9第三章第四節(jié)固定床吸附過(guò)程的計(jì)算

1、1第四節(jié)第四節(jié)固定床吸附過(guò)程的計(jì)算固定床吸附過(guò)程的計(jì)算固定床吸附器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于氣體吸附過(guò)程是氣—固傳質(zhì)，對(duì)任一時(shí)間或任一顆粒來(lái)說(shuō)都是不穩(wěn)定過(guò)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(guò)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(duì)較小，因此可近似地按等溫過(guò)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(guò)程中可采用簡(jiǎn)化了的方法進(jìn)行近似計(jì)算，計(jì)算時(shí)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(guò)整個(gè)床層時(shí)長(zhǎng)度保持不變；（4）床層長(zhǎng)度比傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度大得多。這些簡(jiǎn)化限制條件對(duì)目前工業(yè)上應(yīng)用的吸附器來(lái)說(shuō)，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(guò)曲線計(jì)算法。計(jì)算過(guò)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(shí)間，床層壓降等。下面首先介紹固定床吸附器的吸附過(guò)程。一、固定床吸附器的吸附過(guò)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(gè)床層會(huì)逐漸被吸附質(zhì)飽和，床層末端流出污染物，此時(shí)吸附應(yīng)該停止，完成了一個(gè)吸附過(guò)程。為了描述吸附過(guò)程，提出了以下概念。（一）吸附負(fù)荷曲線與透過(guò)曲線1.吸附負(fù)荷曲線在實(shí)

4、際操作中，對(duì)于一個(gè)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(huì)按某種規(guī)律被吸附劑所吸附。吸附一定時(shí)間后，吸附質(zhì)在吸附劑上就會(huì)有一定的濃度，我們把這一定的濃度稱為該時(shí)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(duì)床層的長(zhǎng)度（高度）作一條曲線，即得吸附負(fù)荷曲線。也就是說(shuō)，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(zhǎng)度z變化的曲線。3于是在τy圖上，從τB到τE呈現(xiàn)一個(gè)S型曲線，這條曲線稱“透過(guò)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(duì)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(guò)曲線易于測(cè)定和標(biāo)繪出來(lái)，因此也用它來(lái)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(guò)曲線比較陡，說(shuō)明吸附過(guò)程比較快，反之則速度較慢。如果透過(guò)曲線是一條豎直的直線，則說(shuō)明吸附過(guò)程是飛快的，是理想的吸附波。（二）保護(hù)作用時(shí)間保護(hù)作用時(shí)間是固定床吸附器的有效工作時(shí)間。它定義為從吸附操作開(kāi)始到床層被穿透所經(jīng)歷的時(shí)

6、間稱為保護(hù)作用時(shí)間，如圖314所示的由τ0到τB所經(jīng)歷的時(shí)間，到達(dá)τB時(shí)，床層內(nèi)吸附劑還沒(méi)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(gè)值。圖314還出現(xiàn)一個(gè)點(diǎn)，即τE，時(shí)間到達(dá)τE時(shí)，吸附波整個(gè)移出床層，說(shuō)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(shí)，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。