摘要：針對(duì)高效率、低能耗的環(huán)保技術(shù)，環(huán)保設(shè)備日趨迫切的現(xiàn)實(shí)，本文介紹一種用于去除凈化各種工業(yè)廢氣中揮發(fā)性有機(jī)氣體的新方法———轉(zhuǎn)輪吸附法，并且對(duì)該方法的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用情況做詳細(xì)的闡述，從而為有機(jī)廢氣的處理提供可參考的價(jià)值。

工業(yè)有機(jī)廢氣排放強(qiáng)度大、濃度高且持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)空氣造成了嚴(yán)重的污染，嚴(yán)重危害人們的身體健康。因此工業(yè)有機(jī)廢氣的排放需要進(jìn)行嚴(yán)格的處理和控制，常用一些技術(shù)進(jìn)行凈化處理如吸附、冷凝等。隨著技術(shù)的發(fā)展，轉(zhuǎn)輪吸附法在廢氣的處理中得到廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)輪吸附法相關(guān)技術(shù)的探討，為工業(yè)有機(jī)廢氣的處理提供可參考的技術(shù)價(jià)值。

1轉(zhuǎn)輪吸附裝置具體分析

轉(zhuǎn)輪吸附裝置的主體為一個(gè)旋轉(zhuǎn)輪，其中裝滿吸附劑進(jìn)行吸附，在工作的狀態(tài)下完成吸附、脫附和冷卻。含有有機(jī)化合物的廢氣如VOCs在鼓風(fēng)機(jī)的作用下進(jìn)入到吸附區(qū)域，有機(jī)廢氣中的主要成分被吸附進(jìn)去，吸附劑吸附有機(jī)廢氣后進(jìn)入到再生區(qū)，在接觸高溫媒介如蒸汽、熱空氣等后脫附的有機(jī)廢氣隨著再生氣流流出，而吸附劑還可以再生循環(huán)利用。再生后的吸附劑在冷卻區(qū)域進(jìn)行降溫，并為再次吸附有機(jī)廢氣做足準(zhǔn)備，從而在吸附的過(guò)程中完成一個(gè)循環(huán)的系統(tǒng)。隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，吸附劑周圍性地進(jìn)行吸附、脫附和冷卻，從而達(dá)到對(duì)有機(jī)廢氣的凈化。

2轉(zhuǎn)輪吸附劑

轉(zhuǎn)輪裝置中有兩種比較常用的吸附材料，一種是活性炭，另一種是沸石分子篩?；钚蕴烤哂胸S富的孔穴，表面積比較大，且在吸附中應(yīng)用比較廣泛。沸石分子篩屬于晶體結(jié)構(gòu)，十分均勻，孔洞的作用起著分子篩分的作用，在吸附的過(guò)程中具有一定的選擇性。兩種吸附材料相比，各有優(yōu)缺點(diǎn)。活性炭雖然吸附的面積比較大，但卻易燃，安全性能比較低;沸石分子篩可燃性差，具有耐高溫的特性的，一些沸石分子篩還具有抗?jié)衲芰?，在工業(yè)廢氣處理中能夠吸附高沸點(diǎn)的物質(zhì)，還可以吸附濕度相對(duì)比較高的廢氣。

吸附劑在廢氣處理中占據(jù)著十分重要的位置，形態(tài)多樣。蜂窩結(jié)構(gòu)的吸附劑從綜合氣流阻力、幾何參數(shù)等各方面相對(duì)比較具有優(yōu)勢(shì)。蜂窩結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)輪裝置中發(fā)揮著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，蜂窩結(jié)構(gòu)的吸附劑一直廣泛使用。蜂窩結(jié)構(gòu)的吸附劑設(shè)備的方法多種多樣，主要的有涂覆式、沉浸式和成型式。吸附劑種類的不同，設(shè)備方式也不相同。成型式的制作主要水將粘合劑、吸附劑以及助劑等按照一定的比例先進(jìn)行混合，然后模壓成型，這樣的吸附劑在吸附過(guò)程中性能比較穩(wěn)定，且能夠利用添加成分的方式改性吸附劑，也是蜂窩結(jié)構(gòu)吸附劑常用的一種制作工藝。本文吸附有機(jī)廢氣主要采用蜂窩狀改性13X分析篩。

3轉(zhuǎn)輪參數(shù)計(jì)算

3.1轉(zhuǎn)速計(jì)算

在轉(zhuǎn)輪吸附操作的過(guò)程中，轉(zhuǎn)速時(shí)非常重要的一個(gè)參數(shù)。隨著轉(zhuǎn)輪周期的改變，轉(zhuǎn)輪吸附床依次經(jīng)歷多個(gè)吸附的過(guò)程，因此轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速n(r˙h-1)計(jì)算公式為：

其中轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周經(jīng)歷的吸附時(shí)間為tad，經(jīng)歷的脫附時(shí)間為tdc，冷卻時(shí)間為tco，單位為min。

根據(jù)廢氣吸附、脫附和冷卻的時(shí)間來(lái)確定轉(zhuǎn)速的大小，而三個(gè)過(guò)程的時(shí)間信息可以通過(guò)固定床實(shí)驗(yàn)周期進(jìn)行操作，三者的比主要為轉(zhuǎn)輪的面積比。去除效率受轉(zhuǎn)輪速度的大小影響，因此在廢氣處理的過(guò)程中需要保障最佳的轉(zhuǎn)輪速度。

在本次的研究中對(duì)甲苯廢氣的固定床和轉(zhuǎn)輪進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)固定床的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠?yàn)檗D(zhuǎn)輪的吸附提供可參考的依據(jù)，具體情況如表1所示。

Kodama等人為了探究最佳的轉(zhuǎn)速公式，通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的溫度得到了轉(zhuǎn)輪對(duì)水分去除率的影響規(guī)律，從而得到最佳轉(zhuǎn)速(nopt)公式：

其中吸附床的厚度為L(zhǎng)(m)，密度為(kg˙m-3)，熱容為[kJ˙(kg˙K)-1]。廢氣的流速為(m˙s-1)，密度為(kg˙m-3)，熱容為[kJ˙(kg˙K)-1]。污染物的吸附熱為(kJ˙kg-1)，密度為(kg˙m-3)。吸附區(qū)面積比例為β(%)。廢氣進(jìn)口溫度為T(mén)0(℃)，出口溫度為T(mén)e(℃)，y為實(shí)驗(yàn)測(cè)定的某一常數(shù)值。在本次的研究中利用這一最佳轉(zhuǎn)速公式，吸附劑的轉(zhuǎn)輪采用改性13X分子篩對(duì)甲苯廢氣的吸附進(jìn)行研究。轉(zhuǎn)輪裝置中，β=10/12，L=0.4m，=500kg˙m-3，=0.96[kJ˙(kg˙K)-1]，=1.004[kJ˙(kg˙K)-1]，將這些條件帶入到式子(2)中得到常數(shù)y為2.86，因此得到最佳轉(zhuǎn)速公式可以簡(jiǎn)化成：

甲苯氣體的初始溫度T0=20℃，濃度為0.0001kg˙m-3，吸附反應(yīng)熱為412kJ˙kg-1，流速為2.0m˙s-1，出口溫度為20.5℃，將這些條件帶入到公式(3)中得到最佳轉(zhuǎn)速=3.4.

3.2去除效率

去除效率是廢氣處理中最為關(guān)鍵的一個(gè)因素，決定著廢氣處理的效果。隨著吸附過(guò)程時(shí)間的變化，去除效率也隨之變化，因此對(duì)于吸附效率的定義常常在一個(gè)吸附周期過(guò)程中的污染物去除效率，也就是污染物被吸附的總量與進(jìn)入吸附床總量的比。周期效率的計(jì)算Mitsuma等對(duì)此做過(guò)相應(yīng)的研究，得到計(jì)算公式(4)：

在本次的研究中得到穿透曲線如圖1所示，根據(jù)穿透曲線得到吸附轉(zhuǎn)移速度為0.031，吸附時(shí)間下的總穿透量。由圖1可知隨著吸附時(shí)間的增加，進(jìn)口濃度隨之增加。

在本次的研究中得到180℃下甲苯殘存率與脫附時(shí)間的關(guān)系曲線，如圖2所示，可知，隨著脫附時(shí)間的增加，殘存率逐漸下降，直至80秒時(shí)，殘存率保持穩(wěn)定，而這時(shí)的殘存率達(dá)到5%，之后無(wú)明顯的變化。結(jié)合公式(4)得到總穿透量為10.2mg。

將本次研究的數(shù)據(jù)=100mg˙m-3，L=0.4m，r=0.05，=0.031m˙min-1以及總穿透量帶入到公式(4)中可以得到周期效率為0.99，吸附時(shí)間對(duì)應(yīng)表1中的吸附時(shí)間為13.33時(shí)的吸附效率值。

轉(zhuǎn)輪吸附法作為有機(jī)廢氣處理的常用方法之一，在低濃度有機(jī)廢氣處理中廣泛應(yīng)用。本次研究通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)輪吸附的最佳轉(zhuǎn)速和周期去除率進(jìn)行探討，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其正確性，為轉(zhuǎn)輪吸附法處理有機(jī)廢氣提供了可參考的技術(shù)支撐，從而保障有機(jī)廢氣的高效處理。

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