吸附劑的吸附容量有限，在1%~40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))之間，當(dāng)吸附達(dá)到或接近飽和時，都要進(jìn)行脫附再生。從理論上講，吸附劑經(jīng)過脫附，吸附質(zhì)應(yīng)該被全部脫附出來，也就是說，吸附曲線和脫附曲線在理論上應(yīng)該吻合。
然而實(shí)際上至少在等溫線上的一部分會產(chǎn)生不同的平衡，如下圖所示。這種現(xiàn)象稱為滯后現(xiàn)象。由于滯后現(xiàn)象的存在，使解吸時吸附質(zhì)的平衡分壓總是低于吸附時的平衡分壓。
圖1 表示滯后現(xiàn)象的吸附等溫線
這就反映出有一部分吸附質(zhì)未能全部被解吸，而存在著殘留吸附量。滯后現(xiàn)象的存在，必然降低吸附劑的循環(huán)使用壽命。為了盡可能地減少滯后造成的影響，應(yīng)正確地選擇脫附再生方法。
吸附劑的5種脫附再生方法
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，增大其脫離表面的推動力。
(1) 升溫脫附
升高溫度可增大吸附質(zhì)分子的動能，使吸附質(zhì)分子能夠克服吸附劑的引力而由固體吸附劑上逸出，這也就是吸附劑的吸附容量在等壓下隨溫度升高而降低的原因。
要根據(jù)吸附質(zhì)和吸附劑的性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)拿摳綔囟?，一般來說，脫附溫度的高低與吸附質(zhì)的沸點(diǎn)沒有直接關(guān)系，而是與其飽和蒸氣壓關(guān)系密切。在通常情況下，不主張采取過高的脫附溫度，因?yàn)檫^高的脫附溫度不僅增加能耗，而且還可能給吸附裝置帶來超壓的隱患。
因此，要認(rèn)真選擇脫附溫度并嚴(yán)格控制，既能保證吸附質(zhì)脫附得比較完全，達(dá)到較低的殘余負(fù)荷，又能防止吸附劑失活或晶體結(jié)構(gòu)破壞。
升溫脫附經(jīng)常采用過熱蒸汽、熱的惰性氣體(如氮?dú)?、熱煙氣或采用電感加熱等方式。
(2) 降壓脫附
降低壓強(qiáng)也就是降低吸附質(zhì)分子在氣相中的分壓，以增大吸附質(zhì)分子由固體表面逸出的推動力，從而使吸附質(zhì)分子從固相轉(zhuǎn)入氣相，達(dá)到脫附的目的。吸附劑的吸附容量在等溫下隨壓力降低而降低的原因就在于此。因此，工程上采用降壓或真空脫附，采用降壓脫附要考慮系統(tǒng)的安全性(有時還要使用壓力容器)和經(jīng)濟(jì)性。
(3) 置換脫附
采用在脫附條件下與吸附劑親和能力比原吸附質(zhì)更強(qiáng)的物質(zhì)，將原吸附質(zhì)置換下來的方法，稱為置換脫附。置換脫附特別適用于對熱敏感性強(qiáng)的吸附質(zhì)，能使吸附質(zhì)的殘留負(fù)荷達(dá)到很低。采用置換脫附時要考慮脫附后的原吸附物質(zhì)和置換劑的分離。
過置換脫附后，吸附床層要把置換劑脫附下來而使吸附劑再生。
(4) 吹掃脫附
吹掃脫附的原理與降壓脫附相類似，也是降低吸附質(zhì)在氣相中的分壓，使吸附質(zhì)脫附。采用的吹掃氣體必須是不被該吸附劑吸附的氣體，吹掃吸附常采用惰性氣體作脫附劑。
實(shí)際應(yīng)用中，往往是幾種脫附方法的結(jié)合，例如用水蒸氣脫附，就同時具有加熱和吹掃的作用。
(5) 化學(xué)轉(zhuǎn)化脫附
向吸附床層中注入可與吸附質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，使之生成的產(chǎn)物容易脫附，這種方法多用于吸附量不太大的有機(jī)物，可以使之轉(zhuǎn)化成CO2而脫附下來。
采用碳基吸附劑處理VOCs的幾個誤區(qū)
01 廢氣通過吸附床層的風(fēng)速
有很多教科書上都明確寫道：氣體通過吸附劑床層的風(fēng)速一般為0.2～0.6m/s。通過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這種說法有些偏頗。
當(dāng)人們利用活性碳纖維作吸附劑處理VOCs時，所使用的最大風(fēng)速絕不會超過0.15m/s，因?yàn)橛捎谑艿酱矊幼瑗南拗疲话慊钚蕴祭w維層的厚度不會超過150mm。
那么為什么老的教科書給出這個數(shù)據(jù)呢？考查發(fā)現(xiàn)：過去人們大都采用顆粒活性炭作吸附劑，它的床層厚度一般設(shè)計(jì)在0.2～0.6m，最大不會超過1m，所以就給出了這個數(shù)據(jù)。
實(shí)際上，通過工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，廢氣通過床層的速度是由廢氣在床層中與吸附劑的接觸時間決定的?？偨Y(jié)工程實(shí)踐，廢氣在吸附床層內(nèi)與吸附劑的接觸時間為0.8～1.2s即可將廢氣中的吸附質(zhì)完全吸附下來，也就是說，采用這樣的風(fēng)速，完全可以滿足治理要求。
02 脫附溫度
關(guān)于脫附溫度，很多人都認(rèn)為與吸附質(zhì)的沸點(diǎn)有關(guān)，認(rèn)為要想把高沸點(diǎn)的物質(zhì)從吸附劑上脫附下來，脫附介質(zhì)的溫度必須高于該物質(zhì)的沸點(diǎn)。
實(shí)踐證明這種觀點(diǎn)是錯誤的。以雙氧水行業(yè)回收三甲苯為例，三甲苯的沸點(diǎn)為164.7℃（另有資料介紹為176.1℃），而采用100℃的水蒸氣即可將三甲苯完全脫附下來。有不少工程實(shí)踐都證明了這一點(diǎn)。
為此可以得出結(jié)論，吸附質(zhì)的脫附溫度與其沸點(diǎn)沒有直接關(guān)系，而是和它的飽和蒸氣壓有關(guān)。這個結(jié)論可以用脫附原理來說明。
大家都知道，要想使吸附質(zhì)分子從吸附劑表面脫附下來必須給它能量或推動力，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，給廢氣造成一個濃度差，從而給廢氣分子由吸附劑表面向氣相轉(zhuǎn)移提供一個推動力，這個推動力越大，廢氣分子的脫附速度就越快。
所以，從這個理論出發(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)無關(guān)。如洗過的衣服通常是在低于水的沸點(diǎn)下晾干的。
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