有机废气吸附设计与计算及活性炭再生计算

2、吸附剂的选择

如何选择、使用和评价吸附剂，是吸附操作中必须解决的首要问题。一切固体物质的表面，对于流体的表面都具有物理吸附的作用，但合乎工业要求的吸附剂则应具备以下一些要求：

(1)具有大的比表面积

(2)具有良好的选择性吸附作用

(3)吸附容量大

(4)具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸

(5)有足够的热稳定性及化学稳定性

(6)有良好的再生性能

(7)吸附剂的来源广泛、造价低廉

本设计采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主要取决于表面的物理结构和化学结构，活性炭纤维以其表面大量的不饱和碳构筑成了独特的吸附结构，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)或含有表面官能团的结构，具有极大的表面积，也就造成了微孔相对孔壁分子共同作用形成强大的分子场，提供一个吸附总分子物理和化学变化的高压体系。活性炭纤维不含有大孔，其微孔占大多数，当微孔与分子尺寸大小相当时，在范德华力作用下相距很近的吸附场发生叠加，引起微孔内吸附势的增加，而活性炭纤维表面的孔口多，容易吸附和脱附，而且吸脱行程短。因此，活性炭纤维是一种优良的吸附剂。(计算过程以活性炭颗粒为例)

3、空塔气速和横截面积的确定

空塔气速为气体通过吸附器整个横截面积的速度，空塔气速的选择，不仅直接决定了吸附器的尺寸和压降的大小，而且还会影响吸附效率。气速很小，则吸附器尺寸很大，不经济;气速过大，则压降会增大，使吸附效率受到影响。通过实验确定最佳气速，吸附设计中不能追求过高的吸附效率，把空塔气速取值降小，那样会使吸附床体积、吸附剂用量和设备造价大为增高;反之也不宜取过大的空塔气速，那样设备费用虽低，但吸附效率下降很多，且体系压降会随空塔气速的增大上升很快，造成动力消耗过大，因此应选取合适的空塔气速，最适宜的空塔气速为0.8~1.2m/s，依此经验结论，本设计确定

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

由于废气中，空气所占的比例远远大于污染物所占比例，因此，废气性质可以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

采用透过曲线计算方法，通过实验将含有一定浓度污染物的气流连续通过固定床吸附器，在不同的时间内，确定吸附床不同截面处气流中污染物的浓度分布，当吸附床使用一段时间后，出口气体污染物浓度达到某一允许最大浓度时，认为吸附床失效。从气流开始通入至吸附床失效这段时间称为穿透时间，或保护作用时间。表示吸附床处理气体量与出气口污染物浓度之间的关系的曲线称为穿透曲线。穿透曲线的形状和穿透时间取决于固定床的操作方法。操作过程的实际速率和机理、吸附平衡性质、气流速度、污染物入口浓度，以及床层厚度等影响穿透曲线的形状，此过程比较复杂，目前仍是只是近似过程的计算。

假定吸附床到达穿透时间全部处于饱和状态，即达到它的平衡吸附量a，也称a为静活度，同时根据朗格缪尔等温线，假定静活度不再与气相浓度有关。在吸附作用时间ζ内，所吸附污染物的量为

X=aSL

式中：X——在时间ζ内的吸附量;

a——静活度，重量，%;

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

固定床虽然结构简单，但由于污染物在床层内浓度分布是随时间变化，计算比较复杂，因此目前工程上都是采用近似计算，通过计算活性炭的作用时间进行后处理的计算。活性炭的作用时间由下式算出：

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——活性炭的使用时间，h

W——活性炭原粒度的重量穿透炭容，%

d——活性炭的堆密度0.8t/ m 3

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