空氣污染控制工程第7章34y569

1、第七章第七章 氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 氣體擴(kuò)散氣體擴(kuò)散第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收第三節(jié)第三節(jié) 氣體吸附氣體吸附第四節(jié)第四節(jié) 氣體催化凈化氣體催化凈化教學(xué)要求教學(xué)要求 掌握氣體擴(kuò)散、氣體吸收、吸附和催化的基掌握氣體擴(kuò)散、氣體吸收、吸附和催化的基本原理和過程本原理和過程 了解常用吸收劑、吸附劑和催化劑的特性了解常用吸收劑、吸附劑和催化劑的特性 教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 氣態(tài)污染物的物理、化學(xué)處理工藝氣態(tài)污染物的物理、化學(xué)處理工藝教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn) 吸收塔、吸附床和催化轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)計(jì)算吸收塔、吸附床和催化轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié)第一節(jié) 氣體擴(kuò)散氣體擴(kuò)散擴(kuò)散過程包括分子擴(kuò)散和湍流

2、擴(kuò)散擴(kuò)散過程包括分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散： 分子擴(kuò)散：物質(zhì)在靜止的或垂至于濃度梯度方向作層流分子擴(kuò)散：物質(zhì)在靜止的或垂至于濃度梯度方向作層流流動(dòng)的流體中傳遞，是由分子的運(yùn)動(dòng)引起的，稱為分子擴(kuò)散。流動(dòng)的流體中傳遞，是由分子的運(yùn)動(dòng)引起的，稱為分子擴(kuò)散。 湍流擴(kuò)散：物質(zhì)在湍流流體中的傳遞除了分子的運(yùn)動(dòng)外，湍流擴(kuò)散：物質(zhì)在湍流流體中的傳遞除了分子的運(yùn)動(dòng)外，更主要的是由于流體中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而引起的，稱為湍流擴(kuò)散。更主要的是由于流體中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而引起的，稱為湍流擴(kuò)散。1.1 氣體在氣相中的擴(kuò)散氣體在氣相中的擴(kuò)散 氣態(tài)污染物氣態(tài)污染物A通過惰性氣體組分通過惰性氣體組分B的運(yùn)動(dòng)，可用的運(yùn)動(dòng)，可用A在在B中的中的擴(kuò)散系

3、統(tǒng)擴(kuò)散系統(tǒng)DAB給出。給出。 DAB DBA （Gilliland 方程）0.540.5AAB0.50.52AABAB111.8 10TMDMMVVT T絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度，KKD DABAB擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，cmcm2 2/s /sMM氣體的摩爾質(zhì)量氣體的摩爾質(zhì)量氣體的摩爾質(zhì)量氣體的摩爾質(zhì)量氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積, ,cmcm3 3/mol/mol A A氣體密度，氣體密度，氣體密度，氣體密度，g/cmg/cm3 3V0.540.5AAB0.50.52A

4、ABAB111.8 10TMDMMVVT T絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度，KKD DABAB擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，cmcm2 2/s /sMM氣體的摩爾質(zhì)量氣體的摩爾質(zhì)量氣體的摩爾質(zhì)量氣體的摩爾質(zhì)量氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積, ,cmcm3 3/mol/mol A A氣體密度，氣體密度，氣體密度，氣體密度，g/cmg/cm3 3VT T絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度，絕對(duì)溫度，KKD DABAB擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)，cmcm2 2/s /sMM氣體的摩爾質(zhì)量

5、氣體的摩爾質(zhì)量氣體的摩爾質(zhì)量氣體的摩爾質(zhì)量氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積氣體在沸點(diǎn)下呈液態(tài)時(shí)的摩爾體積, ,cmcm3 3/mol/mol A A氣體密度，氣體密度，氣體密度，氣體密度，g/cmg/cm3 3V第一節(jié)第一節(jié) 氣體擴(kuò)散氣體擴(kuò)散1.1 氣體在氣相中的擴(kuò)散氣體在氣相中的擴(kuò)散 擴(kuò)散系數(shù)（物質(zhì)的特性常數(shù)之一） 影響因素：介質(zhì)的種類、溫度、壓強(qiáng)、濃度 擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量可通過Stephan過程得到22A121ABB1B2Aln(/)2RTLLDPppMt液液體體液液體體A A的的密密度度，的的密密度度，g/mg/m3 3L L1 1液

6、液體體的的初初始始高高度度，液液體體的的初初始始高高度度，cmcmL L2 2液液體體的的最最終終高高度度，液液體體的的最最終終高高度度，cmcm、分分別別為為分分別別為為L(zhǎng) L1 1、L L2 2時(shí)時(shí)空空氣氣分分壓壓時(shí)時(shí)空空氣氣分分壓壓t t變變化化時(shí)時(shí)間間，變變化化時(shí)時(shí)間間，s sA1B1pB2p22A121ABB1B2Aln(/)2RTLLDPppMt液液體體液液體體A A的的密密度度，的的密密度度，g/mg/m3 3L L1 1液液體體的的初初始始高高度度，液液體體的的初初始始高高度度，cmcmL L2 2液液體體的的最最終終高高度度，液液體體的的最最終終高高度度，cmcm、分分別別為

7、為分分別別為為L(zhǎng) L1 1、L L2 2時(shí)時(shí)空空氣氣分分壓壓時(shí)時(shí)空空氣氣分分壓壓t t變變化化時(shí)時(shí)間間，變變化化時(shí)時(shí)間間，s sA1B1pB2p第一節(jié)第一節(jié) 氣體擴(kuò)散氣體擴(kuò)散1.2 1.2 氣體在液體中的擴(kuò)散氣體在液體中的擴(kuò)散 在液相中的擴(kuò)散系數(shù) 估算方程 擴(kuò)散系數(shù)隨溶液濃度變化很大 上式只適用于稀溶液0.510BAB0.5AB()7.4 10MTDV B B液體的粘度，液體的粘度，液體的粘度，液體的粘度，cPcP 溶劑的締結(jié)因數(shù)，水溶劑的締結(jié)因數(shù)，水溶劑的締結(jié)因數(shù)，水溶劑的締結(jié)因數(shù)，水2.62.6，甲醇，甲醇，甲醇，甲醇1.91.9，乙醇，乙醇，乙醇，乙醇1.51.5，非締結(jié)如苯、乙醚為非締

8、結(jié)如苯、乙醚為非締結(jié)如苯、乙醚為非締結(jié)如苯、乙醚為1.01.00.510BAB0.5AB()7.4 10MTDV B B液體的粘度，液體的粘度，液體的粘度，液體的粘度，cPcP 溶劑的締結(jié)因數(shù)，水溶劑的締結(jié)因數(shù)，水溶劑的締結(jié)因數(shù)，水溶劑的締結(jié)因數(shù)，水2.62.6，甲醇，甲醇，甲醇，甲醇1.91.9，乙醇，乙醇，乙醇，乙醇1.51.5，非締結(jié)如苯、乙醚為非締結(jié)如苯、乙醚為非締結(jié)如苯、乙醚為非締結(jié)如苯、乙醚為1.01.0第一節(jié)第一節(jié) 氣體擴(kuò)散氣體擴(kuò)散第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收2.1 吸收機(jī)理吸收機(jī)理 氣體吸收是溶質(zhì)從氣相傳遞到液相的相際間傳質(zhì)過程，對(duì)于吸收機(jī)理以雙膜理論模型的應(yīng)用最為廣泛。 2

9、.1 吸收機(jī)理吸收機(jī)理 雙膜模型 氣相分傳質(zhì)速率 液相分傳質(zhì)速率 總傳質(zhì)速率方程xALAAAAgAA()()yiiNkyyNkppAAAAlAA()()xiiNkxxNk ccAA*AAAAAA*AA gAAA lA() () () ()yxNKyyNKxxNKppNKcc第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收2.2 氣液平衡氣液平衡1.氣液相平衡關(guān)系式 氣體在液體中的溶解度 每100kg水中溶解氣體的kg數(shù) 亨利定律一定溫度下，稀溶液中溶質(zhì)的溶解度與氣相中溶質(zhì)的平衡分壓成正比第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收2.2 氣液平衡氣液平衡2 吸收系數(shù)吸收系數(shù) 吸收系數(shù)的不同形式第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收2

10、.2 氣液平衡氣液平衡2 吸收系數(shù)吸收系數(shù) 常用吸收系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收水水吸吸收收氨氨（易易溶溶氣氣體體吸吸收收）G、L氣氣、液液相相空空塔塔流流量量40.90.39g6.0710k aGL水水吸吸收收氨氨（易易溶溶氣氣體體吸吸收收）G、L氣氣、液液相相空空塔塔流流量量40.90.39g6.0710k aGL水吸收水吸收CO2（難溶氣體吸收）難溶氣體吸收）U噴淋密度，噴淋密度，m3/(m2h)0.96l2.57k aU水吸收水吸收CO2（難溶氣體吸收）難溶氣體吸收）U噴淋密度，噴淋密度，m3/(m2h)0.96l2.57k aU40.70.250.82gl9.8110;k

11、 aGLk aaL水水吸吸收收SO2（中中等等溶溶解解氣氣體體吸吸收收）40.70.250.82gl9.8110;k aGLk aaL水水吸吸收收SO2（中中等等溶溶解解氣氣體體吸吸收收）2.2 氣液平衡氣液平衡3.界面濃度的計(jì)算 作圖法 解析法稀溶液亨利定律+傳質(zhì)方程AAAAAAAAA()()yixiixiyNkyykxxyykxxk 第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收2.3物理吸收物理吸收 操作線方程 操作線、平衡線和吸收推動(dòng)力SS1111BB()()LLLLYXYXXYXGGGG第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收 最小液氣比吸收塔的最小液氣比S12min*B12()LYYGXXS12minB1m

12、ax2()LYYGXX第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收2.3物理吸收物理吸收 填料塔高度計(jì)算水吸收SO2的平衡線和操作線121200dd()(1)()dd()(1)()TTzyyyizxxxiGyzk ayyyLxzk axxx第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收2.3物理吸收物理吸收2.4化學(xué)吸收化學(xué)吸收1.化學(xué)吸收的優(yōu)點(diǎn) 溶質(zhì)進(jìn)入溶劑后因化學(xué)反應(yīng)消耗掉，溶劑容納的溶質(zhì)量增多 液膜擴(kuò)散阻力降低 填料表面的停滯層仍為有效濕表面第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收2.化學(xué)吸收的氣液平衡化學(xué)吸收的氣液平衡平衡濃度計(jì)算第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收2.4化學(xué)吸收化學(xué)吸收3.化學(xué)吸收速率 吸收速率 物理吸收時(shí) 化學(xué)

13、吸收時(shí)A1AAl()iNK ccAAAAl()iNkCC4. SO2的化學(xué)吸收第二節(jié)第二節(jié) 氣體吸收氣體吸收2.4化學(xué)吸收化學(xué)吸收第三節(jié)第三節(jié) 氣體吸附氣體吸附3.1 吸附劑吸附劑滿足工業(yè)要求的吸附劑：滿足工業(yè)要求的吸附劑：巨大的內(nèi)表面巨大的內(nèi)表面 對(duì)不同氣體具有選擇吸附作用對(duì)不同氣體具有選擇吸附作用 較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性 來源廣泛、造價(jià)低廉來源廣泛、造價(jià)低廉 良好的再生性能良好的再生性能常用常用 的工業(yè)吸附劑：活性炭、活性氧化鋁、硅膠、白土、沸石分子篩的工業(yè)吸附劑：活性炭、活性氧化鋁、硅膠、白土、沸石分子篩影響氣體吸附的因素：操作條件影響氣體吸附的因素

14、：操作條件 吸附劑的性質(zhì)吸附劑的性質(zhì) 吸附質(zhì)的性質(zhì)與濃度吸附質(zhì)的性質(zhì)與濃度 吸附劑的再生吸附劑的再生第三節(jié)第三節(jié) 氣體吸附氣體吸附3.2 吸附機(jī)理吸附機(jī)理吸附過程的凈化效果取決于吸附平衡和吸附速率 六類吸附等溫線 等溫吸附方程 Freundlich方程 Langmuir方程 BET方程吸附速率第三節(jié)第三節(jié) 氣體吸附氣體吸附3.3 吸附工藝與設(shè)備吸附工藝與設(shè)備 吸附工藝：吸附工藝： 按吸附劑在吸附器中的工作狀態(tài)按吸附劑在吸附器中的工作狀態(tài) 固定床吸附過程固定床吸附過程 移動(dòng)床吸附過程移動(dòng)床吸附過程 流化床吸附過程流化床吸附過程 按操作過程按操作過程 間歇吸附過程間歇吸附過程 連續(xù)吸附過程連續(xù)吸附

15、過程 第四節(jié)第四節(jié) 氣體催化凈化氣體催化凈化 催化法凈化氣態(tài)污染物是利用催化劑的催化作用，將廢氣催化法凈化氣態(tài)污染物是利用催化劑的催化作用，將廢氣中的氣體有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物或易于去除的物質(zhì)的一種廢中的氣體有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害物或易于去除的物質(zhì)的一種廢氣治理方法。氣治理方法。4.1 催化劑的組成催化劑的組成 主活性物質(zhì)：能單獨(dú)對(duì)化學(xué)反應(yīng)起催化作用，因而可以作主活性物質(zhì)：能單獨(dú)對(duì)化學(xué)反應(yīng)起催化作用，因而可以作為催化劑單獨(dú)使用為催化劑單獨(dú)使用 助催化劑：本身沒有什么催化功能，但它的少量加入能明助催化劑：本身沒有什么催化功能，但它的少量加入能明顯提高主活性物質(zhì)的催化性能。顯提高主活性物質(zhì)的催化性能。 載體：用以承載主活性物質(zhì)和助催化劑