǎng) 配置 時，主要考慮的 一個重要問題就 是要實現(xiàn)各支管間的壓力平衡，以保證各吸氣點達到設(shè)計風(fēng)量，實現(xiàn)控制污染物擴散的目的。設(shè)計時應(yīng)采取 以下 防爆措施：加強可燃物濃度的檢測與控制；消除火源；阻火與泄爆措施；設(shè) 備密閉和廠房通風(fēng)；對管道系統(tǒng)的布置必須將有可能蓄積靜電的風(fēng)管和設(shè)備可靠地接地。 管道系統(tǒng)設(shè)計計算 只有通過各種管道把各種凈裝置連接在一起才能組合成完整的凈化系統(tǒng)，因此，管道系統(tǒng)設(shè)計是凈化系統(tǒng)設(shè)計中不可缺少的組成部分，合理地設(shè)計、施工和使用管道系統(tǒng)，不僅能充分發(fā)揮凈化裝置的能效，而且直接關(guān)系到設(shè)計和運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟合理性。 集氣罩的分類 及設(shè)計原則 集氣罩的種類繁多，應(yīng)用廣泛。 局部排氣凈化系統(tǒng) 主要由集氣罩、風(fēng)管、凈化設(shè)備、風(fēng)機、煙囪等組成。 ＝bsρρV ＝ ? ＝ 3m 設(shè)計吸附床層尺寸為 L B＝ 6600mm 3200mm，則每塊塔板的截面積 A3 ＝ 3m 。同時 ,吸附質(zhì)與炭之間的接觸效率也會提高 ,這兩者之間存在一個平衡關(guān)系。 常用的吸附劑主要有：活性炭、 硅膠、分子篩沸石 、 活性氧化鋁 與氧化鋁 。在工業(yè)上將吸附量稱為吸附劑的活性。在很多體系中，朗格謬爾等溫式不能在較大的θ 范圍內(nèi)與 實驗 結(jié)果相吻合。吸附平衡時，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。而當(dāng)吸附進行一段時間后，由于表面吸附質(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，此時需要采用一定的措施使吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)脫附，已恢復(fù)吸附劑的吸附能力，這個過程稱為吸附劑的再生。 6 3 工藝流程說明 工藝選擇 處理工藝的選擇 , 應(yīng)根據(jù)氣量大小、凈化要求、回收的可能性、設(shè)備建造和運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性等條件全面考慮 , 實際工作中應(yīng)特別注意與工藝密切配合 , 盡可能做到綜合利用。 熱量可以循環(huán)利用。 液體吸收法凈化率只有 6O% － 8O%，而且 存在著二次污染問題。 有機物對大氣的破壞和對人類的危害 有機廢氣中的揮發(fā)性有機物稱為 VOCs (Volatile anic pounds) ,在涂裝、印刷、制鞋和化工生產(chǎn)的許多行業(yè)中 ,一些工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過程都伴有大量的揮發(fā)性有機化合物 (VOCs) 廢氣的排出。 （ 4）經(jīng)濟性要求。包括預(yù)定使用壽命，設(shè)計可靠性分析以及設(shè)計結(jié)果的敏感性分析等。移動源主要有汽車、輪船和飛機等以石油產(chǎn)品為燃料的交通工具的排放氣 ； 固定源的種類極多 , 主要為石油化工工藝過程和儲存設(shè)備等的排出物及各種使 用有機溶劑的場合 , 如噴漆、印刷、金屬除油和脫脂、粘合劑、制藥、塑料、涂料和橡膠加工等。 活性炭吸附法凈化率可達 95%以上，若無再生裝置，則運行費用太高，若用蒸汽回收，則工藝流程過長，操作費用 高，回收的溶劑和水的混合物利用價值也不高； 再生時需要有穩(wěn)定的蒸汽源，且活性炭經(jīng)反復(fù) 吸附 脫 附 后吸 附 能力會逐漸降低， 一 般使用二三年后就得更換 。 催化 燃燒法 設(shè)備簡單、投資少、操作方便、 占地面積小。 （ 5）工藝設(shè)計與設(shè)備選型能夠在生產(chǎn)運行過程 中具有較大的調(diào)節(jié)余地。 固體表面吸附了吸附質(zhì)后，一部分被吸附的吸附質(zhì)可從吸附劑表 面脫離，此現(xiàn)象稱為脫附 。它是設(shè)計和生產(chǎn)中十分重要的參數(shù)。 在壓力很低時，或者吸附很若時， ap≤1,上式變成 ： V=Vmap 由朗格謬爾等溫式得到的結(jié)果與許多實驗現(xiàn)象相符合，能夠解釋很多實驗結(jié)果，因 11 此，它目前仍是常用的、基本的 等 溫式。 吸附量 吸附量是指在一定條件下單位質(zhì)量地吸附劑上所吸附的吸附質(zhì)的量，通常以㎏吸附質(zhì) /㎏吸附劑或質(zhì)量百分數(shù)表示，它是吸附劑所具有吸附能力的標(biāo)志。同時，目前對吸附過程的實質(zhì)還了解得不十分 清楚 ，因而鑒別吸附劑吸附 15 性能，還只能依靠實驗測定和從生產(chǎn)中考察，尚不能從理論上推出。這是因為壁厚增加 ,蜂窩中流體通道的截面積減少 ,這樣真實的表面或體積流速也會增大?；钚? 18 炭的作用時間由下式算出 ]14[ ： V=WdCQt 10 9? 式中： V―― 活性炭 的裝填量， 3m C――進口氣污染物的濃度， mg/ 3m Q――氣流量， 3m /h t――活性炭的使用時間， h W―― 活性炭原粒度的中重量穿透炭容，％ d――活性炭的堆密度 / 3m V=spvQ = 100020200 =20 3m 算出三苯每小時的排放量： “三苯 ”的濃度： ρ0＝ （ 100＋ 80＋ 100） 20200 10 6? ＝ 假設(shè)吸附器的吸附器的吸附效率為 85%，則達標(biāo)排放時需要吸附總的污染物的量為： 85%＝ kg/h t＝CQVWd 10 9? ＝ 91020202080 %1020 ?? ?? ＝ 285h 則在吸附作用時間內(nèi)的吸附量： X= 285＝ ㎏ 根據(jù) X= aSL b? 得： L＝baSX? 根據(jù)活性炭的吸附能力，設(shè)靜活度為 16kg 甲苯 /100kg 活性炭 所以， L＝ 47 56 ?? ＝ 吸附劑（ 活性炭 ） 用量的計算 吸附劑的用量 M： 19 M = LSρb = 4 70 = 8600kg 吸附劑本身占據(jù)體積： V＝ LS＝ ＝ 3m 吸附劑床層體積： V39。 干燥吸附劑時空氣消耗量： L＝ Wl ＝ ? ? Wxx ?? 12 1 式中： L――干燥吸附劑時空氣的消耗量， kg l ――空氣的單位