綠之源環(huán)保
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活性炭吸附蒸汽脫附+冷凝回收是解決醫藥及農藥等化工行業(yè)中高濃度鹵代烴廢氣的優(yōu)良解決方案，這里的核心是通過(guò)設計實(shí)現優(yōu)良的過(guò)濾風(fēng)速和停留時(shí)間，同時(shí)注意活性炭吸附罐的材質(zhì)的選擇，一般要求選擇316L或2205的材質(zhì)，加上合理的吸脫附程控制，在特定工況下，可能其實(shí)是優(yōu)于RTO系統的解決方案。下面來(lái)分享下此類(lèi)工藝經(jīng)常碰到的幾點(diǎn)設計考慮誤區：
1.VOCs廢氣通過(guò)吸附床層的風(fēng)速
有很多教科書(shū)寫(xiě)到，VOCs氣體通過(guò)吸附劑床層的風(fēng)速一般為0.2?0.6m/s。實(shí)際我們的《吸附法工業(yè)有機廢氣治理工程技術(shù)規范》（HJ 2026-2013）國家工程技術(shù)規范也是這么寫(xiě)的。通過(guò)工程實(shí)踐發(fā)現，當人們利用活性碳纖維作吸附劑處理VOCs時(shí)，所使用的最大風(fēng)速不會(huì )超過(guò)0.15m/s，因為由于受到床層阻力的限制，一般活性碳纖維層的厚度 不會(huì )超過(guò)150mm。那么為什么老的教科書(shū)給出這個(gè)數據呢？考查發(fā)現：過(guò)去人們大都采用顆?；钚蕴孔魑絼?，它的床層厚度一般設計在0.2?0.8m，最大不會(huì )超過(guò)1.2m，所以就給出了這個(gè)數據。實(shí)際上，通過(guò)工程實(shí)踐發(fā)現，廢氣通過(guò)床層的速度是由廢氣在床層中與吸附劑的接觸時(shí)間決定的?？偨Y工程實(shí)踐，廢氣在吸附床層內與吸附劑的接觸時(shí)間為1?2s 即可將廢氣中的吸附質(zhì)吸附下來(lái)，也就是說(shuō)，采用這樣的風(fēng)速，完全可以滿(mǎn)足治理要求。
2.脫附溫度
關(guān)于脫附溫度，很多人都認為與吸附質(zhì)的沸點(diǎn)有關(guān)，認為要想把高沸點(diǎn)的物質(zhì)從吸附劑上脫附下來(lái)，脫附介質(zhì)的溫度必須高于該物質(zhì)的沸點(diǎn)。實(shí)踐證明這種觀(guān)點(diǎn)是錯誤的。以雙氧水行業(yè)回收三甲笨為例，三甲苯的沸點(diǎn)為164. 7，而采用 100℃的水蒸氣即可將三甲苯完全脫附下來(lái)。有不少工程實(shí)踐都證明了這一點(diǎn)。為此可以得出結論，吸附質(zhì)的脫附溫度與其沸點(diǎn)沒(méi)有直接關(guān)系，而是和它的飽和蒸氣壓 有關(guān)。這個(gè)結論可以用脫附原理來(lái)說(shuō)明。
大家都知道，要想使吸附質(zhì)分子從吸附劑表面脫附下來(lái)必須給它能量或推動(dòng)力，使其能夠從吸附劑表面“蒸發(fā)”到吸附劑孔道中，從而進(jìn)入氣相主體。而在通常采用的脫附方法中，加熱脫附是給它提供能量，以增加分子的動(dòng)能；吹掃脫附和降壓（真空）脫附，都是為了降低吸附劑孔道中廢氣分子的分壓，也就是蒸氣壓，給廢氣造成一個(gè)濃度差，從而給廢氣分子由吸附劑表面向氣相轉移提供一個(gè)推動(dòng)力，這個(gè)推動(dòng)力越大，廢氣分子的脫附速度就越 快。所以，從這個(gè)理論出發(fā)就不難理解，吸附質(zhì)的脫附溫度是與其飽和蒸氣壓直接相關(guān)的，而與它的沸點(diǎn)無(wú)關(guān)。如洗過(guò)的衣服通常是在低于水的沸點(diǎn)下晾干的。
3.采用水蒸氣脫附后是否都需要干燥
不一定。當采用活性碳纖維作吸附材料時(shí)，就不需要設置單獨的干燥工序；而采用顆?；钚蕴孔魑讲牧蠒r(shí)就必須進(jìn)行干燥。在20世紀80?90年代PVC行業(yè)用顆?；钚蕴孔魑絼┗厥章纫蚁﹩误w時(shí)，各治理廠(chǎng)家無(wú)一例外地都有熱空氣干燥這一步。而到本世紀初，有的工程公司改成活性破纖維作吸附材料時(shí)，就大膽地省去了熱空氣干燥的工序，而且將整個(gè) 回收工藝由原來(lái)的5步筒化為3步。為什么可以省去千燥工序？經(jīng)過(guò)認真分析認為，經(jīng)過(guò)水蒸氣脫附的炭基吸附劑的微孔中 存在著(zhù)的水分有2類(lèi)，一類(lèi)為“自由水”，另一類(lèi)是吸附在炭基吸附劑表面的“吸附水”。由于顆?；钚蕴康目椎篱L(cháng)且孔體積比活性碳纖維大得多，這樣，在脫附后的顆?；钚蕴恐芯蜁?huì ) 存有大量的“自由水”；因此，當顆?；钚蕴棵摳酵瓿芍?，必須通過(guò)干燥，把吸附劑中的 “自由水”蒸發(fā)掉，才能使再進(jìn)入的廢氣分子與吸附劑表面接觸，將“吸附水”分子置換下來(lái)。而由于活性碳纖維的微孔體積比顆粒炭的微孔體積小得多，很難有“自由水”存在，因此可以省去熱空氣干燥，脫附完了可直接轉入吸附工序。這祥不僅可以使脫附水蒸氣的用量 大大降低，而且使吸附回收工序大大縮短，降低了運行成本。
（1）脫附溫度與飽和蒸氣壓的關(guān)系。從脫附原理上講，吸附質(zhì)從吸附劑表面脫附的根本原因是，吸附質(zhì)分子必須克服吸附劑表面對它的引力，增大它脫離表面的推動(dòng)力。也就是說(shuō)，要想使吸附質(zhì)分子從吸附劑表面脫附下來(lái)，就必須給它能量或推動(dòng)力，使其能夠從吸附劑表面“蒸發(fā)”到吸附劑孔道中，從而進(jìn)入氣相主體。而在通常采用的脫附方法中，加熱脫附是給其提供能量，以增加分子的動(dòng)能；吹掃脫附和降壓（真空）脫附，都是為了降低吸附劑孔道中廢氣分子的分壓，也就是蒸氣壓，給廢氣造成一個(gè)濃度差，從而給廢氣分子由吸附劑表面向氣相轉移提供一個(gè)推動(dòng)力，這個(gè)推動(dòng)力越大，廢氣分子的脫附速度就越快。所以，從這個(gè)理論出發(fā)就不難理解，吸附質(zhì)的脫附溫度是與其飽和蒸氣壓直接相關(guān)的，而與它的沸點(diǎn)無(wú)關(guān)。
（2）一些飽和蒸氣壓較低的物質(zhì)在脫附時(shí)，溫度過(guò)高反而會(huì )使脫附率下降。從吸附的分類(lèi)上說(shuō)，可分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附，所形成的鍵能只在范德華力的范圍，即最大只有80kJ/kmol左右，而化學(xué)吸附的吸附鍵力可達到400kJ/kmol以上。在物質(zhì)的吸附上，往往存在一種現象：當溫度低時(shí)是物理吸附，如果溫度升高，則可能轉變?yōu)榛瘜W(xué)吸附。也就是說(shuō)，當脫附溫度過(guò)高時(shí)，使本來(lái)存在的物理吸附狀態(tài)可能轉化成化學(xué)吸附狀態(tài)，使得吸附鍵的鍵能大大增加，因而反而不易脫附下來(lái)。這就是為什么溫度過(guò)高，反而使物質(zhì)脫附率下降的原因。
當然，要想徹底搞清這個(gè)問(wèn)題，只能對兩種狀態(tài)的吸附鍵的鍵能進(jìn)行測定。但目前對吸附鍵鍵能的測定還較困難，雖然有人采用同步輻射光電離的方法，能夠測定一些物質(zhì)的化學(xué)鍵的鍵能，但采用此法能不能很好地測定吸附鍵的鍵能，目前還未見(jiàn)報道。
