常用吸附设备及其类型

目前所使用的吸附净化设备主要有固定床吸附器、移动床吸附器和流化床吸附器三种类型。

（一）固定床吸附器

按照吸附器矗立的方式，可将固定床吸附器分为立式、卧式两种；按照吸附器的形状可将其分为方形、圆形两种。固定床吸附器的特点是结构简单，价格低廉，特别适合于小型、分散、间歇性污染源排放气体的净化。固定床吸附器的缺点是间歇操作，为保证操作正常运行，在设计流程时应根据其特点，设计多台吸附器互相切换使用。

图6.9是方形立式吸附器示意图。吸附剂床层高度在0.5～2.0m的范围内，吸附剂填充在栅板上。为了防止吸附剂漏到栅板的下面，在栅板上放置两层不锈钢网。使吸附剂再生的常用方法是从栅板的下方将饱和蒸汽通入床层。为了防止吸附剂颗粒被带出，在床层上方用钢丝网覆盖。在处理腐蚀性流体混合物时可采用由耐火砖和陶瓷等防腐蚀材料制成的具有内衬的吸附器。

图6.9　方形立式吸附器示意图

图6.10是卧式吸附器示意图。其壳体为圆柱形，封头为椭圆形，一般用不锈钢或碳钢制成。吸附剂床层高度为0.5～1.0m。卧式吸附器的优点是流体阻力小，从而减少动力消耗。其缺点是由于吸附剂床层横截面积大，易产生气流分配不均匀现象。

图6.10　常用圆形卧式吸附器示意图

（二）移动床吸附器

在移动床吸附器中，固体吸附剂在吸附床中不断移动，固体吸附剂由上向下移动，而气体则由下向上流动，形成逆流操作。移动床吸附器的结构如图6.11所示，主要由吸附剂冷却器、吸附剂加料装置、吸附剂卸料装置、吸附剂分配板和吸附剂脱附器等部件组成。

图6.11　移动床吸附器示意图

Ⅰ—吸附段　Ⅱ—精馏段　Ⅲ—脱附段
1—冷却器　2—脱附塔　3—分配板　4—提升管　5—再生器
6—吸附剂控制机械　7—固粒料面控制器　8—密封装置　9—出料阀门

吸附剂冷却器是一种立式列管换热器，经脱附后的吸附剂从设备顶部的料斗进入冷却器，进行冷却降温后经分配板进入吸附段。

吸附剂加料装置般分为机械式和气动式两类。常见的机械式加料器有闸板式、星形轮式、盘式，如图6.12所示，其中最简单的是闸板式。

图6.12　吸附剂加料装置示意图

吸附剂卸料装置是用来控制吸附剂移动速度的装置。最常见的卸料装置是由两块固定板和一块移动板组成，移动板借助于液压机械来完成在两块固定板间的往复运动，如图6.13所示。

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图6.13　吸附剂卸料装置示意图

1、3—固定板　2—移动板

吸附剂分配板的作用是使吸附剂颗粒沿设备的截面均匀地分布。常见的有带有胀接短管的管板形式和排列孔数逐渐减少的孔板系列分配板，如图6.14所示。

图6.14　吸附剂分配板示意图

吸附剂脱附器为胀接在两块管板中的直立管束。吸附剂和水蒸气沿管程移动，并在管隙间通入加热介质（如水蒸气等）。

移动床吸附的工作原理是：吸附剂从设备顶部进入冷却器，降温后经分配板进入吸附段，借重力作用不断下降，并通过整个吸附器。净化气体从分配板下面引入，自下而上通过吸附段，与吸附剂逆流接触，净化后的气体从顶部排出。当吸附剂下降到汽提段时，由底部上来的脱附气与其接触进一步吸附，将较难脱附的气体置换出来，最后进入脱附器对吸附剂进行再生。

移动床吸附器的特点是：①处理气量大；②适用于稳定、连续、量大的气体净化；③吸附和脱附连续完成，吸附剂可以循环使用；④动力和热量消耗大，吸附剂磨损大。

（三）流化床吸附器

在设备中流体以不同的流速通过细颗粒固定床层时，就出现如图6.15所示的流化状态。当气体以很小的流速从下向上穿过吸附剂床层时，固体颗粒静止不动。随着气体流速的逐渐增大，固体颗粒会慢慢地松动，但仍然保持互相接触，床层高度也没有变化，这种情况便是固定床操作。随着气速的继续增大，颗粒作一定程度的移动，床层膨胀，高度增加，称为临界流化态。当气速大于临界气速时，颗粒便悬浮于气体之中，并上下浮沉，这便是流化状态。

图6.15　流化状态示意图

按照流化体系的不同，将流化床吸附器分为气固、液固流化床和气、液、固三相流化床。图6.16是典型的气固流化床吸附器，它由带有溢流装置的多层吸附器和移动式脱附器所组成。在脱附器的底部直接用蒸汽对吸附剂进行脱附和干燥，吸附和脱附过程在单独的设备中分别进行。

图6.16　流化床吸附器示意图

1—扩大段　2—吸附段　3—筛板　4—锥体

废气从进口管以一定的速度进入锥体，气体通过筛板向上流动，将吸附剂吹起，在吸附段完成吸附过程。吸附后的气体进入扩大段，由于气流速度降低，固体吸附剂又回到吸附段，而净化后的气体从出口管排出。

由于流化床操作过程中，气体与吸附剂混合非常均匀，床层中没有浓度梯度，因此，当使用一个床层不能达到净化要求时，可以使用多床层来实现。

流化床吸附器的优点：①由于流体与固体的强烈搅动，大大强化了传质系数；②由于采用小颗粒吸附剂，并处于运动状态，从而提高了界面的传质速率，使其适宜于净化大气量的污染废气；③由于传质速率的提高，使吸附床的体积减小；④由于强烈的搅拌和混合，使床层温度分布均匀；⑤由于固体和气体同处于流动状态，可使吸附与再生工艺过程连续化操作。流化床吸附器的最大缺点是炭粒经机械磨损造成吸附剂的损耗。