求吸附器的工作原理

求吸附器的工作原理
求吸附器的工作原理

求吸附器的工作原理
吸附器

　　吸附器是装有吸附剂实现气一固吸附和解吸的设备.
　　分类与结构 按吸附器操作时吸附剂的运动状态,吸附器分为固定床吸附器、流动床吸附器和沸腾床吸附器.工业废气净化多采用固定床吸附器.固定床吸附器有立式、卧式和环形三种,在外形大小相同条件下,环形吸附器的接触面积最大.
　　固定床吸附器基本结构见图1.

图1 立式吸附器
1—送蒸气空气混合物入吸附器的接管　2—除去被吸蒸气后的空气排出管 3—加料孔　4—活性炭及砾石排出孔 5—框架　6—带有有孔侧壁的蒸气空气混合物分配器　7—送直接蒸气人吸附器的鼓泡器　8—圆筒形凝液排除器 9—凝液排出管　10—进水管 11—温度计插套　12—解吸时的蒸气排出管 13—排气管　14—压力计连接管 15—安全阀连接管

　　固定床吸附器的设计 以活性炭吸附有机溶剂为例.
　　1．确定废气处理量
　　处理风量应根据车间内有机溶剂的蒸发量(即吸附质)、有机气体的爆炸下限,配制车间的排气量进行计算,同时确定废气的初始浓度.
　　(1)有机溶剂蒸发量计算
　　可以按实际溶剂消耗量计算、相对挥发度的近似
计算或用马札克公式(式1)计算.
　　　　　　 (1)
式中 G——有机蒸气蒸发量,g／h；
　　 W——车间内风速,m／s；
　　 p饱——有机溶剂在室温时饱和蒸气压,Pa；
　　 F——有机溶剂敞露面积,m2；
　　 M —有机溶剂分子量.
　　(2)确定有机溶剂的爆炸下限
　　从有关手册查出该有机溶剂的爆炸下限或用计算法求得(详见“爆炸极限”条目).
　　(3)配气原则
　　一般将排气浓度控制在爆炸下限浓度的10%～25％左右.
　　(4)废气初始浓度
Go=G／V　　　　　　　 　(2)
式中 Go——废气中吸附质的初始浓度,g／m3；
　　 G——吸附质的蒸发量,g／h；
　　 V——废气体积流量,m3/h.
　　2．确定吸附剂用量
　　(1)确定保护作用时间
　　常用希洛夫方程(式3)近似计算：
　　　　　　　　 (3)
式中 τ——保护作用时间,s；
　　 α——平衡静活性,％；
　　 ρ——吸附剂松密度,kg／m3；
　　 W——通过吸附剂层的气体流速,m／s；
　　 Co——气流中吸附质初始浓度,kg／m3；
　　 L——吸附剂床层厚度,m；
　　 h——吸附剂“死层”厚度,m.
　　吸附剂床层厚度的选择决定了保护作用时间的长短,活性炭吸附有机溶剂的床层厚度一般选择0．5～1m.若厚度过高,炭层阻力加大,设备体积加大,解吸时蒸气耗量亦会增加,所以保护作用时间的确定是经济指标和技术指标的综合结果.
　　“死层”厚度的选择一般为吸附剂床层厚度的8％～15％.
　　吸附过程的每次间歇操作的持续时间(即保护作用时间),还可以根据实际吸附剂层的平均终活性与初活性,用物料衡算来确定.
　　　　　　　　(4)
式中 τ——保护作用时间,s；
　　 G——吸附剂用量,kg；
　　 a终——吸附剂终活性,即最终炭层中含有吸附质的重量百分数；
　　 a初——吸附剂的初活性,即初始炭层中含有吸附质的重量百分数；
　　 W——吸附剂层截面气流速度,m／s；
　　 S——吸附剂层截面积,m2；
　　 Co——气流吸附质初始浓度,kg／m3.
　　 C残——吸附器出口气流吸附质的残留浓度,kg／m3.
　　(2)吸附剂床层面积
S=V／W　　　　 　　(5)
式中 V——废气体积流量,m3／h；
　　 W——通过吸附剂截面气流速度,m／s.
　　一般空塔流速在0．2～0．4m／sE右.
　　(3)吸附剂用量
G=LSρ　　　　　　　　　　　(6)
式中符号同前.
　　3．吸附热造成的升温
　　用活性炭吸附物质时,所放出的吸附热使炭层及混合气升温,不利于吸附的进行.活性炭吸附有机物的吸附热可由手册中查出.根据吸附器中装炭总量及每次间歇吸附时被吸物质的总量,计算吸附放出的总热量.该热量消耗于加热混合气、炭、砾石、吸附器及绝热材料等.但大部分热量被混合气吸收,假定混合气比热等于空气比热,可求得混合气的升温.
　　4．解吸时水蒸气的消耗量
　　水蒸气消耗量的一般经验值：每回收1kg苯消耗3～5kg水蒸气.
　　5．吸附剂层阻力
　　　　　　　　　　 (7)
式中 λ——外摩擦系数,是雷诺数(Re)的函数.
　　Re＜20时, ；
　　Re在20～2 000时, ；
　　Re＞2000时,λ=0．4j
　　L——吸附剂层厚度,m；
　　W隙——气体在吸附剂层的孔隙中的真实速度,m／s；
　　ρ——气体密度,kg／m3；
　　d当——当量直径,m；
式中 V隙——单位体积吸附剂层中颗粒空隙所占的百分比,又称床层孔隙度；
　　 σ——单位体积床层中全部吸附剂颗粒的表面积,m2／m3；
　　△p的计算值应与实测值对照,才比较可靠.
　　吸附净化系统的安全技术 吸附净化系统的安全是极其重要的,应注意以下几个方面.
　　1．保证吸附器和管道的密闭
　　设备和管道应具有最少的可拆卸接合；排送含有有机溶剂的管道壁厚应大于5mm；含有机溶剂的设备和管道均应经过砾石阻火器与大气相通.
　　2．杜绝工作场所产生火花
　　马达应是防爆型的或放在专门隔离的场所；防静电、防雷击.
　　3．杜绝活性炭升温到接近其燃点(300℃)
　　严格控制炭层温度,测温点应能达到炭层中心及炭层的各部分；应避免炭层的急剧氧化而放出大量热；解吸时炭层温度控制在105～110℃之间,解吸用的过热蒸气不应高于120℃；解吸后应在100℃以下干燥炭层,然后用冷空气将活性炭冷却至40℃以下；若炭层冒烟或引燃时,应立即引水缓慢淹没炭层,不可鼓风；避免解吸冷凝液倒流人炭层而剧烈放热；吸附器停止操作时间超过24h,活性炭在解吸后应用水淹没炭层.
　　吸附流程 吸附净化流程分为非再生吸附净化流程和再生吸附净化流程.
　　1．非再生吸附净化流程
　　吸附器可以并联,也可以串联.例如用吸附氯气后的活性炭净化汞蒸气,待吸附器饱和后,重新更换吸附剂.
　　2．再生吸附净化流程
　　再生吸附净化流程主要用于净化含有机溶剂的废气,并回收有机溶剂.该流程包括：活性炭吸附有机蒸气(吸附)、从活性炭中解吸有机溶剂(解吸)、用热空气吹干或烘干活性炭(干燥)、用冷空气冷却活性炭(冷却)四个步骤.为了维持连续吸附,净化系统中应不少于二台吸附器交替进行吸附及解吸过程.典型流程见图2.

图2 有再生系统的活性炭吸附净化设备
1—过滤器 2—风机 3—空气冷却器 4—第Ⅰ号吸附器　5—第Ⅱ号吸附器 6—冷凝器 7—分离器

　　　　——摘自《安全科学技术百科全书》（中国劳动社会保障出版社,2003年6月出版）