環(huán)境化學(xué)教案（203頁(yè)）

環(huán)境化學(xué)教案 主要內(nèi)容 緒論 大氣環(huán)境化學(xué) 水環(huán)境化學(xué) 土壤環(huán)境化學(xué) 生物體內(nèi)污染物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及特性 綠色化學(xué)及其發(fā)展趨勢(shì) 學(xué)習(xí)本課程目的 了解環(huán)境現(xiàn)狀； 了解造成環(huán)境污染的原因以及防治，特別是 防止 污染的方法； 了解今后化學(xué)及其研究的發(fā)展趨勢(shì)； 使我們認(rèn)識(shí)到保護(hù)環(huán)境，改善環(huán)境和提高人類生存條件的重要性。 第一章 緒 論 第一節(jié) 環(huán)境問(wèn)題 一、環(huán)境和環(huán)境問(wèn)題 人類環(huán)境： 社會(huì)環(huán)境 自然環(huán)境 環(huán)境污染和環(huán)境問(wèn)題 環(huán)境污染 ：由于人為因素使環(huán)境的構(gòu)成或狀態(tài)發(fā)生變化，環(huán)境素質(zhì)下降，從而擾亂和破壞了生態(tài)系統(tǒng)和人們的正常生活和生產(chǎn)條件。 人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)有個(gè)發(fā)展過(guò)程 ： 污染問(wèn)題（ 60年代） 對(duì)生態(tài)的破壞和資源的枯竭（ 70年代） 環(huán)境是決定地球人類前途和命運(yùn)的問(wèn)題（ 80年代） 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略（ 90年代） 環(huán)境問(wèn)題 ：包括一切形式的環(huán)境惡化或?qū)ι锶Φ囊磺胁焕绊憽?環(huán)境問(wèn)題是 當(dāng)今世界已面臨的 五個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題 之一。 八大公害事件 ： 比利時(shí) 馬斯河谷煙霧事件 ; 美國(guó) 洛杉磯光化學(xué)煙霧事件 ; 美國(guó)賓夕法尼亞州的 多諾拉煙霧事件 ; 英國(guó)的 倫敦?zé)熿F事件 ; 日本四日市的 哮喘事件 ; 日本富山縣痛痛病事件； 日本熊本縣水俁市水俁事件； 日本北九州市愛(ài)知縣米糠油事件。 近 20年的重大公害事件： 切爾諾貝利核電站爆炸 海灣戰(zhàn)爭(zhēng) 科索沃戰(zhàn)爭(zhēng) 二、人類生存面臨的威脅和挑戰(zhàn) 人口爆炸 大氣污染日益嚴(yán)重 主要表現(xiàn)為酸雨 (d 不穩(wěn)定狀態(tài) 四、氣團(tuán)的穩(wěn)定度 第二節(jié) 地球的輻射平衡 一、太陽(yáng)輻射及大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收 太陽(yáng)的表面溫度大約為 6000K,高溫灼熱氣體以 電磁輻射 的形式放射出能量。 波長(zhǎng) 2 m （ 2）顆粒物的來(lái)源和化學(xué)組成 無(wú)機(jī)顆粒物和有機(jī)顆粒物 ，來(lái)源： 天然源：風(fēng)沙，森林火災(zāi)，海鹽粒子，火山灰， 人為源：砂石，露天燃燒，直接排放， 二次氣溶膠 ，每年達(dá) 全球每年氣溶膠排放量的 5471%。 氣溶膠全球排放量 見(jiàn)表 2 （ 3）顆粒物的危害性 主要表現(xiàn)在： 對(duì)人體的影響。大于 5滯留在上呼吸道上，小于 5塵往往附著有害污染物，如 多環(huán)芳烴等，因此其危害性很大。 它具有對(duì)光的散射和吸收作用，低能見(jiàn)度。 三、形成大氣污染的條件 需要三個(gè)條件 ： 大量污染物排入大氣中； 由于當(dāng)?shù)貧庀髼l件不利，使污染物在大氣中不能及時(shí)擴(kuò)散稀釋； 由于污染物在大氣中積累和變化，以及有些污染物的相互協(xié)同作用，使污染物的濃度達(dá)到有危害的地步。 污染物在遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程要受到各種因素的影響，如 ： 空氣機(jī)械運(yùn)動(dòng)（如風(fēng)和湍流），由于天氣形勢(shì)和地理地勢(shì)造成的逆溫現(xiàn)象，污染源本身的特性等等。 污染物在大氣中的擴(kuò)散取決與三個(gè)因素： （ 1）風(fēng) 可使污染物向下風(fēng)向擴(kuò)散。 風(fēng)的方向、速度等對(duì)污染物的擴(kuò)散有重要影響， 風(fēng)向決定 著大氣污染物的擴(kuò)散方向， 風(fēng)速?zèng)Q定 著大氣污染物的稀釋速度。 （ 2）湍流 湍流可使污染物向各方向擴(kuò)散。 風(fēng)在主導(dǎo)風(fēng)向的左右和上下出現(xiàn)無(wú)規(guī)則的擺動(dòng)，這種無(wú)規(guī)則的陳性和擺動(dòng)就叫作大氣湍流。 （ 3）濃度梯度 可使污染物發(fā)生質(zhì)量擴(kuò)散。 煙的形狀一般分為五個(gè)類型（ 圖 2 波浪型 ：當(dāng)風(fēng)是中度，而空氣處于不穩(wěn)定時(shí)，排入大氣的煙其外形特征是呈波浪起伏，上下左右波動(dòng)很大，污染物沿著主導(dǎo)風(fēng)向流動(dòng)擴(kuò)散很快。 錐型： 風(fēng)速大，大氣又處于中性穩(wěn)定時(shí)，煙氣沿主導(dǎo)風(fēng)向流動(dòng)擴(kuò)散的同時(shí)，兼有上下、左右擴(kuò)散、沿著風(fēng)向愈擴(kuò)愈大，污染物也很容易擴(kuò)散。 扇型： 在風(fēng)力微弱，大氣又穩(wěn)定時(shí)，煙氣水平擴(kuò)散，這種煙可以高濃度地傳送很遠(yuǎn)，可能造成該地區(qū)的嚴(yán)重污染。 熏煙型 ：當(dāng)煙囪以上大氣層處于狀態(tài)，煙囪以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，易在下風(fēng)處地面造成嚴(yán)重污染。 屋脊型 ：不會(huì)出現(xiàn)污染 2. 地形和地物的影響 不利的天氣形勢(shì)和地形特征結(jié)合在一起常可使某一地區(qū)的污染程度大大加重。丘陵和山谷盆地，污染物難于擴(kuò)散，容易形成污染物濃度高的污染區(qū)。 (圖 2 城市里和工廠周圍的高大建筑物對(duì)煙氣的上升和擴(kuò)散也有很大影響。 城市風(fēng)：城市（熱島）中的暖空氣與郊外的冷空氣之間形成的環(huán)流現(xiàn)象。 在這種環(huán)流作用下 : （ 1）城市內(nèi)排放的煙塵等污染物易聚積在城市的上空，形成煙幕，導(dǎo)致市區(qū)大氣污染加劇。 （ 2）如果城市四郊都有工廠，則“城市風(fēng)”的作用會(huì)加重市區(qū)的污染。 3. “城市風(fēng)”的作用 四、溫室氣體和溫室效應(yīng) 能吸收長(zhǎng)波的主要有 700850， 11001400較弱 12001630 溫室效應(yīng) : 大氣中的 能量截留于大氣之中，從而使大氣溫度升高。 能夠引起溫室效應(yīng)的氣體 表 2。 思考題（ 3） 1. 起 么叫溫室效應(yīng)和溫室氣體？ 2. 大氣中有哪些重要的碳?xì)浠衔?？它們的最大危害是什么?3. 為什么含氯氟烴類化合物會(huì)破壞臭氧層？試寫出重要的化學(xué)反應(yīng)式。 4. 什么是大氣的三模態(tài)？顆粒物的主要危害是什么？ 5. 形成大氣污染的三個(gè)條件是什么？影響污染物在大氣中的擴(kuò)散三個(gè)因素是什么？如何從煙的形狀判斷空氣污染的可能性？試舉例說(shuō)明。 第五節(jié) 大氣光化學(xué)反應(yīng) 一、光化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ) 1. 光化學(xué)定律 格魯塞斯 (德雷伯 (出 光化學(xué)第一定律 。 0/I)=c l 或 0/I)=cl 0/I)為該氣體的吸收率。 1921年，愛(ài)因斯坦提出了 光化學(xué)第二定律 。 光量子能量 : E= 光量子波長(zhǎng) c 光速 h 普朗克常數(shù) 2. 光化學(xué)的次級(jí)過(guò)程和量子產(chǎn)率 光化學(xué)的起始反應(yīng)是： A+ * 次級(jí)過(guò)程是 指在初級(jí)過(guò)程中反應(yīng)物、生成物之間進(jìn)一步發(fā)生的反應(yīng)。 光化學(xué)過(guò)程： 光解（離）過(guò)程 A*B 1+ 直接反應(yīng) A*+BC 1+ 光物理過(guò)程： 輻射躍遷 A*A + 熒光、磷光） 無(wú)輻射躍遷 A* +MA + M 碰撞失活 初級(jí)量子產(chǎn)率 ： i=i/i0 i 初級(jí) 過(guò)程所產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)分子數(shù)目（單位體積 單位時(shí)間） 吸收的光子數(shù)目（單位體積 單位時(shí)間） 對(duì)于光化學(xué)過(guò)程，一般有兩種量子產(chǎn)率： 初級(jí)量子產(chǎn)率（ ） 總量子產(chǎn)率（ ） 僅表示初級(jí)過(guò)程的相對(duì)效率 (1) 表示包括初級(jí)過(guò)程和 次級(jí)過(guò)程 在內(nèi)的總的效率 (可大于 1，甚至遠(yuǎn)大于 1) 例如， 生 鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 。 3. 光化學(xué)反應(yīng)速率與日照強(qiáng)度的關(guān)系 對(duì)于一般光解初始反應(yīng)： A+ * C c = dC/ / R=/dt=kA=cI a 由 0A 則 R=kA=cI 0A k= cI 0 (圖 2 二、污染大氣中重要的光化學(xué)反應(yīng) 一般氣體分子化學(xué)鍵的鍵能大于 因此 在紅外光區(qū) ，波長(zhǎng)大于 700光子能量 E 光量子是不能引起光化學(xué)反應(yīng)。 在太陽(yáng)光的紫外區(qū) ，光量子能量大于 415kJ/因此，大氣層中的 939.4 kJ/127 、 493.8 kJ/243 特別是平流層中的 290相當(dāng) 401.2 kJ/ 的光近乎完全吸收。 低層大氣中的污染物主要吸收 300700相當(dāng)于 398170 kJ/的光線。 1. 在低層大氣中它可以吸收波長(zhǎng)小于 420 420 O 這是低層大氣中最重要的光化學(xué)反應(yīng)。 高活性氧 O： O+MO 3 當(dāng)吸收的光波長(zhǎng)為 300380量子產(chǎn)率 1 ， 380 迅速下降，當(dāng) 420 =0， 即 2. 紫外線強(qiáng)烈輻射下： 2O O+ O 3 50下的光都能吸收 : 850 O 2+O 當(dāng) 320都是激發(fā)態(tài)， 00 =1， 300 逐漸下降。 的離解能為 565kJ/這相當(dāng)于波長(zhǎng)為 218 240330 *（ 11 340400 *（ 3 4. 硝酸和烷基硝酸酯的光解 20335 O 2+ O 2+ 若有 + O 2+ H H + +M 2H 22 5. 亞硝酸和烷基亞硝酸酯 00400 200400200400 它們是僅次于 6. 醛的光解 能為 它能吸收240360 + H 360 2 320 + H + O 2 因此， 醛的光解是大氣 由基的主要來(lái)源 。 7. 過(guò)氧化物的光解 在 300700 O + RO 因此， 第六節(jié) 光化學(xué)煙霧 一、光化學(xué)煙霧現(xiàn)象 污染源排入大氣的碳?xì)浠衔铮?和氮氧化物（ 等一次污染物在陽(yáng)光照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而生成一些氧化性很強(qiáng)的 醛類、 一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧現(xiàn)象 機(jī)理圖） 碳?xì)浠衔?主要通過(guò)與大氣中由氧化氮光化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)的原子氧（ O）、 臭氧（ 以及 2自由基氧化。如： O+ 烯烴 R + O + 等 碳?xì)浠衔镅趸?產(chǎn)生： R、 O， 與 R 等 + ， ) )O + 結(jié)果是 + + 酮 + 醇 光化學(xué)煙霧的形成條件 是大氣中存在足夠濃度的 時(shí)要在足夠強(qiáng)的光照下。 光化學(xué)煙霧形成的反應(yīng)機(jī)制可概括為 12個(gè)反應(yīng) 。 二、光化學(xué)煙霧的化學(xué)特征 光化學(xué)煙霧一般發(fā)生在大氣溫度較低，氣溫為2432 日變化曲線 ）。 圖 2 。 （ 1） （ 2） 碳?xì)浠衔锏难趸模?（ 3） 光解導(dǎo)致 醛等的生成。 這就是光化學(xué)煙霧形成過(guò)程的基本化學(xué)特征。 其中關(guān)鍵的反應(yīng)是： （ 1） 3的生成； （ 2） 和 等； （ 3） 和 等促進(jìn)了 供了更多的生成 有機(jī)化合物的反應(yīng)活性順序?yàn)?： 有內(nèi)雙鍵的烯烴二烷基或三烷基芳烴和外雙鍵烯烴乙烯單烷基芳烴 6以上烷烴 5烷烴 三、光化學(xué)煙霧的危害 主要表現(xiàn)為： 1. 對(duì)人體健康的影響 對(duì)人眼睛的刺激作用。對(duì)眼睛刺激的污染物主要是 醛、自由基及過(guò)氧化物。 00倍 ,過(guò)氧苯基硝酸鹽（ 眼的刺激作用比 00倍。 2. 對(duì)植物的損害 光化學(xué)煙霧對(duì)植物的影響非常敏感，往往植物受害現(xiàn)象是人體健康受到影響的先兆，植物損害情況一般是判斷光化學(xué)污染程度最敏感的指標(biāo)之一。 光化學(xué)煙霧對(duì)植物影響的污染物主要是 3與烯烴的反應(yīng)物和乙烯。 3. 降低大氣能見(jiàn)度 形成的光化學(xué)煙霧氣溶膠， m， 與可見(jiàn)光波長(zhǎng)相一致。 4. 其它危害 加速橡膠制品的老化、龜裂，建筑物、衣服等腐蝕，家禽患病，還可使太陽(yáng)光的紫外輻射減少50%以上。 四、光化學(xué)煙霧的預(yù)防與控制 1. 控制碳?xì)浠衔?、氮氧化物的排?2. 采取其它措施，如在大氣中散發(fā)控制自由基形成的阻化劑，以清除自由基，使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)終止。 ( 2O 第七節(jié) 酸沉降化學(xué) 酸雨問(wèn)題 或其他形式的大氣降水，稱為酸雨。 1. 我國(guó)的酸雨情況 降水年平均 水平均 南及東南沿海一帶。 我國(guó)酸雨的主要致酸物質(zhì)是硫化物（屬于煙煤型）。 大氣中酸性物質(zhì)主要通過(guò)濕沉降過(guò)程遷移到地表面。 2. 酸雨的形成 （ 1）酸性污染物的排放及其轉(zhuǎn)化 對(duì)酸雨有貢獻(xiàn)的物質(zhì)主要有： 圖 2 氣相氧化 液相氧化 氣液轉(zhuǎn)化 大氣中有機(jī)酸 主要是由碳?xì)浠衔镌诖髿庵修D(zhuǎn)化而來(lái)的。如乙醛氧化反應(yīng)： +2O 2H 3+ + + 2 如在美國(guó)，有機(jī)酸對(duì)降水自由酸度的貢獻(xiàn)率為 16%35%；而在偏遠(yuǎn)地區(qū)，貢獻(xiàn)高達(dá) 60%以上。我國(guó)南方城市或工業(yè)區(qū)雨水中 有機(jī)酸濃度亦不低 (表 2， 但對(duì)自由酸貢獻(xiàn)很小。 （ 2）降水的酸化過(guò)程 大氣中的 表 2和其它 堿性物質(zhì) （如：飛灰中的氧化鈣、土壤中的碳酸鈣等） ,顆粒物對(duì)酸性降水起 “ 緩沖作用 ” (圖 2 酸雨的形成過(guò)程包括雨除和沖刷 (圖 2 云內(nèi)清除 ：在云內(nèi)，云滴相互碰并或與 氣溶膠粒子 碰并，同時(shí)吸收大氣中酸性氣體污染物，在云內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 云下清除或沖刷 ：在雨滴下落過(guò)程中，雨滴沖刷著所經(jīng)過(guò)空氣中的酸性氣體污染物和氣溶膠，在雨滴內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 （ 3）降水的化學(xué)組成 大氣中固定氣體成分： 無(wú)機(jī)物：土壤礦物質(zhì)離子 硅酸鹽，海洋鹽類離子 +、 體轉(zhuǎn)化產(chǎn)物 -、 +,人為排放的 有機(jī)物：有機(jī)酸、醛類、烷烴、烯烴和芳烴。 光化學(xué)反應(yīng)物： 不溶物 降水中最重要的離子是 H+。 3. 酸雨的危害 （ 1）對(duì)土壤生態(tài)的危害 表現(xiàn)在兩方面：使土壤中的鈣、鎂、鉀等養(yǎng)份被淋溶，導(dǎo)致土壤日益酸化、貧瘠化；酸化的土壤影響微生物的活性。 （ 2）對(duì)水生生態(tài)的危害 地表水的酸化：影響飲用水； 影響魚類的生長(zhǎng)繁殖。 （ 3）對(duì)植物的危害 （ 4）對(duì)建筑材料和古跡的影響 思考題（ 4） 大氣中有哪些重要的吸光物質(zhì)？其吸光特征是什么？ 說(shuō)明光化學(xué)煙霧現(xiàn)象，光化學(xué)煙霧形成的條件和基本化學(xué)特征是什么？ 光化學(xué)煙霧有什么危害？ 對(duì)酸雨有貢獻(xiàn)的物質(zhì)主要有那些？它們是如何形成的？ 酸雨的危害性如何？ 臭氧層存在于對(duì)流層上面的平流層中，主要分布在距地面 1050度峰值在2025圖 2 從 1985年英國(guó)科學(xué)家 臭氧洞 ” ，每年春季，南極上空大氣中的臭氧都消失 40%50%。 第八節(jié) 大氣污染物對(duì)平流層臭氧的影響 (1) 210 290 O (2)存在一個(gè)奇氧反應(yīng) : 2 這就是 除氟氯烴對(duì) 引起臭氧損耗的重要污染源。 破壞臭氧層的原理有 ： （ 1）含氯氟烴在平流層的光解、分解而釋放出氯原子 85 227 + 、含氯氟烴類對(duì)臭氧層的破壞 （ 2）含氯氟類與 O(1D) O(1D)+ 3的損耗反應(yīng)： 3 2 2 總反應(yīng)： O 2O 2 1個(gè) 05個(gè) 1. 含氮化合物 在平流層中 2 23 + 它們破壞 3 + 2 總反應(yīng) 2O 2 二、含氮化合物、甲烷、二氧化碳對(duì)平流層臭氧的影響 2. 甲烷 （ 1）甲烷氧化對(duì)臭氧層的影響 在對(duì)流層和低平流層，通過(guò) 3 。 （ 2）甲烷與含氯化合物作用對(duì)臭氧層的影響 在平流層會(huì)發(fā)生： 來(lái)自 + ） + 2O 在 3540 3. 二氧化碳 主要通過(guò)間接作用而影響 九節(jié) 大氣污染的防治對(duì)策 采用 環(huán)境污染綜合防治技術(shù) ，環(huán)境污染綜合防治應(yīng)遵循以下原則： 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)相結(jié)合； 防與治相合，以防為主，就是我們強(qiáng)調(diào)的清潔生產(chǎn)； 人工治理與天然凈化結(jié)合； 發(fā)展生產(chǎn)和保護(hù)環(huán)境相結(jié)合。 因此： 1. 全面規(guī)劃，合理布局 2. 要嚴(yán)格環(huán)境管理 3. 控制污染物排放量 改革生產(chǎn)工藝；嚴(yán)格生產(chǎn)工藝操作； 合理利用能源，改革能源構(gòu)成，清潔能源的開發(fā)和利用； 建立綜合性工業(yè)基地 4. 控制環(huán)境污染的經(jīng)濟(jì)政策 保證必要的環(huán)境保護(hù)設(shè)施的投資； 對(duì)治理環(huán)境污染從經(jīng)濟(jì)上給予鼓勵(lì)； 把排污收費(fèi)的制度和行政、法律制裁措施具體化。 5. 高煙囪擴(kuò)散稀釋 采用高煙囪擴(kuò)散的方法防止 6. 綠化造林 7. 安裝廢氣凈化裝置 凈化方法和技術(shù)主要有： 熱力燃燒法；催化燃燒法；吸附法； 吸收法。 一、工業(yè)廢氣的熱力燃燒法 有二大類：有機(jī)物，主要是 機(jī)物，主要是 機(jī)物可通過(guò)燃燒： 2+ 燃燒方法主要有二種 ：催化燃燒法 直接燃燒法 借助輔助燃料的燃燒，給有機(jī)廢氣提供熱量，使可燃的有害物達(dá)到著火溫度而得到迅速氧化（燃燒）成無(wú)害的 這叫 熱力（直接）燃燒法 。 1. 燃燒過(guò)程 包括：混合階段； 誘導(dǎo)階段； 燃燒階段； 焰后反應(yīng)階段。 2. 著火溫度及 爆炸濃度極限 （ 1）著火溫度 可燃物的 著火溫度（ 見(jiàn)表 2 (一 )燃燒原理及有關(guān)概念 （ 2）爆炸濃度極限 爆炸濃度極限 ：可燃物的燃燒極限范圍。 有下限和上限兩個(gè)數(shù)值 常把廢氣中可燃組分的濃度用爆炸下限濃度的百分比表示： %甲烷 ，其下限濃度為 V)， 即為 100% 當(dāng)濃度為 V)時(shí)，為 100%20% 每 1%把自身溫度提高 。 例： 1000身溫度可提高多少？ 1000 1000/10 6 100%=V) 100%升溫 t = (二 )熱力燃燒法的原理 熱力燃燒的條件 (三 ,即： 反應(yīng)溫度 ( 760820C 湍流混合 (駐留時(shí)間 ( “ 三 是相互關(guān)聯(lián)的。 駐留時(shí)間 : (S) V燃燒室體積（ 廢氣與高溫燃?xì)庠跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量（ h） T燃燒室反應(yīng)溫度 ( ) 總停留時(shí)間在 秒范圍內(nèi)，而工程設(shè)計(jì)一般取 燃燒爐工程設(shè)計(jì)上，反應(yīng)溫度一般取 760 （三）選擇或設(shè)計(jì)燃燒爐時(shí)需要考慮的一些因素 1. 對(duì)廢氣源基本情況要有所了解 廢氣成分 廢氣中 其它雜質(zhì)，廢氣排放量，溫度等 2. 輔助燃料的選定 輔助燃料的主要有天然氣、城市煤氣、發(fā)生爐煤氣。 3. 燃燒器的選定 燃燒器一般可分為： 配焰燃燒器 系統(tǒng) 離焰燃燒器 系統(tǒng) 有些情況是不適宜用的： 廢氣缺氧，要進(jìn)空氣助燃時(shí)，或廢氣含氧量低于 16%時(shí)，不適用； 廢氣含有焦油、顆粒物質(zhì)等； 不適用于燃燒油料。 （四）工藝流程的選定 工藝流程一般有兩種類型： 不回收熱量的流程 有熱回收裝置的流程 1. 不回收熱量的流程 特點(diǎn)： 簡(jiǎn)單，設(shè)備投資省，操作簡(jiǎn)便，但燃料消 耗大。 2. 有 熱回收裝置的流程 內(nèi)部利用 外部利用 例 ： 若處理 1000標(biāo)米 3的廢氣，溫度為 20 。燃燒后的氣體在 800 以上，潛在可利用的能量為： 1000 00 20) 42494 如果能回收 55%的能量，可使 1000 t =(242494 (1000 20 =449 這樣，可節(jié)省輔助燃料 55%。 還可可向外輸出作為低溫?zé)嵩础?（五）利用鍋爐燃燒室進(jìn)行熱力燃燒 大多數(shù)鍋爐或加熱爐的燃燒室溫度都可超過(guò) 1000 ，停留時(shí)間在 S， 對(duì)廢氣的燃燒凈化是很合適的。 其優(yōu)點(diǎn)： 不需要大量的設(shè)備投資，不需額外的操作費(fèi)用； 鍋爐起到供蒸汽與凈化廢氣的雙重作用，一舉兩得； 如果廢氣有較大熱值，還可以節(jié)約鍋爐燃料。 其缺點(diǎn) ： 如果廢氣流量過(guò)大，鍋爐所耗燃料將增加，壓力降也增加； 為了凈化廢氣，無(wú)論蒸汽需用情況如何，鍋爐總是要連續(xù)地燃燒著； 廢氣可能會(huì)腐蝕、污染鍋爐的燃燒器、管子，而增加維護(hù)費(fèi)用； 一般應(yīng)用幾臺(tái)鍋爐，其中一臺(tái)備用。 思考題（ 5） 用反應(yīng)式表示。 氟氯烷烴的破壞 用反應(yīng)式表示。 工業(yè)廢氣凈化方法和技術(shù)主要有幾類？ 燃燒過(guò)程包括哪些？ 了解爆炸極限范圍的含義，可燃物的濃度落在不同范圍內(nèi)將會(huì)發(fā)生什么情況？ 熱力燃燒的 “ 三 是什么？ 燃燒器一般可分為哪二大類？各有什么特點(diǎn)？ 二、催化凈化法 （一） 工業(yè)排放的有機(jī)廢氣 催化凈化 1. 催化凈化法概述 催化凈化法 是在催化劑的作用下，使有害的有機(jī)物和 2 +2 +2O N 2 2 反應(yīng)溫度較低，一般在 200400 ,能耗相對(duì)較低。 催化凈化工藝，主要在下面幾個(gè)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用： 噴烘漆行業(yè)，包括 漆包線 生產(chǎn)行業(yè)，主要處理三苯廢氣和苯酚等； 乙烯、異丙苯氧化、苯酐生產(chǎn)行業(yè)； 樹酯生產(chǎn)：甲苯、二甲苯、苯及酚類； 印刷、制鞋、制革、制藥、食品加工行業(yè)； 合成橡膠生產(chǎn)； 汽車排氣處理。 國(guó)內(nèi)催化劑的研發(fā)情況 ： 2+控氮能力達(dá)到 90%以上。 2O+. 催化凈化法的特點(diǎn) 反應(yīng)溫度低，能源消耗少 與熱力燃燒法相比較的結(jié)果： 催化燃燒 熱力燃燒 溫度 200400 600900 例如：若每小時(shí)處理 1000氣中含有甲苯的濃度為 2000廢氣溫度 20 熱力燃燒 催化燃燒 加熱升溫： 20 800 20 300 需能耗： 285度電 102度電 催化燃燒法的能耗一般僅是熱力燃燒的 1/3左右。 對(duì)于催化燃燒來(lái)說(shuō) ：燃燒 2000如無(wú)散熱情況 : 2000/10 6 100%=V) 100%使體系升溫 235 ： 35 如果用來(lái)預(yù)熱廢氣可使廢氣達(dá)到 : t = 1000 35 1000 20 =0= 凈化率高，無(wú)二次污染 停留時(shí)間短，設(shè)備體積小 而熱力燃燒一般 能在貧氧條件下正常運(yùn)轉(zhuǎn) 安全可靠 適合于處理低濃度、多成分的有機(jī)廢氣。 其不足之處 ： 不適用于直接處理含有大量塵粒、霧滴的廢氣； 不適用于處理燃燒后能產(chǎn)生塵粒的有機(jī)廢氣； 不適用于處理含有使 （二）工業(yè)排放的 1. 催化轉(zhuǎn)化法凈化 催化還原，回收 S 催化氧化：液相催化氧化 氣相催化氧化 制 1） 催化還原法 C、硫：如 2H 2O+3S 2O +化劑有 對(duì)后一反應(yīng)，一般還伴隨著對(duì) 在 度為 530 以上時(shí)，有： O O 2 O 1/2N 2+對(duì)于高濃度 化還原法的一種比較實(shí)用流程是將 2S， 再以取硫磺。 23/2S 2+2 2）液相催化氧化法 22+2H 2硫酸再與石灰石反應(yīng)制石膏，叫 濕法脫硫 。 （ 3）氣相催化氧化法 H 2化劑為 操作溫度一般控制在400600 。 叫 干法脫硫 。 2. 催化還原法凈化 可分為 選擇性還原 非選擇性還原 非選擇性催化還原法 通常選用 天然氣、 合成氨釋放氣）、 催化裂化干氣和汽化石腦油等。它們和 第一步： 第二步： N 2 a) 氫作還原劑 主反應(yīng)： H 2O+2+1/2H 2O O H 2O+1/2 副反應(yīng)： + +2b) 甲烷作還原劑 主反應(yīng)： O 2+2O 2+2N 2+ 2+ 副反應(yīng)： 5+8 非選擇性催化還原法一般 采用 t/ 各種還原劑在 還原劑 O 煤油 石腦油 丁烷 丙烷 甲烷 起燃溫度 ( ) 140 140 360 360 380 400 450 其 工藝流程 有兩種類型：一段流程 二段流程 選擇性催化還原法 一般用 8N 2+12N 2+6反應(yīng)： 6N 2O+9N 2O+3N 2+6N 2O+6 其工藝流程 ： 與非選擇性催化還原法相比，有下列特點(diǎn)： a) 由于不與氧反應(yīng)，避免了還原劑的無(wú)謂消耗，并大大減少了反應(yīng)熱； b) 催化劑選擇的余地大，除 可用 8209型和 75 c) 還原劑 燃溫度也較低，一般在 220 左右。 (三 ) 催化凈化工業(yè)有機(jī)廢氣及脫嗅工藝 工藝流程 兩種情況： 不回收熱量的流程； 回收熱量的流程。 廢氣濃度： 210g/催化床層溫升控制在50150 。 催化燃燒法處理有機(jī)廢氣主要由預(yù)處理、預(yù)熱室、催化反應(yīng)和熱量回收系統(tǒng) . 對(duì)于低濃度廢氣，為了降低能耗，目前發(fā)展了幾種新的工藝： （ 1） 回轉(zhuǎn)式吸附濃縮工藝 對(duì)于大風(fēng)量連續(xù)排放的廢氣處理較合適。 特點(diǎn)：具有阻力損失小，安全性高，濃縮比大，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行功耗低等優(yōu)點(diǎn)。 回轉(zhuǎn)式吸附濃縮設(shè)備的核心是回轉(zhuǎn)式吸附床，該設(shè)備可分為吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū)三部分。 （ 2） 流向變換催化工藝 與傳統(tǒng)的設(shè)備相比的優(yōu)點(diǎn)： 1)在一個(gè)固定床反應(yīng)器中把化學(xué)反應(yīng)和蓄熱熱交換結(jié)合起來(lái)，大大提高了熱能的利用率； 2)固定床熱容量大，固相比表面積大，氣流與固定床能很快地進(jìn)行熱交換，適用間歇排放； 3)處理低濃度廢氣也能實(shí)現(xiàn)自熱催化燃燒； 4)反應(yīng)器具有自適應(yīng)性； 5)對(duì)高濃度的廢氣也適用。 (四 ) 工業(yè)廢氣凈化催化反應(yīng)器的選擇 (1) 對(duì)反應(yīng)器的要求 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)要以所采用的催化劑性能為依據(jù)。 物理性能有 ：催化劑的形狀 顆粒度 堆密度 化學(xué)性能有 ：轉(zhuǎn)化率 空速（包括接觸時(shí)間） 下限反應(yīng)溫度，上限反應(yīng)溫度及最宜反應(yīng)溫度。 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)應(yīng)以充分發(fā)揮催化劑的性能為目標(biāo) ： 催化劑布局合理，裝填均勻，使催化床各處的阻力相同； 床層壓降能滿足系統(tǒng)要求，盡可能使反應(yīng)器的阻力降小。 氣體在催化床層內(nèi)分布均勻，能使整個(gè)催化劑都能發(fā)揮作用； 物料在進(jìn)入催化床之前要混合均勻； 提供可靠的催化劑活化條件和再生條件； 對(duì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下催化劑的逐漸失活，設(shè)計(jì)上要考慮補(bǔ)償。 （ 2）反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型 反應(yīng)器可分為 ：固定床、流動(dòng)床 固定床：優(yōu)點(diǎn)：催化劑不易磨損而可長(zhǎng)期使用。 缺點(diǎn)：床溫分布不均勻（存在溫度梯度）。 固定床催化反應(yīng)器的類型一般可分為： 1)單層絕熱反應(yīng)器 2)多段絕熱反應(yīng)器 3)列管式反應(yīng)器 (3) 氣體分配器 最普通的是一套 同心喇叭圈 , 氣體分配程度依賴于： 喇叭口的角度； 喇叭的身長(zhǎng)； 喇叭圈的個(gè)數(shù)。 (4) 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)依據(jù)舉例 例如：某電工材料廠漆包線干燥爐排氣中含有可燃物總量（以二甲苯計(jì)） 810g/排氣溫度 120 ，用催化燃燒法凈化，氣體排放量 500m3/h， 采用顆粒型主要參數(shù) ：起燃溫度 250 ，最佳使用溫度 400 ，在此反應(yīng)溫度下的接觸時(shí)間 催化劑堆密度為 床層厚度 10=1， 催化劑的 ，廢氣的平均熱容 。 求：需催化劑多少公斤？反應(yīng)器床層截面積？不回收熱量時(shí)，起動(dòng)時(shí)的預(yù)熱耗電功率為多少？ 計(jì)算： ( ) 500 (273+400)/(273+120)=856m3/h （ 3600） 856/1=催化劑重量 W=1000= S=H= 預(yù)熱包括催化劑和廢氣二部分 T=(250=2461氣體 =p T=500 (273+20)/(273+120) (25015226總 =15226+2461860=考題（ 6） 什么叫催化凈化法？有哪些特點(diǎn)？ 非選擇性催化還原法與選擇性催化還原法有什么不同？非選擇性催化還原 對(duì)低濃度的有機(jī)廢氣一般采用哪二種凈化工藝？ 要了解催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)的一些工藝參數(shù)的計(jì)算。 三、氣態(tài)污染物的吸附和吸收凈化法 (一 )吸附凈化法 吸附法 就是某些多孔性固體在自己表面上有選擇地聚集流體混合物中的某些組分，如：水份、有機(jī)溶劑的蒸汽、惡臭和其他有害氣相雜質(zhì)，從而達(dá)到凈化氣體的目的。 催化燃燒和熱力燃燒法相比， 主要優(yōu)點(diǎn) 在于設(shè)備投資小，對(duì)低濃度的廢氣凈化率高，還可以回收有價(jià)值的有機(jī)物。 1. 基本概念 吸附現(xiàn)象 就是當(dāng)氣體或液體與某些固體接觸時(shí)，由于固體表面的性質(zhì)與體相的性質(zhì)不同，它的表面原子處于力的不平衡狀態(tài)，具有捕捉與其相接觸的流體中某些分子的能力（吸附力），使某些氣體或液體分子聚集在固體表面上，導(dǎo)致它們?cè)诠腆w表面上的濃度高于表面之外的濃度。 吸附類型 ： 物理吸附 化學(xué)吸附 吸附過(guò)程一般 包括以下幾個(gè)步驟 : 外擴(kuò)散 內(nèi)擴(kuò)散 吸附 脫附 內(nèi)擴(kuò)散 外擴(kuò)散 2. 常用的吸附劑及其性質(zhì) 通常應(yīng)滿足下列 5個(gè)條件： 必須具有豐富的內(nèi)表面和孔隙率； 具有良好的吸附選擇性； 吸附能力強(qiáng)，吸附容量大； 要具有良好的再生能力和耐磨能力； 要來(lái)源廣泛，成本低廉。 工業(yè)上常用的吸附劑有： 活性炭： 活性炭是由各種含碳物質(zhì)，如煤、木質(zhì)材料、石油焦等經(jīng) 高溫碳化 后，再用水蒸汽或熱空氣進(jìn)行 活化處理 而成。 活性炭的特點(diǎn)：具有豐富的細(xì)孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積。因此，它的吸附量很大。 活性炭的物性參數(shù) 它的吸附特性一般有以下幾方面 ： 容易吸附臨界溫度及沸點(diǎn)較高的物質(zhì)； 容易吸附分子鏈較長(zhǎng)的物質(zhì)； 有利于低溫下進(jìn)行吸附； 相對(duì)來(lái)說(shuō)，蒸汽壓較大的物質(zhì)容易被吸附。 活性炭的缺點(diǎn) ： 它的可燃性和高溫被氧化。 纖維活性炭 硅膠 化學(xué)組成 2 2 親水性是硅膠的特性。 分子篩 分子篩的組成： m(x( 常用的有：氫型絲光沸石、氫型皂沸石、脫鋁絲光沸石、 分子篩與其他吸附劑相比較的顯著優(yōu)點(diǎn)： 具有高的吸附選擇性； 分子篩的孔徑大小整齊均勻，分子篩又是一種離子型吸附劑。 具有很強(qiáng)的吸附能力； 分子篩可以適用于絕熱情況下，以及在 較高溫度的場(chǎng)合使用 。 不足之處： 對(duì)水氣的吸附能力也較強(qiáng)。 除了上述三種重要的吸附劑外，還有硅藻土、氧化鋁等吸附劑，但在實(shí)際應(yīng)用中，吸附劑的選擇主要取決于污染物本身的性質(zhì)。一般用活性炭來(lái)吸附和回收有機(jī)溶劑，也是吸附凈化低濃度的膠和分子篩用來(lái)吸附 例子 （ 1）吸附凈化低濃度 采用 活性炭 吸附煙氣中的 回收 存在物理吸附，也存在化學(xué)吸附，在氧和水蒸汽存在的條件下： 物理吸附過(guò)程有： O 2* 2* 2O* 化學(xué)吸附過(guò)程： 22* 2H 2 總反應(yīng)方程式： 2O+1/2H 2 2）吸附凈化 采用 分子篩 處理硝酸尾氣?？蓪?15003000） 100 10回收的硝酸量可達(dá)工廠生產(chǎn)量的 如用絲光沸石， 用 H+代替 得到氫型絲光沸石。平均孔徑 ，比表面積 5001000g。 32O 2+2 2 水分子直徑為 ， 極性強(qiáng)，比 此使用水蒸氣可將沸石孔道內(nèi)表面上的 3. 吸附流程及主要設(shè)備 （ 1）固定床間歇吸附 固定床吸附器是工業(yè)上用得最多的，大多為園柱形立式設(shè)備。 吸附裝置的流程 ：非再生型或取出再生型 再生型 非再生型（或取出再生型） 代表性流程 有兩種。 蒸汽或熱空氣再生型 采用多塔并聯(lián)輪換進(jìn)行吸附和再生操作。 典型的多塔吸附有 三塔吸附 。 固定床吸附設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，吸附劑磨損少。 缺點(diǎn)是：間歇操作，再生時(shí)不能處理廢氣，操作必須不斷地周期更換或切換，比較麻煩。 （ 2）移動(dòng)床吸附 “ 超吸附塔 ” ，專門用來(lái)分離低分子 特點(diǎn) ：吸附和脫附連續(xù)不斷地進(jìn)行，生產(chǎn)能力高，分離效果好。 應(yīng)用于從過(guò)程氣流中除去 吸附劑用果核制成的活性炭，硬度大，不易磨損。 4. 化學(xué)吸附在氣體凈化技術(shù)上的 應(yīng)用 吸附與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合將會(huì)提高吸附劑的吸附效率和吸附速率，并增大吸附容量。 如對(duì)氨、硫醇、光氣的吸附，吸附劑需要浸漬改性。 浸漬物有時(shí)起催化作用，有時(shí)起化學(xué)作用。 5. 吸附劑的再生處理 吸附劑的再生方法一般有以下幾種： 蒸汽、煙道氣或惰性氣體吹脫法 a) 當(dāng)有機(jī)物總分子容積在 80190分子，可以采用水蒸汽在 100150 進(jìn)行吹脫； b) 對(duì)于難于回收或無(wú)回收價(jià)值的污染物，則可采用 150 左右的煙道氣解吸。 熱力再生法