室内空气(byLJ)-11

,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,中 国 科 学 院 工 程 热 物 理 研 究 所,INSTITUTE OF ENGINEERING THERMOPHYSICS,，,CHINESE ACADEMY OF SCIENCES,中 国 科 学 院 工 程 热 物 理 研 究 所,INSTITUTE OF ENGINEERING THERMOPHYSICS,，,CHINESE ACADEMY OF SCIENCES,第七讲 室内空气污染治理,空气净化技术,1,如果前期的污染源失控而污染物浓度较高且污染物散发难以切断，此时要采用空气净化技术来去除室内空气污染物,2,第一节 室内空气净化技术,空气过滤,固体吸附,去除空气中的固体颗粒物,吸附空气中的大部分气体污染物,光催化技术,降解室内空气中的,VOC,s,技术成熟,较成熟,研发阶段,3,第二节 吸附法去除室内空气污染物,一、两种类型的吸附,物理吸附,是指主要由于吸附剂与吸附质之间的分子间力的作用所引起的吸附，亦称范德华吸附,化学吸附,由吸附剂表面与吸附质分子间的化学键力所导致的吸附，称为化学吸附,4,二、吸附剂,目前所用的吸附剂主要有：粒状活性炭（,Granular Activated Carbon,，简称,GAC,）、高锰酸钾浸泡过的氧化铝（,Potassium permanganate Impregnated Alumina,，简称,PIA,）和以上两种物质的混合物。,5,它们的工作机理分述如下：,(1)GAC,：物理吸附，由于活性炭内有许多微,孔，比表面积很大，所以容易吸附,VOCs,。,(2)PIA,：,化学反应，由于高锰酸钾具有强氧化,性，所以它可以氧化,VOCs,，将其分解为水和,二氧化碳。,(3)GAC-PIA,：物理吸附与化学反应相结合。,6,三、活性炭动态吸附模型的建立和应用,3.1,、活性炭吸附机理,活性炭有颗粒活性炭及活性炭纤维两种，各自结构见下图。,7,活性炭吸附机理主要有,单分子层吸附,、,多分子层吸附,和,微孔填充理论,。,单分子层吸附理论,是指吸附表面上只吸附一个分子层就饱和，被吸附的分子间无相互作用力。吸附气体和吸附剂之间处于动态平衡。,多分子层吸附理论,是指吸附在固体表面上的分子与气相中的分子因范德华力存在仍具有吸引力，形成所谓多分子吸附层。,微孔填充理论,是指微孔在整个空间内都有吸附力场，吸附质分子填充在整个空间，而不是形成吸附质分子层。,8,3.2,、,现有活性炭吸附模型及其不足,现有的动态吸附模型主要有,孔扩散模型,和,壁扩散模型,。但孔扩散模型忽略了壁扩散的影响；壁扩散模型忽略了孔扩散的作用。,活性炭对污染物的吸附过程是污染物首先进入微孔，然后再被吸附到孔壁，仅考虑其中一个并不能完整地描述活性炭的吸附过程，并且目前已有的模型均没有考虑如何把模型应用在实际工程中，以及如何设计选择这种设备。,9,3.3,、,多组分吸附模型的建立和应用,活性炭纤维对有机物的吸附优于颗粒状活性炭，故研究活性炭纤维的吸附特性，并建立相应的模型。,模型的假定,(1),忽略轴向扩散。,(2),流动是稳态流动。,(3),反应器处于恒温下。,(4),流体为不可压缩型流体，物性参数不变。,(5),在纤维孔内吸附质与吸附剂始终处于平衡状态。,(6),吸附质在纤维孔内既有孔隙扩散，也有沿着吸附,剂的内表面扩散。,10,模型的建立,如图所示为活性炭吸附器，含有污染物的气体从左侧,x=0,处进入，从右侧排出。图中,1,表示吸附器内纤维之间的间隙，,2,表示活性炭纤维，其半径为,R,f,。,11,活性炭纤维本身由骨架和纤维内微孔组成。活性炭纤维制成毯子或毡子等形式时，纤维间也有间隙。空气正是穿过这些间隙从活性炭吸附器上游流到下游的。空气在穿过活性碳纤维间的空隙时与纤维的微孔间的传质导致污染物质被吸附到活性炭上。,由此可知，污染物在活性炭吸附器中的去除由两部分组成，即主流体与活性炭纤维外表面之间的对流传质和污染物从活性炭纤维的外表面吸附到微孔中。与之相应的方程由两部分组成，即吸附器整体平衡方程和活性炭纤维内部质量平衡的扩散方程。,12,(1),吸附器沿长度方向的微分方程,初始条件：,边界条件：,式中：,13,(2),纤维内的微分方程,14,初始条件：,边界条件：,15,(3),吸附表面平衡方程,当仅有一种物质时，,q,与,C,ka,的关系为：,当,n,种,VOC,共同存在，通过活性炭吸附器时，对于第,i,种,VOC,，其吸附表面平衡方程如下：,16,模型中系数的确定,纤维孔内,VOC,扩散系数,D,k,的确定,纤维孔内,VOC,扩散系数用下式计算：,(2),表面扩散系数,D,s,的确定,有多种理论解释表面扩散系数，但通过理论计算其值很困难。目前最常用方法是由实验确定其值。,17,(3),纤维表面对流传质系数,h,的确定,纤维表面对流传质系数可通过类比方法得到：,18,模型的验证,本实验装置,19,实验所选用的仪器及其精度,20,21,活性炭纤维：,实验材料选用鞍山活性炭纤维公司生产的粘胶基活性炭，其纤维半径为,13 10,-6,m,，密度为,87kg/m,3,，孔隙率为,0.095,。,实验材料处理,：实验前，把活性炭纤维放置在,120,恒温箱中,24,小时，然后自然冷却干燥待用。实验时吸附床直径,(d,b,),为,6 10,-3,m,，床孔隙率,0.095,。,22,用甲苯和苯验证污染源为单种物质时模型的正确性，模型计算值与实验值比较如下：,23,所建模型能够很好的描述活性炭对单组分,VOC,的动态吸附特性,24,对于多组分的验证，以甲苯和苯为实验物质，进口浓度均为,17.36mg/m,3,，活性炭厚度为,8mm,.,实验结果和理论值对比如下：,所建模型能够很好的描述活性炭对多组分的动态吸附特性。,25,3.4,、,活性炭吸附器的设计选型方法,在实际工程中，活性炭吸附器的效率随着使用时间的延长而减小，其出口浓度则随着使用时间的延长而升高，当出口浓度上升到室内浓度时，活性炭吸附器完全失效。,选择活性炭吸附器时，应考虑两个基本要求：,(1),应考虑在可能的最大回风量情况下，活性炭吸附器允许的最高浓度，即要保证活性炭吸附器在最低效率时，能够去除房间内的,VOC,产生率。,(2),活性炭吸附器在使用期内应能吸附房间内总的,VOC,产生量。,26,给出活性炭吸附器的设计选型方法如下：,(1),确定房间内,VOC,的产生率,R,t,；,(2),根据房间中,VOC,的产生率,R,t,、房间的设定浓度,C,set,及经过吸附器的风量,Q,ad,计算经过吸附器后允许的最高浓度,C,sup,：,(3),确定活性炭吸附器的最低效率，即失效时的效率,:,27,(4),确定吸附器的失效时间 ；,(5),计算吸附器在使用期内对,VOC,的吸附总量,W:,(6),从效率,出发，初步选定进入吸附器的流速,u,ad,、吸附器厚度,l,，确定活性炭吸附器达到效率,时单位重量的吸附量,w,ad,；,(7),得到所需要使用的活性炭的重量,G,ad,；,28,(8),根据吸附器的重量,G,ad,、吸附器的厚度,l,确定空气流过吸附器的面积,A,；,(9),根据吸附器的面积,A,及流速,u,ad,校核风量。如果差别不大，则设计选型过程完成；否则从第,6,步开始重新计算直到完全满足为止。,建立了描述,多组份活性炭动态吸附特性的模型,，弄清了活,性炭吸附,VOC,动态特性的影响因素及其影响敏感性,，模型分析,结果与实验结果吻合，证明了模型的正确性。,分析了单组分,吸附和多组分吸附的不同特点,，给出了在,实际工程中活性炭,吸附器的设计和选型方法。,29,30,31,何鲁敏：,1951,年出生，工学硕士。现任北京亚都室内环保科技股份有限公司董事长。,1973,年,-1977,年就读于清华大学建筑系。,1977,年,-1979,年任职于航空部第四设计院，为助理工程师。,1979,年,-1982,年就读于清华大学热能系，硕士研究生毕业。,1982,年,-1985,年任职于中国建筑科学研究院空调所。,32,亚都空气净化器原理,33,亚都空气净化器之一,34,亚都空气净化器之二,35,亚都空气净化器之三,36,吸附法存在的不足之处：,GAC,和,PIA,对,VOCs,的选择吸收性很强，不能消除所有的,VOCs,。,GAC,高效吸收甲苯，但低效吸收甲醛，而且需要再生或更换滤芯。虽然,PIA,与,GAC,有较强的互补性，其混合物虽克服了上述缺点，但它也需要再生，难以连续工作。,37,