第05章 氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ).ppt

1、第七章 氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ),1. 吸收法 2. 吸附法 3. 催化法 4. 生物法,氣態(tài)污染物處理方法,第一節(jié) 吸收法基礎(chǔ),氣體吸收 吸收機(jī)理 氣液平衡 物理吸收 化學(xué)吸收,氣體吸收,吸收機(jī)理 雙膜模型（應(yīng)用最廣）,假定: 界面兩側(cè)存在氣膜和液膜,膜內(nèi)為層流, 傳質(zhì)阻力只在膜內(nèi) 氣膜和液膜外湍流流動(dòng),無濃度梯度, 即無擴(kuò)散阻力 氣液界面上,氣液達(dá)溶解平衡 即:CAi=HPAi 膜內(nèi)無物質(zhì)積累,即達(dá)穩(wěn)態(tài).,雙膜理論,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,xAL,氣液平衡,平衡吸收過程的傳質(zhì)速率等于解吸過程 溶解度 每100kg水中溶解氣體的kg數(shù),氣液平衡,常見氣體的平衡

2、溶解度,亨利定律,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 參數(shù)換算,吸收系數(shù),吸收系數(shù)的不同形式,傳質(zhì)阻力,傳質(zhì)阻力吸收系數(shù)的倒數(shù),傳質(zhì)過程,吸收系數(shù)的影響因素 吸收質(zhì)與吸收劑 設(shè)備、填料類型 流動(dòng)狀況、操作條件 吸收系數(shù)的獲取 實(shí)驗(yàn)測定；經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)計(jì)算,有利于傳質(zhì)的因素,吸收系數(shù)越大越好 溫度下降，流速增大，傳質(zhì)系數(shù)增大 接觸時(shí)間越長越好 t取決于塔的尺寸，流速 傳質(zhì)推動(dòng)力越大越好,化學(xué)吸收,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,化學(xué)吸收,兩分子反應(yīng)中相界面附近液相內(nèi)

3、A與B的濃度分布,化學(xué)吸收的氣液平衡,平衡濃度計(jì)算,1.吸收質(zhì)與溶劑作用（如水吸收氨）,2.吸收后發(fā)生解離（如水吸收SO2和CO2）,化學(xué)吸收速率,吸收速率 物理吸收時(shí) 化學(xué)吸收時(shí),K1未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)的液相傳質(zhì)分系數(shù) 由于化學(xué)反應(yīng)使吸收速率增強(qiáng)的系數(shù),相當(dāng)于選取相同的推動(dòng)力C, 選用不同的傳質(zhì)系數(shù)引入增強(qiáng)系數(shù),吸收法適用范圍,處理氣體量大 污染物質(zhì)濃度低 吸收速度快，吸收效率高 多采用化學(xué)吸收,吸收設(shè)備,吸收設(shè)備,噴淋塔,吸收設(shè)備,吸收設(shè)備,填料塔,填料塔,第二節(jié) 吸附法基礎(chǔ),氣體吸附 吸附劑 吸附機(jī)理 吸附工藝與設(shè)備計(jì)算,氣體吸附,吸附 用多孔固體吸附劑將氣體（或液體）混合物中的組分濃集于

4、固體表面 吸附質(zhì)被吸附物質(zhì) 吸附劑附著吸附質(zhì)的物質(zhì) 優(yōu)點(diǎn)：效率高、可回收、設(shè)備簡單 缺點(diǎn)：吸附容量小、設(shè)備體積大,物理吸附和化學(xué)吸附,物理吸附和化學(xué)吸附,同一污染物可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附 若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時(shí)，發(fā)生化學(xué)吸附,吸附劑,吸附劑需具備的特性 內(nèi)表面積大 具有選擇性吸附作用 高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性 吸附容量大 來源廣泛，造價(jià)低廉 良好的再生性能,常用吸附劑特性,氣體吸附的影響因素,操作條件 低溫有利于物理吸附；高溫利于化學(xué)吸附 增大氣相壓力利于吸附,吸附劑性質(zhì) 比表面積（孔隙率、孔徑、粒度等）,氣體吸附的影響因素,吸附質(zhì)性質(zhì)、濃度 臨界直徑吸附質(zhì)不易滲入的最

5、大直徑 吸附質(zhì)的分子量、沸點(diǎn)、飽和性 吸附劑活性 單位吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量 靜活性吸附達(dá)到飽和時(shí)的吸附量 動(dòng)活性未達(dá)到平衡時(shí)的吸附量,氣體吸附的影響因素,吸附劑再生,溶劑萃取 活性炭吸附SO2，可用水脫附,置換再生 脫附劑需要再脫附,降壓或真空解吸,吸附平衡,當(dāng)吸附速度脫附速度時(shí)，吸附平衡，此時(shí)吸附量達(dá)到極限值 極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響 吸附等溫線,NH3在活性炭上的吸附等溫線,吸附等溫線,m單位吸附劑的吸附量 P吸附質(zhì)在氣相中的平衡分壓 K,n經(jīng)驗(yàn)常數(shù), 實(shí)驗(yàn)確定,吸附方程式,弗羅德里希（Freundlich）方程（I型等溫線中壓部分） lgm對(duì)lgP作圖為直線,吸附方程式,朗格繆

6、爾（Langmuir）方程（I型等溫線）,吸附速率,吸附過程,吸附,吸附速率,外擴(kuò)散速率 內(nèi)擴(kuò)散速率 總吸附速率方程,吸附工藝,固定床,吸附工藝,移動(dòng)床,吸附工藝,流化床,第三節(jié) 催化法,氣體催化凈化 催化作用和催化劑 氣固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 氣固相催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì),氣體催化凈化,含塵氣體通過催化床層發(fā)生催化反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化為無害或易于處理的物質(zhì) 應(yīng)用 工業(yè)尾氣和煙氣去除SO2和NOx 有機(jī)揮發(fā)性氣體VOCs和臭氣的催化燃燒凈化 汽車尾氣的催化凈化,催化凈化工藝,氣體催化凈化,催化作用 改變反應(yīng)歷程，降低活化能 提高反應(yīng)速率 （阿累尼烏斯方程）,顯著特征 對(duì)于正逆反應(yīng)的影響相同，不改變化學(xué)平衡

7、選擇性,催化劑,加速化學(xué)反應(yīng)，而本身的化學(xué)組成在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì) 組成 活性組分 助催化劑 載體,催化劑的性能,活性,W產(chǎn)品質(zhì)量 WR催化劑質(zhì)量 t反應(yīng)時(shí)間,催化劑的性能,穩(wěn)定性 熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性 表示方法：壽命 老化 活性組分的流失、燒結(jié)、積炭結(jié)焦、機(jī)械粉碎等 中毒 對(duì)大多數(shù)催化劑，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb,氣固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué),反應(yīng)過程 (1)反應(yīng)物從氣流主體-催化劑外表面 (2) 進(jìn)一步向催化劑的微孔內(nèi)擴(kuò)散 (3)反應(yīng)物在催化劑的表面上被吸附 (4)吸附的反應(yīng)物轉(zhuǎn)為為生成物 (5)生成物從催化劑表面脫附下來 (6)脫附生成物從微孔向外表面擴(kuò)散 (7)

8、生成物從外表面擴(kuò)散到氣流主體 (1),(7)：外擴(kuò)散；(2),(6)內(nèi)擴(kuò)散 (3),(4),(5)：動(dòng)力學(xué)過程,催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程,表面化學(xué)反應(yīng)速率 對(duì)于催化床,NA反應(yīng)物A的流量，kmol/h NA0反應(yīng)物A的初始流量，kmol/h VR反應(yīng)氣體體積，m3 x轉(zhuǎn)化率 L反應(yīng)床長度，m A反應(yīng)床截面積，m2 Q反應(yīng)氣體流量，m3 t接觸時(shí)間，h cA0反應(yīng)物的初始濃度,kmol/m3,催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程,催化劑有效系數(shù) 反應(yīng)催化劑微孔內(nèi)濃度分布對(duì)反應(yīng)速率的影響,在內(nèi)擴(kuò)散的影響下 催化劑微孔內(nèi)表面上反應(yīng)物很低，沿微孔方向降至平衡濃度 催化劑內(nèi)表面積并未充分利用 值較小,催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程,催化劑

9、有效系數(shù) 一級(jí)不可逆反應(yīng),內(nèi)外擴(kuò)散的影響,外擴(kuò)散控制 降低催化劑表面反應(yīng)物濃度，從而降低反應(yīng)速度 表現(xiàn)因數(shù)：KG 消除方法 提高氣速，以增強(qiáng)湍流程度，減小邊界層厚度 氣速提高到一定程度，轉(zhuǎn)化率趨于定值，外擴(kuò)散影響消除下限流速,內(nèi)外擴(kuò)散的影響,內(nèi)擴(kuò)散控制 降低催化劑內(nèi)反應(yīng)物濃度，從而降低反應(yīng)速度 表現(xiàn)因數(shù)： 消除方法 盡量減小催化劑顆粒大小 粒徑減小到一定程度，轉(zhuǎn)化率趨于定值，內(nèi)擴(kuò)散影響消除,固定床反應(yīng)器,最主要的氣固相催化反應(yīng)器 優(yōu)點(diǎn): 流體接近于平推流，返混小，反應(yīng)速度較快 固定床中催化劑不易磨損，可長期使用 停留時(shí)間可嚴(yán)格控制，溫度分布可適當(dāng)調(diào)節(jié)，高選擇性和轉(zhuǎn)化率 缺點(diǎn): 傳熱差(熱效應(yīng)大的反應(yīng)，傳熱和溫控是難點(diǎn)) 催化劑更換需停產(chǎn)進(jìn)行,固定床反應(yīng)器,單層絕熱反應(yīng)器 結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，氣流阻力小 內(nèi)部溫度分布不均 用于化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)小的場合,固定床反應(yīng)器,多段絕熱反應(yīng)器 相鄰兩段之間引入