9第三章第四節(jié)固定床吸附過程的計(jì)算

1、1第四節(jié)第四節(jié)固定床吸附過程的計(jì)算固定床吸附過程的計(jì)算固定床吸附器結(jié)構(gòu)簡單，但由于氣體吸附過程是氣—固傳質(zhì)，對任一時間或任一顆粒來說都是不穩(wěn)定過程，因此固定床吸附器的吸附操作是非穩(wěn)態(tài)的，計(jì)算過程非常復(fù)雜，一般要涉及到物料衡算方程、吸附等溫線方程和傳熱速率方程及熱量衡算。而在氣態(tài)污染物的吸附凈化設(shè)計(jì)中，由于所涉及到的物系是低濃度的氣態(tài)混合物，且氣量一般比較大，吸附熱相對較小，因此可近似地按等溫過程處理，可不考慮傳熱速率方程和熱量方程（升溫

2、脫附除外）。這樣在設(shè)計(jì)過程中可采用簡化了的方法進(jìn)行近似計(jì)算，計(jì)算時往往提出如下假設(shè)：（1）氣相中吸附質(zhì)濃度低；（2）吸附操作在等溫下進(jìn)行；（3）傳質(zhì)區(qū)通過整個床層時長度保持不變；（4）床層長度比傳質(zhì)區(qū)長度大得多。這些簡化限制條件對目前工業(yè)上應(yīng)用的吸附器來說，一般是符合的。設(shè)計(jì)中較常采用的是希洛夫近似計(jì)算法和透過曲線計(jì)算法。計(jì)算過程一般是在吸附劑的選擇、吸附設(shè)備的選擇和吸附效率確定之后進(jìn)行的。設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)是求出吸附器的床層直徑和高度，吸

3、附劑的用量，吸附器的一次循環(huán)工作時間，床層壓降等。下面首先介紹固定床吸附器的吸附過程。一、固定床吸附器的吸附過程在固定床吸附器的吸附操作中，一般是混合氣體從床層的一端進(jìn)入，凈化了的氣體從床層的另一端排出。因此，首先吸附飽和的應(yīng)是靠近進(jìn)氣口一端的吸附劑床層。隨著吸附的進(jìn)行，整個床層會逐漸被吸附質(zhì)飽和，床層末端流出污染物，此時吸附應(yīng)該停止，完成了一個吸附過程。為了描述吸附過程，提出了以下概念。（一）吸附負(fù)荷曲線與透過曲線1.吸附負(fù)荷曲線在實(shí)

4、際操作中，對于一個固定床吸附器，氣體以等速進(jìn)入床層，氣體中的吸附質(zhì)就會按某種規(guī)律被吸附劑所吸附。吸附一定時間后，吸附質(zhì)在吸附劑上就會有一定的濃度，我們把這一定的濃度稱為該時刻的吸附負(fù)荷。如果把這一瞬間床層內(nèi)不同截面上的吸附負(fù)荷對床層的長度（高度）作一條曲線，即得吸附負(fù)荷曲線。也就是說，吸附負(fù)荷曲線是吸附床層內(nèi)吸附質(zhì)濃度x隨床層長度z變化的曲線。3于是在τy圖上，從τB到τE呈現(xiàn)一個S型曲線，這條曲線稱“透過曲線”。它的形狀與吸附負(fù)荷曲線

5、是完全相似的，只是方向相反。由于它與吸附負(fù)荷曲線成鏡面對稱相似，所以也稱吸附負(fù)荷曲線為“吸附波”或“傳質(zhì)前沿”。由于透過曲線易于測定和標(biāo)繪出來，因此也用它來反映床層內(nèi)吸附負(fù)荷曲線的形狀，而且也能準(zhǔn)確地求出破點(diǎn)。如果透過曲線比較陡，說明吸附過程比較快，反之則速度較慢。如果透過曲線是一條豎直的直線，則說明吸附過程是飛快的，是理想的吸附波。（二）保護(hù)作用時間保護(hù)作用時間是固定床吸附器的有效工作時間。它定義為從吸附操作開始到床層被穿透所經(jīng)歷的時

6、間稱為保護(hù)作用時間，如圖314所示的由τ0到τB所經(jīng)歷的時間，到達(dá)τB時，床層內(nèi)吸附劑還沒有完全飽和。圖中的yB0，是根據(jù)排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定出的一個值。圖314還出現(xiàn)一個點(diǎn)，即τE，時間到達(dá)τE時，吸附波整個移出床層，說明床層內(nèi)的吸附劑已完全飽和，完全失去了吸附能力，這一點(diǎn)稱為耗竭點(diǎn)或稱干點(diǎn)，到達(dá)干點(diǎn)時，床層內(nèi)流出的氣體中，吸附質(zhì)濃度基本回復(fù)到進(jìn)口濃度。在實(shí)際操作中，一旦達(dá)到了破點(diǎn)，就應(yīng)停止操作，切換到另一吸附床，穿透了的吸附床轉(zhuǎn)入脫附再生。