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转轮吸附法在有机废气处理中的应用
作者:管理员    发布于:2018-10-23 10:25:57    文字:【】【】【
摘要:针对高效率、低能耗的环保技术,环保设备日趋迫切的现实,本文介绍一种用于去除净化各种工业废气中挥发性有机气体的新方法———转轮吸附法,并且对该方法的技术特点和应用情况做详细的阐述,从而为有机废气的处理提供可参考的价值。
针对高效率、低能耗的环保技术,环保设备日趋迫切的现实,本文介绍一种用于去除净化各种工业废气中挥发性有机气体的新方法———转轮吸附法,并且对该方法的技术特点和应用情况做详细的阐述,从而为有机废气的处理提供可参考的价值。

工业有机废气排放强度大、浓度高且持续的时间长,对空气造成了严重的污染,严重危害人们的身体健康。因此工业有机废气的排放需要进行严格的处理和控制,常用一些技术进行净化处理如吸附、冷凝等。随着技术的发展,转轮吸附法在废气的处理中得到广泛的应用。本文通过对转轮吸附法相关技术的探讨,为工业有机废气的处理提供可参考的技术价值。

1转轮吸附装置具体分析

转轮吸附装置的主体为一个旋转轮,其中装满吸附剂进行吸附,在工作的状态下完成吸附、脱附和冷却。含有有机化合物的废气如VOCs在鼓风机的作用下进入到吸附区域,有机废气中的主要成分被吸附进去,吸附剂吸附有机废气后进入到再生区,在接触高温媒介如蒸汽、热空气等后脱附的有机废气随着再生气流流出,而吸附剂还可以再生循环利用。再生后的吸附剂在冷却区域进行降温,并为再次吸附有机废气做足准备,从而在吸附的过程中完成一个循环的系统。随着转轮的转动,吸附剂周围性地进行吸附、脱附和冷却,从而达到对有机废气的净化。

2转轮吸附剂

转轮装置中有两种比较常用的吸附材料,一种是活性炭,另一种是沸石分子筛。活性炭具有丰富的孔穴,表面积比较大,且在吸附中应用比较广泛。沸石分子筛属于晶体结构,十分均匀,孔洞的作用起着分子筛分的作用,在吸附的过程中具有一定的选择性。两种吸附材料相比,各有优缺点。活性炭虽然吸附的面积比较大,但却易燃,安全性能比较低;沸石分子筛可燃性差,具有耐高温的特性的,一些沸石分子筛还具有抗湿能力,在工业废气处理中能够吸附高沸点的物质,还可以吸附湿度相对比较高的废气。

吸附剂在废气处理中占据着十分重要的位置,形态多样。蜂窝结构的吸附剂从综合气流阻力、几何参数等各方面相对比较具有优势。蜂窝结构在转轮装置中发挥着独特的优势,蜂窝结构的吸附剂一直广泛使用。蜂窝结构的吸附剂设备的方法多种多样,主要的有涂覆式、沉浸式和成型式。吸附剂种类的不同,设备方式也不相同。成型式的制作主要水将粘合剂、吸附剂以及助剂等按照一定的比例先进行混合,然后模压成型,这样的吸附剂在吸附过程中性能比较稳定,且能够利用添加成分的方式改性吸附剂,也是蜂窝结构吸附剂常用的一种制作工艺。本文吸附有机废气主要采用蜂窝状改性13X分析筛。

3转轮参数计算

3.1转速计算

在转轮吸附操作的过程中,转速时非常重要的一个参数。随着转轮周期的改变,转轮吸附床依次经历多个吸附的过程,因此转轮的转速n(r˙h-1)计算公式为:

其中转轮转动一周经历的吸附时间为tad,经历的脱附时间为tdc,冷却时间为tco,单位为min。

根据废气吸附、脱附和冷却的时间来确定转速的大小,而三个过程的时间信息可以通过固定床实验周期进行操作,三者的比主要为转轮的面积比。去除效率受转轮速度的大小影响,因此在废气处理的过程中需要保障转轮速度。

在本次的研究中对甲苯废气的固定床和转轮进行实验,结果发现固定床的实验数据能够为转轮的吸附提供可参考的依据,具体情况如表1所示。

Kodama等人为了探究最佳的转速公式,通过测量转轮内部的温度得到了转轮对水分去除率的影响规律,从而得到最佳转速(nopt)公式:

其中吸附床的厚度为L(m),密度为(kg˙m-3),热容为[kJ˙(kg˙K)-1]。废气的流速为(m˙s-1),密度为(kg˙m-3),热容为[kJ˙(kg˙K)-1]。污染物的吸附热为(kJ˙kg-1),密度为(kg˙m-3)。吸附区面积比例为β(%)。废气进口温度为T0(℃),出口温度为Te(℃),y为实验测定的某一常数值。在本次的研究中利用这一最佳转速公式,吸附剂的转轮采用改性13X分子筛对甲苯废气的吸附进行研究。转轮装置中,β=10/12,L=0.4m,=500kg˙m-3,=0.96[kJ˙(kg˙K)-1],=1.004[kJ˙(kg˙K)-1],将这些条件带入到式子(2)中得到常数y为2.86,因此得到最佳转速公式可以简化成:

甲苯气体的初始温度T0=20℃,浓度为0.0001kg˙m-3,吸附反应热为412kJ˙kg-1,流速为2.0m˙s-1,出口温度为20.5℃,将这些条件带入到公式(3)中得到最佳转速=3.4.

3.2去除效率

去除效率是废气处理中最为关键的一个因素,决定着废气处理的效果。随着吸附过程时间的变化,去除效率也随之变化,因此对于吸附效率的定义常常在一个吸附周期过程中的污染物去除效率,也就是污染物被吸附的总量与进入吸附床总量的比。周期效率的计算Mitsuma等对此做过相应的研究,得到计算公式(4):

在本次的研究中得到穿透曲线如图1所示,根据穿透曲线得到吸附转移速度为0.031,吸附时间下的总穿透量。由图1可知随着吸附时间的增加,进口浓度随之增加。

在本次的研究中得到180℃下甲苯残存率与脱附时间的关系曲线,如图2所示,可知,随着脱附时间的增加,残存率逐渐下降,直至80秒时,残存率保持稳定,而这时的残存率达到5%,之后无明显的变化。结合公式(4)得到总穿透量为10.2mg。

将本次研究的数据=100mg˙m-3,L=0.4m,r=0.05,=0.031m˙min-1以及总穿透量带入到公式(4)中可以得到周期效率为0.99,吸附时间对应表1中的吸附时间为13.33时的吸附效率值。

转轮吸附法作为有机废气处理的常用方法之一,在低浓度有机废气处理中广泛应用。本次研究通过对转轮吸附的最佳转速和周期去除率进行探讨,并且通过实验验证其正确性,为转轮吸附法处理有机废气提供了可参考的技术支撑,从而保障有机废气的高效处理。

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