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粉状活性炭处理液体流程、吸附装置和炭用量

文章出处:人气:11发表时间:2018-8-29 10:46:10

粉状活性炭处理液体流程、吸附装置和炭用量

粉状活性炭具有发达的孔隙结构,有很大的比表面积,通常粉状活性炭比表面积为450-1800平方米/克,孔容积为0.7-1.8毫升/克。因此,它是一种良好的吸附剂。由于炭表面有疏水性,所以能够从水溶液中吸附各种物质,借以达到精制液体,回收和分离液体中某些组份的目的。

粉状炭与颗粒炭相比,有较高的吸附力,吸附时间短,效率高等优点。因此,它广泛地用于液相吸附来净化液体。但缺点是间歌式操作,过滤和炭再生较为困难。现将粉状炭处理液体流程、吸附装置和炭用量作一些介绍。

一、单级处理液体

1、单级处理流程和装置

流程如图1所示,在混合罐中,加入粉状炭和未处理液体,让其充分混合和吸附,然后在过滤器中过滤,净化的滤液放入接受罐中,而用过的炭弃去或再生处理。

图1 单级处理液体流程

图1 单级处理液体流程

单级处理是在典型的间歇式装置(见图2)中进行的。在混合罐(或处理罐)中,借助搅拌器使炭-液得到充分混合,扩大了炭-液接触面,提高了吸附效果。但于这种搅拌不宜过分剧烈,否则,液体中混入空气,可能导致其组成或杂质的氧化,结果影响液体净化。因此对极易氧化的液体,应当在真空条件下或在惰性气体中进行处理。

图2 粉状炭净化液体的典型装置<

图2 粉状炭净化液体的典型装置

通常在混合罐中处理物料的温度,应当与液体需要的温度相适应,在混合过程中,液体需要升温时,可以通过罐内的蒸汽蛇管加热,蒸汽蛇管应装在尽可能低的位置,以便在液面降低时,液体温度保持不变。由于炭用量较少,所以罐内蛇管不会造成炭的堵塞。

达到吸附平衡需要的搅拌时间(接触时间)与液体杂质含量和炭用量有关,在大多数应用中,接触时间为20-30分钟。为保持罐内炭-液的均匀性,过滤时需要继续搅拌物料。

过滤时最理想操作条件是:在最大过滤速率下,得到理想的净化效果。一般在实际操作中,对粘性液体的过滤速率为3-4加仑/米2·时,而对粘性小的液体为30—40加仑/米2·时。过滤时的真正过滤介质是沉积的炭(滤饼),而不是支承炭的滤布。过滤开始时,要求液体压力低,流量小,这时由于滤饼尚未形成,滤液混浊,应返至混合罐中。随着滤饼的形成和增厚,滤液逐渐变清,收集在接受罐中。同时应逐渐增加液体压力。加大液体流量。但是,当炭粒较粗和液体杂质中含有胶体微粒时,即使滤饼形成后,滤液依旧混浊,对于这种情况,可以采用1/16-1/8英寸大小的助滤剂预先铺在滤布上或加至混合罐中,这样可得到良好的效果。过滤后,用压缩空气和蒸汽加压吹出滤饼中的残液。

2、炭用量的确定

表1 吸附等温线的实验数据  
 表1 吸附等温线的实验数据

图3 吸附等温线

图3 吸附等温线

由吸附等温线可以确定炭用量。首先,根据实验确定吸附等温线。实验是将不同量的炭样,分别加入到盛有相同体积液体的容器中,在相同温度下,充分搅拌一小时左右,使炭吸附达到平衡,然后过滤分出滤液和炭,分别测出滤液中杂质的剩余浓度(最终浓度),实验结果列于表1。表中第一行数据为未处理试样,C0表示空白浓度即未处理液体的最初浓度,表中左面两栏为记录的实验原始数据,X表示最初浓度与剩余浓度之差即X=C0-Cf;X/M数据是计算得到的。用X/M对Cf在对数纸上作图,便得出吸附等温线,如图3所示,该吸附等温线可以由弗罗因德利胥吸附方程式表示:

X/M=KC

X=C0-Cf

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

若用对数式表示,则方程式为:

logX/M=logK+1/nlogC

该式符合直线方程一般式:

y=a+bx

因此,用X/M对Ct在对数纸上绘制的图线为一直线,应用该吸附等温线,可以求出最终浓度(Cf)下的炭用量。若已知:C0=400pm,Cf=20ppm,欲求炭用量时,可以在图3上查出Cf对应的X/M=(770pm/克/升)

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

X/M=380/M=770(ppm/克/升)

则炭用量为:M=380/770=0.49(克/升)

假如日处理液体量为10000加仑/日,1加仑=3.785升。

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

二、二级处理液体

1、二级逆流处理

这种处理液体的流程,如图4所示,在混合罐1中,加入未处理液体和用过一次炭进行混合吸附,然后过滤,滤液为处理一次液体至混合罐2,滤饼为用过二次炭被弃去。在混合罐2中,加入处理过一次液体和新炭进行处理,吸附平衡后进行过滤,滤液为脱色液体至下工段,过滤后的炭变为用过一次炭至混合罐1。

图4 二级逆流处理液体流程

图4 二级逆流处理液体流程

这种方法的炭用量较少,适用于处理杂质含量较高的液体。其炭用量可以利用图5吸附等温线,参照单级处理炭用量来计算。图中C0表示未处理液体的最初浓度,Cf表示用过一次炭与液体接触处理后的中间浓度,即处理过一次液体的浓度,Cf表示新炭与处理一次后的液体进行二次处理的最终浓度。当单级处理与二级逆流处理的最终浓度相同时,可以由弗列因德利胥方程式推导出下列方程式:

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

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

式中:Ms—单级处理的炭用量(ppm)。

Mcc—二级逆流处理的炭用量(ppm)。

根据方程式给出了二级逆流处理的一组曲线,如图6所示,每条曲线表示在一定最终浓度(Cf)下,吸附等温线斜率与炭用量之间的关系,图中最终浓度(Cf)用它最初浓度(C0)的百分数表示,炭用量(Mcc)以它单级处理炭用量(Ms)的百分数表示。

图5 二级逆流处理等温线

图5 二级逆流处理等温线

图6 二级逆流处理炭用量曲线

图6 二级逆流处理炭用量曲线

假如处理液体的最初浓度为3400ppm,最终浓度为最初浓度的10%,单级处理的炭用量为液体重量的30.6%(306000ppm),应用图5和图6,可以求出二级逆流处理的炭用量。首先在图5中测得吸附等温线斜率为1.60,然后在图6横轴上取一点(1/n=1.60),过该点作垂线向上与10%曲线相交,过交点向纵轴作垂线相交于一点,查得该点值为18.5%。

Mcc/Ms×100%=18.5%

Mcc=Ms×18.5%=30.6%×0.185=5.66%

则炭用量为液体重量的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)

则处理一次液体的浓度为906ppm。

2、二级分段处理

图7 二级分段处理液体流程  
 图7 二级分段处理液体流程

两个混合罐中,分别加入新炭,不同的是混合罐1中加入的是未处理液体,而混合罐2中加入的是处理过一次液体,从两级过滤器中分出的炭为用过一次炭,都作废炭弃去,后一个过滤器的滤液为净化液体,送至下一工段。

二级分段处理的炭用量,是由两部分组成。其炭用量可以由弗列因德利胥方程式分别求出:

M1=(C0-C1)/KC11/n

M2=(C1-Cf)/KC11/n

图8 二级分段处理:第一级处理

图8 二级分段处理:第一级处理

假如处理液体同样是由图5所示等温线和数据,则二级分段处理的炭用量,可类似二级逆流处理炭用量求法,由图8求出第一级处理时的炭用量M1。

M1/Ms×100%=15%

M1/30.6%×100%=15%

M1=30.6%×0.15=4.6%

则第一级处理炭用量,为液体重量的4.6%。

图9 二级分段处理:第二级处理

图9 二级分段处理:第二级处理

同样,由图9可以求出第二级处理的炭用量M2。

M2/Ms×100%=20%

M2/30.6%×100%=20%

M2=30.6%×0.15=6.1%

则第二级处理炭用量,为液体重量的6.1%。

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

则二级分段处理总的炭用量为液体重量的10.7%。

由以上炭用量计算结果表明,用不同方法处理液体的炭用量,有很大的不同,处理时的炭用量最大,二级逆流处理时最小。

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