（環(huán)境工程專業(yè)論文）二惡英類物質(zhì)去除降解研究.pdf

華北叱力人學(xué)碩十學(xué)位論文摘要 摘要 本文采用前人研究制備的高活性吸收劑，在固定床試驗(yàn)中研究了影響三氯 苯去除效率的若干因素，并進(jìn)行了理論推導(dǎo)和驗(yàn)證。在最佳試驗(yàn)條件下，前1 2 m i n 內(nèi)的去除效率保持在6 0 以上，前1 0 m i n 內(nèi)最大平均去除效率為8 1 7 1 ，每 克吸收劑的最大處理能力約為o 1 l l m g 。采用氣相色譜質(zhì)譜( g c m s ) 對(duì)反應(yīng) 后吸收劑中中間產(chǎn)物進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，通過初步反應(yīng)機(jī)理研究，證實(shí)三氯苯在高活 性吸收劑的作用下發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，主要的中間產(chǎn)物是2 , 6 重( 1 ，1 二甲基) 4 甲 基。苯酚，最終產(chǎn)物為c 0 2 和h 2 0 ，未檢測(cè)到二惡英類物質(zhì)，表明高活性吸收劑 表面的堿性物質(zhì)吸收了三氯苯降解產(chǎn)生的氯元素，阻斷由其生成二惡英類物質(zhì) 的路徑。 關(guān)鍵詞：高活性吸收劑，三氯苯，二惡英，反應(yīng)機(jī)理 a b s t r a c t t h er e m o v a la n di n f l u e n c i n gf a c t o r so ft r i c h l o r o b e n z e n eb yh i g h l yr e a c t i v e a b s o r b e n tw e r es t u d i e di nf i x e db e d ，w h i c ha n yp e r s o np r o c e s s e da n dr e s e a r c h e d ，t h e t h e o r yo ft h i sw a sa l s od e d u c e d a n dv e r i f i e d i nt h eo p t i m u mc o n d i t i o n so f t r i c h l o r o b e n z e n er e m o v a l 。t h er e m o v a le f f i c i e n c yi su p6 0 i nt h ef i r s tl0m i n ，t h e m a xr e m o v a le f f i c i e n c y8 1 7 1 i nf i r s t1 0m i n a n dt h em a xr e m o v a lw e i g hi s 0 “l(fā)m gb yp e ra b s o r b e n t r e s i d u a lm a j o ri n t e r m e d i a t ep r o d u c t si nt h er e a c t e d a b s o r b e n tw a r ed e t e c t e db yg c m s ，p r e l i m i n a r yr e a c t i o nm e c h a n i s ms u g g e s t e dt h a t s o m ec h e m i c a lr e a c t i o nh a dh a p p e n e d 2 ，6 一b i s 一【l ，1 d i m e t h y l e t h y l - 4 一m e t h y l - p h e n o l i st h em a j o ri n t e r m e d i a t ep r o d u c ti nt h er e a c t i o n ，c 0 2a n dh 2 0a r ee v e n t u a lp r o d u c t s ； p c d d f sa r en o td e t e c t e do u tb yg c m s ，t h i sm a y b et h ef o r m a t i o nr o u t sw a r e b l o c k e do f fb yt h eh i g h l yr e a c t i v ea b s o r b e n tw h i c ha b s o r b i n gc 1d e c o m p o s e df r o m t r i c h l o r o b e n z e n e z h a n gy u h a l ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a oy i k e y w o r d s ：h i g h l yr e a c t i v ea b s o r b e n t ，t r i c h i o r o b e n z e n e ，d i o x i n s ；r e a c t i o n n e e h a l l i s m 聲明 本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文 2 內(nèi)江市垃圾處理廠 一 攀枝花市炳草崗垃圾處 理廠 德陽(yáng)市柱陽(yáng)鄉(xiāng)垃圾焚燒 爐 ?玉溪市清潔中心 南 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 總總超標(biāo)率 計(jì)超標(biāo)倍數(shù) 1 l 2 0 1 1 9 6 8 1 0 3 1 1 6 1 0 5 l 1 3 5 01 4 4 1 4 1 9 0 - 7 2 1 49 9 1 0 0 8 01 5 02 6 0 1 0 6 6 72 5 97 5 0 3 2 3 50 6 0 85 4 51 0 - 9 9 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 1 2 2 二惡英的性質(zhì)及其危害 二惡英( d i o x i n s ，簡(jiǎn)稱d x n ) ，是多氯二苯并二嗯英( p o l y c h i o r i n a t e d d i b e n z o _ p i o x i n ，簡(jiǎn)稱p c d d s ) 和多氯二苯并呋喃( p o l y c h l o r i n a t e d d i b e n z o f u r a n ，簡(jiǎn)稱p c d f s ) 兩類近似平面狀芳香族雜環(huán)化合物的統(tǒng)稱。p c d d f s 分子中苯環(huán)上的氯原子取代數(shù)目不同而各有8 類同系物，每類同系物又隨著氯 原子取代位置的不同而存在眾多的異構(gòu)體，其中p c d d 有7 5 個(gè)異構(gòu)體，p c d f 有1 3 5 個(gè)異構(gòu)體。p c d d f s 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一般呈白色固體，熔點(diǎn)約為3 0 3 3 0 5 ，當(dāng)溫度達(dá)到7 0 5 以上時(shí)開始分解；極難溶于水，但卻有很強(qiáng)的脂溶性， 容易在生物體內(nèi)積累，而且難以排出，在生物鏈中具有極強(qiáng)的富集作用：在酸、 堿溶液以及環(huán)境中性質(zhì)穩(wěn)定，平均在環(huán)境中的半衰期約為9 年。另外，二惡英的 蒸汽壓很低，一般隨取代氯原子數(shù)目的增加而降低，在大氣環(huán)境中有超過8 0 的p c d d f s 分布在大氣顆粒物中【7 】，而且高氯異構(gòu)體更易在顆粒物表面凝結(jié)【們。 p c d d f s 的毒性很強(qiáng)，其毒性與氯原子取代的8 個(gè)位置有關(guān)，2 ，3 ，7 ，8 四個(gè)共平面取代位置均有氯原子的p c d d f s ，即6 種p c d d s 和1 1 種p c d f s 是 有毒的，其中以2 ，3 ，7 ，8 四氯二苯并惡英( 2 , 3 ，7 ，8 - - t c d d ) 的毒性最強(qiáng)，也是目 前人類發(fā)現(xiàn)的毒性最強(qiáng)的物質(zhì)，其毒性相當(dāng)于氰化鉀的1 0 0 0 倍。p c d d f s 對(duì)人 體的影響是多方面的，雖然在長(zhǎng)期、低暴露劑量下，p c d d f s 的致癌機(jī)理乃是 不清楚的，但是此類化合物影響兒童神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、改變新生兒性別比等i l “。 介于p c d d f s 嚴(yán)重的危害性，世界一些國(guó)家和組織對(duì)其允許攝入量進(jìn)行了評(píng)估， 如世界衛(wèi)生組織公布的允許攝入量為l 4p gt c d d 或t e q k g d a y 或7 0p g t c d d 或t e q k g m o n t h ! 副。 介于垃圾焚燒煙氣污染物的危害，特別是二惡英污染問題的嚴(yán)重性，對(duì)其 進(jìn)行污染控制是非常必要的，而實(shí)踐證明某些傳統(tǒng)煙氣凈化系統(tǒng)是可以減少二 惡英的排放。例如某垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣在經(jīng)半干法噴霧+ 活性炭噴射+ 濾袋除 塵器處理工藝后，煙氣排放已達(dá)到生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)，煙氣污染物 具體數(shù)據(jù)見表1 2 i l 列 表1 2 某垃圾焚燒電廠煙氣污染物排放檢測(cè)值 項(xiàng)目數(shù)值含義檢測(cè)結(jié)果國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 煙塵( m g m 3 ) 測(cè)定均值 8 8 4 8 0 煙氣黑度( 林格曼黑度，級(jí)) 測(cè)定值 9 4 7 j j c u d a h y 等1 2 7 j 由于p c d d f s 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，煙氣中濃度很小，通常為n gt e q n m 3 的數(shù) 量級(jí)，而且只有不到1 5 的p c d d f s 吸附在顆粒物表面。因此，單一煙氣凈化 工藝很難達(dá)到越來越嚴(yán)格的p c d d f s 排放標(biāo)準(zhǔn)，而幾種煙氣凈化工藝則能達(dá)到 較好的去除效率。常見的工藝及其組合有： 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 1 ) 靜電除塵器( e p ) + j ! i = 式沈滌器( w b ) i 2 ) 旋風(fēng)除塵器( c y i o n e ) + 干式石灰吸收劑噴射系統(tǒng)( d s i ) + 袋式除塵器 ( b f ) ； 3 ) 活性炭噴射系統(tǒng)( a c i ) + 靜電除塵器( e p ) ； 4 ) 噴霧干燥吸收塔( s d a ) - i - 袋式除塵器( b f ) ； 5 ) 濕式洗滌器( w b ) + 活性炭( a c ) ； 6 ) 活性炭濾床或?yàn)V布( c a r b o nb e d f i l t e r 、c b f ) 。 由表1 5 可以看出，不同的工藝組合之間的去除效果相差較大。具體來說， 靜電除塵器和濕式洗滌器不僅對(duì)p c d d f s 沒有去除效果，反而是p c d d f s 的排 放濃度大量提高。這是因?yàn)殪o電除塵器的操作溫度恰處于d en o v o 反應(yīng)溫度范 圍內(nèi)，而灰塵粒徑分布、煙氣停留時(shí)自j 和高壓環(huán)境也對(duì)p c d d f s 在飛扶表面的 濃度有影響；由于洗滌液多次循環(huán)后，洗滌液中p c d d f s 的含量遠(yuǎn)大于煙氣中 p c d d f s 的濃度，使得沈滌液成為濕式洗滌器中p c d d f s 潛在的污染源。只有 活性炭濾床或?yàn)V布在單獨(dú)使用時(shí)，p c d d f s 的去除效率在9 4 5 以上；其他工 藝組合也只有以不同的方式與活性炭聯(lián)用時(shí)，p c d d f s 的去除效率彳會(huì)大大提 高，如c y c l o n e + d s i + b f 的p c d d f s 去除效率只有5 8 8 ，而在活性炭噴入后 去除效率則在8 7 6 以上。由此可以得出，在常見的p c d d f s 去除工藝組合中， 對(duì)p c d d f s 去除起重要作用的是活性炭的吸附作用；從抑制p c d d f s 生成的觀 點(diǎn)考慮，為了達(dá)到很好的p c d d f s 去除效果，最好不采用靜電除塵器【2 引。 然而，雖然這些采用活性炭的煙氣凈化組合減少了向大氣排放p c d d f s 的 量，但卻使得向環(huán)境中排放的p c d d f s 總量增加。這是因?yàn)椋钚蕴康募尤攵?帶來的額外碳源和催化劑( 活性炭中含有的c u c l 2 、f e c l 2 等) 造成了更多的 p c d d f s 生成，是沒有采用活性炭的煙氣凈化系統(tǒng)的1 8 1 9 5 倍。因此，為了 減少p c d d f s 的排放總量，需要增加其他p c d d f s 控制手段，如在活性炭后加 入堿性物質(zhì)或?qū)︼w厭進(jìn)行高溫溶化處理等。 1 5 2 2p c d d f s 的催化分解 大量的研究和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)表明：用于商業(yè)的n o 。催化劑對(duì)p c d d f s 的催化分 解有促進(jìn)作用，因此，可以用分解n o 。的選擇性催化還原劑裝置去除煙氣中的 p c d d f s ，目前研究較多的是v 2 0 5 一w 0 3 - t i 0 2 催化劑。選擇性催化還原n ( s c r ) 華北電力人學(xué)碩+ 學(xué)位論文 對(duì)二惡英的分解效率見表1 6 1 2 9 1 。 表1 - 6 選擇性催化還原劑( s c r ) 對(duì)二惡英的分解效率 催化劑反應(yīng)器溫度空間速度l l去除效率 s c rd e n o 。3 0 06 1 8 鉑 3 0 0 4 0 0 2 0 0 0 06 6 7 s c rd e n o x 2 0 08 5 3 v 2 0 5 一w 0 3 - t i 0 2 1 5 08 0 0 09 9 9 v 2 0 5 一w 0 3 一t i 0 2 2 1 0 9 0 v 2 0 5 w 0 3 t i 0 2 2 3 04 0 0 0 09 9 9 v 2 0 5 w 0 3 t i 0 2 2 8 09 7 v 2 0 5 w 0 3 t i 0 2 3 0 05 0 0 0 9 8 v 2 0 5 一w 0 3 一t i 0 2 。 2 4 0 3 2 0 7 0 0 0 8 0 0 09 5 9 9 v 2 0 5 一w 0 3 一t i 0 2 b 1 9 6 3 1 52 0 8 9 6 5 注：a 數(shù)據(jù)來源于吳西寧等【”】；b 數(shù)據(jù)來源于k s a m c w a n 等。 由表1 - 6 可以看出，反應(yīng)器溫度較低時(shí)，催化還原設(shè)備可達(dá)到較好的 p c d d f s 分解效率。不同催化劑的分解效率不同，即使同一種催化劑的去除效 率也有很大的變化范圍，這可能與催化劑本身的催化性能、催化劑生產(chǎn)條件、 p c d d f s 的初始濃度以及催化還原裝置的運(yùn)行條件有關(guān)。另外，s c r 系統(tǒng)對(duì) p c d d f s 異構(gòu)體分解效果不同，但都對(duì)四取代氯到八取代氯的p c d d f s 同系物 都有降解作用。c h a n g 等【3 i 】研究認(rèn)為，s c r 系統(tǒng)對(duì)p c d f 的去除效率( 9 7 1 9 9 8 ) 大于對(duì)p c d d 的去除效率( 9 6 5 9 9 3 ) ；s c r 系統(tǒng)能有效的分解氣 相中的p c d d f s ，且分解作用大于對(duì)顆粒相中p c d d f s 的分解作用，并且對(duì)顆 粒相中的p c d d f s 分解作用則隨取代氯數(shù)目的增多而降低。r w e b e r 等口2 j 研究 了溫度對(duì)p c d d f s 降解效率的影響，具體見圖1 - 2 。總之，與活性炭吸附系統(tǒng) 對(duì)p c d d f s 的簡(jiǎn)單相轉(zhuǎn)移相比，s c r 系統(tǒng)降解了氣相中的p c d d f s ，且p c d d f s 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 的排放總量也沒有增加。 1 5 2 3 紫外光( u v ) 光解 p c d d f s 吸收太陽(yáng)光的近紫外光發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)是環(huán)境中存在的 p c d d f s 的主要降解途徑，因此，可以將這一p c d d f s 降解途徑進(jìn)行人為加速， 可使p c d d f s 光解反應(yīng)能夠應(yīng)用到p c d d f s 的污染排放控制中。根據(jù)是否有催 化劑的加入，紫外光光解可分為直接光解和光催化兩種。目前光解研究的重點(diǎn) 是在液相中結(jié)合臭氧、催化劑等方法加速p c d d ，f s 的光解速率問題。m kk i m 等0 3 】研究直接光解時(shí)p c d d f s 的光解速率，他們指出：通常p c d d f s 的光解 速率一般隨取代氯數(shù)目的增多而減慢；p c d d f s 在水中的光解速率大于在6 0 乙腈和水的混和溶液中的光解速率；在3 0 0 n m 光的照射下，2 ，7 - d c d d ( d c d d ) 和l ，2 ，7 ，8 - t c d d ( t c d d ) 的光解速率比它們的p c d f s 相似體的光解速率快。 c h w u 等【3 4 35 】則比較了l ，2 ，3 ，6 ，7 ，8 h x c d d 和o c d d 分別在t i 0 2 ，z n o 和 s n 0 2 固定薄模的催化作用下的光解速率，其反應(yīng)條件為，紫外波長(zhǎng)和空氣濕度 分別在3 0 0 4 5 0 n m 和7 0 8 5 之間，反應(yīng)溫度為約3 5 。研究結(jié)果表明：在 不同催化劑表面的反應(yīng)速率大小關(guān)系是u v t i 0 2 u v z n o u v s n 0 2 u v 太陽(yáng)光：p c d d f s 的光解速率也與氯的取代位置有關(guān)：另外，他還指出氫氧自 由基轟擊苯環(huán)是p c d d f s 光解的第一步反應(yīng)。 1 5 0 2 0 0 t ( ) 2 5 0 3 0 0 圖1 2溫度對(duì)二惡英降解去除效率的影響 總之，大量文獻(xiàn)研究表明，紫外光解p c d d f s 具有能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但反應(yīng) 時(shí)間長(zhǎng)、分解效率低、不能完全分解p c d d f s 、而且經(jīng)濟(jì)性差。目前的研究趨 勢(shì)是降低反應(yīng)時(shí)間和尋找高效催化劑等。 1 5 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 1 5 2 4 其他p c d d f s 控制技術(shù) 1 ) p c d d f s 的微生物降解 p c d d f s 的微生物降解主要有細(xì)菌好氧降解、厭氧細(xì)菌還原脫氯和白腐真 菌降解等。其中自腐真菌對(duì)p c d d f s 的降解能力較強(qiáng)，它具有菌體外的非特異 性的降解體系，能降解微量的p c d d f sp 6 1 。 2 ) 離子漂移反應(yīng)器( i o n d r i f tr e a c t o r , i d r ) 3 7 】 i d r 可以去除低濃度的細(xì)小顆粒和有害污染物，如大氣或是煙氣中的汞蒸 汽、p i c s 和p c d d f s 等。其工作原理與靜電除塵器類似，不同的是更高能量的 反應(yīng)離子產(chǎn)生后再噴入到污染氣流中，而不是在反應(yīng)器中產(chǎn)生，i d r 收塵極也 是特別設(shè)計(jì)的，可以在收塵極表面通過各種化學(xué)、電化學(xué)、熱力化學(xué)和催化反 應(yīng)將污染物捕捉、降解。與傳統(tǒng)的吸附、沈滌、表面催化工藝相比，i d r 可以 更快的將污染物從煙氣中轉(zhuǎn)移到反應(yīng)面，有更高的能耗效率。另外，i d r 對(duì) p c d d f s 的降解過程是不可逆的。 3 ) 綜合靜電氣體凈化系統(tǒng)( i n t e g r a t e de l e c t r o s t a t i cg a sc l e a n i n gs y s t e m s ) 3 5 1 綜合靜電煙氣凈化系統(tǒng)是靜電除塵器分別與脈沖電暈( p u l s e d c o r o n a ) 、電暈 噴淋( c o r o n as h o w e r ) 和電子束法( e l e c t r o nb e a m ) 相結(jié)合的優(yōu)化系統(tǒng)的總稱。這些 系統(tǒng)對(duì)顆粒物、酸性氣體，溫室氣體、臭氧消耗物質(zhì)、揮發(fā)性有機(jī)物和有害氣 體都有一定的去除效率。 1 6 本文研究的目的及內(nèi)容 截至到今年6 月，溫州市的垃圾發(fā)電廠已達(dá)3 座，閂處理能力也增加到 2 0 0 0 t ，而目前溫州市生活垃圾同產(chǎn)生量為1 8 0 0 t 左右，因此溫州市就成為我國(guó) 首個(gè)生活垃圾1 0 0 焚燒發(fā)電處理的城市p ”。由此可以預(yù)計(jì)在未來幾十年內(nèi)，垃 圾焚燒技術(shù)將成為我國(guó)一種重要的垃圾處理技術(shù)，研制適合我囡國(guó)情的垃圾焚 燒煙氣處理技術(shù)也成為我國(guó)環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要方向。 現(xiàn)有投入使用垃圾焚燒煙氣系統(tǒng)采用的是活性炭吸附以減少向大氣排放 p c d d f s 的量，但p c d d f s 排放總量增加，為了減少p c d d f s 排放總量，需另外 采用其他處理技術(shù)，這也就增加了投資和運(yùn)行費(fèi)用，降低了其經(jīng)濟(jì)適用性。其它 p c d d f s 控制技術(shù)，如n o 。催化劑催化分解、紫外光光解、生物降解、綜合靜電 氣體凈化等技術(shù)降低了p c d d f s 排放總量，但處理技術(shù)不成熟，存在著投資和運(yùn) 1 6 華北電力人學(xué)碩十學(xué) 寺論文 行費(fèi)用高、運(yùn)行條件要求高、分解反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，目前也沒有這些技術(shù)投入 工業(yè)應(yīng)用的報(bào)道。因此開發(fā)運(yùn)行條件要求低、投資運(yùn)行費(fèi)用低的p c d d f s 降解技 術(shù)是我國(guó)現(xiàn)階段減少p c d d f s 排放的發(fā)展趨勢(shì)。若能在現(xiàn)有煙氣處理技術(shù)基礎(chǔ)上 丌發(fā)出具有降解p c d d f s 的技術(shù)則更具有發(fā)展?jié)摿Α?本課題結(jié)合華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院多年從事脫硫脫氮技術(shù)研究 的經(jīng)驗(yàn)，利用研制的“富氧型”高活性吸收劑，在固定床上對(duì)煙氣進(jìn)行p c d d f s 實(shí)驗(yàn)，并初步探討其去除機(jī)理和工藝，使其能應(yīng)用于垃圾焚燒爐的煙氣污染物 控制，同時(shí)給今后的繼續(xù)研究者提供實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)及研究基礎(chǔ)。 另外，由于p c d d f s 的毒性很強(qiáng)，污染嚴(yán)重，具有明顯的“三致”作用( 致 癌、致畸、致突變) ，考慮到對(duì)學(xué)校環(huán)境的影響以及客觀條件的限制，本實(shí)驗(yàn) 將選用1 ，2 ，4 _ 一三氯苯作為p c d d f s 的模型物進(jìn)行去除降解實(shí)驗(yàn)。這是因?yàn)?p c d d f s 與三氯苯都是氯代芳香族化合物，它們有相似的化學(xué)性質(zhì)，對(duì)它們的 去除降解過程都包括去氯反應(yīng)和苯環(huán)斷裂反應(yīng)。另外，三氯苯是p c d d f s 的一 種前驅(qū)物，煙氣中三氟苯的濃度的降低也可以一定程度上減少p c d d f s 的生成 量。 本研究的主要內(nèi)容包括： 1 實(shí)驗(yàn)相關(guān)理論的介紹與推導(dǎo)以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：分析液體揮發(fā)產(chǎn)生氣體的 影響因素并嘗試推導(dǎo)出相關(guān)理論公式；介紹固定床反應(yīng)器的部分理論模型：分 析得出液相物理吸收模型。并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 2 初步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析氣態(tài)三氯苯產(chǎn)生以及三氯苯去除的影響因素，確定各 條件的范圍，并與上述理論模型進(jìn)行比較。 3 在固定床上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究氧氣、溫度、氣體流速以及高活性組分等實(shí)驗(yàn) 參數(shù)對(duì)三氯苯去除的影響。 4 初步對(duì)三氯苯去除機(jī)理進(jìn)行分析研究。 華北電力人學(xué)碩十學(xué)何論文 第二章實(shí)驗(yàn)相關(guān)理論的分析 2 1 氣體的濃度計(jì)算與蒸氣壓 2 1 1 氣體濃度 氣體是可壓縮流體。它的密度隨溫度和壓力的不同而變化較大，一般在壓 力不太高、溫度不太低的情況下，混合氣體中某一組分氣體i 的濃度可用下試計(jì) 算： 鏟絲=絲吾=叢旦=叢ipjv vr tv r t ( 2 ) 形礬 式中：只氣體組分i 的分壓，p a ； 內(nèi)混合氣體總壓力，p a ； n r 氣體組分i 的摩爾數(shù)，m o l ； 丁氣體的熱力學(xué)溫度，k ； 肘氣體組分i 的摩爾質(zhì)量，g m o l ： r 氣體常數(shù)，8 3 1 5 j ( m o l k ) 。 c 氣體混合物中i 組分的濃度， g l 。 2 1 2 蒸汽壓與蒸汽壓方程 蒸汽壓是化合物的一個(gè)重要物理性質(zhì)，它提供了在一定溫度下化合物在氣 相中的最大可能濃度，而且對(duì)于預(yù)測(cè)化合物在氣相于液相或氣相與固相之間的 平衡常數(shù)、定量描述化合物從純物質(zhì)本身或混合物中揮發(fā)速率都是非常有用的。 飽和蒸汽壓除了受化合物本身性質(zhì)的影響外，主要還受到溫度的影響。 c l a u s i u s c l a p e y r o n 方程是描述液體一氣體平衡時(shí)蒸汽壓與溫度關(guān)系的著名方 程，其方程式為： d l n p * ：望 ( 2 2 ) d ? r 7 u 式中；_ 口純液體的飽和蒸汽壓，p a ； 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 h 液體化合物的揮發(fā)熵變； 假設(shè)在一定溫度范圍內(nèi)，a h 是恒定的，因此可以對(duì)( 2 - 2 ) 式進(jìn)行積分得： l n 口 ：一蘭+ b( 2 - 3 ) z 其中：a = 刖；b 為常數(shù)。 因此在較小的溫度范圍內(nèi)，假設(shè)化合物的相態(tài)沒有改變，只要得到部分溫 度下的蒸汽壓數(shù)據(jù)，就可以用( 2 - 3 ) 式計(jì)算任何溫度下的蒸汽壓，如果擴(kuò)大溫 度范圍，可以修正( 2 - 3 ) 式，使之能夠反映塒與溫度之間的關(guān)系，提高方程 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合效果，這可以通過引入第三個(gè)參數(shù)c 來實(shí)現(xiàn)： l n 口$ ：一+ b( 2 - 4 ) ? + c 式( 2 - 4 ) 稱作a n t o i n e 方程f 4 們，它被廣泛用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸，許多化合 物的a 、b 、c 值可以從文獻(xiàn)中獲得，如1 ，2 ，4 三氯苯的a 、b 、c 值分別為 4 1 2 3 、1 6 4 5 6 、6 6 8 6 7 14 1 1 。 2 2 揮發(fā)濃度估算 質(zhì)量傳遞過程涉及的領(lǐng)域很廣，化學(xué)工程中常見的有蒸餾、吸收等，質(zhì)量 傳遞過程還與反應(yīng)工程、離子交換、反滲透技術(shù)和生物工程等過程密切相關(guān)， 屬于多相流體的傳熱或傳質(zhì)，共同特點(diǎn)是有物質(zhì)穿過界面而傳遞。傳質(zhì)機(jī)理是 說明傳質(zhì)過程的基礎(chǔ)，有了j f 確的傳質(zhì)理論，便可以據(jù)此對(duì)具體的傳質(zhì)過程及 系統(tǒng)進(jìn)行分析，優(yōu)化選擇合理的操作條件。傳質(zhì)理論一般首先是對(duì)傳質(zhì)過程提 出一個(gè)說明傳質(zhì)機(jī)理的數(shù)學(xué)物理模型，研究該模型的解，討論影響傳質(zhì)過程的 各種因素，以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證傳質(zhì)理論的f 確程度，進(jìn)而可以用實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正數(shù)學(xué)物 理模型，最后得到比較切合實(shí)際工程問題的傳質(zhì)模型。多年來，許多研究者作 了大量的研究工作討論傳質(zhì)理論，提出了不少傳質(zhì)模型，其中最具代表性的模 型有雙膜理論模型、溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型等1 4 2 1 。 2 2 1 雙膜理論在本實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 雙膜理論假定在互不相溶的兩相流體之間進(jìn)行傳質(zhì)時(shí)，界面處于平衡狀態(tài)， 兩相中的紊流運(yùn)動(dòng)在界面附近消失，整個(gè)傳質(zhì)阻力僅集中在界面兩側(cè)的兩層虛 擬的停滯膜中，通過膜的傳質(zhì)方式為穩(wěn)態(tài)等分子反方向擴(kuò)散。液體表面的揮發(fā) 1 9 華北電力人譬碩十學(xué)位論文 或揮發(fā)傳質(zhì)可借用此理論。具體的三氯苯液面揮發(fā)速率可由f a l l a s h 和s t a r k 提 出的下列關(guān)系式計(jì)算得出1 4 3 ： 坐：k a , o v a ( p * - p 1 a r t 2 1(2-5) 式中：a 液體表面積： 卜液體表面上方的氣體流速5 p 液體上方化合物的實(shí)際蒸汽壓； v 揮發(fā)體積； t 時(shí)間； k 、a 、口常數(shù)。 由式( 2 - 5 ) 看出，揮發(fā)速率受液體表面積、液面上方氣體流速等因素的影 響。液體表面積越大、液面上方氣體流速越快，揮發(fā)就越快；氣相實(shí)際濃度與 飽和濃度( 飽和蒸汽壓對(duì)應(yīng)的濃度) 相差越大，揮發(fā)也就越快。對(duì)于給定如圖 2 - 1 所示的揮發(fā)裝置，假設(shè)其液體表面是近似平面，表面積是定值，由此將氣體 流速v ：o a ，( q 為氣體流量) ，揮發(fā)體積礦：絲：q 5 c ( p 為液態(tài)化合物密度) ， p p 式( 2 - 1 ) 代入式( 2 - 5 ) 化簡(jiǎn)得： 害劃q “c ) ( 2 - 6 ) 舯如k p a 腳等： c + 、c 分別為p + 、p 所對(duì)應(yīng)的濃度； k 為傳質(zhì)系數(shù)。 2 2 2 溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型的應(yīng)用 在鼓泡塔中，由于氣液兩相接觸時(shí)間0 很短，僅為0 0 1 l s 左右溶質(zhì)在液 相中的擴(kuò)散不可能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而是處于不穩(wěn)定的滲透狀態(tài)，故應(yīng)根據(jù)溶質(zhì) 滲透原理來處理此類問題。溶質(zhì)滲透模型認(rèn)為在高傳質(zhì)強(qiáng)度的傳質(zhì)過程中，液 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 膜內(nèi)部可能進(jìn)行穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，其推導(dǎo)出的方程為： 瓦d c 喇 加2 一，厝 式中：l 【c 為傳質(zhì)系數(shù)； d a b 為分子擴(kuò)散系數(shù)； t 。為有效暴露時(shí)間。 ( 2 7 ) 然而由于有效暴露時(shí)間不易確定，該模型開始沒有得到很好的應(yīng)用，表面 更新模型被認(rèn)為是溶質(zhì)滲透模型的修正。它用一個(gè)表面更新率s 代替了t c ，則傳 質(zhì)系數(shù)為矗。= 鞏。s ，并提出表面更新率s 與流體動(dòng)力條件及系統(tǒng)的幾何形狀有 關(guān)，是由實(shí)驗(yàn)確定的常數(shù)。當(dāng)紊流強(qiáng)烈時(shí)，表面更新率就會(huì)增大。 2 2 3 揮發(fā)過程分析及模型推導(dǎo) 對(duì)于如圖2 1 所示的揮發(fā)裝置，假設(shè)在一定溫度下，待液態(tài)化合物上方氣 相達(dá)到飽和時(shí)并穩(wěn)定后，揮發(fā)速率為零。當(dāng)打丌兩個(gè)閥通入流速為q 的載氣后， 氣體從導(dǎo)管中鼓出形成小氣泡并且化合物丌始向氣相中擴(kuò)散，但氣泡在液體中 圖2 - 1 揮發(fā)器裝置圖 停留時(shí)自j 短，當(dāng)其上升到液面時(shí)氣相化合物的濃度達(dá)到某值c 。由于( c * - c ) 三o ， 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 液體表面也會(huì)有一定的揮發(fā)速率。另p l 吐j 于丌始從揮發(fā)系統(tǒng)中帶出化合物的量 大于液面揮發(fā)速率，使得氣相中化合物的濃度c i ( c 。是開始通入載氣后t 時(shí)刻化 合物的氣相濃度) 將變小，進(jìn)而促使揮發(fā)速率逐步增大、從系統(tǒng)流出氣體中的 濃度c t 減少，足夠長(zhǎng)時(shí)問后，單位時(shí)間總揮發(fā)速率將等于單位時(shí)自j 系統(tǒng)出化合 物的量，即此揮發(fā)系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到平衡，即穩(wěn)定后系統(tǒng)流出氣體中的濃度“= c f - i - c ， c 為氣體在系統(tǒng)停留時(shí)間內(nèi)液面揮發(fā)作用對(duì)總濃度的貢獻(xiàn)值。將式( 2 - 6 ) 和式 ( 2 - 7 ) 積分( 兩式積分的初始條件分別為t = o 、，仉= 0 時(shí)，c = o 、c - o ) 代入即 得從此系統(tǒng)流出氣體的濃度表達(dá)式： c 0 = c 4 1 一e x p ( 一七，仉一七t 9 ( a - 1 ) ，) 】 ( 2 - 8 ) 實(shí)驗(yàn)測(cè)得氣液兩相接觸時(shí)間，。= 0 5 s ，另外，假設(shè)液體體積不變。則，= 妥( v 【， 揮發(fā)裝置中液體上方容積，取1 5 m i ) ，式( 2 - 8 ) 變?yōu)椋?c o = c 吖l e x p ( - - o 5 k 。- k 。q 2 1 5 ) ( 2 - 9 ) 2 3 固定床模型分析 2 3 1 有機(jī)物的吸附現(xiàn)象 在許多環(huán)境條件下，暴露在環(huán)境中普通固體表面可對(duì)有機(jī)物分子產(chǎn)生吸附 作用，常見的吸附途徑如表2 1 所示。 表2 】有機(jī)物吸附于天然無(wú)機(jī)固體表面的可能途徑 吸附位置吸附途徑 從氣相吸附到僅有少量水存在的無(wú)機(jī)表面水合作用下氣固界面吸附 從水溶液分配到與無(wú)機(jī)表面結(jié)合的、相當(dāng) 在無(wú)機(jī)固體近表面或鄰近微層吸 于被吸附的液體的“微水層”附 從水溶液吸附到電子供體，受體相互作用 電子供體受體相互作用下有機(jī) 產(chǎn)生的特殊表面位置物在無(wú)機(jī)固體表面吸附( 如硝基 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 芳烴化合物) 由于靜電吸引力，帶電分子從水溶液中吸 在異種電荷的表面帶電點(diǎn)位上的 附到有過剩電荷的無(wú)機(jī)表面吸附 由于表面鍵合或內(nèi)層配合物形成作用產(chǎn)生 表面鍵合作用在固體表面形成的 的化學(xué)吸附吸附 固體表面化學(xué)特性對(duì)環(huán)境中氣態(tài)有機(jī)化合物的吸附起重要作用，如固體表 面的羥基基團(tuán)突出伸到包括從缺電子的金屬( s i 、a i 、f e 等) 的“跳棋盤表面” 到多電子的配體【如羥基、碳酸鹽，圖2 - 2 】的介質(zhì)中。如同水分子一樣，這些表 ( c ) 正螄辮往硅f i 曩謝 a 。叫i “。 b 。i 般j n um 。： l ，um 0 1 1 璉l 玎酐 ( b )擎弘t 辛“是嘲 。一o l 瓤h 州m o x l jm “警i ( d ) 啦f 作t 盯囂謝 、- 州j t “f 憎h t i jm ， ( 2 r l j “l(fā) f b 菇 注：( a ) 在金屬原子的部位帶部分正電荷( 圖中h jm s 表示) ，在鍵合陰離子的部分帶負(fù) 電荷，羥基在外；( b ) 范德華弱氫鍵受體在表面的吸附：( c ) 范德華氫受體在表面的吸附： ( d ) 物質(zhì)僅范德華力在表面的吸附 圖2 - 2 固體表面示意圖 面基團(tuán)一般包含氫供體( o h 、等) 和氫受體( o h 、o c ( o ) o h 、o 等) 。因 此，這樣的雙極性表面是通過范德華力、氫供體受體同固體表面的分子作用的。 如有機(jī)物在s i 0 2 表面的吸附作用，雖然所有的有機(jī)物都可以被吸附到其表面， 一翁 稗 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 當(dāng)s i 0 2 表面基團(tuán)與有機(jī)物發(fā)生氫鍵作用時(shí)，可測(cè)得s i 0 2 單位表面有更強(qiáng)的吸收 力( 吸附自由能一g ，) 。 另外，固體表面總是有吸附水的存在，其覆蓋程度與水在環(huán)境中的活度( 通 常用“相對(duì)濕度”( r h ) 表示) 成比列關(guān)系。而水的覆蓋程度也會(huì)對(duì)氣相有機(jī)物 的吸附產(chǎn)生很大的影響，如l ，3 二氯苯在不同濕度的土壤表面的吸附，圖2 3 【4 們。 7 l 二 基 u r j “m o l t 5 2 ， 圖2 32 0 時(shí)l ，3 二氯苯在w o o d b u m 土壤中 的吸附等溫線與相對(duì)濕度r h 的關(guān)系 工業(yè)用的吸收劑種類很多，目前工業(yè)上常用的吸收劑可分為活性炭、活性 a 1 2 0 3 、硅膠和分子篩四大類。與自然環(huán)境中固體表面特性相比，他們共同的優(yōu) 點(diǎn)是：具有良好的吸附選擇性；有一定的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性。性能穩(wěn)定，有較 低的床層壓降；具有較大的吸附能力和平衡吸附量，比表面積大，例如活性炭 的比表面積一般為4 0 0 1 2 0 0 m 2 g ，硅膠表面積為8 3 0 m 2 g 左右，活性a 1 2 0 3 表 面積為2 0 0 5 0 0 m 2 悖。 2 3 2 吸附速率 吸收速率與體系性質(zhì)( 吸收劑、吸附質(zhì)及其混合物的物理化學(xué)性質(zhì)) 、環(huán)境 條件( 溫度、壓力、兩相接觸狀況) 以及兩相組成等因素有關(guān)。給定的體系和 華北電力人學(xué)碩+ 學(xué)位論文 環(huán)境條件下的吸附過程為非定態(tài)過程，其吸附速率可以表示為吸附質(zhì)的含量、 流體相吸附質(zhì)的濃度，接觸狀況和時(shí)自j 等的函數(shù)。對(duì)于某一瞬日j 時(shí)刻，吸附過 程按擬穩(wěn)態(tài)處理，吸附速率可用外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散或總傳質(zhì)速率方程表示。其中 總傳質(zhì)方程為【4 4 】： 害瑙州卜鈿) ( 2 - l o ) 式中：q 為單位質(zhì)量吸收劑表面所吸附的吸附質(zhì)的量； c 為流體相中吸附質(zhì)的平均濃度； c 。r f 是與q 呈平衡狀態(tài)的流體中吸附質(zhì)的濃度； k r 總傳質(zhì)系數(shù)，其與流體、吸收劑性質(zhì)，以及溫度、壓力等實(shí)驗(yàn)條 件有關(guān)。 2 4 3 催化劑表面的反應(yīng)速率 對(duì)氣固相反應(yīng)來說，在催化劑表面上進(jìn)行的反應(yīng)往往是包含數(shù)個(gè)基元反應(yīng) 的非基元反應(yīng)，其反應(yīng)速率受催化劑表面特性、流體物理性質(zhì)及其流速、反應(yīng) 物的性質(zhì)及濃度等因素的影響。因此要為這些包含數(shù)個(gè)基元反應(yīng)的反應(yīng)過程建 立速率方程是相當(dāng)困難的，通常采用一些簡(jiǎn)化的方法來建立反應(yīng)速率方程。有 人對(duì)由不同控制步驟的得出的基元反應(yīng)進(jìn)行了歸納總結(jié)得出了這類速率方程的 通式【4 5 i ： 【反應(yīng)速率r 】= 堡墮至蓋豸凳要鏟( 2 - 1 1 ) 動(dòng)力學(xué)參數(shù)項(xiàng)是由控制反應(yīng)速率的反應(yīng)速率常數(shù)和平衡常數(shù)構(gòu)成的常數(shù) 群，但不含非控制步驟的有關(guān)參數(shù)，因此可根據(jù)動(dòng)力學(xué)參數(shù)項(xiàng)內(nèi)包含的參數(shù)判 別表面反應(yīng)過程的速率控制步驟；推動(dòng)力項(xiàng)為吸附組分的壓差或濃度梯度，通 常是由化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)或總平衡常數(shù)以及反應(yīng)系統(tǒng)中的氣相組分分壓等參 數(shù)組成；阻力參數(shù)項(xiàng)由各吸附組分的吸附函數(shù)的代數(shù)和組成，其值恒大于l 且 增加項(xiàng)數(shù)時(shí)會(huì)使反應(yīng)速率減?。籲 表示速率控制步驟中所涉及的活性中心數(shù)目。 2 3 4 固定床反應(yīng)模型 由于固定床反應(yīng)器中存在著固體催化劑顆粒，使得氣體在器內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài) 華北電力人學(xué)碩十學(xué)侮論文 變得復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)相問和多孔顆粒內(nèi)的傳質(zhì)問題。在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，若將所 有傳遞現(xiàn)象考慮在內(nèi)，將得到非線性微分方程，再加上反應(yīng)速率與溫度和濃度 的復(fù)雜數(shù)學(xué)關(guān)系，使得求解方程非常困難。因此，建立固定床催化反應(yīng)器模型 時(shí)，通常在宏觀上將整個(gè)非均相床層假設(shè)成一個(gè)均相體系，忽略微觀上氣流與 顆粒問的傳遞過程，這樣簡(jiǎn)化得到的模型稱為擬均相模型。 對(duì)于圓柱形固定床反應(yīng)器，取環(huán)繞床層的中心線在床層高度l 、直徑為r 處， 徑向厚度為d r ，高度為d l 的微元環(huán)柱體，并對(duì)此微元環(huán)柱體作關(guān)鍵組分a 的進(jìn) 行物料衡算，化簡(jiǎn)得到在某一時(shí)刻組分a 的二維濃度分布方程： 魯= 眈可a 2 c a 蜊可3 2 c a 弓等h 協(xié) 式中：c 一為組分a 在氣相中的濃度； 1 1 0 為空塔計(jì)算的流體線速率； d l 、d r 分別為軸向、徑向有效擴(kuò)散系數(shù)； “為單位體積催化劑的反應(yīng)速率。 當(dāng)組分a 用其轉(zhuǎn)化率( 去除率) x a 表示時(shí)，式( 2 - 1 2 ) 可寫成： 魯= d 可0 2 x a + d ，( 爭(zhēng)+ ；13 辦x a ) + 萬(wàn)r a ( 2 - 1 3 ) 式中，c a o 為組分a 的氣相初始濃度。 2 4 氣體吸收理論推導(dǎo) 氣體混合物的分離最常用的方法之一，是使混合氣體與所選的液體充分接 觸，混合氣中某一組分溶于液體中，而其他組分不溶或難溶于液體中，從而實(shí) 現(xiàn)混合氣體某組分的分離。在本實(shí)驗(yàn)中，將采用有機(jī)溶劑物理吸收尾氣中的三 氯苯的方法，這樣吸收液可以直接用氣相色譜法測(cè)定含氯有機(jī)物的濃度。 一定濃度c o 、一定流量q 的尾氣液相物理吸收會(huì)有一個(gè)穿透時(shí)間，這可用 式( 2 - 8 ) 作液相濃度c 與時(shí)閫t 關(guān)系圖即可估箅出穿透時(shí)間，但是這罩的傳質(zhì) 系數(shù)t ，與k 無(wú)法預(yù)知，進(jìn)而無(wú)法實(shí)驗(yàn)前求得其穿透時(shí)間。因此，為了估算穿透 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 時(shí)惻。還需假設(shè)尾氣流量及其三氯苯濃度是不變的；不考慮液相吸收三氯苯的 速率，認(rèn)為在d t 時(shí)問內(nèi)通入的尾氣，在離丌液體之前氣相中的濃度己于液相濃 度達(dá)到平衡狀態(tài)，即存在以下物料平衡： 一n 2 = n 3 ( 2 1 4 ) 式中，n i 、n 2 分別為d t 時(shí)間內(nèi)氣體帶入量、帶出量，n 3 為液相增加量。 他們分別可表示為： n = q c o 西 n 2 ：q d t m p r r 3 = v d c ( 2 1 5 ) 式中：t 為時(shí)間； r a i n ；q 為尾氣流量，m l m i n ； v 為吸收液體積，m h c 為液相三氯苯濃度，g 1 ； p 為與液相濃度c 相平衡的蒸汽壓，p a ； 其他參數(shù)與上述方程式相同。 將亨利定律p = 吾= 學(xué)( m s 為溶劑分子量，咖l ；n 為溶劑密度， i ；p t * 為在溶劑溫度下，純?nèi)苜|(zhì)的飽和蒸汽壓，p a ) 和式( 2 - 1 5 ) 代入式( 2 1 4 ) 并解微分方程得： ，= d 【l e x p ( 一a _ o 礦，) 】 ( 2 一1 6 ) 式中： c 7 。百。 j ：生三竺；墨三 旦i ： 旦! 拈百。百p r * m s 2 而 島為在溶劑溫度下，純?nèi)苜|(zhì)的飽和濃度，g ，i 。 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 因此在氣體流速、環(huán)境溫度和吸收液體積一定的情況下，可用式( 2 - 1 6 ) 估計(jì)穿透時(shí)間，r t 之問的關(guān)系如圖2 - 4 所示： 圖2 4 環(huán)境溫度分別為2 0 、2 5 時(shí)，與時(shí)自jt 的關(guān)系 由圖2 - 4 可以看出，在前1 0 m i n 內(nèi)液相三氯苯濃度基本呈線性增加的，因 此可以認(rèn)為在這段時(shí)間內(nèi)三氯苯是完全被吸收的。另外，室內(nèi)環(huán)境溫度，即吸 收液溫度對(duì)吸收液吸收三氯苯的容量影響較大，在實(shí)驗(yàn)時(shí)就必須保持恒定環(huán)境 溫度。 2 5 小結(jié) 通過上述分析可以看出，影響實(shí)驗(yàn)的因素很多，如室內(nèi)環(huán)境溫度、表面更 新率s 和流體動(dòng)力條件等因素都對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，另外高活性吸收劑表面 性質(zhì)及其在固定床中的填充狀態(tài)也是不能被忽略的。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡可能保 持實(shí)驗(yàn)外界環(huán)境不變，這樣才能保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 第三章實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)分析方法 3 1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置及流程 根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，自行設(shè)計(jì)了固定床實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。整套實(shí)驗(yàn)裝置可分為：配氣 系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、煙氣吸收系統(tǒng)和加熱保溫系統(tǒng)等，其中前三部分裝置的材料 全為石英玻璃，實(shí)驗(yàn)流程如圖3 1 ： 2 99 1 2 i 氮?dú)馄浚? 氧氣瓶；3 玻璃轉(zhuǎn)子流域計(jì)；4 加熱控溫裝置；5 水浴容器； 6 混和緩沖瓶：7 其它氣體加入口( 備_ h j ) ；8 i 卉| 定床反應(yīng)器；9 吸收瓶( 1 0 0 m l 異辛烷) ； 1 0 保溫裝鯊：i i 三氯苯發(fā)生器；1 2 排空：1 3 玻璃二通閥：i 、i i 、i i i 表示氣體支路 圖3 1 實(shí)驗(yàn)流程圖 ( 1 ) 配氣系統(tǒng)：如圖3 1 所示，配氣系統(tǒng)包括氮?dú)?、氧氣鋼瓶，玻璃轉(zhuǎn)子 流量計(jì)，三氯苯氣體發(fā)生裝置和混合緩存瓶組成。配氣時(shí)先將三氯苯發(fā)生裝置 加熱到一定溫度并保持恒定，再調(diào)節(jié)通入發(fā)生裝置的載氣流速，氣液平衡后帶 出一定濃度的三氯苯，調(diào)節(jié)稀釋氮?dú)夂脱鯕饬魉倥c載氣流速的比即可配得不同 濃度的三氯苯模擬煙氣。 2 9 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 ( 2 ) 反應(yīng)系統(tǒng)：結(jié)合實(shí)驗(yàn)室原有加熱裝置的限制，本實(shí)驗(yàn)采用u 型管作為 反應(yīng)固定床，其直徑為2 2 c m ，有效容積為1 7 1 m l 。 ( 3 ) 煙氣吸收系統(tǒng)：由兩個(gè)串聯(lián)的吸收瓶( 每瓶裝有1 0 0 m l 異辛烷) 組成， 用于物理吸收氣相中的三氯苯。 ( 4 ) 加熱保溫系統(tǒng)：本系統(tǒng)由固定床加熱控溫裝置、保溫裝置、揮發(fā)器加 熱溫控裝置和水浴容器組成。其中加熱控溫裝置為兩個(gè)容積分別為2 5 0 m i 、 1 0 0 0 m l 的醫(yī)用電加熱套，加熱元件表面最高溫度為3 8 0 。容積較小的加熱套 和水浴容器用于保持氣體發(fā)生裝置溫度三恒定：容積較大的則用于控制反應(yīng)系 統(tǒng)的溫度。保溫裝置主要由軟電加熱帶和控溫元件組成，它的作用是保持實(shí)驗(yàn) 管路壁保持在一定溫度以保持三氯苯揮發(fā)穩(wěn)定和減少三氯苯在管壁內(nèi)表面的吸 附。 3 2 分析檢測(cè)方法 三氯苯測(cè)定儀器為氣相色譜儀( b e i f e n 3 4 2 0 ) ，檢測(cè)器為e c d ，檢測(cè)條件： 填充柱( o v - 1 0 1 ，中3 m m l m ) ，載氣( 高純n 2 ) 3 0 m l m i n ，進(jìn)樣口2 3 0 ，檢 測(cè)器2 3 0 ，柱恒溫1 8 0 。 中間產(chǎn)物測(cè)定儀器為g c m s ，h p 6 8 9 0 n 氣相色譜( a g i l e n tt e c h n o l o g i e s ) ； v d 7 0 e h f 質(zhì)譜議( m i c r o m a s s 公司) 氣相色譜條件：h p 一5 色譜柱；升溫程 序?yàn)椋? 0 ( 1 m i n ) ，以4 0 m i n 升至1 2 0 ，再以8 m i n 升至2 l o c 保持2 0 m i n ； 進(jìn)樣口溫度2 2 0 ；吹掃0 7 m i n ；5 p a 恒壓：源溫2 2 0 ：不分流進(jìn)樣。 華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文 3 3 實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備 3 3 1 三氯苯標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 圖3 - 21 ，2 ，4 - 三氯苯的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)曲線 以異辛烷分別逐級(jí)稀釋配制濃度不同的三氯苯溶液，得到標(biāo)準(zhǔn)系列。將此 標(biāo)準(zhǔn)系列分別進(jìn)行