基本原理
1 、吸附原理
當(dāng)兩相組成一個體系時，其組成在相界面與相內(nèi)部是不同的，處在；兩相界面處的成分產(chǎn)生了積蓄（濃縮），這種現(xiàn)象稱為吸附。吸附處理廢氣時，吸附的對象是氣態(tài)污染物，被吸附的氣體組分稱為吸附質(zhì)，吸附氣體組分的物質(zhì)稱為吸附劑。
使已被吸附的組分從達到飽和的吸附劑析出，吸附劑得以再生的操作稱為脫附。即被吸附于界面的物質(zhì)在一定條件下，離開界面重新進入體相的過程，也成解吸。而當(dāng)吸附進行一段時間后，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，此時需要采用一定的措施是吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)脫附，恢復(fù)吸附劑的吸附能力，這個過程成為吸附劑的再生。因此，在實際工作中，正式利用吸附劑的吸附 — 再生 — 吸附的循環(huán)過程，達到除去廢氣中污染物質(zhì)并回收廢氣中有用組分的目的。
脫附過程是在吸附劑結(jié)構(gòu)不變化或者變化極小的情況下，將吸附質(zhì)從吸附劑孔隙中除去，恢復(fù)它的吸附能力。通過再生使用，可以降低處理成本，減少廢渣排放量，同時回收吸附質(zhì)。被吸附的組分重新釋放，釋放的氣體濃度高于原混合氣的濃度。促進解吸的條件有：
（ 1 ）提高溫度（熱再生；
（ 2 ）抽真空以降低壓力（變壓解吸附）；
（ 3 ）降低吸附劑周圍組分的濃度（空氣吹掃）。
2 、吸附機理
吸附和脫附互為可逆過程。當(dāng)用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質(zhì)時，由于吸附劑表面沒有吸附質(zhì)，因此也就沒有吸附質(zhì)的脫附。但隨著吸附的進行，吸附劑表面上的吸附質(zhì)逐漸增多，也就出現(xiàn)了吸附質(zhì)的脫附，且隨著時間的推移，脫附速度不斷增大。但從宏觀上看，同一時間吸附質(zhì)的吸附量仍大于脫附量，所以過程的總趨勢認為是吸附。當(dāng)同一時間吸附質(zhì)的吸附量與脫附量相等時，吸附和脫附達到動態(tài)平衡，此時稱為達到吸附平衡。平衡時，吸附質(zhì)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，吸附過程停止。平衡時的吸附質(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)與吸附劑長時間接觸后，終將達到吸附平衡。吸附平衡量是吸附劑對吸附質(zhì)的極限吸附量，亦稱靜吸附量分數(shù)或經(jīng)活性分數(shù)，用 表示，無量綱。它是設(shè)計和生產(chǎn)中十分重要的參數(shù)。吸附平衡時，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)實驗數(shù)據(jù)繪制，也常用各種經(jīng)驗方程式來表示。
3 、吸附量
吸附量是指在一定條件下單位質(zhì)量的吸附劑上所吸附的吸附質(zhì)的量，通常以 kg 吸附質(zhì)/kg 吸附劑或質(zhì)量分數(shù)表示，它是吸附劑所具有吸附能力的標(biāo)志。在工業(yè)上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，達到平衡時吸附劑的平衡吸附量即為其靜活性 。對一定的吸附體系，靜活性只取決于吸附溫度和吸附質(zhì)的濃度或分壓。
（ 2 ）吸附劑的動活性
在一定的操作條件下，將氣體混合物通過吸附床層，吸附質(zhì)被吸附，當(dāng)吸附一段時間后，從吸附劑層流出的汽提開始發(fā)現(xiàn)吸附質(zhì)（或其濃度達到依規(guī)定的允許值）時，認為床層失敗，此時吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量稱為吸附劑的動活性。動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)。吸附劑的動活性值是吸附系統(tǒng)設(shè)計的主要依據(jù)。
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吸附器選擇的設(shè)計計算
1 、吸附器的確定
對吸附器的基本要求：
（ 1 ）具有足夠的過氣段面和停留時間
（ 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
吸附工藝選用固定床吸附器?；具\行參數(shù)如下：
處理風(fēng)量： 40000m 3 /h
有機廢氣組分：
甲苯 800 mg/ m 3
丙酮 134 mg/ m 3
乙酸乙酯 395 mg/ m 3
材料：鋼板δ =4
壓降：常壓
數(shù)量：兩臺并聯(lián)，脫附吸附交替運行
2 、吸附劑的選擇
如何選擇 、使用和評價吸附劑，是吸附操作中必須解決的首要問題。一切固體物質(zhì)的表面，對于流體的表面都具有物理吸附的作用，但合乎工業(yè)要求的吸附劑則應(yīng)具備以下一些要求：
（ 1 ） 具有大的比表面積
（ 2 ）具有良好的選擇性吸附作用
（ 3 ）吸附容量大
（ 4 ）具有良好的機械強度和均勻的顆粒尺寸
（ 5 ）有足夠的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性
（ 6 ）有良好的再生性能
（ 7 ）吸附劑的來源廣泛、造價低廉
本設(shè)計采用 活性炭纖維 做吸附劑，活性炭纖維是常用吸附劑的一種。活性炭纖維對吸附質(zhì)的吸附主要取決于表面的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)，活性炭纖維以其表面大量的不飽和碳構(gòu)筑成了獨特的吸附結(jié)構(gòu)，它是一種典型的微孔碳，其含有的許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)（雜環(huán)結(jié)構(gòu)）或含有表面官能團的結(jié)構(gòu)，具有極大的表面積，也就造成了微孔相對孔壁分子共同作用形成強大的分子場，提供一個吸附總分子物理和化學(xué)變化的高壓體系。活性炭纖維不含有大孔，其微孔占大多數(shù)，當(dāng)微孔與分子尺寸大小相當(dāng)時，在范德華力作用下相距很近的吸附場發(fā)生疊加，引起微孔內(nèi)吸附勢的增加，而活性炭纖維表面的孔口多，容易吸附和脫附，而且吸脫行程短。因此，活性炭纖維是一種優(yōu)良的吸附劑。 （ 計算過程以活性炭顆粒為例 ）
3 、空塔氣速和橫截面積的確定
空塔氣速為氣體通過吸附器整個橫截面積的速度，空塔氣速的選擇，不僅直接決定了吸附器的尺寸和壓降的大小，而且還會影響吸附效率。 氣速很小，則吸附器尺寸很大，不經(jīng)濟；氣速過大，則壓降會增大，使吸附效率受到影響 。通過實驗確定最佳氣速，吸附設(shè)計中不能追求過高的吸附效率，把空塔氣速取值降小， 那樣會使吸附床體積、吸附劑用量和設(shè)備造價大為增高；反之也不宜取過大的空塔氣速，那樣設(shè)備費用雖低，但吸附效率下降很多，且體系壓降會隨空塔氣速的增大上升很快，造成動力消耗過大，因此應(yīng)選取合適的空塔氣速， 最適宜的空塔氣速為 0.8~1.2m/s ，依此經(jīng)驗結(jié)論，本設(shè)計確定
空塔氣速： U=1.0m/s
原始條件：
處理風(fēng)量： Q=40000 m 3 /h ，設(shè)計溫度為常溫，壓力為常壓
由于廢氣中，空氣所占的比例遠遠大于污染物所占比例，因此，廢氣性質(zhì)可以近似看作為干空氣的熱物理性質(zhì)，查 《 化工原理 》 附錄得以下數(shù)據(jù)：
空氣混合物性質(zhì) ：
4 、固定床吸附層高度的計算
采用透過曲線計算方法，通過實驗將含有一定濃度污染物的氣流連續(xù)通過固定床吸附器，在不同的時間內(nèi)，確定吸附床不同截面處氣流中污染物的濃度分布，當(dāng)吸附床使用一段時間后， 出口氣體污染物濃度達到某一允許最大濃度時，認為吸附床失效 。 從氣流開始通入至吸附床失效這段時間稱為穿透時間，或保護作用時間。 表示吸附床處理氣體量與出氣口污染物濃度之間的關(guān)系的曲線稱為穿透曲線。穿透曲線的形狀和穿透時間取決于固定床的操作方法。操作過程的實際速率和機理、吸附平衡性質(zhì)、氣流速度、污染物入口濃度，以及床層厚度等影響穿透曲線的形狀，此過程比較復(fù)雜，目前仍是只是近似過程的計算。
假定吸附床到達穿透時間全部處于飽和狀態(tài)，即達到它的平衡吸附量 a ，也稱 a 為靜活度，同時根據(jù)朗格繆爾等溫線，假定靜活度不再與氣相濃度有關(guān)。在 吸附作用時間 ζ 內(nèi)，所吸附污染物的量為
固定床雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于污染物在床層內(nèi)濃度分布是隨時間變化，計算比較復(fù)雜，因此目前工程上都是采用近似計算，通過計算活性炭的作用時間進行后處理的計算。 活性炭的作用時間由下式算出 ：
算出廢棄的排放量：
假設(shè)吸附器的吸附效率為 85% ，則達標(biāo)排放是需要吸附總的污染物的量為：
則在吸附作用時間內(nèi)的吸附量：
根據(jù)活性炭的吸附能力，設(shè)靜活度為 16kg 甲苯 /100kg 活性炭，
所以
5 、吸附劑（活性炭）用量的計算
吸附劑的用量 M ：
吸附劑本身占體積
吸附床層體積：
6 、活性炭再生的計算
（ 1 ） 干燥吸附劑時空氣消耗量
式中： L—— 干燥吸附劑是空氣的消耗量， kg
l—— 空氣的單位消耗量，即干空氣 /H2O ，無量綱
(2) 加熱空氣所消耗的空氣熱焓量
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