当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第七章 气态污染物控制技术基础（选修） > 7-6 吸附器的设计计算 > Video
同学们好，这一讲我们介绍
固定床吸附器和移动床吸附器的设计计算
固定床吸附器虽然结构简单
但在吸附的过程中污染物的浓度是在不断变化的
吸附器刚开始工作时，含污染物的气流进入新鲜吸附层
最左侧的吸附层发生作用，吸附一部分污染物
因此污染物浓度随气体的前进而降低
直至气体被完全净化
这条污染物浓度沿有效吸附层长度降低的曲线
称为污染物浓度分布曲线
随着运行时间的增加，左侧吸附层逐渐达到饱和
污染物被推移到下一个未饱和的吸附区进行吸附
污染物浓度分布曲线也向前推移
随着整个吸附床逐渐饱和
污染物浓度分布曲线推移到固定床出口处
出口污染物浓度不为0
如果出口处浓度超过允许的浓度限值
则吸附层失效，吸附床被穿透
这标志着吸附操作结束
此时虽然仍有一部分吸附剂没有达到饱和
但吸附床也必须进行再生
在这个变化的过程中
吸附床出口处的污染物的浓度也在不断变化
一开始出口处污染物浓度很低，接近于0
在吸附床层大部分都吸附饱和时
出口处的污染物浓度就大幅度的增加了
浓度增加到一定程度，达到污染物的排放标准Y B
再继续使用该吸附床，排出污染物浓度就超标了
因此我们把这一点叫做穿透点
从含污染物的气流开始通入吸附床
到产生穿透的时间就称为穿透时间
或者保护作用时间
吸附床的操作时间不能超出保护作用时间
因此保护作用时间是吸附床的一个重要操作参数
保护作用时间与吸附区长度、吸附剂密度
吸附容量、处理气体流量和污染物浓度有关
可以用希洛夫方程表示
首先，我们假设吸附层达到穿透点时
全部处于饱和状态
即达到它的平衡吸附容量a
在吸附持续时间τ’内
所吸附污染物的量为吸附剂的量乘以吸附剂的静活度值
其中吸附剂的量可以用吸附床的截面积
吸附层厚度和吸附剂堆积密度的乘积求得
气流当中污染物减少的量
则可以用气体的流量、污染物初始浓度和吸附时间的乘积求得
其中气体的流量可以表示为气体的流速乘以吸附层的截面积
由于吸附污染物的量理论上等于气流中减少的污染物的量
两个式子联立，就可以得到吸附时间τ’
我们可以看到
吸附持续时间τ’与吸附床层厚度L是成正比的
把吸附持续时间和吸附床层厚度的关系在这张图中表示出来
是一条过原点的直线
但实际上吸附床在穿透点不是完全饱和的
总有一部分吸附剂没有得到利用
我们把这部分吸附剂叫做“死区”
考虑到死区的存在
实测的保护作用时间和吸附床层厚度的关系是我们看到的直线2
它是一条与理想情况平行的直线
这时，实际保护作用时间τ等于τ’减去τ0
或者是等于吸附床层厚度L减去一个死区长度h后乘以斜率K
为了提高吸附剂的利用率
我们一般需要尽量减少死区长度h的值
这里，K称为保护作用系数
它的物理意义是浓度分布曲线
在吸附层中移动单位长度所需要的时间
用希洛夫公式进行固定床吸附器的设计
首先需要选定吸附剂和操作条件
空床流速一般取0.1～0.6m/s，可以根据气量来确定
第二步是根据净化要求，确定穿透点浓度
在一定气速下，选取不同的吸附层厚度进行实验
我们可以测得穿透时间
以吸附剂床层高度为横坐标，穿透时间为纵坐标
标出各测定值，就可以作出希洛夫曲线
然后根据采用的脱附方法和脱附再生时间
能耗等因素确定操作周期
从而确定所需要的穿透时间
并用希洛夫公式来计算所需的催化剂床层的高度
之后我们可以根据气体流量与空床气速求吸附剂层截面积
根据截面积确定吸附器的直径或者边长
根据吸附层的高度和截面积
即可计算出所需的吸附剂的质量
考虑到装填损失
实际的吸附剂质量应该是计算值的1.05～1.2倍
最后还要计算吸附器的压力损失
压力损失可以用这里所给出的欧根公式来进行计算
在这个公式中涉及的参数有吸附床层孔隙率
气体绕吸附剂颗粒流动的雷诺数
吸附剂颗粒的平均直径等等
压力损失也可以通过查图得到
我们右边所给出的图就是就是一个例子
这个图反映了一些特定种类吸附剂压力损失和入口空塔气速对应关系
下面我们看一下移动床吸附器的计算
这张图给出了逆流式移动吸附器的示意图
污染气流从下方排入，经过吸附区，从上方排出
污染物在气相中的含量为Y
惰性气体的气相质量流量为GS
污染物在吸附相中的含量为X，净吸附剂的质量流量为LS
对全床的污染物作物料衡算
再对吸附器的某一截面上部进行物料衡算
这两个方程联立可以获得吸附操作线方程
可以看到该方程与逆流吸收塔的操作线
具有非常类似的形式
其中LS/GS
也就是吸附剂的质量流量除以惰性气体的气相质量流量
称为固气比
对于高度为dL的微元吸附层
微元内固相吸附的量为LS乘以dX，也等于气相减少的量GS乘以dY
同时吸附传质量又取决于吸附速率
在这个公式中
ap代表单位体积吸附床上吸附颗粒的比表面积
Y*代表与吸附相浓度Ｘ所对应的气相的组成
根据这个式子，可以通过积分获得吸附器长度的计算公式
我们可以看出
该方程和和逆流吸收塔塔高的计算公式在形式上一致的
我们把左边的GS除以KY除以ap记作吸附传质单元高度
把右边的积分项记为吸附传质单元数
其中传质单元高度的计算公式中的吸附系数KY
可以采用固定床吸附器数据来进行计算
而传质单元数可以采用和吸收类似的方法
用对数平均的方法或作图法求得
有关气体吸附的内容就介绍到这里，谢谢大家
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-1-3 大气污染的影响
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-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
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-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
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-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
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-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
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-6-2 旋风除尘器--作业
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
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-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价--作业
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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