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粉狀活性炭處理液體流程、吸附裝置和炭用量

文章出處:人氣:12發表時間:2018-12-9 11:04:17

粉狀活性炭處理液體流程、吸附裝置和炭用量:

粉狀活性炭具有發達的孔隙結構,有很大的比表面積,通常粉狀活性炭比表面積為450-1800平方米/克,孔容積為0.7-1.8毫升/克。因此,它是一種良好的吸附劑。由于炭表面有疏水性,所以能夠從水溶液中吸附各種物質,借以達到精制液體,回收和分離液體中某些組份的目的。

粉狀炭與顆粒炭相比,有較高的吸附力,吸附時間短,效率高等優點。因此,它廣泛地用于液相吸附來凈化液體。但缺點是間歌式操作,過濾和炭再生較為困難。現將粉狀炭處理液體流程、吸附裝置和炭用量作一些介紹。

一、單級處理液體

(一)單級處理流程和裝置

流程如圖1所示,在混合罐中,加入粉狀炭和未處理液體,讓其充分混合和吸附,然后在過濾器中過濾,凈化的濾液放入接受罐中,而用過的炭棄去或再生處理。

圖1 單級處理液體流程

單級處理是在典型的間歇式裝置(見圖2)中進行的。在混合罐(或處理罐)中,借助攪拌器使炭-液得到充分混合,擴大了炭-液接觸面,提高了吸附效果。但于這種攪拌不宜過分劇烈,否則,液體中混入空氣,可能導致其組成或雜質的氧化,結果影響液體凈化。因此對極易氧化的液體,應當在真空條件下或在惰性氣體中進行處理。

圖2 粉狀炭凈化液體的典型裝置

通常在混合罐中處理物料的溫度,應當與液體需要的溫度相適應,在混合過程中,液體需要升溫時,可以通過罐內的蒸汽蛇管加熱,蒸汽蛇管應裝在盡可能低的位置,以便在液面降低時,液體溫度保持不變。由于炭用量較少,所以罐內蛇管不會造成炭的堵塞。

達到吸附平衡需要的攪拌時間(接觸時間)與液體雜質含量和炭用量有關,在大多數應用中,接觸時間為20-30分鐘。為保持罐內炭-液的均勻性,過濾時需要繼續攪拌物料。

過濾時最理想操作條件是:在最大過濾速率下,得到理想的凈化效果。一般在實際操作中,對粘性液體的過濾速率為3-4加侖/米2·時,而對粘性小的液體為30—40加侖/米2·時。過濾時的真正過濾介質是沉積的炭(濾餅),而不是支承炭的濾布。過濾開始時,要求液體壓力低,流量小,這時由于濾餅尚未形成,濾液混濁,應返至混合罐中。隨著濾餅的形成和增厚,濾液逐漸變清,收集在接受罐中。同時應逐漸增加液體壓力。加大液體流量。但是,當炭粒較粗和液體雜質中含有膠體微粒時,即使濾餅形成后,濾液依舊混濁,對于這種情況,可以采用1/16-1/8英寸大小的助濾劑預先鋪在濾布上或加至混合罐中,這樣可得到良好的效果。過濾后,用壓縮空氣和蒸汽加壓吹出濾餅中的殘液。

(二)炭用量的確定
 

表1 吸附等溫線的實驗數據
圖3 吸附等溫線

由吸附等溫線可以確定炭用量。首先,根據實驗確定吸附等溫線。實驗是將不同量的炭樣,分別加入到盛有相同體積液體的容器中,在相同溫度下,充分攪拌一小時左右,使炭吸附達到平衡,然后過濾分出濾液和炭,分別測出濾液中雜質的剩余濃度(最終濃度),實驗結果列于表1。表中第一行數據為未處理試樣,C0表示空白濃度即未處理液體的最初濃度,表中左面兩欄為記錄的實驗原始數據,X表示最初濃度與剩余濃度之差即X=C0-Cf;X/M數據是計算得到的。用X/M對Cf在對數紙上作圖,便得出吸附等溫線,如圖3所示,該吸附等溫線可以由弗羅因德利胥吸附方程式表示:

X/M=KC

X=C0-Cf

X/M=(C0-Cf)/M=KC1/n

若用對數式表示,則方程式為:

logX/M=logK+1/nlogC

該式符合直線方程一般式:

y=a+bx

因此,用X/M對Ct在對數紙上繪制的圖線為一直線,應用該吸附等溫線,可以求出最終濃度(Cf)下的炭用量。若已知:C0=400pm,Cf=20ppm,欲求炭用量時,可以在圖3上查出Cf對應的X/M=(770pm/克/升)

X=C0-Cf=400-20=380(ppm)

X/M=380/M=770(ppm/克/升)

則炭用量為:M=380/770=0.49(克/升)

假如日處理液體量為10000加侖/日,1加侖=3.785升。

則每日炭用量為:0.49×3.785×10000=18500(克/日)=18.5(公斤/日)

二、二級處理液體

(一)二級逆流處理

這種處理液體的流程,如圖4所示,在混合罐1中,加入未處理液體和用過一次炭進行混合吸附,然后過濾,濾液為處理一次液體至混合罐2,濾餅為用過二次炭被棄去。在混合罐2中,加入處理過一次液體和新炭進行處理,吸附平衡后進行過濾,濾液為脫色液體至下工段,過濾后的炭變為用過一次炭至混合罐1。

圖4 二級逆流處理液體流程

這種方法的炭用量較少,適用于處理雜質含量較高的液體。其炭用量可以利用圖5吸附等溫線,參照單級處理炭用量來計算。圖中C0表示未處理液體的最初濃度,Cf表示用過一次炭與液體接觸處理后的中間濃度,即處理過一次液體的濃度,Cf表示新炭與處理一次后的液體進行二次處理的最終濃度。當單級處理與二級逆流處理的最終濃度相同時,可以由弗列因德利胥方程式推導出下列方程式:

Mcc/Ms=(Cf/C1)1/n

Mcc/Ms=(C1-Cf)/(C0-Cf)

式中:Ms—單級處理的炭用量(ppm)。

     Mcc—二級逆流處理的炭用量(ppm)。

根據方程式給出了二級逆流處理的一組曲線,如圖6所示,每條曲線表示在一定最終濃度(Cf)下,吸附等溫線斜率與炭用量之間的關系,圖中最終濃度(Cf)用它最初濃度(C0)的百分數表示,炭用量(Mcc)以它單級處理炭用量(Ms)的百分數表示。

圖5 二級逆流處理等溫線
圖6 二級逆流處理炭用量曲線

假如處理液體的最初濃度為3400ppm,最終濃度為最初濃度的10%,單級處理的炭用量為液體重量的30.6%(306000ppm),應用圖5和圖6,可以求出二級逆流處理的炭用量。首先在圖5中測得吸附等溫線斜率為1.60,然后在圖6橫軸上取一點(1/n=1.60),過該點作垂線向上與10%曲線相交,過交點向縱軸作垂線相交于一點,查得該點值為18.5%。

Mcc/Ms×100%=18.5%

Mcc=Ms×18.5%=30.6%×0.185=5.66%

則炭用量為液體重量的5.66%,即56600ppm。

Mcc/Ms=(C1-Cf)/(C0-Cf)

5.66%/30.6%=(C1-3400×10%)/(3400-3400×10%)

C1=18.5%×3060+340=906(ppm)

則處理一次液體的濃度為906ppm。

(二)二級分段處理
 

圖7 二級分段處理液體流程

兩個混合罐中,分別加入新炭,不同的是混合罐1中加入的是未處理液體,而混合罐2中加入的是處理過一次液體,從兩級過濾器中分出的炭為用過一次炭,都作廢炭棄去,后一個過濾器的濾液為凈化液體,送至下一工段。

二級分段處理的炭用量,是由兩部分組成。其炭用量可以由弗列因德利胥方程式分別求出:

M1=(C0-C1)/KC11/n

M2=(C1-Cf)/KC11/n

圖8 二級分段處理:第一級處理

假如處理液體同樣是由圖5所示等溫線和數據,則二級分段處理的炭用量,可類似二級逆流處理炭用量求法,由圖8求出第一級處理時的炭用量M1。

M1/Ms×100%=15%

M1/30.6%×100%=15%

M1=30.6%×0.15=4.6%

則第一級處理炭用量,為液體重量的4.6%。

圖9 二級分段處理:第二級處理

同樣,由圖9可以求出第二級處理的炭用量M2。

M2/Ms×100%=20%

M2/30.6%×100%=20%

M2=30.6%×0.15=6.1%

則第二級處理炭用量,為液體重量的6.1%。

M=M1+M2=4.6%+6.1%=10.7%

則二級分段處理總的炭用量為液體重量的10.7%。

由以上炭用量計算結果表明,用不同方法處理液體的炭用量,有很大的不同,處理時的炭用量最大,二級逆流處理時最小。

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