【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 目前國(guó)內(nèi)常采用的三種凈化方法分析比較見(jiàn)表 。表 ]2[凈化類別 優(yōu)　　點(diǎn) 缺　　點(diǎn)活性炭吸附法可處理大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣?？苫厥杖軇２恍枰訜?。凈化效率高, 運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。廢氣凈化前要進(jìn)行預(yù)處理。僅限于低濃度。設(shè)備龐大, 占地面積多。催化燃燒法設(shè)備簡(jiǎn)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(jiǎn)單,吸收劑價(jià)格便宜。廢氣凈化不需預(yù)處理。建造快、占地少。后處理投資大, 費(fèi)用高。對(duì)溶劑成份選擇性大。 42 設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)內(nèi)容為 20220 m3/h 活性炭吸附工業(yè)有機(jī)廢氣的工程設(shè)計(jì)，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(jì)，管道輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)及吸附劑再生系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，應(yīng)完成工作：（1）紙質(zhì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及其電子版本；（2）譯文及原文影印件。（3）設(shè)計(jì)圖紙（平面布置圖、工藝流程圖、主要構(gòu)筑物圖、管道布置圖等） 設(shè)計(jì)進(jìn)氣指標(biāo) 風(fēng)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(shè)計(jì)出氣指標(biāo)依據(jù)廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物排放限值》 （DB44/272022）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn) ,]3[具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表 21: 表 單位 mg/m3指 標(biāo) 苯 甲苯 二甲苯出氣濃度 ≤12 ≤40 ≤70 設(shè)計(jì)目標(biāo)（1）嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)環(huán)境保護(hù)的各項(xiàng)規(guī)定，確保各項(xiàng)污染指標(biāo)達(dá)到國(guó)家及地區(qū) 5有關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。（2）經(jīng)本處理工藝處理后的廢氣，將不會(huì)產(chǎn)生二次污染物。（3）本處理工藝運(yùn)行可靠，處理效果好，維護(hù)管理方便。（4）采用低能耗、低運(yùn)行費(fèi)用、基建投資省、占地少、操作管理簡(jiǎn)便。（5）工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備選型能夠在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中具有較大的調(diào)節(jié)余地。 63 工藝流程說(shuō)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(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性等條件全面考慮, 實(shí)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。目前 ,國(guó)內(nèi)外對(duì)有機(jī)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(fēng)量的有機(jī)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(jī)廢氣，缺點(diǎn)是對(duì)處理對(duì)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(yùn)行費(fèi)用很高；活性炭吸附法凈化效率為 %～% ,對(duì)于處理大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣,國(guó)內(nèi)外一致認(rèn)為該法是最為成熟和可靠的技術(shù),但該工藝流程過(guò)長(zhǎng),操作費(fèi)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(duì)這些問(wèn)題,結(jié)合本畢業(yè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和具體要求，采用利用活性炭固定床吸附系統(tǒng)對(duì)工業(yè)有機(jī)廢氣進(jìn)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(guò)濾器。3 活性炭固定吸附床。 4 提供蒸汽的風(fēng)機(jī)。5 離心風(fēng)機(jī)。 6 排氣罩.圖 有機(jī)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。在生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的廢氣主要為苯、甲苯、二甲苯等，根據(jù)苯類性質(zhì)，本方案采用活性炭作為吸附劑對(duì)廢氣進(jìn)行吸收處理，吸附床一般配置 2 臺(tái)以上,輪換使用,當(dāng) 1 臺(tái)吸附床吸附的有機(jī)物達(dá)到規(guī)定的吸附量時(shí),換到另 1 臺(tái)吸附床進(jìn)行吸附凈化操作,同時(shí)對(duì)前面 1 臺(tái)吸附床進(jìn)行脫附再生。脫附是在外加蒸汽的作用下通過(guò)加溫進(jìn)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(dá)到余熱的利用。生產(chǎn)中揮發(fā)出來(lái)的廢氣，通過(guò)離心風(fēng)機(jī)將其送至吸附塔以活性炭作為吸附劑，在塔內(nèi)的氣體從右到左，從下到上通過(guò)活性炭過(guò)濾層對(duì)氣體進(jìn)行處理，凈化后的氣體通過(guò)排氣管排入大氣。如 附圖 1 所示 84 設(shè)計(jì)與計(jì)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(shí)，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 。吸附處理廢氣時(shí)，吸附的對(duì)象是氣態(tài)]4[污染物，被吸附的氣體組分稱為吸附質(zhì)，多孔性物質(zhì)稱為吸附劑。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。而當(dāng)吸附進(jìn)行一段時(shí)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(shí)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(gè)過(guò)程稱為吸附劑的再生。因此，在實(shí)際工作中，正是利用吸附劑的吸附－再生－吸附的循環(huán)過(guò)程，達(dá)到除去廢氣中污染物質(zhì)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(jù)吸附劑表面與被吸附物質(zhì)之間作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)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(xué)吸附，或者兩種吸附同時(shí)發(fā)生，兩者之間沒(méi)有嚴(yán)格的界限。兩者的主要區(qū)別見(jiàn)表 41 ]5[表 41 物理吸附與化學(xué)吸附的區(qū)別性質(zhì) 物理吸附 化學(xué)吸附吸附力 范德華力 化學(xué)鍵力吸附層數(shù) 單層活多層 單層吸附熱 ?。ń谝夯療幔?大（近于反應(yīng)熱）選擇性 無(wú)或很差 較強(qiáng)可逆性 可逆 不可逆吸附平衡 易達(dá)到 不易達(dá)到吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強(qiáng)，當(dāng)氣體中吸附質(zhì)分壓降低或溫度升高時(shí)，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(jìn)行吸附劑的再生及吸附質(zhì)的回收利用的。 9 吸附機(jī)理吸附和脫附互為可逆過(guò)程。當(dāng)用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質(zhì)時(shí)，由于吸附劑表面沒(méi)有吸附質(zhì)，因此也就沒(méi)有吸附質(zhì)的脫附。但隨著吸附的進(jìn)行，吸附劑表面上的吸附質(zhì)量逐漸增多，也就出現(xiàn)了吸附質(zhì)的脫附，且隨時(shí)間的推移，脫附速度不斷增大。但從宏觀上看，同一時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量仍大于脫附量，所以過(guò)程的總趨勢(shì)認(rèn)為吸附。當(dāng)同一時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)的吸附量與脫附量相等時(shí)，吸附和脫附達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)稱為達(dá)到吸附平衡。平衡時(shí)，吸附質(zhì)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(guò)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(zhǎng)時(shí)間接觸后，終將達(dá)到吸附平衡。吸附平衡量是吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的極限吸附量，亦稱靜吸附量分?jǐn)?shù)或靜活性分?jǐn)?shù)，用Xt表示，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(lái)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(duì)吸附質(zhì)吸附數(shù)量的極限，其數(shù)值對(duì)吸附造作，設(shè)計(jì)和過(guò)程控制有著重要的意義。達(dá)到吸附平衡時(shí)，平衡吸附量與吸附質(zhì)在流體中的濃度與吸附溫度間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，此關(guān)系即為吸附平衡關(guān)系，其一般都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的，也可以用經(jīng)驗(yàn)方程式表示。 吸附等溫線 在氣體吸附中，其平衡關(guān)系可表示為： A＝ ???,pf式中 A——平衡吸附量； p——吸附平衡時(shí)吸附質(zhì)在氣相中的分壓力； T——吸附溫度 根據(jù)需要。對(duì)一定的吸附體系可測(cè)得如下關(guān)系： ① 當(dāng)保持 T 不變，可測(cè)得 A 與 P 的變化關(guān)系② 當(dāng)保持 P 不變，可測(cè)得 A 與 T 的變化關(guān)系 10③ 當(dāng)保持 A 不變，可測(cè)得 P 與 T 的變化關(guān)系依據(jù)上述變化關(guān)系，可分別繪出相應(yīng)的關(guān)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(guò)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(shí)，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(jù)對(duì)大量的不同氣體與蒸氣的吸附測(cè)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(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(yàn)方程式，即為吸附等溫方程式，其中有的完全依據(jù)實(shí)驗(yàn)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 BET 方程，后者應(yīng)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(dòng)態(tài)平衡；③吸附劑表面性質(zhì)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(jù)上述假設(shè)，可推導(dǎo)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?jǐn)?shù)； a ——吸附系數(shù)，是吸附作用的平衡常數(shù)； p ——?dú)庀喾謮骸＠矢裰嚑柕葴厥降牧硪槐憩F(xiàn)形式為： = Vapm?1式中 ——單分子層覆蓋滿時(shí)（ ）的吸附量；1?? —— 在氣相分壓 p 下的吸附量。在壓力很低時(shí)，或者吸附很若時(shí)，ap≤1,上式變成：V=V map 11由朗格謬爾等溫式得到的結(jié)果與許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符合，能夠解釋很多實(shí)驗(yàn)結(jié)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(nèi)與實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)氣體分壓； k ，n ——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。在一定溫度下，對(duì)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，㎏； ——被吸附氣體的質(zhì)量。x弗羅因德利希等溫方程式只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)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(zhì)的吸附，如有機(jī)物或礦物油的脫色，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定 k 與 n。有資料認(rèn)為它在高壓范圍內(nèi)不能很好地吻合實(shí)驗(yàn)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(duì)中壓合高壓物理吸附不能很好地吻合，在此基礎(chǔ)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(dá)到動(dòng)態(tài)平衡以外，還認(rèn)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(dá)平衡后，吸附總數(shù)（V）為： ????????????001pCpmP ——平衡時(shí)氣體分壓；V—— 壓力為 p 時(shí)的吸附總量；——吸附劑表面為單分子層鋪滿時(shí)的吸附量；m——實(shí)際溫度下氣體的飽和蒸氣壓；0pC——與氣體有關(guān)的常數(shù)。 12 很多實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)比壓 p/ 在 － 范圍內(nèi)時(shí)， BET 公式是比較準(zhǔn)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(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?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(dá)到平衡時(shí)吸附劑的平衡吸附量即為其靜活性。對(duì)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(dòng)活性在一定的操作條件下，將氣體混合物通過(guò)吸附床層，吸附質(zhì)被吸附，當(dāng)吸附一段時(shí)間后，從吸附劑層流出的的氣體中開(kāi)始發(fā)現(xiàn)吸附質(zhì)（或其濃度達(dá)到一規(guī)定的允許值）時(shí)，認(rèn)為床層失效，此時(shí)吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量稱為吸附劑的動(dòng)活性。動(dòng)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(dòng)活性值是吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。 吸附速率吸附過(guò)程常需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡，而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，兩項(xiàng)接觸時(shí)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(guò)程有關(guān)，吸附過(guò)程可分為以下幾步：(1) 外擴(kuò)散，吸附質(zhì)從氣流主體穿過(guò)顆粒物周圍氣膜擴(kuò)散至吸附劑的外表面（2）內(nèi)擴(kuò)散，吸附質(zhì)由外表面經(jīng)微孔擴(kuò)散至吸附劑微孔表面（3）吸附，到達(dá)吸附劑微孔表面的吸附質(zhì)被吸附（4）脫附的吸附質(zhì)再經(jīng)內(nèi)外擴(kuò)散至氣相主體物理吸附過(guò)程一般為內(nèi)外擴(kuò)散控制，化學(xué)吸附既有表面動(dòng)力學(xué)控制，又有內(nèi)外擴(kuò)散控制。由于吸附過(guò)程復(fù)雜，影響因素多，從理論上推導(dǎo)速率很難，因此一般是憑經(jīng) 13驗(yàn)或根據(jù)模式實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。 吸附器選擇的設(shè)計(jì)計(jì)算吸附器的設(shè)計(jì)計(jì)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(lái)考慮。 吸附器的確定對(duì)吸附器的基本要求：（1）具有足夠的過(guò)氣斷面和停留時(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。 吸附工藝根據(jù)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(dòng)床和流化床過(guò)程，相應(yīng)的三種吸附器的主要特點(diǎn)比較見(jiàn)表 42 ]6[表 42 三種吸附器主要特點(diǎn)比較類型 主要特點(diǎn)比較固定床吸附器1．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)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(jìn)行、間歇操作4．應(yīng)用廣泛移