介绍

改善的室内空气质量仍然是HVAC行业面临的主要问题之一。

空气流动工业在人体舒适和去除微粒方面非常有效。然而，为了完全“清洁”空气，气体和蒸汽 - 影响健康和生产力的化学污染 - 也必须被消除。

对于HVAC应用，吸附是最有效和最经济的过程。被称为通用吸附剂的活性炭是最有效的吸附剂。

利用活性炭的各种产品很容易获得。有些已经使用了几十年，其他已经使用了10年或更短时间。如果使用得当，绝大多数已被证明可有效消除HVAC系统中的化学污染。

常见问题

为什么使用活性炭？
ABSORPTION和ADSORPTION有什么区别？
为什么它被称为通用吸附剂？
什么是活性炭？
“工作”有多少内部区域？
在这个区域可以吸附和“保持”多少气体或多少气体分子？
有多少分子是11.44 x 1023？
什么是HVAC应用的活性炭规格？
活性炭和活性炭有什么区别？
它是如何工作的？它有什么作用？
它如何应用于HVAC应用？
什么是负载变化？
应该使用多少碳？
什么是商业应用与工业应用？
碳在非通风区域如何工作？
什么是活性炭吸附产品？
什么是产品应用？

为什么使用活性炭？
从理论上讲，我们可以从空气流中去除几乎所有颗粒物质。我们现在面临“如何消除气体和蒸汽 - 化学污染？”

HEPA过滤效果低至0.3微米范围，可去除一些小于0.3微米的颗粒。气体和蒸汽为0.01微米或更小。苯和萘这两种被碳强烈吸附的化合物分别约为0.0006和.0007微米。一微米等于1 / 25,400英寸。

很简单，微粒过滤器不会也不能去除这种小而且是气体的材料。如果颗粒物不能用于去除气体，那么它们如何被除去？

对于HVAC应用，其浓度非常低且污染物负载不断变化，吸附已被证明是最有效和最经济的过程。

用活性炭吸附也是防毒面具，太空舱，核潜艇和放射性碘去除（核电站）等应用的首选工艺。

是否还有其他工艺可以去除气流中的气体？当然，还有其他过程。当存在更高的浓度时，焚烧，化学吸附和溶剂回收[吸附过程]都有它们的位置。
ABSORPTION和ADSORPTION有什么区别？
经常被问到的一个问题 - “吸收和吸收有什么区别？”

 

 

如果我们认为糖溶解在水中并在整个过程中均匀混合，或者将奶油混入咖啡中，就可以理解吸收。工业吸收是通过“洗涤”液体吸收（吸入并均匀混合）的气体。

 

相反，ADSORPTION是气体或液体分子对固体表面的物理吸引力和附着力。吸引力非常小，范德瓦尔的力量，存在于任何两个物体之间，例如地球和月球之间。气体分子由活性炭吸附。

为什么它被称为通用吸附剂？
活性炭确实是一种独特的材料。没有其他材料，无论是天然的还是人造的，都可以做它将要做的所有事情。

 

活性炭：

 

1. 具有几乎任何蒸汽污染物的容量; 它会吸附“几乎任何蒸气”。
2. 具有大容量的有机分子，特别是溶剂。
3. 将同时吸附和保留各种化学品。
4. 具有极大的催化破坏臭氧的能力，臭氧是烟雾的主要成分。
5. 适用于各种温度和湿度条件下。
6. 吸附异味和化学物质优先吸收水分。它不是一种干燥剂，会释放水分来吸附化学物质。
7. 可用作一种材料的载体，以吸引和保持或与另一种材料反应。
8. 处理和使用是惰性和安全的。
9. 可用且价格实惠。

什么是活性炭？
对于气相应用，它是经过处理（活化）以将结构的内表面积增加到950至1150平方米/克的范围的材料。内部区域是容纳吸附化学物质的区域，实际上，这就是“工作”的地方。

“工作”有多少内部区域？
使用每克1000平方米，相当于1197平方码，并乘以1197乘454（454克/磅），每磅碳可用表面积为543,438平方码。将其与50码×100码或5000平方码的足球场相比，这将是100多个足球场的表面积。

 

当543,438平方码乘以9（9平方英尺/平方码）时，它相当于每磅碳可用表面积近500万平方英尺。利用最大工作量33％，可达到1,650,000平方英尺的吸附量。

在这个区域可以吸附和“保持”多少气体或多少气体分子？
考虑气体分子苯，其分子量为78，直径约为6×10 -4微米。利用一磅（454克）碳和最大容量33％，可以吸附150克气体（在这种情况下为苯）。

 

将130克除去78克摩尔的苯，得到1.9克摩尔的苯，可以被一磅碳吸附。将Avogadro数*，6.023 x 1023乘以1.9得到11.44 x 1023分子。

 

因此，1磅的碳将具有足够的内表面积来吸附（保持）与苯大小相当的11.44×1023个分子。

有多少分子是11.44 x 1023？
国债超过7万亿美元（7,000,000,000,000美元）。国债的两万亿倍将近似为11.44 x 1023.简单地说，特定应用的工作能力是33％，5％还是2％ - 这是一个庞大的气体分子数量！

 

* Avogadro数字表明一克气体中的分子数为6.023×1023。

什么是HVAC应用的活性炭规格？
有许多类型和等级的碳可用于吸附。有用于液相和气相应用的碳; 它们不可互换。出于本演示的目的，将仅涉及用于一般HVAC应用的气相碳。

 

目前生产的商业品质HVAC碳由煤或椰子壳制成。只要活性水平和平均粒径相同，这些材料是可互换的。

活性炭和活性炭有什么区别？
CHARCOAL这个术语被广泛使用，问题经常被问到“活性炭和活性炭有什么区别？”

 

只有一种材料，这些术语可互换使用。通常，那些从事碳业务的人将使用碳这一术语。行业以外的人，或者只是学习，将使用木炭一词。ASTM - 美国材料测试协会 - 使用术语碳。

它是如何工作的？它有什么作用？
活性炭ADSORBS有各种各样的气体和蒸气 - 化学污染物。

 

无论是一种气体分子还是一种碳颗粒，或者每种都是多种，吸附过程都是相同的。物理过程开始于气体分子与活性炭颗粒的表面接触并停留在大的表面孔中。然后，由于碳颗粒上和碳颗粒内的不平衡力，气体分子将开始“向下”移动到碳颗粒中 - 进入较小的孔中，在那里它最终会停止并保持在原位。在表面和“停止点”之间的某个点处，该气体分子将冷凝并变成液体颗粒。

 

对于那些想要更技术版本的人：吸附物通过表面膜扩散到大孔结构。然后，由于范德沃尔斯的力，气体分子迁移到微孔结构中，在此运动期间凝结，并且当力变得平衡或物理阻塞时最终停止。

 

这种分子是一种令人讨厌的气体，它会在碳内部保持液态，直到它以热量的形式获得足够的能量来激发它。

 

如果出现这种情况，分子将开始向表面移动。如果吸收了足够的能量（热量），它将被蒸发，返回到气体中并被释放回空气流中，即该过程将被逆转。

 

在HVAC应用中，通常没有足够的热量来激发或重新激活吸附的分子。使用常规碳过滤器或散装碳“更换”，将始终提供足够的容量。

 

值得注意的是，吸收的气体凝结成液态分子将“排列”内部表面区域 - 这种“衬里”将是一个（并且只有一个）分子厚。

它如何应用于HVAC应用？
作为提醒，此演示文稿仅涉及去除气态和蒸汽污染物。

 

与将碳应用于溶剂回收系统和其他工业去除应用的方式相比，碳在HVAC装置中的应用有很大不同。对于后者，具有百万分之几（ppm）气体分子的气流被回收或移除，床可以是几英尺厚并且包含数千磅的碳。

 

对于HVAC应用，使用具有相对少量碳的薄床过滤器。因此，不仅要识别这些差异，而且要定义参数。

 

首先，结构中的空气可以被视为：

 

1. 进入。
2. 2.叶子。
3. 被重新传播。
4. 或者上面的组合。

 

对于大多数HVAC应用，待处理的空气是进入（补充）的空气和再循环的空气的组合。应除去的气态污染物负荷：

 

1. 始终是许多气味和污染物 - 化学品的组合。
2. 通常不知道化学成分，每种污染物的量或总负荷。
3. 随着占用水平的变化，结构内外的活动以及风的变化而不断变化。
4. 在1 ppm范围内。

什么是负载变化？
在上面四个中，使用了“1ppm范围”。当负载降至1 ppm以下，降至ppb [十亿分之一]或0.1 ppb及以下范围时，无需担心。当负载增加时，它可以在短时间内完成，存在问题和疑问。

知道该行业已经使用并继续使用薄床碳过滤器，必须考虑以下情况：

 

这些较高的载荷（峰值）有多高，它们能持续多久？

 

答：除非对结构进行了一段时间的研究，否则没有明确的答案。10至20 ppm将是严重超载并且可能在此应用的合理范围内。这种情况可能会持续几分钟到几小时而不是几天。

 

在高峰期，过滤系统的效果如何？

 

答案：这些峰值的百分比超过了过滤器的设计能力或当时碳的容量，将通过并进入内部空气。由于空气正在再循环，这些峰值将在未来通过时被吸附。

 

如前所述，碳必须定期更换。这种规律性应该在运行的第一年中通过利用测试样品来确定，这将确保这些装置的典型峰值将被快速吸附。

应该使用多少碳？
作为设计指南，旧的ASHRAE规格每年每千克每立方英尺45磅，已被使用多年。很可能，在机场，体育场馆和商业建筑中使用的绝大多数（如果不是全部）旧的碳V型库都设计有这些数字。当定期更换该碳量时，这些过滤器可有效地发挥作用。

 

这是碳的最佳量吗？从许多装置的经验来看，答案当然是“这已被证明是足够的碳。”剩下的问题是“碳会少一些有效; 如果是这样，那么多少？“旧的V-bank被”设计“在大约一[1]年内被改变。这个时间将根据申请的具体情况进行调整。显然，每个过滤器使用较少的碳，但更频繁地更换，会产生类似的结果。

 

对于较新的“洁净室”型应用，可能要求去除ppb或更低范围内的污染物，成功使用含碳量明显较少的过滤器。

什么是商业应用与工业应用？
已经设计并用于HVAC应用的碳吸附产品非常​​有效。当它们在工业应用中被误用时，可能并且确实会出现问题。

 

通常，不是碳不吸附，而是浓度超过薄床产品的能力，并且通过效率和寿命（容量）都不令人满意。

 

工业应用虽然包含HVAC应用中的许多相同化学品，但可以定义为具有：

 

1. 主要是一种污染物（化学物质）。
2. 一种已知的化学品，包括配方和数量（ppm）。
3. 恒定数量或恒定范围。
4. 载荷远高于1 ppm范围。

 

很简单，相比之下，这将是一项重型应用，并且有关污染的信息将是已知的。

 

一个可以明确这些应用之间差异的例子：

 

具有大型印刷机的印刷公司可以具有溶剂回收系统以从油墨中回收溶剂。该系统将除去含有大量碳的高浓度溶剂。然而，逃逸到一般空气中并进入空气处理系统的溶剂“泄漏”将被大量稀释，并且仅仅是HVAC系统中的许多其他化学品之一。这种通过办公室，午餐室，实验室等再循环的空气现在将被视为具有薄床产品的HVAC应用。

 

吸附可能不是工业应用中最有效的方法。应咨询这些领域的技术人员，以确定最有效的过程和系统。

碳在非通风区域如何工作？
活性炭将吸附而不会通过它吸入空气，即没有风扇或鼓风机。当有房间或封闭区域没有通风管道，电力和/或使用便携式空气净化器不实用时，这是非常重要的。碳垫可以放置在这些区域，是一种非常有效的解决方案。

 

根据“完美气体定律”，气体分子将在整个给定区域内均匀分散（混合）。活性炭会吸引并吸附最接近的气味或污染物分子，从而导致产生不均匀的混合物。因此，气体将自身重新分布，碳将再次吸附最接近的气体，并且该过程将持续直到空气被“清洁”或碳达到其容量。

 

相对少量的碳可以并且将使这些类型的区域保持气味和无污染物。

 

利用少量碳的一个例子是保持冰箱无异味。通过吸附气体，从而消除了从一种食物到另一种食物和冰块的气味和味道的转移。

什么是活性炭吸附产品？
对于HVAC应用，吸附产品可分为几类：

 

1.面板过滤器：面板过滤器有多种设计和配置。它们有各种厚度'，1“，2”和4“，其中2”是主要的商业产品。

 

面板过滤器又可以分为两组：

 

A.新产品：碳过滤器产品设计具有低压降，通常可与颗粒过滤器互换。

 

使用垫或褶的过滤器包含粒状或粉末状碳。碳在制造过程中与纤维结合或通过浆料工艺浸渍到现有的非织造产品中。

 

对于2英寸过滤器，无论是垫片还是褶皱形式，碳载量都会从大约1英寸变化。每平方英尺过滤面积300克，每平方英尺下降约35克。

 

产品包括三级过滤器，垫片，模切垫，褶皱和环形面板。

 

B.旧产品：填充或蜂窝过滤器具有相对高的压降，因此不能与颗粒过滤器互换。它们被用在V-bank中。

 

填充过滤器具有穿孔金属面，用焊接金属垫片固定，用金属框架包围并填充碳。蜂窝过滤器使用蜂窝状材料作为内部结构，其部分或完全填充有碳。通过薄网和围绕该结构的金属框架将碳包含在蜂窝结构内。

 

作为过滤器，它们有¾“，1”和2“厚度”。当在V-bank中使用时，¾“和1”“托盘”几乎适用于所有HVAC应用。2“厚度仅用于特殊应用。

 

两种过滤器都含有颗粒状碳。载荷从大约到 2.1磅/平方英尺 1英寸填充过滤器的过滤器面积为1磅/平方英寸。用于¾“蜂窝过滤器的脚。

 

2.扩展表面过滤器[刚性细胞]：深褶，刚性细胞扩展表面过滤器，是更新的产品。它们适用于许多正常的HVAC应用，这些应用以前是为旧的V-bank保留的。它们还用于洁净室和微电子应用，其中污染物的ppb或ppt [万亿分之一]范围。

 

这些“刚性细胞”利用几种不同类型的“薄床”活性炭介质，形成4“，6”或12“深的褶皱，后者是迄今为止最受欢迎的。然后将“深”褶密封到金属框架[刚性单元]中。它们可以单独使用，但通常用于过滤器组。

 

用于24“x 24”x 12“电池的活性炭负载量从高达约为2。7磅，低至略高于1磅，取决于所使用的碳过滤介质。

 

3.旧产品V-Banks仍在使用中。它们用于机场，体育场馆和商业建筑以及许多洁净室应用中。

 

这些产品将提供约。每1000 cfm空气30至45磅碳，可用于500,1000或2000 cfm的流速。

实际上所有单位的面部区域都是24“x 24”或12“x 24”; 利用可移动托盘，V形截面，或具有蛇形床配置; 可单独应用，也可内置于滤波器组中。

什么是产品应用？
这些产品的应用可分为两个方面 - 新建或改造现有装置。在设计新结构时，工程师可以选择使用上述任何产品。当在现有装置中出现吸附应用时，面板过滤器虽然需要更频繁地更换以提供类似的容量，但是提供了可互换性的优点，从而消除了改变现有空气处理系统的需要。

暖通空调的HVAC应用

如前所述，通用吸附剂活性炭将吸附“几乎所有蒸气中的一些”。气体和蒸汽的详细清单 - 化学化合物 - 可从碳和设备制造商处获得。以下是空气净化系统中可关注的部分气体清单，可以用碳去除：

有机化合物：酸，醇，醛。

氯化碳氢化合物：酯类，醚类，酮类，硫醇类，胺类。

无机化合物：卤素酸，卤素，硫酸，二氧化硫，光气。

杂项来自：人类，动物，食物，烹饪和废物处理。

暖通空调应用在哪里？

气味和气体污染发生在：

• 机场，图书馆，医院，研究设施，办公楼，计算机房。
• 洁净室，电气室，微电子应用。
• 零售店，印刷店，体育场馆，礼堂，市政建筑，餐馆。
• 家庭，宠物医院，宠物美容师，医学实验室，疗养院和医疗保健设施。
• 而这样的例子不胜枚举。

结论

在空气运动产业必须并将继续解决影响许多美国人在工作和娱乐中的健康和生产力的化学污染物的去除问题。

由于在HVAC应用中发现相对较低的污染水平，吸附已经并将继续是最经济的过程。

活性炭，通用吸附剂，几乎可以容纳所有蒸汽污染物，同时吸附和保留各种化学品。

利用活性炭的吸附产品可从各种来源获得。这些产品在正确使用和维护后，可以消除由HVAC系统中的气体和蒸汽（化学污染）引起的绝大多数污染问题。