活性炭吸附甲苯蒸氣

活性炭吸附甲苯蒸氣，在一種氣固旋風(fēng)分離器中研究了通過活性炭吸附劑吸附諸如甲苯蒸氣的有氣味的化合物。將旋風(fēng)分離器進(jìn)行了早期改造。建議的工藝可能有助于減少工業(yè)廢氣中的氣體和粉塵，特別是在處理低濃度的有氣味元素和大量的粉塵流量時。在該裝置中，當(dāng)使用中值粒度為27.03μm的活性炭顆粒時，400ppm濃度下的甲苯捕獲效率上升至77.4%。活性炭的最大吸附值可達(dá)96%并且可以根據(jù)尺寸和流量收集以供再次使用。通過熱處理再生的活性炭在整個重復(fù)測試中顯示出高達(dá)66.7%的吸附潛力。

甲苯通常在50ppm到幾千ppm的高濃度下被發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是典型的有氣味的氣體元素，特別是在溶劑和噴漆工藝中。甲苯過量可能引起急性癥狀，影響眼睛，神經(jīng)系統(tǒng)和腎臟。已經(jīng)提出了許多用于甲苯去除的技術(shù)，例如吸附，光催化分解，膜分離和氧化。其中，使用活性炭的吸附是最常用的方法，因為它具有高效率，大比表面積以及可回收和可重復(fù)使用的能力。由于其穩(wěn)定的操作和可重復(fù)使用的吸附劑，大多數(shù)研究都是在填充床上進(jìn)行，其表面速度從0.05至10米/秒不等。然而，在塵埃氣流中，細(xì)小的灰塵可能會覆蓋吸附劑表面并阻塞多孔床，從而阻礙甲苯分子與顆粒狀活性炭之間的接觸。

另一方面，在具有并流活性炭和氣體污染物的系統(tǒng)中，活性炭在退出之前必須回收再利用。最近引入的雙袋式過濾器布局通過吸附劑如活性炭顆粒捕獲有害氣體，然后將活性炭收集在輔助袋中。雖然這個系統(tǒng)可能由于高質(zhì)量傳輸和接觸頻率而提高了氣體捕獲能力，但它會產(chǎn)生非常高的附加耐壓性。循環(huán)流化床也被用于揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的吸附。但是，隨著流動速度的增加，吸附效率降低。尤其是動床會因機(jī)械摩擦而釋放細(xì)小的塵埃，造成操作不穩(wěn)定。從而加了一個裝置，該裝置收集大部分通過主旋風(fēng)分離器的渦流探測器逸出的活性炭，利用存在于出口氣流中的殘余渦流。將螺旋流動導(dǎo)向器插入測試旋風(fēng)器的渦流探測器中以沿著系統(tǒng)引導(dǎo)具有增強(qiáng)的渦流強(qiáng)度的活性炭顆粒。當(dāng)在旋風(fēng)分離器的離心力場中行進(jìn)時，活性炭顆粒吸附氣相甲苯并且可以在環(huán)形空間中回收。

甲苯在雙氣固旋風(fēng)分離器中被活性炭吸附

活性炭吸附劑的吸附容量，目前高流速雙氣固旋風(fēng)分離器的吸附過程作為一種動員氣體粒子系統(tǒng)。根據(jù)活性炭的尺寸，流速和回收來檢查注入的顆粒活性炭的甲苯去除效率。不幸的是，如圖1所示，一些甲苯可能殘留在旋風(fēng)器內(nèi)壁上，并且供應(yīng)活性炭顆粒的鞘空氣可能稀釋主流。計算效率時可能會導(dǎo)致一定程度的錯誤。使用簡單的質(zhì)量平衡評估這種自然損失。但是，錯誤率低于沒有活性炭吸附劑進(jìn)料的背景測試的20%。在整個測試評估過程中，這些誤差被考慮到去除效率的數(shù)值考慮中。

圖1.甲苯蒸氣的自然損失與入口濃度之比。

間歇填充床試驗中，活性炭對于甲苯蒸氣的吸附容量，即最大容許吸附量，從各種尺寸的活性炭的等溫實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)為0.01-0.03mol / g。第一次施加到以16.2米/秒運(yùn)行的旋風(fēng)分離器的新鮮吸附劑的吸附量對于活性炭-I是1.4mmol / g，對于活性炭-II是1.2mol / g和對于活性炭-III，如圖2所示。它僅僅小于活性炭吸附劑潛在容量的1/10。該旋風(fēng)分離器中甲苯的吸附量與交流流化床反應(yīng)器的體積(3.3〜5.4mmol / g 活性炭)相當(dāng)競爭。至于尺寸效應(yīng)，小顆粒提供大單位體積的表面積，這可以呈現(xiàn)更多潛在的吸附位點(diǎn)。對于活性炭-I、II、III，各尺寸范圍的面積分別為1145,1034和912m2/ g。

圖2.活性炭吸附劑的吸附量與流速的關(guān)系。

旋風(fēng)分離器系統(tǒng)對應(yīng)于具有強(qiáng)大的慣性力場的移動床粒子。雖然活性炭尺寸和流速兩個參數(shù)在吸附過程中都起著關(guān)鍵作用，但顆粒尺寸有更明顯的趨勢。基于劇烈的湍流，高流速形成更好的混合條件，但使吸附劑顆粒的停留時間極短，這可能降低與旋風(fēng)分離器內(nèi)的目標(biāo)氣體流動的接觸概率。例如，350升/分鐘(1pm)的流速導(dǎo)致16.2米/秒的入口速度，從而導(dǎo)致在旋風(fēng)分離器的混合室內(nèi)停留時間大約為0.14秒。因此，為了有效利用活性炭顆粒直至完全吸附，顆粒應(yīng)盡可能多次重復(fù)使用。

流量和粒度的影響

流速同時影響氣體吸附和活性炭回收，因為它涉及氣體和活性炭顆粒的混合程度、。圖3在各種活性炭吸附劑尺寸下，氣體去除效率和流量之間呈現(xiàn)出輕微的反比關(guān)系。最小的吸附劑(活性炭-1)以9.26米/秒除去77.4%的甲苯蒸氣，然后以16.2米/秒降至65.4%。微粒活性炭吸附劑捕獲沿著旋風(fēng)分離器的流動路徑行進(jìn)的甲苯蒸氣。雖然在前面的的內(nèi)容說過吸附量以高速增加，但是氣體去除效率相當(dāng)?shù)汀＿@是因為在高流量下甲苯的絕對體積要高得多。因此，即使活性炭吸附得更多，更多的氣體分子傾向于流出而沒有在內(nèi)部吸收。因此，關(guān)于顆粒回收和氣體去除效率的最佳流量必須通過在各種操作條件下的眾多實(shí)驗來確定。

圖3.甲苯去除效率與流速作為活性炭尺寸的函數(shù)關(guān)系。

通過添加輔助裝置，例如包括導(dǎo)流裝置的旋風(fēng)分離器，逆流氣固旋風(fēng)分離器可以有效地捕集灰塵和氣態(tài)有機(jī)蒸氣。通過幫助同時減少氣體污染物和顆粒物質(zhì)，該過程可能有助于工業(yè)領(lǐng)域。許多重復(fù)實(shí)驗得到的結(jié)果表明，最小吸附劑(活性炭-1)可分別在9.26和16.2米/秒下將甲苯氣體去除77.4%至65.4%。此外，在旋風(fēng)分離器中最多也回收了96%的活性炭顆粒。再循環(huán)的活性炭以9.26米/秒去除67.1%的甲苯蒸氣，另外，通過熱處理更新的活性炭可以從氣流中除去高達(dá)66.7%的甲苯。