第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件

第一節(jié)氣體擴(kuò)散

氣體的質(zhì)量傳遞過程是借助于氣體擴(kuò)散過程來實(shí)現(xiàn)的。擴(kuò)散過程包括分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散兩種形式。分子擴(kuò)散：物質(zhì)在靜止或垂直于濃度梯度作層流流動(dòng)中的流體中傳遞，是由分子運(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，除了由于分子運(yùn)動(dòng)外，更主要的是由于流體中的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)引起的。擴(kuò)散的結(jié)果：會(huì)使氣體從濃度較高的區(qū)域轉(zhuǎn)移到濃度較低的區(qū)域。第一節(jié)氣體擴(kuò)散氣體的質(zhì)量傳遞過程是借助于氣體擴(kuò)散過1一、氣體在氣相中的擴(kuò)散

氣態(tài)污染物A通過惰性氣體組分B的運(yùn)動(dòng)，可用A在B中的擴(kuò)散DAB給出，DAB與氣體B通過氣體A的擴(kuò)散系數(shù)DBA相等，可由修正的吉里蘭方程給出。一、氣體在氣相中的擴(kuò)散氣態(tài)污染物A通過惰性氣體組分B的運(yùn)2

擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的特性常數(shù)之一，同一物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)隨介質(zhì)的種類、溫度、壓強(qiáng)及濃度的不同變化。

表1:若干物質(zhì)在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)（0oC，101.33kPa）擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的特性常數(shù)之一，同一物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)隨介質(zhì)3

二、氣體在液體中的擴(kuò)散氣體A通過液體B的擴(kuò)散系數(shù)可用下式估算：二、氣體在液體中的擴(kuò)散氣體A通過液體B的擴(kuò)散系數(shù)可用下式估4

表2:某些物質(zhì)在水中的擴(kuò)散系數(shù)（20oC，稀溶液）表2:某些物質(zhì)在水中的擴(kuò)散系數(shù)（20oC，稀溶液）5

氣體在液體中的擴(kuò)散系數(shù)隨溶液濃度變化很大,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可以求得SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為1.61×10-5cm2/s，μB≈0.01g/(cm·s)。可見，SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。氣體在液體中的擴(kuò)散系數(shù)隨溶液濃度變化很大,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可以6第二節(jié)氣體吸收

氣體吸收是溶質(zhì)從氣相傳遞到液相的相質(zhì)間傳質(zhì)過程。第二節(jié)氣體吸收氣體吸收是溶質(zhì)從氣相傳遞到液相的相質(zhì)間傳7一、吸收機(jī)理吸收機(jī)理以雙膜理論為主?；菊擖c(diǎn)如下：1、氣液相接觸時(shí)存在一個(gè)相界面，在氣液相兩側(cè)各存在著一層穩(wěn)定的層流薄膜，分別稱為氣膜和液膜,這兩層膜內(nèi)仍呈層流。2、被吸收組分從氣相轉(zhuǎn)入液相的過程分為五步：靠湍流擴(kuò)散從氣相主體到氣膜表面；靠分子擴(kuò)散通過氣膜到達(dá)兩相界面；氣相溶入液相；分子擴(kuò)散通過液膜；湍流擴(kuò)散到液相主體。一、吸收機(jī)理吸收機(jī)理以雙膜理論為主?；菊擖c(diǎn)如下：83、被吸收組分在兩相主體中的擴(kuò)散阻力忽略不計(jì)。4、相界面處，被吸收組分在兩相間已達(dá)到平衡，即認(rèn)為相界面處沒有任何傳質(zhì)阻力。5、兩層膜的厚度均極薄，所以吸收過程可以看成是通過氣液膜的穩(wěn)定擴(kuò)散。因此，氣液兩相間的傳質(zhì)速率取決于通過氣膜和液膜的分子擴(kuò)散速率。3、被吸收組分在兩相主體中的擴(kuò)散阻力忽略不計(jì)。9第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件10雙膜模型氣相分傳質(zhì)速率液相分傳質(zhì)速率總傳質(zhì)速率方程雙膜模型11第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件12由公式可知，氣膜阻力和液膜阻力的大小取決于組分A的溶解度系數(shù)H。對(duì)于易溶氣體，H很大，即總阻力近似等于氣膜阻力，這種情況稱為氣膜控制。對(duì)難溶氣體，H很小，即總阻力近似等于液膜阻力，這種情況稱為液膜控制。對(duì)于中等溶解度的氣體，氣膜阻力和液膜阻力處于同等數(shù)量級(jí)，二者皆不能忽略。由公式可知，氣膜阻力和液膜阻力的大小取對(duì)難溶氣體，H很小，即13二、化學(xué)吸收與物理吸收物理吸收是氣體組份在吸收劑中的單純物理溶解過程。吸收速率決定于吸收質(zhì)在氣膜和液膜中的擴(kuò)散速度。化學(xué)吸收是氣體組份在液相中與反應(yīng)組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低了液相中純吸收質(zhì)的含量，提高了吸收速率，使出塔氣體中吸收質(zhì)含量進(jìn)一步降低。吸收速率與擴(kuò)散速率和化學(xué)反應(yīng)速率有關(guān)。

如果化學(xué)反應(yīng)迅速，一直在氣液界面附近便把溶入的溶質(zhì)消耗掉，使溶質(zhì)在液膜內(nèi)的擴(kuò)散阻力大大降低，則變?yōu)闅饽た刂?。二、化學(xué)吸收與物理吸收物理吸收是氣體組份在吸收劑中的單純物理14三、吸收設(shè)備1、對(duì)吸收設(shè)備的基本要求:(1)氣液之間有較大的接觸面積和一定的接觸時(shí)間;(2)氣液之間擾動(dòng)強(qiáng)烈,吸收阻力小,吸收效率高;(3)操作穩(wěn)定,并由適合的操作彈性;(4)氣流通過時(shí)的壓降小;(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作維修方便,造價(jià)低廉;(6)針對(duì)具體情況,要求具有防腐和防堵能力。三、吸收設(shè)備1、對(duì)吸收設(shè)備的基本要求:152、吸收設(shè)備的類型填料塔、板式塔、噴淋塔和文丘里吸收器。2、吸收設(shè)備的類型填料塔、板式塔、噴淋塔和文丘里吸收器。16噴淋塔填料塔噴淋塔填料塔17四、吸收的應(yīng)用

酸性氣體和堿性氣體的去除例如：含氟廢氣主要指含有HF和SiF4的廢氣。含氟氣體易溶于水溶液，所以一般采用濕法。

水吸收法低溫下，水吸收HF，可得到任意高濃度的氫氟酸。相同蒸氣壓下，溫度越高，溶液濃度越低；相同溫度下，蒸氣壓越高，溶液濃度越高。另外，SiF4也易溶于水，生成氟硅酸。在凈化過程中需要控制氟硅酸濃度，保持凈化效率。反應(yīng)速率由氣膜控制。選擇吸收器應(yīng)從實(shí)際情況考慮。四、吸收的應(yīng)用酸性氣體和堿性氣體的去除18第三節(jié)氣體吸附吸附：用多孔性固體處理流體混合物，使其中所含的一種或幾種組分濃集到固體表面而與其他組分分開的過程。吸附質(zhì)、吸附劑吸附過程能有效的捕集濃度很低的有害物質(zhì)。還能回收氣態(tài)污染物。研究表明，吸附只發(fā)生在吸附劑表面。根據(jù)吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生吸附作用的力的性質(zhì)分為物理吸附和化學(xué)吸附。第三節(jié)氣體吸附吸附：用多孔性固體處理流體混合物，19一、物理吸附和化學(xué)吸附1、物理吸附，也稱范德華吸附，是由于吸附劑與吸附質(zhì)分子之間靜電力或范德華力導(dǎo)致物理吸附引起的。低壓下，一般是單分子吸附，吸附質(zhì)的氣壓增大時(shí)，也會(huì)變成多分子層吸附。2、化學(xué)吸附，也稱活性吸附，是由于吸附劑表面與吸附質(zhì)分子間的化學(xué)反應(yīng)力導(dǎo)致化學(xué)吸附。有很強(qiáng)的選擇性，是不可逆過程，總是單分子層或單原子層吸附。二者沒有嚴(yán)格界限，同一物質(zhì)在較低溫度下可能發(fā)生物理吸附，在較高溫度下往往是化學(xué)吸附。一、物理吸附和化學(xué)吸附1、物理吸附，也稱范德華吸附，是由于吸20二、常用的工業(yè)吸附劑

常用的工業(yè)吸附劑:活性炭、活性氧化鋁、硅膠和沸石分子篩

工業(yè)吸附劑必須具備的條件:具有巨大的內(nèi)表面；對(duì)不同氣體具有選擇性的吸附作用；吸附容量大；具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性；來源廣泛，價(jià)格低廉。二、常用的工業(yè)吸附劑常用的工業(yè)吸附劑:21各種硅膠B型硅膠細(xì)孔硅膠藍(lán)色硅膠粗孔微球硅膠粗孔硅膠各種硅膠B型硅膠細(xì)藍(lán)色硅膠粗孔微球硅膠粗孔硅膠22

活性氧化鋁

活性氧化鋁

23分子篩分子篩24三、吸附速率

通常一個(gè)吸附過程有下列步驟組成：

外擴(kuò)散：吸附質(zhì)分子從氣相主體到吸附劑顆粒外表面的擴(kuò)散。

內(nèi)擴(kuò)散：吸附質(zhì)分子沿著吸附劑的孔道深入到吸附劑表面的擴(kuò)散。

吸附：已經(jīng)進(jìn)到微孔表面的吸附質(zhì)分子被固體所吸附。吸附速率由外擴(kuò)散速率、內(nèi)擴(kuò)散速率、吸附本身的速率決定。實(shí)驗(yàn)表明，在吸附劑內(nèi)部的擴(kuò)散阻力，一般可以不計(jì)。吸附速率可近似用外擴(kuò)散速率表示。三、吸附速率通常一個(gè)吸附過程有下列步驟組成：25第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件26四、吸附理論吸附平衡在一定溫度下，氣固兩相經(jīng)過充分接觸后，終將達(dá)到吸附平衡。此時(shí)，被吸附組分在固相中的濃度和與固相接觸的氣相中的濃度之間有一定的函數(shù)關(guān)系。1、弗羅德里希方程2、朗格謬爾等溫方程式3、BET方程吸附等溫線方程種類有多種，只能對(duì)具體情況具體分析。吸附等溫線的形狀與吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。即使統(tǒng)一化學(xué)組分的吸附劑，由于制造方法或條件不同，吸附劑的性能也會(huì)不同，因此必須針對(duì)具體情況進(jìn)行綜、合測(cè)定。四、吸附理論吸附平衡27五、吸附設(shè)備

設(shè)備分類：根據(jù)吸附劑在吸附器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為固定床、移動(dòng)床和流化床吸附器，其中以固定床吸附器應(yīng)用最廣。

固定床吸附器使用兩個(gè)以上的固定床組成一個(gè)半連續(xù)式吸附流程。受污染氣體連續(xù)通過床層，當(dāng)達(dá)到飽和時(shí)，就切換到另一個(gè)吸附器進(jìn)行吸附，達(dá)到飽和的吸附床則進(jìn)行再生、干燥和冷卻，以備重新使用。五、吸附設(shè)備設(shè)備分類：28第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件29第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件30六、吸附凈化氣體的應(yīng)用

低濃度二氧化硫的吸附凈化常用的吸附劑是活性炭,煙氣中含有足量的水蒸氣和氧，SO2氧化成SO3,SO3繼而由于水發(fā)生反應(yīng)生成稀硫酸。用金屬鹽浸漬吸附劑可以增加對(duì)二氧化硫的吸附率，它們的作用是催化氧化二氧化硫。吸附法脫硫的缺點(diǎn)：除了吸附容量有限外，吸附法必須在吸附器中采用比較低的氣流速度。另外，高活性的碳易于被氣體中的氧所氧化。覆蓋在炭表面的硫酸，減低了活性炭的吸附能力，需要用加熱或洗滌的方法脫附，回收這些硫酸，并使活性炭得以再生。六、吸附凈化氣體的應(yīng)用低濃度二氧化硫的吸附凈化312、含氟化氫廢氣的吸附凈化采用工業(yè)氧化鋁、氧化鈣、氫氧化鈣或碳酸鈣等作為吸附劑。對(duì)于鋁廠電解煙氣，采用的氧化鋁也是鋁電解的原料，吸附的氟化氫可以隨同氧化鋁進(jìn)入電解生產(chǎn)中，代替冰晶石，不存在吸附劑再生問題。在鋁電解煙氣的主要組分中，氟化氫的沸點(diǎn)最高，因此最容易被吸附。而且氟化氫有較大的極性和相當(dāng)大的偶極距，同時(shí)具有較高的表面活性，很容易被吸附。

2、含氟化氫廢氣的吸附凈化32氧化鋁對(duì)氟化氫的吸附主要是化學(xué)吸附。Al2O3+6HF——2AlF3+3H2O溫度較低時(shí)，有利于氟化氫吸附。該吸附過程的速度很快，氧化鋁與煙氣中的氟化氫接觸后，反應(yīng)幾乎在0.1s內(nèi)完成。氟化氫濃度提高時(shí)，反應(yīng)速度急劇增大。氧化鋁對(duì)氟化氫的吸附主要是化學(xué)吸附。33第四節(jié)氣體催化凈化一、催化劑1、催化劑：能改變化學(xué)反應(yīng)速度，而本身化學(xué)組成在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)?，F(xiàn)已研制了多種催化劑，成功的應(yīng)用于脫硫、脫硝、汽車尾氣凈化和惡臭物質(zhì)凈化等方面。2、組成：通常固體催化劑由主活性物質(zhì)、助催化劑和載體組成。主活性物質(zhì)能單獨(dú)對(duì)化學(xué)反應(yīng)起催化作用；助催化劑本身沒有催化性能，但能明顯提高主性物質(zhì)的催化性能。載體用以承載主活性物質(zhì)和助催化劑。第四節(jié)氣體催化凈化一、催化劑343、催化劑的性能活性、選擇性和穩(wěn)定性。3.1活性表示方法：工業(yè)上常用單位體積（或質(zhì)量）催化劑在一定反應(yīng)條件下，單位時(shí)間內(nèi)所得到的產(chǎn)品數(shù)量來表示。效能大小。3、催化劑的性能353.2催化劑的選擇性一種催化劑往往只對(duì)一種化學(xué)反應(yīng)起作用，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在動(dòng)力學(xué)上有幾個(gè)反應(yīng)方向時(shí)，一種催化劑在一定條件下只對(duì)其中的一個(gè)方向起加速作用，這種特性稱為催化劑的選擇性。選擇性的大小用B表示B=反應(yīng)所得的目的產(chǎn)物摩爾數(shù)/反應(yīng)了的反應(yīng)物的摩爾數(shù)選擇性與活性是有關(guān)聯(lián)而又相互獨(dú)立的。分別度量催化劑加速化學(xué)反應(yīng)速度的兩種不同結(jié)果，活性表示催化劑對(duì)提高產(chǎn)品產(chǎn)量的作用，選擇性表示催化劑對(duì)提高原料利用率的作用。3.2催化劑的選擇性36

3.3催化劑的穩(wěn)定性催化劑在化學(xué)反應(yīng)過程中保持活性的能力稱為催化劑的穩(wěn)定性。包括三個(gè)方面：熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和抗毒穩(wěn)定性。它們共同決定了催化劑在工業(yè)裝置中的使用期限。通常用壽命來表示催化劑的穩(wěn)定性。影響壽命的因素：催化劑老化和催化劑中毒。3.3催化劑的穩(wěn)定性37

老化：指催化劑在正常工作條件下逐漸失去活性的過程。工作溫度越高，老化速度越快。因此在活性度范圍內(nèi)選擇合適的反應(yīng)溫度有利于延長(zhǎng)催化劑的壽命。但過低的反應(yīng)溫度會(huì)降低反應(yīng)速度，使催化劑表面結(jié)焦，導(dǎo)致活性下降。老化：指催化劑在正常工作條件下逐漸失去38

催化劑中毒：指反應(yīng)物料中少量的雜質(zhì)使催化劑活性迅速下降的現(xiàn)象。暫時(shí)性中毒：通過水蒸氣可將毒物驅(qū)離催化劑表面，使催化劑活性恢復(fù)，稱為暫時(shí)性中毒。永久性中毒：有的毒物與活性組分很強(qiáng)，催化劑不能再生，稱為永久性中毒。在選擇和使用催化劑時(shí)要注意避免催化劑的中毒，查明毒物種類及其在物料中所允許的最高含量，并使實(shí)際反應(yīng)條件與催化劑所要求的使用條件相一致。催化劑中毒：指反應(yīng)物料中少量的雜質(zhì)使催化劑39二、催化作用1、催化作用均相催化作用：當(dāng)反應(yīng)物和催化劑同處一個(gè)由溶液或氣體混合物組成的均勻體系中時(shí)，稱為均相催化作用；多相催化作用：當(dāng)反應(yīng)物和催化劑處于不同的相（通常催化劑呈固體，反應(yīng)物為液體或氣體），稱為多相催化作用。多相催化作用中，反應(yīng)物在催化劑表面上的接觸是極為重要的，這種接觸導(dǎo)致了反應(yīng)物在催化劑表面上的吸附，并使它的化學(xué)鍵松弛，催化反應(yīng)正是在接觸上發(fā)生的，因而也稱固體催化劑為觸媒。二、催化作用1、催化作用402、催化作用原理多位活化絡(luò)和物理論。由于催化劑表面存在許多具有一定形狀的活性中心，能對(duì)具有適應(yīng)這一形狀結(jié)構(gòu)的反應(yīng)物分子進(jìn)行化學(xué)吸附，形成多位活化絡(luò)和物，使的原分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)松弛，從而降低了反應(yīng)活化能的結(jié)果。反應(yīng)速率是隨著活化能的降低而呈指數(shù)增長(zhǎng)的。用阿累尼烏斯方程表示。2、催化作用原理41三、氣固催化反應(yīng)過程一般認(rèn)為多相催化反應(yīng)有下列步驟：1、反應(yīng)物分子從氣流中通過層流邊界層向催化劑外表面擴(kuò)散。2、反應(yīng)物分子從催化劑外表面通過微孔向催化劑內(nèi)部擴(kuò)散。3、反應(yīng)物分子被催化劑表面化學(xué)吸附；反應(yīng)物分子在催化劑表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；產(chǎn)物脫附離開催化劑內(nèi)表面。4、反應(yīng)產(chǎn)物從微孔向外表面擴(kuò)散。5、反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑外表面進(jìn)入氣流主體。三、氣固催化反應(yīng)過程一般認(rèn)為多相催化反應(yīng)有下列步驟：42四、氣－固相催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型分為固定床和流動(dòng)床兩大類，以顆粒狀固定床的應(yīng)用最為廣泛。固定床的優(yōu)點(diǎn)：催化劑不易磨損而可長(zhǎng)期使用。反應(yīng)氣體與催化劑接觸緊密，沒有返混。缺點(diǎn)：床溫分布不均勻。由于催化劑本身是導(dǎo)熱性差的多孔物體，使得固定床的傳熱和溫度控制問題成為應(yīng)用技術(shù)的難點(diǎn)和關(guān)鍵。四、氣－固相催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)類型分為固定床和流動(dòng)床兩大類，以43

（1）單層絕熱反應(yīng)器單層絕熱反應(yīng)器如圖所示。反應(yīng)氣體從圓簡(jiǎn)體上部通入，經(jīng)過預(yù)分布裝置，均勻地通過催化劑層，反應(yīng)后的氣體經(jīng)下部引出。

（1）單層絕熱反應(yīng)器單層絕熱反應(yīng)器如圖所示。反應(yīng)氣體從44

(2)多段絕熱反應(yīng)器在反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置多層擱板，每個(gè)擱板上放置催化劑，相當(dāng)于把幾個(gè)絕熱床串聯(lián)起來。(a)直接換熱(b)間接換熱(2)多段絕熱反應(yīng)器(a)直接換熱(b)間接換熱45五、應(yīng)用：汽車尾氣的催化凈化

汽車尾氣中主要含烴類、CO和NOX等有害物質(zhì)。催化轉(zhuǎn)化法反應(yīng)快，設(shè)備體積小，污染物轉(zhuǎn)化為無害物直接排空，加上發(fā)動(dòng)機(jī)排氣具有足夠高的溫度，適用于汽車尾氣凈化。

一般分兩步完成。第一步，催化還原NOX，第二步是催化氧化CH和CO。第一步可以利用尾氣中的CO和CH作還原劑，并通過調(diào)整空燃比造成良好的還原氣氛，凈化NOX，同時(shí)除去一部分CO和CH。剩下的CO和CH在第二步被催化燃燒。此外催化燃燒法凈化有機(jī)蒸汽及脫臭，利用Fe3+或Mn2+等金屬離子，將SO2氧化成硫酸。

五、應(yīng)用：汽車尾氣的催化凈化汽車尾氣中主要含烴類、CO和46第一節(jié)氣體擴(kuò)散

氣體的質(zhì)量傳遞過程是借助于氣體擴(kuò)散過程來實(shí)現(xiàn)的。擴(kuò)散過程包括分子擴(kuò)散和湍流擴(kuò)散兩種形式。分子擴(kuò)散：物質(zhì)在靜止或垂直于濃度梯度作層流流動(dòng)中的流體中傳遞，是由分子運(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，除了由于分子運(yùn)動(dòng)外，更主要的是由于流體中的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)引起的。擴(kuò)散的結(jié)果：會(huì)使氣體從濃度較高的區(qū)域轉(zhuǎn)移到濃度較低的區(qū)域。第一節(jié)氣體擴(kuò)散氣體的質(zhì)量傳遞過程是借助于氣體擴(kuò)散過47一、氣體在氣相中的擴(kuò)散

氣態(tài)污染物A通過惰性氣體組分B的運(yùn)動(dòng)，可用A在B中的擴(kuò)散DAB給出，DAB與氣體B通過氣體A的擴(kuò)散系數(shù)DBA相等，可由修正的吉里蘭方程給出。一、氣體在氣相中的擴(kuò)散氣態(tài)污染物A通過惰性氣體組分B的運(yùn)48

擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的特性常數(shù)之一，同一物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)隨介質(zhì)的種類、溫度、壓強(qiáng)及濃度的不同變化。

表1:若干物質(zhì)在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)（0oC，101.33kPa）擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的特性常數(shù)之一，同一物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)隨介質(zhì)49

二、氣體在液體中的擴(kuò)散氣體A通過液體B的擴(kuò)散系數(shù)可用下式估算：二、氣體在液體中的擴(kuò)散氣體A通過液體B的擴(kuò)散系數(shù)可用下式估50

表2:某些物質(zhì)在水中的擴(kuò)散系數(shù)（20oC，稀溶液）表2:某些物質(zhì)在水中的擴(kuò)散系數(shù)（20oC，稀溶液）51

氣體在液體中的擴(kuò)散系數(shù)隨溶液濃度變化很大,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可以求得SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)為1.61×10-5cm2/s，μB≈0.01g/(cm·s)?？梢?，SO2在水中的擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。氣體在液體中的擴(kuò)散系數(shù)隨溶液濃度變化很大,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可以52第二節(jié)氣體吸收

氣體吸收是溶質(zhì)從氣相傳遞到液相的相質(zhì)間傳質(zhì)過程。第二節(jié)氣體吸收氣體吸收是溶質(zhì)從氣相傳遞到液相的相質(zhì)間傳53一、吸收機(jī)理吸收機(jī)理以雙膜理論為主?；菊擖c(diǎn)如下：1、氣液相接觸時(shí)存在一個(gè)相界面，在氣液相兩側(cè)各存在著一層穩(wěn)定的層流薄膜，分別稱為氣膜和液膜,這兩層膜內(nèi)仍呈層流。2、被吸收組分從氣相轉(zhuǎn)入液相的過程分為五步：靠湍流擴(kuò)散從氣相主體到氣膜表面；靠分子擴(kuò)散通過氣膜到達(dá)兩相界面；氣相溶入液相；分子擴(kuò)散通過液膜；湍流擴(kuò)散到液相主體。一、吸收機(jī)理吸收機(jī)理以雙膜理論為主?；菊擖c(diǎn)如下：543、被吸收組分在兩相主體中的擴(kuò)散阻力忽略不計(jì)。4、相界面處，被吸收組分在兩相間已達(dá)到平衡，即認(rèn)為相界面處沒有任何傳質(zhì)阻力。5、兩層膜的厚度均極薄，所以吸收過程可以看成是通過氣液膜的穩(wěn)定擴(kuò)散。因此，氣液兩相間的傳質(zhì)速率取決于通過氣膜和液膜的分子擴(kuò)散速率。3、被吸收組分在兩相主體中的擴(kuò)散阻力忽略不計(jì)。55第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件56雙膜模型氣相分傳質(zhì)速率液相分傳質(zhì)速率總傳質(zhì)速率方程雙膜模型57第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件58由公式可知，氣膜阻力和液膜阻力的大小取決于組分A的溶解度系數(shù)H。對(duì)于易溶氣體，H很大，即總阻力近似等于氣膜阻力，這種情況稱為氣膜控制。對(duì)難溶氣體，H很小，即總阻力近似等于液膜阻力，這種情況稱為液膜控制。對(duì)于中等溶解度的氣體，氣膜阻力和液膜阻力處于同等數(shù)量級(jí)，二者皆不能忽略。由公式可知，氣膜阻力和液膜阻力的大小取對(duì)難溶氣體，H很小，即59二、化學(xué)吸收與物理吸收物理吸收是氣體組份在吸收劑中的單純物理溶解過程。吸收速率決定于吸收質(zhì)在氣膜和液膜中的擴(kuò)散速度?；瘜W(xué)吸收是氣體組份在液相中與反應(yīng)組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低了液相中純吸收質(zhì)的含量，提高了吸收速率，使出塔氣體中吸收質(zhì)含量進(jìn)一步降低。吸收速率與擴(kuò)散速率和化學(xué)反應(yīng)速率有關(guān)。

如果化學(xué)反應(yīng)迅速，一直在氣液界面附近便把溶入的溶質(zhì)消耗掉，使溶質(zhì)在液膜內(nèi)的擴(kuò)散阻力大大降低，則變?yōu)闅饽た刂啤６?、化學(xué)吸收與物理吸收物理吸收是氣體組份在吸收劑中的單純物理60三、吸收設(shè)備1、對(duì)吸收設(shè)備的基本要求:(1)氣液之間有較大的接觸面積和一定的接觸時(shí)間;(2)氣液之間擾動(dòng)強(qiáng)烈,吸收阻力小,吸收效率高;(3)操作穩(wěn)定,并由適合的操作彈性;(4)氣流通過時(shí)的壓降小;(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作維修方便,造價(jià)低廉;(6)針對(duì)具體情況,要求具有防腐和防堵能力。三、吸收設(shè)備1、對(duì)吸收設(shè)備的基本要求:612、吸收設(shè)備的類型填料塔、板式塔、噴淋塔和文丘里吸收器。2、吸收設(shè)備的類型填料塔、板式塔、噴淋塔和文丘里吸收器。62噴淋塔填料塔噴淋塔填料塔63四、吸收的應(yīng)用

酸性氣體和堿性氣體的去除例如：含氟廢氣主要指含有HF和SiF4的廢氣。含氟氣體易溶于水溶液，所以一般采用濕法。

水吸收法低溫下，水吸收HF，可得到任意高濃度的氫氟酸。相同蒸氣壓下，溫度越高，溶液濃度越低；相同溫度下，蒸氣壓越高，溶液濃度越高。另外，SiF4也易溶于水，生成氟硅酸。在凈化過程中需要控制氟硅酸濃度，保持凈化效率。反應(yīng)速率由氣膜控制。選擇吸收器應(yīng)從實(shí)際情況考慮。四、吸收的應(yīng)用酸性氣體和堿性氣體的去除64第三節(jié)氣體吸附吸附：用多孔性固體處理流體混合物，使其中所含的一種或幾種組分濃集到固體表面而與其他組分分開的過程。吸附質(zhì)、吸附劑吸附過程能有效的捕集濃度很低的有害物質(zhì)。還能回收氣態(tài)污染物。研究表明，吸附只發(fā)生在吸附劑表面。根據(jù)吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生吸附作用的力的性質(zhì)分為物理吸附和化學(xué)吸附。第三節(jié)氣體吸附吸附：用多孔性固體處理流體混合物，65一、物理吸附和化學(xué)吸附1、物理吸附，也稱范德華吸附，是由于吸附劑與吸附質(zhì)分子之間靜電力或范德華力導(dǎo)致物理吸附引起的。低壓下，一般是單分子吸附，吸附質(zhì)的氣壓增大時(shí)，也會(huì)變成多分子層吸附。2、化學(xué)吸附，也稱活性吸附，是由于吸附劑表面與吸附質(zhì)分子間的化學(xué)反應(yīng)力導(dǎo)致化學(xué)吸附。有很強(qiáng)的選擇性，是不可逆過程，總是單分子層或單原子層吸附。二者沒有嚴(yán)格界限，同一物質(zhì)在較低溫度下可能發(fā)生物理吸附，在較高溫度下往往是化學(xué)吸附。一、物理吸附和化學(xué)吸附1、物理吸附，也稱范德華吸附，是由于吸66二、常用的工業(yè)吸附劑

常用的工業(yè)吸附劑:活性炭、活性氧化鋁、硅膠和沸石分子篩

工業(yè)吸附劑必須具備的條件:具有巨大的內(nèi)表面；對(duì)不同氣體具有選擇性的吸附作用；吸附容量大；具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性；來源廣泛，價(jià)格低廉。二、常用的工業(yè)吸附劑常用的工業(yè)吸附劑:67各種硅膠B型硅膠細(xì)孔硅膠藍(lán)色硅膠粗孔微球硅膠粗孔硅膠各種硅膠B型硅膠細(xì)藍(lán)色硅膠粗孔微球硅膠粗孔硅膠68

活性氧化鋁

活性氧化鋁

69分子篩分子篩70三、吸附速率

通常一個(gè)吸附過程有下列步驟組成：

外擴(kuò)散：吸附質(zhì)分子從氣相主體到吸附劑顆粒外表面的擴(kuò)散。

內(nèi)擴(kuò)散：吸附質(zhì)分子沿著吸附劑的孔道深入到吸附劑表面的擴(kuò)散。

吸附：已經(jīng)進(jìn)到微孔表面的吸附質(zhì)分子被固體所吸附。吸附速率由外擴(kuò)散速率、內(nèi)擴(kuò)散速率、吸附本身的速率決定。實(shí)驗(yàn)表明，在吸附劑內(nèi)部的擴(kuò)散阻力，一般可以不計(jì)。吸附速率可近似用外擴(kuò)散速率表示。三、吸附速率通常一個(gè)吸附過程有下列步驟組成：71第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件72四、吸附理論吸附平衡在一定溫度下，氣固兩相經(jīng)過充分接觸后，終將達(dá)到吸附平衡。此時(shí)，被吸附組分在固相中的濃度和與固相接觸的氣相中的濃度之間有一定的函數(shù)關(guān)系。1、弗羅德里希方程2、朗格謬爾等溫方程式3、BET方程吸附等溫線方程種類有多種，只能對(duì)具體情況具體分析。吸附等溫線的形狀與吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。即使統(tǒng)一化學(xué)組分的吸附劑，由于制造方法或條件不同，吸附劑的性能也會(huì)不同，因此必須針對(duì)具體情況進(jìn)行綜、合測(cè)定。四、吸附理論吸附平衡73五、吸附設(shè)備

設(shè)備分類：根據(jù)吸附劑在吸附器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為固定床、移動(dòng)床和流化床吸附器，其中以固定床吸附器應(yīng)用最廣。

固定床吸附器使用兩個(gè)以上的固定床組成一個(gè)半連續(xù)式吸附流程。受污染氣體連續(xù)通過床層，當(dāng)達(dá)到飽和時(shí)，就切換到另一個(gè)吸附器進(jìn)行吸附，達(dá)到飽和的吸附床則進(jìn)行再生、干燥和冷卻，以備重新使用。五、吸附設(shè)備設(shè)備分類：74第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件75第七章-氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)課件76六、吸附凈化氣體的應(yīng)用

低濃度二氧化硫的吸附凈化常用的吸附劑是活性炭,煙氣中含有足量的水蒸氣和氧，SO2氧化成SO3,SO3繼而由于水發(fā)生反應(yīng)生成稀硫酸。用金屬鹽浸漬吸附劑可以增加對(duì)二氧化硫的吸附率，它們的作用是催化氧化二氧化硫。吸附法脫硫的缺點(diǎn)：除了吸附容量有限外，吸附法必須在吸附器中采用比較低的氣流速度。另外，高活性的碳易于被氣體中的氧所氧化。覆蓋在炭表面的硫酸，減低了活性炭的吸附能力，需要用加熱或洗滌的方法脫附，回收這些硫酸，并使活性炭得以再生。六、吸附凈化氣體的應(yīng)用低濃度二氧化硫的吸附凈化772、含氟化氫廢氣的吸附凈化采用工業(yè)氧化鋁、氧化鈣、氫氧化鈣或碳酸鈣等作為吸附劑。對(duì)于鋁廠電解煙氣，采用的氧化鋁也是鋁電解的原料，吸附的氟化氫可以隨同氧化鋁進(jìn)入電解生產(chǎn)中，代替冰晶石，不存在吸附劑再生問題。在鋁電解煙氣的主要組分中，氟化氫的沸點(diǎn)最高，因此最容易被吸附。而且氟化氫有較大的極性和相當(dāng)大的偶極距，同時(shí)具有較高的表面活性，很容易被吸附。

2、含氟化氫廢氣的吸附凈化78氧化鋁對(duì)氟化氫的吸附主要是化學(xué)吸附。Al2O3+6HF——2AlF3+3H2O溫度較低時(shí)，有利于氟化氫吸附。該吸附過程的速度很快，氧化鋁與煙氣中的氟化氫接觸后，反應(yīng)幾乎在0.1s內(nèi)完成。氟化氫濃度提高時(shí)，反應(yīng)速度急劇增大。氧化鋁對(duì)氟化氫的吸附主要是化學(xué)吸附。79第四節(jié)氣體催化凈化一、催化劑1、催化劑：能改變化學(xué)反應(yīng)速度，而本身化學(xué)組成在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)?，F(xiàn)已研制了多種催化劑，成功的應(yīng)用于脫硫、脫硝、汽車尾氣凈化和惡臭物質(zhì)凈化等方面。2、組成：通常固體催化劑由主活性物質(zhì)、助催化劑和載體組成。主活性物質(zhì)能單獨(dú)對(duì)化學(xué)反應(yīng)起催化作用；助催化劑本身沒有催化性能，但能明顯提高主性物質(zhì)的催化性能。載體用以承載主活性物質(zhì)和助催化劑。第四節(jié)氣體催化凈化一、催化劑803、催化劑的性能活性、選擇性和穩(wěn)定性。3.1活性表示方法：工業(yè)上常用單位體積（或質(zhì)量）催化劑在一定反應(yīng)條件下，單位時(shí)間內(nèi)所得到的產(chǎn)品數(shù)量來表示。效能大小。3、催化劑的性能813.2催化劑的選擇性一種催化劑往往只對(duì)一種化學(xué)反應(yīng)起作用，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在動(dòng)力學(xué)上有幾個(gè)反應(yīng)方向時(shí)，一種催化劑在一定條件下只對(duì)其中的一個(gè)方向起加速作用，這種特性稱為催化劑的選擇性。選擇性的大小用B表示B=反應(yīng)所得的目的產(chǎn)物摩爾數(shù)/反應(yīng)了的反應(yīng)物的摩爾數(shù)選擇性與活性是有關(guān)聯(lián)而又相互獨(dú)立的。分別度量催化劑加速化學(xué)反應(yīng)速度的兩種不同結(jié)果，活性表示催化劑對(duì)提高產(chǎn)品產(chǎn)量的作用，選擇性表示催化劑對(duì)提高原料利用率的作用。3.2催化劑的選擇性82

3.3催化劑的穩(wěn)定性催化劑在化學(xué)反應(yīng)過程中保持活性的能力稱為催化劑的穩(wěn)定性。包括三個(gè)方面：熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和抗毒穩(wěn)定性。它們共同決定了催化劑在工業(yè)裝置中的使用期限。通常用壽命來表示催化劑的穩(wěn)定性。影響壽命的因素：催化劑老化和催化劑中毒。3.3催化劑的穩(wěn)定性83

老化：指催化劑在正常工作條件下逐漸失去活性的過程。工作溫度越高，老化速度越快。因此在活性度范圍內(nèi)選擇合適的反應(yīng)溫度有利于延長(zhǎng)催化劑的壽命。但過低的反應(yīng)溫度會(huì)降低反應(yīng)速度，使催化劑表面結(jié)焦，導(dǎo)致活性下降。老化：指催化劑在正常工作條件下逐漸失去84

催化劑中毒：指反應(yīng)物料中少量的雜質(zhì)使催化劑活性迅速下降的現(xiàn)象。暫時(shí)性中毒：通過水蒸氣可將毒物驅(qū)離催化劑表面，使催化劑活性恢復(fù)，稱為暫時(shí)性中毒。永久性中毒：有的毒物與活性組分很強(qiáng)，催化劑不能再生，稱為永久性中毒。在選擇和使用催化劑時(shí)要注意避免催化劑的中毒，查