环境工程学(王玉恒)第7-8章.ppt

大气污染控制工程大气污染控制工程环境工程学环境工程学第七章第七章气态污染物控制气态污染物控制吸收净化吸收净化吸附净化吸附净化催化转化催化转化燃烧转化燃烧转化冷凝法冷凝法生物净化生物净化气态污染物的其他净化方法气态污染物的其他净化方法利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度不同，或者与吸收剂发利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来特点特点捕集效率高、设备简单、一次性投资低捕集效率高、设备简单、一次性投资低应用应用广泛地应用于气态污染物的处理如广泛地应用于气态污染物的处理如SO2、H2S、HF、HCl和和NOx等等污染物的废气，都可以采用吸收净化污染物的废气，都可以采用吸收净化第一节第一节吸收净化吸收净化一一. . 吸收平衡吸收平衡亨利定律：反应气液相的平衡亨利定律：反应气液相的平衡Pi*:i组分在气相中的分压组分在气相中的分压Xi:i组分在液相中的摩尔分数组分在液相中的摩尔分数Ei:亨利系数亨利系数亨利定律可写为：亨利定律可写为：Hi:i组分在溶液中的溶解度系数组分在溶液中的溶解度系数。

二二. . 吸收速率方程吸收速率方程基本理论：双膜理论基本理论：双膜理论界面分为气膜和液膜界面分为气膜和液膜气膜气膜液膜液膜液相主体液相主体CAL气相主体气相主体PAGCAiPAiZGZL界面传质速率方程符合费克定律界面传质速率方程符合费克定律q 吸收剂的选择吸收剂的选择对吸收剂的要求（选择原则）对吸收剂的要求（选择原则）吸收剂对混合气体中被吸收组分具有良好的选择性和较大的吸收能吸收剂对混合气体中被吸收组分具有良好的选择性和较大的吸收能力；力；吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收剂损失，避免造成新的污染；吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收剂损失，避免造成新的污染；沸点高、融点低、粘度低，不易起泡沸点高、融点低、粘度低，不易起泡；化学性能稳定，腐蚀性小、无毒性、难燃烧；化学性能稳定，腐蚀性小、无毒性、难燃烧；价廉易得；价廉易得；易于解吸再生或综合利用易于解吸再生或综合利用；吸收剂选择实例吸收剂选择实例污染物污染物适宜的吸收剂适宜的吸收剂污染物污染物适宜的吸收剂适宜的吸收剂氯化氢氯化氢氟化氢氟化氢二氧化硫二氧化硫氧化氢氧化物氧化氢氧化物硫化氢硫化氢水、氢氧化物水、氢氧化物水、碳酸钠水、碳酸钠氢氢氧氧化化钠钠、亚亚硫硫酸酸钠钠、氢氢氧氧化化钙钙氢氧化钠、硝酸氢氧化钠、硝酸+亚硫酸钠亚硫酸钠二乙醇胺、氨水、碳酸钠二乙醇胺、氨水、碳酸钠氯气氯气氨氨苯酚苯酚有机酸有机酸硫酸硫酸氢氢氧氧化化钠钠、亚亚硫硫酸酸钠钠水、硫酸、硝酸水、硫酸、硝酸氢氧化钠氢氧化钠氢氧化钠氢氧化钠次氯酸钠次氯酸钠q吸收设备及其计算吸收设备及其计算吸收设备的分类吸收设备的分类按吸收表面形成方式分类按吸收表面形成方式分类表面吸收器表面吸收器两相接触表面是静止液面或流动的液膜表面两相接触表面是静止液面或流动的液膜表面水平液面的表面吸收器水平液面的表面吸收器液膜吸收器液膜吸收器机械膜式吸收器机械膜式吸收器填料吸收器填料吸收器鼓泡式吸收器鼓泡式吸收器气体以气泡形式分散于液体吸收剂中气体以气泡形式分散于液体吸收剂中连续鼓泡层吸收器连续鼓泡层吸收器板式吸收器板式吸收器活动（浮动）填料吸收器活动（浮动）填料吸收器液体机械搅拌吸收器液体机械搅拌吸收器喷洒式吸收器喷洒式吸收器空心（喷嘴式）喷洒吸收器空心（喷嘴式）喷洒吸收器高气速并流喷洒吸收器高气速并流喷洒吸收器机械喷洒吸收器机械喷洒吸收器液体以液滴形式分散于气体中液体以液滴形式分散于气体中按气液两相界面形成原理分类按气液两相界面形成原理分类具有固定相界面的吸收设备具有固定相界面的吸收设备在气液两相流动过程中形成相界面的吸收设备在气液两相流动过程中形成相界面的吸收设备有外部能量引入的吸收设备有外部能量引入的吸收设备按汽液分散形式分类按汽液分散形式分类气相分散、液相连续气相分散、液相连续液相分散、气相连续液相分散、气相连续气相与液相同为分散相气相与液相同为分散相板式塔板式塔喷淋塔、填料塔喷淋塔、填料塔文丘里吸收塔文丘里吸收塔 按汽液接触方式分类按汽液接触方式分类连续接触式连续接触式间断接触式间断接触式填料塔、喷淋塔、湍球塔填料塔、喷淋塔、湍球塔板式塔板式塔常用吸收塔介绍常用吸收塔介绍填料塔填料塔要求气液有效接触面积大，气液湍动程度高，设备压力损失小，结要求气液有效接触面积大，气液湍动程度高，设备压力损失小，结构简单，易操作维修，投资少，操作费用低等。

构简单，易操作维修，投资少，操作费用低等结构简单、结构简单、便于用耐腐蚀材料制造便于用耐腐蚀材料制造，气液接触效果好，压降小气液接触效果好，压降小当烟气中含有悬浮颗粒时，填料容易堵塞，清理检修时填料损耗当烟气中含有悬浮颗粒时，填料容易堵塞，清理检修时填料损耗大湍球塔湍球塔气体流速高，处理能力大；设备体积小，吸收效率高气体流速高，处理能力大；设备体积小，吸收效率高随小球的随小球的运动，有一定程度的返混；段数多时阻力较高；塑料小球不能承运动，有一定程度的返混；段数多时阻力较高；塑料小球不能承受高温，使用寿命短，需经常更换受高温，使用寿命短，需经常更换筛板塔筛板塔处理能力大，压降小，在一定的负荷范围内容易操作，塔板效率处理能力大，压降小，在一定的负荷范围内容易操作，塔板效率高及制作安装简单，金属耗量省，造价低高及制作安装简单，金属耗量省，造价低必须维持恒定的操作条件，负荷范围比较窄；小孔径筛孔容易堵必须维持恒定的操作条件，负荷范围比较窄；小孔径筛孔容易堵塞筛筛板板塔塔填料吸收塔的设计填料吸收塔的设计塔径的计算塔径的计算处理气量：处理气量：根据实际的工业过程而根据实际的工业过程而定定空塔速度：空塔速度：一般由填料一般由填料塔的塔的液泛速率液泛速率Vt 确定，确定，通常取通常取V0Vt。

填料塔高度的计算填料塔高度的计算由过程吸收速率由过程吸收速率NA和对吸收效率的要求来确定和对吸收效率的要求来确定填料吸收塔的压力降填料吸收塔的压力降单位填充层内填料的表面单位填充层内填料的表面积积液泛液泛塔内气相靠压差自下而上逐板流动，液相靠重力自上而下通过降液管而逐板塔内气相靠压差自下而上逐板流动，液相靠重力自上而下通过降液管而逐板流动显然，液体是由低压空间流至高压空间，因此，降液管中的液流必须有足流动显然，液体是由低压空间流至高压空间，因此，降液管中的液流必须有足够高度，以克服两板间的压降而流动够高度，以克服两板间的压降而流动当液体流经降液管时，降液管对液流有各种局部阻力，液流量大则阻力也增当液体流经降液管时，降液管对液流有各种局部阻力，液流量大则阻力也增大，降液管内液面也随之升高故气液相流量增加都能使降液管内液面升高当大，降液管内液面也随之升高故气液相流量增加都能使降液管内液面升高当管内液体增加到越过溢流堰顶部时，漫到上层板中去；该层塔板产生积液，并依管内液体增加到越过溢流堰顶部时，漫到上层板中去；该层塔板产生积液，并依次上升，这种现象称为液泛，亦称次上升，这种现象称为液泛，亦称淹塔淹塔。

此时，塔板压降上升，全塔操作被破坏，此时，塔板压降上升，全塔操作被破坏，操作时应避免液泛发生操作时应避免液泛发生使气体混合物与适当的多孔性固体接触，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化使气体混合物与适当的多孔性固体接触，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸附在固体表面上学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸附在固体表面上特点特点效率高，能回收有用组分，设备简单，操作方便，易于实现自动控制效率高，能回收有用组分，设备简单，操作方便，易于实现自动控制但是吸但是吸附容量不高附容量不高应用应用广泛地应用于化工、冶金、石油、食品、轻工及高纯气体的制备等工业部门广泛地应用于化工、冶金、石油、食品、轻工及高纯气体的制备等工业部门第二节第二节吸附净化吸附净化特别是用于其它方法难于分离的低浓度有害物质和排放标准要求严格的废气处理上特别是用于其它方法难于分离的低浓度有害物质和排放标准要求严格的废气处理上效果更好效果更好q吸附过程吸附过程物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附靠分子间的范德华引力产生靠分子间的范德华引力产生靠吸附剂与吸附质之间的化学键靠吸附剂与吸附质之间的化学键力产生力产生单分子层吸附或多层吸单分子层吸附或多层吸附附只能单层吸附只能单层吸附吸附剂及其再生吸附剂及其再生气体净化吸附剂应满足的要求气体净化吸附剂应满足的要求工业上常用的吸附剂工业上常用的吸附剂活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛等。

活性炭、活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛等具有大的比表面积具有大的比表面积具有良好的选择性吸附作用具有良好的选择性吸附作用吸附容量大吸附容量大具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸有足够的热稳定性和化学稳定性有足够的热稳定性和化学稳定性合乎工业要求的吸附剂应满足要求：合乎工业要求的吸附剂应满足要求：有良好的再生性能有良好的再生性能来源广泛、价格低廉来源广泛、价格低廉 纯物理吸附纯物理吸附 存在化学反应存在化学反应将吸附热将吸附热Q Q重新转给吸附剂重新转给吸附剂活化能（解吸附能活化能（解吸附能E Ed d+ +反应热反应热Q Qc c）常用的再生方法常用的再生方法加热解吸再生加热解吸再生降压或真空解吸降压或真空解吸置换再生置换再生吸附剂的再生吸附剂的再生溶剂萃取溶剂萃取选择合适的溶剂，使吸附质在该溶剂中的溶解性选择合适的溶剂，使吸附质在该溶剂中的溶解性能远大于吸附剂对吸附质的吸附作用，从而将吸能远大于吸附剂对吸附质的吸附作用，从而将吸附物溶解下来附物溶解下来q吸附装置吸附装置固定床、流动床、沸腾床固定床、流动床、沸腾床在空气污染控制中最常用的是将在空气污染控制中最常用的是将两个以上的固定床组成一个两个以上的固定床组成一个半连续式吸附流半连续式吸附流程程。

回转床吸附器回转床吸附器流化床吸附器流化床吸附器固定床吸附器固定床吸附器q 吸附平衡与吸附速率吸附平衡与吸附速率吸附平衡吸附平衡平衡吸附量平衡吸附量吸附等温线吸附等温线等温吸附方程等温吸附方程弗伦德利希方程弗伦德利希方程朗格缪尔方程朗格缪尔方程BET方程方程型型等温线等温线型型等温线等温线型型、型型等温线等温线常用于低浓度气体，对高浓度气体常用于低浓度气体，对高浓度气体有较大偏差有较大偏差是目前常用的基本等温吸附式是目前常用的基本等温吸附式当比压当比压P/PP/P0 0=0.05-0.35=0.05-0.35时比较准确时比较准确 吸附速率吸附速率吸附过程吸附过程外扩散外扩散内扩散内扩散吸附吸附总吸附速率是这几个步骤综合的结果总吸附速率是这几个步骤综合的结果吸附速率方程吸附速率方程外扩散阻力起主要作用外扩散阻力起主要作用内扩散阻力起主要作用内扩散阻力起主要作用总吸附速率方程总吸附速率方程使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应，转化为无害物质或易于处理和回收利使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应，转化为无害物质或易于处理和回收利用的物质用的物质特点特点避免了其它方法可能产生的二次污染，又使操作过程得到简化。

对于不同浓度的污避免了其它方法可能产生的二次污染，又使操作过程得到简化对于不同浓度的污染物都具有很高的转化率染物都具有很高的转化率应用应用碳氢化合物转化为二氧化碳和水，氮氧化物转化成氮，二氧化硫转化成三氧化硫而碳氢化合物转化为二氧化碳和水，氮氧化物转化成氮，二氧化硫转化成三氧化硫而加以回收利用，有机废气和臭气的催化燃烧，以及汽车尾气的催化净化等加以回收利用，有机废气和臭气的催化燃烧，以及汽车尾气的催化净化等第三节第三节催化转化催化转化与其它净化方法的区别：与其它净化方法的区别：无需使污染物与主气流分离无需使污染物与主气流分离缺点缺点催化剂价格较高，废气预热要消。