有机废气设备吸附设计计算及活性炭活性再生计
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2020-08-21 16:21
有机废气设备吸附设计计算及活性炭活性再生计算
基本原理
1、吸附原理
当两相组成一个系统时，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储（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抵达饱满的吸附剂分出，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必定条件下，脱离界面从头进入体相的过程，也成解吸。而当吸附进行一段时刻后，因为外表吸附质的浓集，使其吸附才能显着下降而不能满意吸附净化的要求，此刻需求选用必定的办法是吸附剂上已吸附的吸附质脱附，康复吸附剂的吸附才能，这个过程成为吸附剂的再生。因而，在实践工作中，正式运用吸附剂的吸附—再生—吸附的循环过程，抵达除掉废气中污染物质并收回废气中有用组分的意图。
脱附过程是在吸附剂结构不改变或许改变极小的情况下，将吸附质从吸附剂孔隙中除掉，康复它的吸附才能。经过再生运用，能够下降处理本钱，削减废渣排放量，一起收回吸附质。被吸附的组分从头开释，开释的气体浓度高于原混合气的浓度。促进解吸的条件有：（1）进步温度（热再生；（2）抽真空以下降压力（变压解吸附）；（3）下降吸附剂周围组分的浓度（空气吹扫）。
2、吸附机理
吸赞同脱附互为可逆过程。当用新鲜的吸附剂吸附气体中的吸附质时，因为吸附剂外表没有吸附质，因而也就没有吸附质的脱附。但跟着吸附的进行，吸附剂外表上的吸附质逐步增多，也就呈现了吸附质的脱附，且跟着时刻的推移，脱附速度不断增***。但从微观上看，同一时刻吸附质的吸附量仍***于脱附量，所以过程的总趋势以为是吸附。当同一时刻吸附质的吸附量与脱附量持平时，吸赞同脱附抵达动态平衡，此刻称为抵达吸附平衡。平衡时，吸附质在流体中的浓度和在吸附剂外表上的浓度不再改变，从微观上看，吸附过程中止。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刻触摸后，终将抵达吸附平衡。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，用表明，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、固两相中的浓度联系，一般用吸附等温线表明。吸附等温线一般依据试验数据制作，也常用各种经历方程式来表明。
3、吸附量
吸附量是指在必定条件下单位质量的吸附剂上所吸附的吸附质的量，一般以kg吸附质/kg吸附剂或质量分数表明，它是吸附剂所具有吸附才能的标志。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明办法：
（1）吸附剂的静活性
在必定条件下，抵达平衡时吸附剂的平衡吸附量即为其静活性。对必定的吸附系统，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
在必定的操作条件下，将气体混合物经过吸附床层，吸附质被吸附，当吸附一段时刻后，从吸附剂层流出的汽提开端发现吸附质（或其浓度抵达依规则的答应值）时，以为床层失利，此刻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***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***要依据。
二、吸附器挑选的设计计算
1、吸附器的确认
对吸附器的基本要求：
（1）具有满足的过气段面和停留时刻
（2）杰出的气流散布
（3）预先除掉进口气体中污染吸附剂的杂质
（4）能够有效地操控和调理吸附操作温度
（5）易于替换吸附剂
吸附工艺选用固定床吸附器。基本运转参数如下：
处理风量：40000m3/h
有机废气组分：
甲苯800 mg/ m 3，丙酮134 mg/ m 3，乙酸乙酯395 mg/ m 3
材料：钢板δ=4
压降：常压
数量：两台并联，脱附吸附替换运转
2、吸附剂的挑选
怎么挑选、运用和点评吸附剂，是吸附操作中有必要处理的***要问题。悉数固体物质的外表，关于流体的外表都具有物理吸附的效果，但符合工业要求的吸附剂则应具有以下一些要求：
（1）具有***的比外表积
（2）具有杰出的挑选性吸附效果
（3）吸附容量***
（4）具有杰出的机械强度和均匀的颗粒尺度
（5）有满足的热稳定性及化学稳定性
（6）有杰出的再生功能
（7）吸附剂的来历广泛、造价低价
本设计选用活性炭纤维做吸附剂，活性炭纤维是常用吸附剂的一种。活性炭纤维对吸附质的吸附***要取决于外表的物理结构和化学结构，活性炭纤维以其外表许多的不饱满碳构筑成了一起的吸附结构，它是一种典型的微孔碳，其含有的许多不规则结构（杂环结构）或含有外表官能团的结构，具有极***的外表积，也就形成了微孔相对孔壁分子一起效果构成强壮的分子��，供给一个吸附总分子物理和化学改变的高压系统。活性炭纤维不含有***孔，其微孔占***多数，当微孔与分子尺度巨细相其时，在范德华力效果下相距很近的吸附场产生叠加，引起微孔内吸附势的添加，而活性炭纤维外表的孔口多，简略吸赞同脱附，并且吸脱行程短。因而，活性炭纤维是一种***的吸附剂。（计算过程以活性炭颗粒为例）
3、空塔气速和横截面积的确认
空塔气速为气体经过吸附器整个横截面积的速度，空塔气速的挑��，不只直接决议了吸附器的尺度和压降的巨细，并且还会影响吸附功率。气速很��，则吸附器尺度很***，不经济；气速过***，则压降会增***，使吸附功率受到影响。经过试验确认***气速，吸附设计中不能寻求过高的吸附功率，把空塔气速取值降��，那样会使吸附床体积、吸附剂用量和设备造价***为增高；反之也不宜取过***的空塔气速，那样设备费用虽低，但吸附功率下降许多，且系统压降会随空塔气速的增***上升很快，形成动力耗费过***，因而应选取适合的空塔气速，***适合的空塔气速为0.8~1.2m/s，依此经历定论，本设计确认
空塔气速：U=1.0m/s
原始条件：
处理风量：Q=40000 m3/h，设计温度为常温，压力为常压
因为废气中，空气所占的份额远远***于污染物所占份额，因而，废气性质能够近似看作为干空气的热物理性质，查《化工原理》附录得以下数据：
空气混合物性质：
4、固定床吸附层高度的计算
选用透过曲线计算办法，经过试验将含有必定浓度污染物的气流接连经过固定床吸附器，在不同的时刻内，确认吸附床不同截面处气流中污染物的浓度散布，当吸附床运用一段时刻后，出口气体污染物浓度抵达某一答应***浓度时，以为吸附床失效。从气流开端通入至吸附床失效这段时刻称为穿透时刻，或维护效果时刻。表明吸附床处理气体量与出气口污染物浓度之间的联系的曲线称为穿透曲线。穿透曲线的形状和穿透时刻取决于固定床的操作办法。操作过程的实践速率和机理、吸附平衡性质、气流速度、污染物进口浓度，以及床层厚度等影响穿透曲线的形状，此过程比较复杂，现在仍是仅仅近似过程的计算。
假定吸附床抵达穿透时刻悉数处于饱满状态，即抵达它的平衡吸附量a，也称a为静活度，一起依据朗格缪尔等温线，假定静活度不再与气相浓度有关。在吸附效果时刻ζ内，所吸附污染物的量为
X=aSL
式中：X——在时刻ζ内的吸附量；
a——静活度，分量，%；
S——吸附层的截面积，m2；
L——吸附层高度，m;
——吸附剂的堆积密度，设计为470 kg/m 3
固定床尽管结构简略，但因为污染物在床层内浓度散布是随时刻改变，计算比较复杂，因而现在工程上都是选用近似计算，经过计算活性炭的效果时刻进行后处理的计算。活性炭的效果时刻由下式算出：
式中，V——活性炭的装填量，m 3
C——进口气体污染物的浓度，mg/ m 3
Q——气流量，m 3/h
t——活性炭的运用时刻，h
W——活性炭原粒度的分量穿透炭容，%
d——活性炭的堆密度0.8t/ m 3
算出抛弃的排放量：
依据活性炭的吸附才能，设静活度为16kg甲苯/100kg活性炭
所以，
5、吸附剂（活性炭）用量的计算
吸附剂的用量M：
6、活性炭再生的计算
本设计选用升温脱附，即在等压下升高吸附床层温度，进行脱附，然后降温冷却，从头吸附。吸附床的操作温度为，原猜中吸附质的分压为,当吸附床达饱满后，吸附剂吸附容量为，假定吸附阶段终了时，答应吸附后气体中的吸附容量低于。升温脱附可将吸附剂从升温到，这时吸附剂容量可低于。
（1）枯燥吸附剂时空气耗费量
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