5.5.3 吸附除臭的工艺设计
5.5.3.1 固定床吸附器
最常见的吸附装置是固定床装置（图5-17）。在气体流量为100 m3/min以下的情况下，接触时间较长的除臭率高，大多使用燃气偏流少的圆筒形。吸附器的设计计算应包括确定吸附器的型式、吸附剂的种类、吸附剂的需求量、吸附床高度、吸附周期等。这些参数的选择应从吸附平衡、吸附传质速率及压降来考虑。
1）设计依据
恶臭的流量、性质及污染物浓度，国家排放标准等。
2）吸附器的确定
对吸附器的基本要求如下：
图5-17 固定床吸附装置
（1）具有足够的过气断面和停留时间。
（2）良好的气流分布。
（3）预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质。
（4）能够有效地控制和调节吸附操作温度。
（5）易于更换吸附剂。
3）吸附剂的选择
参见前文内容。
4）横面积计算
与吸收塔一样，按被除恶臭体的流量和适当的空塔气速计算横截面积。一般固定床吸附器空塔气速取0.1～0.3 m/s。
5）吸附区高度的计算
吸附区高度常用穿透曲线法和希洛夫近似法两种方法计算。
（1）穿透曲线法。假设条件为：①等温吸附，等温吸附线为线型；②低浓度污染物的吸附；③传质区高度比床层高度小。
在下面进行的计算中，考虑到吸附剂及不可吸附气体（载气）在吸附过程中不变化，所以气体中吸附质浓度和吸附剂上吸附质浓度用无溶质基来表示。气体中吸附质的无溶质基浓度用Y（即m吸附质/m载气）表示，吸附剂上吸附质的无溶质基浓度用X表示（即m吸附质/m载气）表示。
①传质区高度的确定。图5-18为一吸附穿透曲线。下标“b”表示穿透点时的参数；下标“e”表示饱和时的参数，Y0为气体中吸附质初始质量分数，即m吸附质/m载气；W表示一段时间后流出物总量，单位kg/m2，则
图5-18 吸附穿透曲线
在吸附区内，从穿透点到吸附剂基本失去吸附能力，吸附剂所吸附污染物的量为：
若吸附区内所有的吸附剂均达到饱和，所能吸附污染物的量为Y0Wa。定义f为吸附区内吸附剂的吸附能力，可表示为：
（1—f）为吸附区内吸附剂的饱和度。f愈大，吸附饱和的程度愈低，传质区形成所需的时间愈短，设吸附床的高度为Z，则传质区高度
由上可见，由穿透曲线确定了Wa、We和f，即可由上式确定传质高度。
②穿透曲线的绘制。如图5-19所示，对整个吸附床层作物料平衡，则
该式便是图5-19中通过原点的操作线，其斜率为Ls/Gs。因此，在床层的任一截面上，吸附质在气体中的浓度Y与吸附质在固体上的浓度X之间的关系显然为：
在床层内任取一微分高度dZ，在单位时间单位面积的dZ高度内，流体相中吸附质的减少量等于固体相中吸附剂吸附的量，即
式中 KY——流体相的总传质系数［kg/（m2·h）］；
αp——单位容积吸附床层内吸附剂颗粒的表面积（m2/m3）；
Y*——与X成平衡的气相浓度，即m吸附质/m载气，无量纲。
图5-19 吸附区
传质区内气相传质单位数为：
式中 NOG——传质单元数；
HOG——传质单元高度（m）。
假定在Za范围出内HOG为一常数，则对于任何一个小于Za的Z值有：
根据上式通过图解积分法绘制穿透曲线。
（2）希洛夫（N.A.Shilov）方程法。假设条件为：①吸附速率无穷大，即吸附质进入吸附层即被吸附；②达到穿透时间时，吸附剂进入床层的吸附质量等于该时间内吸附床的吸附量。即吸附床的穿透时间t可用下式计算：
图5-20 t-Z曲线
由上式可知，在t-Z图上，吸附剂的穿透时间与吸附床高度关系是通过原点的直线，如图5-20所示，但实际穿透时间t要小于吸附速率无穷大时的穿透时间，其差值为t0（实测的直线是离开原点而平行于直线1的直线），如图中所示直线2。所以在实际设计中，将上式修正为：
式中 Z——床层高度（m）；
GS——载气通过床层的流速［kg/（m2·s）］；
Y0——气体中吸附质初始质量浓度，即m吸附质/m载气；
ρS——吸附剂堆积密度（kg/m3）；
XT——与吸附质初始浓度达到平衡时的吸附剂静活性，无量纲；
Z0——吸附剂层中未被利用部分的长度，又称为“死层”。此即希洛夫方程。其中，t=KZ0；K=XTρs/（GSY0），K为吸附层的保护作用系数。
6）吸附剂用量
吸附剂用量M用下式计算：
式中 A——吸附床横截面积（m2）；
其他符号意义同前。
7）吸附周期
出现穿透的时间即为吸附周期t，用下式计算：
8）固定床压降
固定床压降用Ergun方程计算：
式中 Δp——通过床层的压降（Pa）；
Z——床层高度（m）；
μ——气体的动力黏度（Pa·s）；
ε——颗粒层孔隙率（%）；
ρ——气体密度（kg/m3）；
u——床层进口横截面积处气体平均流速（m/s）；
dp——吸附剂颗粒直径（m）。
9）吸附剂再生的计算
（1）干燥吸附剂热空气消耗量。用水气解吸后的吸附剂层含有相当数量的水分，降低吸附剂的活性，需要用热空气对吸附层进行干燥。干燥吸附剂热空气的消耗量可利用湿空气状态图或计算法求得。下面介绍计算法。
连续式吸附装置进行稳定干燥过程，其空气消耗量按下式计算：
式中 L——干燥吸附剂时空气的消耗量（kg）；
l——空气的单位消耗量，即干空气/H2O，无量纲；
x1、x2——离开、进入吸附剂层时空气的含湿量，无量纲；
W——干燥时驱走的水分（kg）。
在间歇式固定床吸附器中，干燥过程为不稳定过程，其空气参数随吸附层高度和干燥吸附剂时间而变。空气的单位消耗量简化计算式为：
式中
（2）加热空气所消耗的量
式中 l2——由加热器进入吸附器的空气热含量（J/kg）；
l1——进入加热器的空气热含量（J/kg）；
l——1 kg水分消耗的干空气量，无量纲；
W——干燥进驱动的水分（kg）；
Q——加热空气所消耗的热量（J）。
5.5.3.2 移动床吸附器
移动床吸附器是在固定吸附剂和含污染物气体的连续逆流运动中完成吸附过程的，装置示意图如图5-21所示。一般吸附剂是自上而下运动，移动床吸附器的计算主要是决定吸附区的高度和吸附剂的用量。为简化计算，假设操作是等温的，并且仅考虑一种组分的吸附。移动吸附床的计算与固定吸附床计算类似。图5-22是连移动味吸附器中的变量示意图。
图5-21 移动床吸附装置
图5-22 连续逆流移动床吸附器中物料衡算
对全床进行物料衡算
对吸附器上进行物料衡算有相似方程
式中 Y——污染物在气相中的浓度（kg污染物/kg惰性气体）；
GS——基于惰性气体（载气）的气相质量流量［kg惰性气体/（s·m2）］；
X——污染物在吸附相中的浓度（kg污染物/kg吸附剂）；
LS——吸附剂的质量流量［kg吸附剂/（s·m2）］。
当吸附污染物的量大时，热效应会变得显著。这种热效应的计算是复杂的，在推导中仅考虑污染物浓度非常低时的情况。至于吸收过程，操作线偏离平衡曲线的程度越大，吸附推动力也就越大，在微分截面dL上有
根据吸附速率方程式得
式中 αp——单位容积的吸附剂床层内所有吸附剂颗粒的表面积（m2/m3）；
Y*——与吸附相中浓度X对应的气相组成。
通常表示为
与吸收过程类似，定义传质单元高度
则传质单元数
一般由图解积分法求传质单元数。当平衡线是直线时，可利用对数值技术估算
5.5.3.3 吸附设备的注意事项
根据自然条件、污染物的排放量及浓度和排放要求，并根据以上所述选择合适的除臭系统。当设计吸收塔时，需要考虑以下问题：
（1）填料的选择（散堆或者顺序填放，比表面积等）。
（2）空塔气速在散堆填料情况下最大值为2.1 m3/（m2·s），与塔径无关。
（3）洗涤液流量（标准值：在散堆填料情况下为2.5 L/m3气体）。