1.VOCs廢(fei)氣通(tong)過吸附床層的(de)風速(su)

    有(you)很多教科書寫到，VOCs氣體通過(guo)吸附(fu)劑床層的風速一般為0.2?0.6m/s。實(shi)際我們(men)的《吸附(fu)法工(gong)業有(you)機廢氣治理工(gong)程(cheng)(cheng)技(ji)(ji)術規范(fan)》（HJ 2026-2013）國家工(gong)程(cheng)(cheng)技(ji)(ji)術規范(fan)也(ye)是這(zhe)么寫的。通過(guo)工(gong)程(cheng)(cheng)實(shi)踐發現，當人們利用(yong)活性(xing)(xing)碳(tan)纖(xian)維作(zuo)吸附劑處理VOCs時，所使用(yong)的最(zui)大(da)風速不會(hui)(hui)超(chao)過(guo)(guo)0.15m/s，因(yin)為由于受到床層阻力的限制，一般活性(xing)(xing)碳(tan)纖(xian)維層的厚度(du) 不會(hui)(hui)超(chao)過(guo)(guo)150mm。那么為什(shen)么老的教科(ke)書(shu)給出這(zhe)個數(shu)據(ju)呢？考查發現：過(guo)(guo)去(qu)人們大(da)都采(cai)用(yong)顆(ke)粒活性(xing)(xing)炭作(zuo)吸附劑，它的床層厚度(du)一般設計在0.2?0.8m，最(zui)大(da)不會(hui)(hui)超(chao)過(guo)(guo)1.2m，所以就給出了這(zhe)個數(shu)據(ju)。實際上，通過(guo)工程實踐發現，廢氣通過(guo)床(chuang)(chuang)層(ceng)的(de)速(su)度是(shi)(shi)由(you)廢氣在(zai)床(chuang)(chuang)層(ceng)中(zhong)與(yu)吸(xi)附劑(ji)(ji)的(de)接觸(chu)時(shi)間決定的(de)。總結工程實踐，廢氣在(zai)吸(xi)附床(chuang)(chuang)層(ceng)內與(yu)吸(xi)附劑(ji)(ji)的(de)接觸(chu)時(shi)間為(wei)1?2s 即可(ke)將廢氣中(zhong)的(de)吸(xi)附質吸(xi)附下(xia)來(lai)，也就是(shi)(shi)說，采用這樣的(de)風(feng)速(su)，完全可(ke)以滿(man)足(zu)治理要求。

2.脫附(fu)溫度(du)

    關(guan)于脫附溫度，很多人都認為(wei)與吸附質的沸點(dian)有關(guan)，認為要想把(ba)高沸(fei)點的物質從吸附(fu)劑上脫(tuo)附(fu)下來，脫(tuo)附(fu)介質的溫度必須高于該物質的沸(fei)點。實(shi)踐證明(ming)這(zhe)種觀點(dian)是錯(cuo)誤的(de)。以雙氧水行業回(hui)收(shou)三(san)甲(jia)笨為(wei)例，三(san)甲(jia)苯的(de)沸點(dian)為(wei)164. 7，而采用 100℃的(de)水蒸(zheng)氣(qi)即可將三(san)甲(jia)苯完全(quan)脫(tuo)附(fu)下(xia)來。有(you)不少工程實(shi)踐都證明(ming)了這(zhe)一(yi)點(dian)。為(wei)此可(ke)以得出結(jie)論，吸附質的脫附溫度與其(qi)沸點沒有(you)直接關系(xi)，而是和它的飽和蒸氣壓(ya) 有(you)關。這(zhe)個(ge)結(jie)論可(ke)以用脫附原理來說明。

大(da)家都知道(dao)，要想使吸(xi)(xi)附(fu)(fu)質分(fen)子從(cong)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)表面脫附(fu)(fu)下(xia)來必須給(gei)它(ta)能量(liang)或推動(dong)(dong)力(li)，使其(qi)能夠(gou)從(cong)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)表面“蒸(zheng)發”到吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)孔道(dao)中(zhong)(zhong)，從(cong)而(er)進(jin)入(ru)氣(qi)相主體。而(er)在(zai)通常采用的(de)(de)脫附(fu)(fu)方法(fa)中(zhong)(zhong)，加熱脫附(fu)(fu)是(shi)給(gei)它(ta)提供能量(liang)，以增(zeng)加分(fen)子的(de)(de)動(dong)(dong)能；吹掃脫附(fu)(fu)和降(jiang)壓（真(zhen)空）脫附(fu)(fu)，都是(shi)為了降(jiang)低吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)孔道(dao)中(zhong)(zhong)廢氣(qi)分(fen)子的(de)(de)分(fen)壓，也就是(shi)蒸(zheng)氣(qi)壓，給(gei)廢氣(qi)造成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)濃度差，從(cong)而(er)給(gei)廢氣(qi)分(fen)子由吸(xi)(xi)附(fu)(fu)劑(ji)(ji)表面向氣(qi)相轉移提供一(yi)個(ge)(ge)推動(dong)(dong)力(li)，這個(ge)(ge)推動(dong)(dong)力(li)越(yue)大(da)，廢氣(qi)分(fen)子的(de)(de)脫附(fu)(fu)速度就越(yue) 快。所以，從(cong)這個(ge)(ge)理論出發就不(bu)難理解，吸附質的脫(tuo)附溫(wen)度(du)是與(yu)其飽和蒸氣(qi)壓直接(jie)相關的，而與(yu)它的沸點(dian)(dian)無關。如洗(xi)過的衣服通常(chang)是在(zai)低于水的沸點(dian)(dian)下(xia)晾干的。

3.采用水蒸氣脫附后是否都需要干燥

    不(bu)一(yi)定。當采用(yong)活性碳纖維(wei)(wei)作(zuo)吸(xi)附(fu)材料時，就不(bu)需要設置單(dan)獨的(de)干燥工序(xu)；而采用(yong)顆粒(li)活性炭作(zuo)吸(xi)附(fu)材料時就必(bi)須進行干燥。在(zai)20世紀80?90年代PVC行業用(yong)顆粒(li)活性炭作(zuo)吸(xi)附(fu)劑回收(shou)(shou)氯乙(yi)烯單(dan)體時，各治理(li)廠家無一(yi)例外(wai)地(di)都有熱空氣干燥這一(yi)步(bu)。而到本世紀初(chu)，有的(de)工程公司改成活性破纖維(wei)(wei)作(zuo)吸(xi)附(fu)材料時，就大膽地(di)省去(qu)了熱空氣干燥的(de)工序(xu)，而且將整個 回收(shou)(shou)工藝由原來(lai)的(de)5步(bu)筒化為3步(bu)。為什(shen)么可以省去(qu)千(qian)燥工序(xu)？經過(guo)認真(zhen)分(fen)析(xi)認為，經過水(shui)蒸氣(qi)脫附(fu)的(de)(de)(de)炭基(ji)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)劑的(de)(de)(de)微(wei)孔中 存在(zai)著的(de)(de)(de)水(shui)分(fen)有2類，一類為“自由水(shui)”，另一類是吸(xi)(xi)(xi)附(fu)在(zai)炭基(ji)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)劑表面的(de)(de)(de)“吸(xi)(xi)(xi)附(fu)水(shui)”。由于(yu)顆粒活性炭的(de)(de)(de)孔道長且(qie)孔體積比活性碳纖維大得多，這(zhe)樣，在(zai)脫附(fu)后的(de)(de)(de)顆粒活性炭中就(jiu)會 存有大量的(de)(de)(de)“自由水(shui)”；因此，當顆粒活性炭脫附(fu)完(wan)成之后，必(bi)須通過干(gan)燥，把吸(xi)(xi)(xi)附(fu)劑中的(de)(de)(de) “自由水(shui)”蒸發掉，才能使再進入的(de)(de)(de)廢(fei)氣(qi)分(fen)子與吸(xi)(xi)(xi)附(fu)劑表面接觸，將“吸(xi)(xi)(xi)附(fu)水(shui)”分(fen)子置換下(xia)來。而(er)(er)由(you)于活性碳纖維的(de)微孔體(ti)積(ji)比顆粒炭的(de)微孔體(ti)積(ji)小(xiao)得多，很難有“自(zi)由(you)水”存在(zai)，因此可(ke)(ke)以(yi)省去(qu)熱空氣干燥，脫附完了(le)可(ke)(ke)直接轉(zhuan)入(ru)吸附工(gong)序。這祥不(bu)僅可(ke)(ke)以(yi)使脫附水蒸氣的(de)用(yong)量 大(da)(da)大(da)(da)降(jiang)低，而(er)(er)且(qie)使吸附回收工(gong)序大(da)(da)大(da)(da)縮短，降(jiang)低了(le)運行成本。

附：活性炭脫附(fu)VOCs效果(guo)分(fen)析(xi)

（1）脫附溫度與飽(bao)和蒸(zheng)氣(qi)壓的關(guan)系(xi)。從(cong)脫(tuo)附(fu)原理上講，吸(xi)附(fu)質(zhi)從(cong)吸(xi)附(fu)劑(ji)表(biao)面(mian)脫(tuo)附(fu)的根(gen)本原因是，吸(xi)附(fu)質(zhi)分子(zi)必須克服吸(xi)附(fu)劑(ji)表(biao)面(mian)對(dui)它的引力，增大它脫(tuo)離表(biao)面(mian)的推(tui)動力。也(ye)就是說(shuo)，要想使吸(xi)附(fu)質(zhi)分子(zi)從(cong)吸(xi)附(fu)劑(ji)表(biao)面(mian)脫(tuo)附(fu)下來(lai)，就必須給它能量或推(tui)動力，使其能夠從(cong)吸(xi)附(fu)劑(ji)表(biao)面(mian)“蒸發”到吸(xi)附(fu)劑(ji)孔道中，從(cong)而進入氣相主體。而在通常采用(yong)的脫(tuo)附(fu)方法中，加(jia)熱(re)脫(tuo)附是給其提供能量(liang)，以增(zeng)加(jia)分(fen)子的動能；吹掃(sao)脫(tuo)附(fu)和降壓(ya)(ya)（真空）脫(tuo)附(fu)，都是為了降低吸附(fu)劑孔道(dao)中(zhong)廢氣分子(zi)的分壓(ya)(ya)，也就是蒸氣壓(ya)(ya)，給廢(fei)氣造成(cheng)一個濃度(du)差(cha)，從而給廢(fei)(fei)氣(qi)分(fen)子(zi)由吸附劑表(biao)面(mian)向氣(qi)相轉移提供(gong)一(yi)個(ge)推動(dong)(dong)力，這個(ge)推動(dong)(dong)力越(yue)大，廢(fei)(fei)氣(qi)分(fen)子(zi)的脫(tuo)附速度(du)就(jiu)越(yue)快。所以，從這個(ge)理(li)論出(chu)發就(jiu)不難(nan)理(li)解(jie)，吸附質的脫附溫度(du)是與其飽和蒸氣壓直接相關的，而(er)與它(ta)的沸點(dian)無關。

（2）一些飽(bao)和(he)蒸氣壓較低的物質在脫附(fu)時，溫度過高反而會使脫附(fu)率下降。從吸附(fu)的分類上(shang)說(shuo)，可分為物理(li)吸附(fu)和(he)化學吸附(fu)。物理(li)吸附(fu)，所形成的鍵能只在范德(de)華(hua)力的范圍，即(ji)最(zui)大只有80kJ/kmol左右(you)，而化學吸(xi)附的吸(xi)附鍵力可達到400kJ/kmol以上。在物質(zhi)的吸(xi)(xi)附上(shang)，往(wang)往(wang)存在一(yi)種現象：當溫度低時(shi)是物理吸(xi)(xi)附，如果溫度升(sheng)高，則(ze)可能轉變為(wei)化學(xue)吸(xi)(xi)附。也就是說，當脫(tuo)附溫度過高時，使本來存在的物理吸附狀態(tai)(tai)可能轉化成化學(xue)吸附狀態(tai)(tai)，使(shi)得吸附(fu)鍵(jian)的鍵(jian)能(neng)大(da)大(da)增加，因而(er)反而(er)不易脫附(fu)下來。這(zhe)就是(shi)為什么溫度過高，反而(er)使(shi)物質(zhi)脫附(fu)率(lv)下降的原因。

當(dang)然(ran)，要(yao)想徹(che)底搞清這個問題，只能(neng)(neng)對兩種狀態(tai)的(de)吸附(fu)鍵(jian)(jian)的(de)鍵(jian)(jian)能(neng)(neng)進行測定(ding)(ding)(ding)。但目前對吸附(fu)鍵(jian)(jian)鍵(jian)(jian)能(neng)(neng)的(de)測定(ding)(ding)(ding)還(huan)較(jiao)困難，雖然(ran)有(you)人采(cai)用同步輻(fu)射光電離(li)的(de)方法，能(neng)(neng)夠測定(ding)(ding)(ding)一(yi)些(xie)物質(zhi)的(de)化學鍵(jian)(jian)的(de)鍵(jian)(jian)能(neng)(neng)，但采(cai)用此法能(neng)(neng)不能(neng)(neng)很好地測定(ding)(ding)(ding)吸附(fu)鍵(jian)(jian)的(de)鍵(jian)(jian)能(neng)(neng)，目前還(huan)未見報道。

對脫附溫度確(que)定方法的建(jian)議(yi)

（1）對(dui)于飽和蒸(zheng)氣(qi)壓＞10kPa的(de)物質，原則上(shang)都(dou)可以采用100℃的水蒸汽進(jin)行脫附；但從節約能(neng)源的角(jiao)度講，建(jian)議對(dui)飽(bao)和蒸氣(qi)壓較(jiao)(jiao)大且沸點(dian)(dian)(dian)較(jiao)(jiao)低(di)（如(ru)＜70℃）的物質(zhi)，如(ru)：丙(bing)酮：沸點(dian)(dian)(dian)56.1℃，飽(bao)和蒸氣(qi)壓2371.86kPa （100℃）；四氫呋喃：沸點(dian)(dian)(dian)66℃，飽(bao)和蒸氣(qi)壓101.33kPa（66.0℃）；二(er)氯甲烷：沸點(dian)(dian)(dian)39.75℃，飽(bao)和蒸氣(qi)壓80.00kPa（35℃）等，建議采用(yong)較低溫(wen)度的(de)(de)氮(dan)氣(qi)進(jin)(jin)行脫(tuo)(tuo)附，這樣不僅可降低脫(tuo)(tuo)附劑的(de)(de)溫(wen)度，同時在對(dui)脫(tuo)(tuo)附后混合(he)氣(qi)體(ti)冷凝(ning)時，也不用(yong)采用(yong)溫(wen)度很低的(de)(de)冷凝(ning)水(shui)(shui)進(jin)(jin)行冷凝(ning)分(fen)離(li)（如二氯甲烷需要(yao)采用(yong)7℃低溫(wen)水(shui)(shui)進(jin)(jin)行冷凝(ning)分(fen)離(li)），就(jiu)可以節約能源(yuan)。由于采用(yong)了氮(dan)氣脫附(fu)，也就省去了對冷凝水的處理問題。

（2）對于飽(bao)和(he)蒸氣壓較低的物質采用(yong)高溫脫附(fu)時(shi)，也(ye)要采用(yong)適當的溫度(du)進行脫附(fu)，這樣既(ji)能收到(dao)高的脫附(fu)效率，也(ye)能達到(dao)節能目(mu)的。

當然(ran)，對(dui)于各種物質脫附(fu)溫度的選(xuan)擇，目前(qian)還沒(mei)有(you)現(xian)成的數據可(ke)以(yi)查(cha)詢，還需要(yao)進行(xing)反復實驗才能(neng)初步確(que)定，然(ran)后(hou)(hou)再進行(xing)經濟可(ke)行(xing)性分析(xi)，才能(neng)最后(hou)(hou)確(que)定所選(xuan)擇的脫附(fu)溫度是否合適。

以上內容僅供VOCs治理同行參考(kao)。