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吸附操作是上百年来作为从废气中去除可吸附的VOC组分或回收溶剂的一种 典型方法。吸附操作的原理是：在气相中需要分离的气体组分（吸附质）可以选择 性地与固体表面（吸附剂）相结合，然后再经过解吸又回到气相中去。通常吸附分 为物理吸附（范德华力）和化学吸附两类；而VOC废气的净化主要采用物理吸附 方法。与其他方法相比，吸附法可以吸附浓度很低的（甚至痕量）组分，经解吸后 可大大增浓，因而可以从废气中除去溶剂蒸气和*后经分离来回收溶剂。此外，吸 附法有许多优点，例如：它不需要水，自然不产生废水，也不需辅助燃料，而且能 适应废气浓度的变化和吸附卤代炷类及含无机物的挥发组分。

当吸附时，气体分子的自由度减少，从而降低了吸附系统中的炳。按照热力学 第二定律，系统嫡的降低是由向环境给热而得到补偿。因此，吸附过程原则上是放 热的。一般讲，在平衡时可吸附的气体量是随温度的降低和要分离气体组分分压的 增加而增加。在平衡时可吸附气体的量，通常是与吸附剂表面积的大小成正比。在 恒定温度下，气体的吸附量（〃讪）与气体浓度和分压（蒸气组分的分压和该温度 下饱和蒸气压之比P/Po）的关系可用吸附等温线来表示。典型的吸附等温曲线分 5种类型，如图2.2所示。由图可知，在较低压力范围内（力/伽 约V 0.4）,类型 U和类型IV的吸附等温线变化是相同的，而相应于这个范围内类型ID的吸附等温线 则与类型v相类似；当“力。的数值约〉o.4时，则类型u和m以及类型iv和v的 吸附等温线具有类似的变化规律。

因为吸附过程与许多因素有关，而且吸附剂/吸附质系统使各个因素间的相互 作用、变化也十分复杂，所以迄今为止尚未找到一般通用的吸附等温线方程。

影响吸附的主要因素有：

① 比表面积；

② 颗粒大小分布；

③ 孔径大小分布； 

图2.2 典型的吸附等温曲线

 

④ 晶格；

⑤ 晶格结构缺陷；

⑥ 润湿性；

⑦ 表面张力；

⑧ 气相中分子的相互作用；

⑨ 吸附层中分子的相互作用。

工业上吸附等温曲线方程常用经验式表示，而其中BET (Brunauer, Emmet 和Teller)^方程与实验结果*为吻合。

在实际应用中，当气体混合物通过填装固体吸附剂的床层时，要分离的组 分被吸附在固体表面上；当吸附剂达到饱和时，被吸附的物质经过加热或减压 而解吸，同时吸附剂再生。由于吸附剂的吸附容量较低，因此至少需用两台吸 附器来完成吸附、解吸的连续操作过程。若用热空气或过热蒸气来解吸，则不 仅可使床层温度升高，而且还可使要吸附的气体组分的分压降低；分离出的气 体组分就处于热空气或水蒸气中，经冷却、冷凝而分离。在用水蒸气解吸的情 况下，由于大多数VOC在水中的溶解度极低，经冷凝而成为两相，因此很容 易分离。

有机废气净化常用的吸附剂是活性炭或活性焦炭，因为它们不仅具有较大的比 表面积，而且对非极性物质，如有机溶剂具有非常好的吸附能力；相反，对极性物 质如水，则吸附性很差，因此就有可能和方便地用水蒸气来再生。常见的吸附剂特 性数据如表2.1所示。

除上述吸附剂外，近年来还开发了各种高聚物吸附树脂，如聚苯乙烯、聚丙烯 酸酯、聚丙烯酰胺类的高聚物等。

 

吸附法常用亍净化气质量要求特别高的场合。如果与吸收法相比，则在气体处 理量非常大的情况下，其投资费和操作费明显要高得多，有时可能高出两三倍。但 是在气体处理量相对较小的情况下(小装置)，吸附法就有其优点，因为它不需要 像吸收法那样为液体循环付出高昂的操作费。与其他气体净化法相比，吸附法多出 的费用也可通过回收有价值的溶剂而得到补偿。因此，工业上废气净化的吸附法主 要用于溶剂回收的场合，所用的吸附剂大多是活性炭。

吸附方法的净化率一般都较高。但吸附法的缺点是：吸附剂的吸附容量低，一 般只有40%左右，因此必须频繁地进行吸附、解吸和再生操作。此外，回收溶剂 需要一套后续装置，例如蒸馅、精馅等装置，并根据不同溶剂采用不同的过程方 法。用水蒸气再生后回收溶剂的方法有如下几种。

① 溶于水的溶剂，例如丙酮、乙醇、四氢味喃、二甲基甲酰胺，用蒸馅方法。

② 部分溶于水的溶剂，例如甲乙酮、丁酮、醋酸乙酯、乙醇/甲苯，用增浓/ 冷凝和蒸馋方法。

③ 不溶于水的溶剂，如汽油、己烷、甲苯、二甲苯、氯化炷类，用相分离 方法。

如果生产过程中没有多余的水蒸气(即水蒸气可以不计成本)，那么以前常 用水蒸气解吸的方法，目前大多采用高温气体进行解吸。这是因为用水蒸气解吸 不仅能耗高，而且在蒸汽解吸后还要用高温气体将床层进行干燥。通常可选用比 废气流量小得多的惰性气体来解吸，并且要求其容量大、无爆炸危险。解吸出带 溶剂的气流，如果没有回收价值，一般还要用热力氧化或催化氧化进行*后净化 处理。

目前，工业吸附装置的类型主要有：固定床吸附器，转子吸附器，流化床吸附 器和移动床吸附器。*经典、常用的是采用颗粒状吸附剂的固定床吸附器。因为固 定床吸附器具有大的吸附剂体积和较长的吸附循环周期，即使当进入的废气浓度有 波动时也能保证安全操作，所以获得广泛应用。当吸附剂达到饱和时，必须用适当 方式加以再生。因此，工业吸附装置至少要两台，即当一台在吸附时，另一台进行 解吸和再生。图2. 3表示了用水蒸气解吸的吸附装置流程示意图。

通常在固定床中放置活性炭或疏水性沸石作为吸附剂。虽然这种吸附剂对有机 溶剂具有优良的吸附性能，但对于来自生产过程大约70〜100笆的有机废气，一般 还应将其冷却到相宜的吸附温度，大致在30〜40°C之间。这样可降低废气的相对 湿度，使水蒸气的吸附降到*低。废气经冷却后用风机送入吸附器，并由下向上通 过床层；此时溶剂蒸气被吸附剂吸附，净化气则从顶部离开吸附器。因为吸附剂有 

一定的吸附容量，如果当排出的净化气 中溶剂浓度已达到允许的限值时，则就 应该将废气切换到另一台吸附器去吸附， 而自身进行再生。如图2.3所示，再生 可用约130笆的水蒸气，与吸附过程相 反自上而下通过床层。开始解吸出的是 液体，随着温度升高而呈蒸汽态；同时 与冷凝液以及水蒸气一起进入收集槽， 基于有机相和水相的密度差而分离。

除了上述固定床吸附器外，在有机 废气净化的领域中相对较新开发的是旋 转式吸附系统。这种称为“转子吸附 器”的工作原理如图2. 4所示。

按构造形式和容积流量的不同，废气可径向或轴向地通过装有吸附剂的转子，并经过大部 分的旋转床层而被净化。转子的一定部分留作解吸用，即热的气体以逆流方式通过转 子。由于转子连续旋转或按扇形节拍旋转，因而吸附器的每一个部分均可经过解吸区。

为避免废气和解吸气体间的相混，转子用扇形隔板分开。转子吸附器的吸附剂 结构是专门设计的，通常做成有平行通道的蜂窝块（Monolith）或呈波纹的卷状 物。由于吸附剂具有的这种特殊结构，所以它本身就可阻止气体在圆周方向流动， 同时还降低了流动阻力。

转子吸附器的优点是设备体积小、操作方便、压降低；另外，它可以连续地将 大的废气流量处理成浓度足够低的净化气，而解吸出的气体则浓度高而流量低，一 般增浓比可达10〜15,这样可以方便地用于下一步的净化处理。

一般讲，吸附法适合于小到大的废气流量；对于特别大的体积流量，例如废气 流量超过100000Nm3/h或浓度极低，则优先采用吸附法⑹。吸附法的投资费和操 作费较高，而且吸附剂使用一定时间后也需要更换。因此，只有当溶剂能回收时， 才能降低其投资费用。

在VOC废气的净化中，吸附法也常与其他方法联合使用，特别是当经吸附后 未达到排放要求时，或先将有机废气浓缩，然后再用燃烧氧化法作*后净化。转子 吸附器与热力氧化器相结合的V（）C废气净化装置如图2.5所示。

 

 

废气进入转子吸附器（1）,吸附后净化气用风机（2）送到排气筒（3）排入大 气；新鲜空气（4）先经换热器（5）加热后作为解吸用热空气进入转子吸附器 （1）,并将吸附的VOC解吸；解吸后气体用风机（6）送到换热器（8）再进一步 预热，然后进入热力氧化器（7）中燃烧，燃烧后净化气经换热器（8）、（9）冷却 后送入排气筒（10）排入大气。

该装置是由atea-WKUSA Inc.为处理半导体生产中所产生的V（）C废气而设 计的，其废气处理量为75000scfm（127425Nm3/h）,单台处理量为37500scfm （63712Nm3/h）,吸附浓缩比达20： 1。通常这种转子吸附/热力氧化的设备都设计 成一个紧凑的整体装置。