第5章吸附和吸收處理空氣原理與方法5.1吸附材料處理空氣的機理和方法5.2吸收劑處理空氣的機理和方法除濕概念水分凝結成霧或露對工業生產有嚴重影響；空氣壓縮后結露造成危害；濕度對人體的主要影響是舒適性；濕度對空氣中污染物影響；濕度對生物污染物也有重要影響；除民用建筑外，在汽車、坦克、飛行器、艦艇、地下室等特殊環境中也需要進行除濕?？諝獬凉穹椒ɡ鋮s除濕法固體吸附法（固體床吸附法和轉輪法）液體吸收法膜法具體采用哪種方法，要根據除濕空氣的風量、壓力、溫度和空氣的含濕量，結合具體的應用背景進行選擇。水表冷器水空氣獨立降溫獨立除濕溶液除濕空調系統示意圖基于膜的全熱交換器在空調新風處理中應用冷卻除濕法原理：利用濕空氣被冷卻到露點溫度以下，將冷凝水脫除的除濕方法，又稱露點法或冷凍法；空氣冷卻器除濕或噴淋室除濕的方法屬于冷卻除濕；缺點：僅為降溫，表冷器中冷媒溫度為20℃左右即可；為除濕，冷媒溫度降低到7℃以下，使制冷機COP降低。無法使用自然冷源再熱、雙重能量浪費霉菌固體吸附法原理：利用某些固體吸附劑吸濕硅膠、沸石吸水蒸汽、再生－>吸附、脫附固氣包括固體床吸附法和轉輪法；優點：技術較為成熟，可靠性高；缺點：體積較大，再生過程吸附劑需要頻繁加熱與冷卻，能耗較高，一次性使用吸濕劑又成本過高。液體吸收法原理：利用某些吸濕性溶液吸收空氣中的水分；氯化鋰、溴化鋰吸水蒸汽、再生－>吸收、再生液氣優點：傳熱表面即使降到0℃以下也不會結霜；除濕鹽溶液具有殺菌性；缺點：若溶液流速選得不合適將產生溶液飛沫，并隨空氣一起進入管道，腐蝕金屬。膜法除濕原理：利用親水性除濕膜進行除濕，即利用滲透分離。膜科學技術是一門新興的高分離、濃縮、提純、凈化技術。膜法除濕研究領域主要集中在三個方面：壓力除濕、膜法全熱回收和膜濕泵。優點：能耗低。缺點：制備工藝復雜,如果是液體還要對料液進行預處理，以防堵塞。

5.1吸附材料處理空氣的機理和方法

1.基本知識和概念幾個名詞吸附現象：相異二相界面上的一種分子積聚現象。吸附(adsorption)：把分子配列程度較低的氣相分子濃縮到分子配列程度較高的固相中。吸附劑(adsorbent)：使氣體濃縮的物質。吸附質(adsorbate)

：被濃縮的物質。例如:硅膠（吸附劑），水蒸汽（吸附質）吸附種類物理吸附－>分子間范德華力引起，無化學反應，是可逆吸附吸附質和吸附劑之間不發生化學反應；對所吸附的氣體選擇性不強；吸附過程快，參與吸附的各相之間瞬間達到平衡；為低放熱反應，放熱量比相應氣體的液化潛熱稍大；吸附力不強，在條件改變時可以脫附。以硅膠和水蒸氣(物理吸附)為例，硅膠+水蒸汽－>硅膠?nH2O+Q(>凝結熱)化學吸附－>有化學反應吸附平衡和吸附等值線平衡態下等值線有：吸附等壓線：q＝f(T),p=const吸附等溫線（經常使用）：q＝f(p)，T＝const一般，吸附量可表示成溫度和壓力的函數：q=f(p,T)吸附劑結構：多孔介質，比表面積按孔隙大小分為三類：微孔、過渡孔、大孔微孔過渡孔大孔有效半徑（埃）5-1515-2000>2000比表面積（m2/g）>40010-4000.5-2特點在微孔的整個空間存在著吸附力場進入微孔的主要通道通向吸附劑顆粒內部的粗通道代表物質沸石、某些活性炭硅膠、鋁凝膠吸附劑的特性參數：

吸附劑密度：堆積密度ρ、真密度（ρs）、顆粒密度（ρp）堆積密度ρ真密度（ρs）顆粒密度（ρp）ρ<ρp<ρs吸附劑的特性參數多孔體的外觀體積：孔徑分布：通常使用吸附等溫線的數據來計算孔徑分布；顆粒當量直徑、單位體積表面積2.等溫吸附線(AdsortionIsotherms)朗謬爾公式

限制條件:吸附分子間無相互作用,且為單層吸附。當bp>>1時，即整個表面被單分子層所覆蓋當bp<<1時，即亨利公式弗雷德里克公式

若1/n在0.1－0.5之間，吸附容易進行，1/n大于0.5時，則吸附很難進行。限制條件：僅用于吸附質未達到飽和狀態時。當吸附表面出現凝結和結晶時，吸附現象則不明顯了。BET公式適用范圍：多分子層吸附，0.05<p/p0<0.35。等溫吸附線(AdsortionIsotherms)微孔吸附與吸附質分子大小相當的微孔，其周壁的吸引力使吸附劑分子填充微孔而產生吸附作用。對于給定的吸附劑和吸附質，吸附平衡與溫度無關，可用吸附勢表示：

3.常用吸附劑的類型和性能極性吸附劑（親水性）：硅膠、多孔活性鋁、沸石等鋁硅酸鹽非極性吸附劑（憎水性）：活性碳硅膠、活性氧化鋁及沸石的性能比較

4.吸附傳質機理與數學模型傳質速度是決定吸附性能的重要因素之一；傳質速度由以下機理決定：在吸附劑顆粒外流體邊界層內的對流傳質；在吸附劑顆粒內部被吸附物質的分子擴散；在吸附點進行的吸附反應。吸附時，氣體先通過氣膜到達顆粒表面，然后才向顆粒內擴散，脫附時則逆向進行。計算公式和濃度方程5.空氣靜態吸附除濕和動態吸附除濕干燥循環

干燥劑：吸附空氣中水蒸氣的吸附劑。運行條件：干燥劑表面的蒸汽壓與環境空氣的蒸汽壓差造成干燥劑吸濕和放濕。吸濕量對干燥劑蒸汽壓有影響：吸濕量增加，表面蒸汽壓隨之增大。再生過程：干燥劑表面蒸汽壓超過周圍空氣的蒸汽壓時，干燥劑脫濕。干燥過程：吸濕過程、再生過程和冷卻過程靜態吸附除濕定義：指吸附劑和密閉空間內的靜止空氣接觸時，吸附空氣中的水蒸氣的方法。設計的任務：選擇合適的吸附劑以使密閉空間內的水份量達到要求的水份量。【例5-1】停用的鍋爐內壁放多少吸附劑合適？查干飽和水蒸氣表可得：ρ0=53.7×10-3kg/m3，ρ1=6.80×10-3kg/m3。q0為相對濕度為30%時硅膠的平均吸濕量，等于0.17kg/kg。又已知：V=10m3，R=8kg。由公式（4-33）得：動態吸附除濕定義：讓濕空氣流經吸附劑的除濕方法。優點：吸附劑量較少，設備占地面積也小，花費較少的運轉費就能進行大空氣流量的除濕。一個完整的干燥循環由吸附過程、脫附過程或稱再生過程以及冷卻過程構成。再生方式：加熱再生方式、減壓再生方式、使用清洗氣體的再生方式、置換脫附再生方式。除濕的方式冷卻除濕是在除濕的同時通過冷卻水或空氣將吸附熱帶走，保持近似等溫除濕；絕熱除濕則近似等焓過程，即被除濕的處理氣流含濕量降低的同時，溫度會升高，氣流的焓值基本不變。改善吸濕式空氣處理方式的關鍵是變等焓過程為等溫過程，吸收或補充空氣與吸濕介質間傳質產生的相變潛熱，從而減少這一過程的不可逆損失。（好）（不好）

選擇吸附劑的標準要求空氣壓力損失小，具有適當的強度不致粉末化、具有足夠大的吸附容量；吸附劑粒水分的移動速度快，以便能盡快地達到平衡狀態。設計時預先要增加一些考慮劣化量的吸附劑填充量。6.吸附除濕設備——轉輪除濕機abcdeφ=1分類：氯化鋰轉輪、硅膠轉輪、分子篩轉輪abcdefabcde7.吸附除濕型空調系統簡介1：蒸發冷凝器；2：熱交換器；3：加熱器；4除濕器abcdefghi除濕型新風空調系統工作原理和溫濕圖全回風除濕型空調系統工作原理圖和溫濕圖

1：蒸發冷凝器；2：熱交換器；3：加熱器；4除濕器Dunkle型除濕空調系統工作原理圖和溫濕圖

1：水蒸發器；2：次級換熱器；3：初級換熱器；4除濕器；5加熱器除濕轉輪用于新風全熱回收除濕轉輪用于新風全熱回收空氣蒸發冷卻器蒸發冷卻是利用水蒸發吸熱，具有冷卻功能這一眾所周知的物理現象。只要空氣不是飽和的，利用循環水直接（或通過填料層）噴淋空氣就可獲得降溫的效果。在允許條件下可以利用該空氣作為送風以降低室溫，這種處理空氣的方法稱為蒸發冷卻。蒸發冷卻空氣處理方法主要只適用于東西北地區。空氣蒸發冷卻器的分類直接蒸發冷卻器、間接蒸發冷卻器和復合蒸發冷卻器；直接蒸發冷卻器通過與水的直接接觸來冷卻空氣，或者通過一個展開的濕表面材料來冷卻。在降低空氣溫度的同時，使空氣的含濕量和相對濕度有所增加，實現了加濕，等焓過程。適用于低濕度地區，如我國海拉爾——錫林浩特——呼和浩特——西寧——蘭州——甘孜一線以西地區（如甘肅、新疆、內蒙、寧夏等省區）。間接蒸發冷卻是利用一股輔助氣流先經噴淋水（循環水）直接蒸發冷卻，溫度降低后，再通過空氣－空氣換熱器來冷卻待處理空氣（即準備進入室內的空氣），并使之降低溫度。所實現的便不再是等焓加濕降溫過程，而是減焓等濕降溫過程，從而得以避免由于加濕，而把過多的濕量帶入室內。適用于低濕度地區和中等濕度地區，要求較低含濕量或比焓的場合，如我國哈爾濱——太原——寶雞——西昌——昆明一線以西地區。直接蒸發冷卻器間接蒸發冷卻器空氣蒸發冷卻器傳統系統與蒸發冷卻系統比較51LeistungsgesteigerterSommerbetrieb

mitadiabatischerKondensatorkühlung

夏季采用絕熱加濕法提升冷量Zuluft送風Abluft回風Au?enluft新風Fortluft排風52SonderfunktionHochleistungs-WRGmitadiabatischerKühlung

特種用途高能量熱回收采用絕熱加濕冷卻Au?enluft新風Fortluft排風Abluft排風Zuluft送風吸附法處理空氣的優點吸附除濕既不需要對空氣進行冷卻也不需要對空氣進行壓縮。吸附除濕噪聲低且可以得到很低的露點溫度?？朔砝淦鞒凉袢秉c。獨立除濕：對空氣的降溫與除濕分開獨立處理，除濕不依賴于降溫方式實現。固體吸濕材料的弱點運行過程都是動態的，其間混合損失大，影響效率；除濕過程釋放出的潛熱使除濕劑很難實現等溫除濕，吸濕能力大打折扣；整個過程傳熱傳質的不可逆損失大，效率不高。

相對固體吸附材料，液體流動性好，設備容易實現，且溶液除濕過程容易被冷卻，從而實現等溫除濕，不可逆損失可減小。吸附材料在IAQ方面應用：

需求情況：衣食住行，衣食（溫飽）問題已基本解決，?。ǚ浚?、行（車）問題受到關注提高IAQ的四種辦法:源頭治理通風控制優化室內氣流組織空氣凈化上述四方面，都與傳質問題緊密相連。5.2吸收劑處理空氣的機理和方法一、吸收現象簡介

氣體吸收是用適當的液體吸收劑來吸收氣體或氣體混合物中的某種組分的一種操作。氣體被吸收的程度，取決于氣體的分壓力。液體除濕劑對水蒸汽有很強的吸收能力。大量吸收水分后，吸收液的濃度變稀，除濕能力也隨之降低，為連續吸濕，需將稀溶液加熱濃縮（再生）。水分蒸發，溶液濃縮后，重復使用。二、液體吸收劑的性能要求要有較強的吸濕能力；除濕劑對空氣中的水分有較大的溶解度；對混合氣體中其他組分基本不吸收；低黏度；高沸點，高冷凝熱和稀釋熱，低凝固點；吸濕劑性能穩定，低揮發性，低腐蝕性，無毒性。常用吸收型除濕劑常用的液體除濕劑：溴化鋰溶液、氯化鋰溶液、氯化鈣、乙二醇、三甘醇溶液等。三甘醇：最早使用，黏度大，有揮發性；溴化鋰溶液：吸濕能力大，強腐蝕性；氯化鋰溶液：吸濕能力大，有腐蝕性；氯化鈣溶液：吸濕能力大，價格低，有腐蝕性。鹵鹽溶液性能比較共性：沸點比水高的多；表面蒸汽壓隨t升高和C降低而增大，除濕能力隨之降低；鹽的溶解度有限，會出現結晶現象；對常見金屬具有腐蝕性。不同：在相同t和C下，氯化鋰溶液的表面蒸汽壓最低；溴化鋰溶液溶解度大于氯化鋰；氯化鈣價格低。三、吸收劑處理空氣的機理水分由空氣向除濕溶液傳遞的驅動力是：被處理空氣的水蒸氣分壓力與除濕溶液表面蒸汽壓壓差。除濕溶液表面蒸汽壓越低，除濕能力越強；在相同的冷卻溫度下，為了增強除濕溶液的效果，宜選擇表面蒸汽壓較低的除濕劑。典型的吸收—再生過程包括：吸濕、再生、冷卻過程。典型的吸收—再生過程分析（除濕劑）典型的吸收—再生過程分析1—2：溶液的吸濕過程，水蒸氣從空氣向溶液轉移，同時水蒸氣凝結潛熱大部分被溶液吸收；2—3—4：溶液的再生過程，所需能量包括：加熱除濕劑使得其表面蒸汽壓高于水蒸氣分壓(2-3）所含水分蒸發所需的汽化潛熱（3-4）溶質析出所需的熱量4—1：溶液的冷卻過程。在2—3加熱過程和4—1冷卻過程之間加換熱器。吸收除濕與其他除濕方式比較：吸收除濕的特點采用液體吸濕劑的除濕過程很容易被冷卻，從而實現近似等溫除濕，避免常規冷凝除濕過程中冷熱抵消現象；可以采用低品位熱能作為驅動能源，如太陽能、廢熱等，其再生熱源溫度低于轉輪等固體除濕方式；由于在溶液除濕系統中，能量以化學能而不是熱能方式儲存，因而降低了對熱能持續供應的依賴程度，蓄能能力超過冰蓄冷，且蓄能穩定。通過溶液噴灑可以除去空氣中的細菌、霉菌及其他有害物，有利于提高IAQ。溶液過程空氣過程四、影響吸收的主要因素氣液接觸形式：順流熱質交換效果最差，逆流最優，叉流介于兩者之間；除濕器的結構：絕熱型和內冷型結合較優；除濕劑的選擇：在相同的冷卻溫度下，為增強除濕溶液的效果，宜選擇表面蒸汽壓較低的除濕劑；氣液運行參數：空氣的流量、進口溫度、進口含濕量和液體的流量、進口溫度、進口濃度都影響吸收效果。五、溶液除濕系統和應用簡介

1.系統特點與組成特點：采用低溫熱源驅動，節約大量電能；避免使用CFCs和HCFCs等，采用鹽溶液不會對環境造成破壞；通過溶液噴灑可以除去空氣中的細菌、霉菌及其他有害物；由于避免使用有凝結水的盤管，也消除了室內一大污染源；可采用全新風運行方式，提高IAQ。組成：除濕器（新風機）、再生器、儲液器、輸配系統和管路。2.溶液除濕系統應用簡介：獨立降溫獨立除濕溶液除濕空調系統示意圖溫濕度獨立控制空調系統新風送風末端裝置集中再生的溶液除濕空調機組

溶液除濕系統工作原理：熱濕負荷分開處理，即采用獨立除濕以消除潛熱，獨立降溫以消除顯熱；由于不承擔濕負荷，冷凍水的溫度為15～18℃，高于室內的露點溫度，不會產生凝水，從而消除了室內的一大污染源。再生器可以采用低溫熱源驅動，可方便實現能量儲存，尤其適合以城市熱網連續均勻供熱作熱源。減小電能消耗，有效緩解用電量峰谷現象，優化城市能源結構。溫濕度獨立控制空調系統和傳統的空調系統相比1)溫濕度獨立控制空調系統中，處理室內顯熱負荷時，冷凍水溫度比傳統的空調系統中冷凍水溫度高得多，