【文章內容簡介】 用的三種凈化方法分析比較見表 。表 國內外有機廢氣常用處理方法的優(yōu)缺點比較 ]2[凈化類別 優(yōu)　　點 缺　　點活性炭吸附法可處理大風量、低濃度的有機廢氣?？苫厥杖軇?。不需要加熱。凈化效率高, 運轉費用低。廢氣凈化前要進行預處理。僅限于低濃度。設備龐大, 占地面積多。催化燃燒法設備簡單、投資少、操作方便、占地面積小。熱量可以循環(huán)利用。有利于凈化高濃度廢氣。催化劑成本高。要考慮催化劑中毒和表面異物附著, 易失效。液體吸收法流程較簡單,吸收劑價格便宜。廢氣凈化不需預處理。建造快、占地少。后處理投資大, 費用高。對溶劑成份選擇性大。 32 設計任務說明 設計任務設計內容為 20220 m3/h 活性炭吸附工業(yè)有機廢氣的工程設計，主要內容包括：廢氣治理工藝、主體設備選型和非標準設備設計，管道輸送系統(tǒng)設計及吸附劑再生系統(tǒng)設計等，應完成工作：（1）紙質設計說明書及其電子版本；（2）譯文及原文影印件。（3）設計圖紙（平面布置圖、工藝流程圖、主要構筑物圖、管道布置圖等） 設計進氣指標 風量為 20220 ，溫度為 35℃，hm/3排氣壓力為 kpa，苯濃度為 100 。3/g甲苯濃度為 80 ,二甲苯濃度為 100 ，3/m 設計出氣指標依據廣東省地方標準《大氣污染物排放限值》 （DB44/272022）一級排放標準 ,]3[具體數據見表 21: 表 單位 mg/m3指 標 苯 甲苯 二甲苯出氣濃度 ≤12 ≤40 ≤70 設計目標（1）嚴格執(zhí)行國家有關環(huán)境保護的各項規(guī)定，確保各項污染指標達到國家及地區(qū) 4有關污染物排放標準。（2）經本處理工藝處理后的廢氣，將不會產生二次污染物。（3）本處理工藝運行可靠，處理效果好，維護管理方便。（4）采用低能耗、低運行費用、基建投資省、占地少、操作管理簡便。（5）工藝設計與設備選型能夠在生產運行過程中具有較大的調節(jié)余地。 53 工藝流程說明 工藝選擇處理工藝的選擇, 應根據氣量大小、凈化要求、回收的可能性、設備建造和運轉的經濟性等條件全面考慮, 實際工作中應特別注意與工藝密切配合, 盡可能做到綜合利用。目前 ,國內外對有機廢氣治理的常用方法有三種:液體吸收法、活性炭吸附法及催]4[化燃燒法。液體吸收法凈化效率為 60%～80% ,適合處理低濃度,大風量的有機廢氣,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 %～% ,對于處理大風量、低濃度的有機廢氣,國內外一致認為該法是最為成熟和可靠的技術,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。針對這些問題,結合本畢業(yè)設計特點和具體要求，采用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，選用蜂窩狀活性炭做為吸附劑。 工藝流程注：1 集氣罩。 2 除霧過濾器。3 活性炭固定吸附床。 4 提供蒸汽的風機。5 離心風機。 6 排氣罩.圖 有機廢氣工藝流程圖 6該處理工藝系統(tǒng)組合十分緊湊,集吸附脫附于一體。在生產過程所產生的廢氣主要為苯、甲苯、二甲苯等，根據苯類性質，本方案采用活性炭作為吸附劑對廢氣進行吸收處理，吸附床一般配置 2 臺以上,輪換使用,當 1 臺吸附床吸附的有機物達到規(guī)定的吸附量時,換到另 1 臺吸附床進行吸附凈化操作,同時對前面 1 臺吸附床進行脫附再生。脫附是在外加蒸汽的作用下通過加溫進行的,由尾氣放出的熱氣流大部分用于吸附床吸附劑的脫附再生,達到余熱的利用。生產中揮發(fā)出來的廢氣，通過離心風機將其送至吸附塔以活性炭作為吸附劑，在塔內的氣體從右到左，從下到上通過活性炭過濾層對氣體進行處理，凈化后的氣體通過排氣管排入大氣。如 附圖 1 所示 74 設計與計算 基本原理 吸附原理在用多孔性固體物質處理流體混合物時，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，此現象稱為吸附 。吸附處理廢氣時，吸附的對象是氣態(tài)]4[污染物，被吸附的氣體組分稱為吸附質，多孔性物質稱為吸附劑。固體表面吸附了吸附質后，一部分被吸附的吸附質可從吸附劑表面脫離，此現象稱為脫附。而當吸附進行一段時間后，由于表面吸附質的濃集，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脫附，已恢復吸附劑的吸附能力，這個過程稱為吸附劑的再生。因此，在實際工作中，正是利用吸附劑的吸附－再生－吸附的循環(huán)過程，達到除去廢氣中污染物質并回收廢氣中有用組分的目的。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。根據吸附劑表面與被吸附物質之間作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學吸附，但同一污染物可在較低溫度下發(fā)生物理吸附，而在較高溫度下發(fā)生化學吸附，或者兩種吸附同時發(fā)生，兩者之間沒有嚴格的界限。兩者的主要區(qū)別見表 41 ]5[表 41 物理吸附與化學吸附的區(qū)別性質 物理吸附 化學吸附吸附力 范德華力 化學鍵力吸附層數 單層活多層 單層吸附熱 ?。ń谝夯療幔?大（近于反應熱）選擇性 無或很差 較強可逆性 可逆 不可逆吸附平衡 易達到 不易達到吸附劑與吸附質間的吸附力不強，當氣體中吸附質分壓降低或溫度升高時，容易發(fā)生脫附。工業(yè)上的吸附操作正是利用這種可逆進行吸附劑的再生及吸附質的回收利用的。 8 吸附機理吸附和脫附互為可逆過程。當用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質時，由于吸附劑表面沒有吸附質，因此也就沒有吸附質的脫附。但隨著吸附的進行，吸附劑表面上的吸附質量逐漸增多，也就出現了吸附質的脫附，且隨時間的推移，脫附速度不斷增大。但從宏觀上看，同一時間內吸附質的吸附量仍大于脫附量，所以過程的總趨勢認為吸附。當同一時間內吸附質的吸附量與脫附量相等時，吸附和脫附達到動態(tài)平衡，此時稱為達到吸附平衡。平衡時，吸附質再在流體中的濃度和在吸附劑表面上的濃度不再變化，從宏觀上看，吸附過程停止。平衡時的吸附質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。當吸附質與吸附劑長時間接觸后，終將達到吸附平衡。吸附平衡量是吸附劑對吸附質的極限吸附量，亦稱靜吸附量分數或靜活性分數，用Xt表示，無量綱。它是設計和生產中十分重要的參數。吸附平衡時，吸附質在氣、固兩相中的濃度關系，一般用吸附等溫線表示。吸附等溫線通常根據實驗數據繪制，也常用各種經驗方程式來表示。 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吸附數量的極限，其數值對吸附造作，設計和過程控制有著重要的意義。達到吸附平衡時，平衡吸附量與吸附質在流體中的濃度與吸附溫度間存在著一定的函數關系，此關系即為吸附平衡關系，其一般都是根據實驗測得的，也可以用經驗方程式表示。 吸附等溫線 在氣體吸附中，其平衡關系可表示為： A＝ ???,pf式中 A——平衡吸附量； p——吸附平衡時吸附質在氣相中的分壓力； T——吸附溫度 根據需要。對一定的吸附體系可測得如下關系： ① 當保持 T 不變，可測得 A 與 P 的變化關系② 當保持 P 不變，可測得 A 與 T 的變化關系 9③ 當保持 A 不變，可測得 P 與 T 的變化關系依據上述變化關系，可分別繪出相應的關系曲線，分別為吸附等溫線，吸附等壓線和吸附等量線。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。 吸附等溫線描述的是在吸附溫度不變的情況下，平衡時，吸附劑的吸附量隨氣相中組分壓力的不同而變化的情況。根據對大量的不同氣體與蒸氣的吸附測定，吸附等溫線形式可歸納為六種基本類型。 吸附等溫方程式根據大量的吸附等溫線整理出描述吸附平衡狀態(tài)的經驗方程式，即為吸附等溫方程式，其中有的完全依據實驗數據所表現的規(guī)律整理而得，一定條件范圍內具有應用意義，但不具有理論指導意義，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為前提得出的方程式，如朗格謬爾（Langmuir）吸附等溫方程式和 BET 方程，后者應用較多。（1）朗格謬爾方程式朗格謬爾吸附理論假定：①吸附僅是單分子層的；②氣體分子在吸附劑表面上吸附與脫附呈動態(tài)平衡；③吸附劑表面性質是均一的，被吸附的分子之間相互不受影響；④氣體的吸附速率與該氣體在氣相的分壓成正比。根據上述假設，可推導出朗格謬爾等溫式： ap??1?式中 θ ——吸附劑表面被吸附分子覆蓋的百分數； a ——吸附系數，是吸附作用的平衡常數； p ——氣相分壓。朗格謬爾等溫式的另一表現形式為： = Vapm?1式中 ——單分子層覆蓋滿時（ ）的吸附量；1?? —— 在氣相分壓 p 下的吸附量。在壓力很低時，或者吸附很若時，ap≤1,上式變成：V=V map 10由朗格謬爾等溫式得到的結果與許多實驗現象相符合，能夠解釋很多實驗結果，因此，它目前仍是常用的、基本的等溫式。在很多體系中，朗格謬爾等溫式不能在較大的 θ 范圍內與實驗結果相吻合。（2）弗羅因德利希方程式 nkPmxq1?式中 q ——固體吸附氣體的量，㎏/㎏吸附劑； P ——平衡時氣體分壓； k ，n ——經驗常數。在一定溫度下，對一定體系而言是常數，k 和 n 隨溫度變化而變化； m ——吸附質質量，㎏； ——被吸附氣體的質量。x弗羅因德利希等溫方程式只是一個經驗式，它所適用的 θ 范圍比朗格謬爾式要大些，可用于未知組成物質的吸附，如有機物或礦物油的脫色，通過實驗來確定 k 與 n。有資料認為它在高壓范圍內不能很好地吻合實驗值。（3） BET 方程由于朗格謬爾的單分子層吸附理論及其等溫方程對中壓合高壓物理吸附不能很好地吻合，在此基礎上發(fā)展了 BET 理論。它除了接受朗格謬爾理論地幾條假定，即固體表面是均勻的，被吸附分子不受其它分子的影響，吸附與脫附在吸附劑表面達到動態(tài)平衡以外，還認為在吸附劑表面吸附了一層分子以后，由于范德華力地作用還可以吸附多層分子，而第一層與以后的各層有所不同。吸附達平衡后，吸附總數（V）為： ????????????001pCpmP ——平衡時氣體分壓；V—— 壓力為 p 時的吸附總量；——吸附劑表面為單分子層鋪滿時的吸附量；m——實際溫度下氣體的飽和蒸氣壓；0pC——與氣體有關的常數。 11 很多實驗證明，當比壓 p/ 在 － 范圍內時， BET 公式是比較準確的，在低0p壓下可以與朗格謬爾等溫式一致。 吸附量 吸附量是指在一定條件下單位質量地吸附劑上所吸附的吸附質的量，通常以㎏吸附質/㎏吸附劑或質量百分數表示，它是吸附劑所具有吸附能力的標志。在工業(yè)上將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，達到平衡時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，將氣體混合物通過吸附床層，吸附質被吸附，當吸附一段時間后，從吸附劑層流出的的氣體中開始發(fā)現吸附質（或其濃度達到一規(guī)定的允許值）時，認為床層失效，此時吸附劑吸附的吸附質的量稱為吸附劑的動活性。動活性除與吸附劑和吸附質的特性有關外，還與溫度、濃度及操作條件有關。吸附劑的動活性值是吸附系統(tǒng)設計的主要依據。 吸附速率吸附過程常需要較長時間才能達到平衡，而在實際生產過程中，兩項接觸時間是有限的。因此，吸附量取決與吸附速率，而吸附速率與吸附過程有關，吸附過程可分為以下幾步：(1) 外擴散，吸附質從氣流主體穿過顆粒物周圍氣膜擴散至吸附劑的外表面（2）內擴散，吸附質由外表面經微孔擴散至吸附劑微孔表面（3）吸附，到達吸附劑微孔表面的吸附質被吸附（4）脫附的吸附質再經內外擴散至氣相主體物理吸附過程一般為內外擴散控制，化學吸附既有表面動力學控制，又有內外擴散控制。由于吸附過程復雜，影響因素多，從理論上推導速率很難，因此一般是憑經 12驗或根據模式實驗來確定。 吸附器選擇的設計計算吸附器的設計計算應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，這些參數的選擇應從吸附平衡，吸附傳質速率及壓降來考慮。 吸附器的確定對吸附器的基本要求：（1）具有足夠的過氣斷面和停留時間； （2）良好的氣流分布； （3）預先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質； （4）能夠有效地控制和調節(jié)吸附操作溫度 （5）易于更換吸附劑。 吸附工藝根據吸附劑在吸附器上的工作狀態(tài)，可將吸附器分為固定床、移動床和流化床過程，相應的三種吸附器的主要特點比較見表 42 ]6[表 42 三種吸附器主要特點比較類型 主要特點比較固定床吸附器1．結構簡單、制造容易、價格低廉2. 適用于小型、分散、間歇性的污染源治理3．吸附和脫附交替進行、間