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有机废气吸附设计与计算及活性炭再生计算

1、吸附原理


当两相组成一个体系时,其组成在相界面与相内部是不同的,处在;两相界面处的成分产生了积蓄(浓缩),这种现象称为吸附。吸附处理废气时,吸附的对象是气态污染物,被吸附的气体组分称为吸附质,吸附气体组分的物质称为吸附剂。


使已被吸附的组分从达到饱和的吸附剂析出,吸附剂得以再生的操作称为脱附。即被吸附于界面的物质在一定条件下,离开界面重新进入体相的过程,也成解吸。而当吸附进行一段时间后,由于表面吸附质的浓集,使其吸附能力明显下降而不能满足吸附净化的要求,此时需要采用一定的措施是吸附剂上已吸附的吸附质脱附,恢复吸附剂的吸附能力,这个过程成为吸附剂的再生。因此,在实际工作中,正式利用吸附剂的吸附—再生—吸附的循环过程,达到除去废气中污染物质并回收废气中有用组分的目的。


脱附过程是在吸附剂结构不变化或者变化极小的情况下,将吸附质从吸附剂孔隙中除去,恢复它的吸附能力。通过再生使用,可以降低处理成本,减少废渣排放量,同时回收吸附质。被吸附的组分重新释放,释放的气体浓度高于原混合气的浓度。促进解吸的条件有:(1)提高温度(热再生;(2)抽真空以降低压力(变压解吸附);(3)降低吸附剂周围组分的浓度(空气吹扫)。


2、吸附机理


吸附和脱附互为可逆过程。当用新鲜的吸附剂吸附气体中的吸附质时,由于吸附剂表面没有吸附质,因此也就没有吸附质的脱附。但随着吸附的进行,吸附剂表面上的吸附质逐渐增多,也就出现了吸附质的脱附,且随着时间的推移,脱附速度不断增大。但从宏观上看,同一时间吸附质的吸附量仍大于脱附量,所以过程的总趋势认为是吸附。当同一时间吸附质的吸附量与脱附量相等时,吸附和脱附达到动态平衡,此时称为达到吸附平衡。平衡时,吸附质在流体中的浓度和在吸附剂表面上的浓度不再变化,从宏观上看,吸附过程停止。平衡时的吸附质在流体中的浓度称为平衡浓度,在吸附剂中的浓度称为平衡吸附量。


当吸附质与吸附剂长时间接触后,终将达到吸附平衡。吸附平衡量是吸附剂对吸附质的极限吸附量,亦称静吸附量分数或经活性分数,用表示,无量纲。它是设计和生产中十分重要的参数。吸附平衡时,吸附质在气、固两相中的浓度关系,一般用吸附等温线表示。吸附等温线通常根据实验数据绘制,也常用各种经验方程式来表示。


3、吸附量


吸附量是指在一定条件下单位质量的吸附剂上所吸附的吸附质的量,通常以kg吸附质/kg吸附剂或质量分数表示,它是吸附剂所具有吸附能力的标志。在工业上吸附量称为吸附剂的活性。


吸附剂的活性有两种表示方法:


(1)吸附剂的静活性


在一定条件下,达到平衡时吸附剂的平衡吸附量即为其静活性。对一定的吸附体系,静活性只取决于吸附温度和吸附质的浓度或分压。


(2)吸附剂的动活性


在一定的操作条件下,将气体混合物通过吸附床层,吸附质被吸附,当吸附一段时间后,从吸附剂层流出的汽提开始发现吸附质(或其浓度达到依规定的允许值)时,认为床层失败,此时吸附剂吸附的吸附质的量称为吸附剂的动活性。动活性除与吸附剂和吸附质的特性有关外,还与温度、浓度及操作条件有关。吸附剂的动活性值是吸附系统设计的主要依据。

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