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第七章 气态污染物控制技术,气态污染物净化的特点及其净化方法的分类 冷凝 燃烧 吸收法净化气态污染物 吸附 催化转化 气体生物净化 气态污染物控制新技术,通大學,第一节 气态污染物净化的特点及其净化方法的分类,物质转化,相态变化,净化,吸收法,吸附法,催化转化法,燃烧法,冷凝法,通大學,通大學,第二节 冷凝,冷凝:温度降低至露点以下,而使污染物由气相变成液相,凝结析出。 将蒸气从空气中冷却凝成液体,并将液体收集起来,加以利用。,通大學,第三节 燃烧,燃烧法是通过氧化作用,将废气中的可燃有害组分转化为无害,或易于处理和回收的物质的方法。,通大學,第四节 吸收法净化气态污染物,吸收:利用气体组分在液体中的溶解度不同而分离气体混合物的操作,化学吸收,物理吸收,吸收,通大學,一、吸收过程的基本原理,气液相平衡关系式 平衡吸收过程的传质速率等于解吸过程 溶解度 每100kg水中溶解气体的kg数 亨利定律 一定温度下,稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比,通大學,二、吸收速率,双膜模型(应用最广) 假定: 界面两侧存在气膜和液膜,膜内为层流, 传质阻力只在膜内 气膜和液膜外湍流流动,无浓度梯度, 即无扩散阻力 气液界面上,气液达溶解平衡 即:CAi=HpAi 膜内无物质积累,即达稳态,通大學,吸收速率方程,双膜理论模型,吸收传质速率的一般表达式为: 吸收速率吸收推动力吸收系数 吸收系数和吸收阻力互为倒数,通大學,气相分传质速率方程,气液两相传质过程示意图,通大學,液相分传质速率方程 总传质速率方程,通大學,吸收系数的不同形式,通大學,吸收系数传质阻力的倒数,通大學,总传质阻力等于气相传质阻力和液相传质阻力之和,通大學,提高吸收效果的措施 提高气液相对运动速度 选择溶解度大的吸收剂 增大供液量 增加接触面积,通大學,三、物理吸收传质计算,塔内气体的总量沿塔高不断变化 塔内液体的总量沿塔高不断变化 G是单位时间通过塔内任一截面单位面积的混合气体流量 L是单位时间通过塔内任一截面单位面积的吸收液流量 y是任一截面上混合气体中被吸收组分的摩尔分数 x是任一截面上吸收液中被吸收组分的摩尔分数 GB是单位时间通过塔内任一截面单位面积的惰性气体流量 LS是单位时间通过塔内任一截面单位面积的吸收剂流量 Y是混合气体中被吸收组分与惰性气体的摩尔比 X是吸收液中被吸收组分与吸收剂的摩尔比,通大學,根据物料平衡有: 单位时间吸收量 由于在连续操作中GB、LS、y1、x1都是恒定的,所以用摩尔分率表示较方便,1. 吸收操作线,通大學,根据吸收质的物料平衡有 由于吸收塔的任一截面上,气相中溶质的浓度均大于与液相平衡的气相溶质浓度,吸收操作线总是位于平衡线上方。 对于处理气体浓度较低的操作线可近似为,通大學,2.吸收剂用量与液气比,减少吸收剂用量时,操作线斜率变小,出塔吸收液浓度增大,当塔底操作点与平衡线相交时,吸收液达到理论最高浓度,此时对应的液气比为最小液气比,吸收塔的最小液气比,通大學,最小液气比,吸收塔的最小液气比,对于低浓度气体吸收可近似为,通大學,3. 填料层高度计算,填料层高度的计算涉及物料平衡、传质速率与相平衡三种关系,由物料平衡,通大學,填料层高度计算式,考虑气相有,考虑液相有:,结合传质速率,通大學,四、化学吸收传质计算,化学吸收的优点 溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉,溶剂容纳的溶质量增多 反应速度快液膜扩散阻力降低 填料表面的停滞层仍为有效湿表面,通大學,反应在什么位置进行取决于反应速率与扩散速率的相对大小,两分子反应中相界面附近液相内A与B的浓度分布,通大學,(c) A组分B组分 A过剩 反应后面后移至NB=bNA时固定 此时 CB=CA=0 CBCKP,(a) A组分=B组分 反应面固定在相界面上满足NB=bNA 此时CBi=CAi=0 CB=CKP,(b) ACKP,反应时:,通大學,A与B无化学反应。属物理吸收,用水吸收SO2或CO2可按物理吸收来处理,通大學,A与B进行缓慢反应。反应主要在液相中进行。 吸收速率主要由反应速率所控制,用Na2CO3溶液吸收CO2属于这种类型,通大學,A与B进行快速反应。反应完全在液膜内进行。 吸收速率由扩散速率和反应速率共同控制,用NaOH溶液吸收CO2属于这种类型,通大學,A与B为瞬时反应。反应速率愈大,反应面愈靠近气液界面。 吸收速率由A扩散到反应面的速率所控制,气膜控制,用NaOH溶液吸收HCl属于这种类型,通大學,吸收剂的选择,在选用吸收剂时,选择要点如下: 对气体之溶解性要大。气体溶质在吸收剂内之溶解度越大,则吸收率越大,同时亦可减少吸收剂之用量。 挥发性低。选择低挥发性之吸收剂,除可减少吸收剂损失量,并可减少二次污染。 化学安定性高。使用安定性较高之吸收剂,可减少在储存或吸收过程中变质之可能性;可能的话,应选择非可燃性溶剂,以减少危害性。 无毒性。基于操作安全之考虑,以及吸收液使用后之处理,选择吸收剂时宜注意其毒性问题。,通大學,吸收设备,通大學,第五节 吸附,吸附 用多孔固体吸附剂将气体(或液体)混合物中的组分浓集于固体表面 吸附质被吸附物质 吸附剂附着吸附质的物质 优点:效率高、可回收、设备简单 缺点:吸附容量小、设备体积大,通大學,一、吸附机理,通大學,通大學,同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附 若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时,发生化学吸附,通大學,等温吸附线:吸附达平衡时,吸附质在气、固两相中的浓度间有一定的函数关系,一般用等温吸附线表示。 目前已观测到5种类型的等温吸附线。 化学吸附只有I型,物理吸附IV型都有。 相应的等温吸附方程式如下:,通大學,通大學,吸附剂,吸附剂的性质 吸附剂需具备的特性 内表面积大 具有选择性吸附作用 高机械强度、化学和热稳定性 吸附容量大 来源广泛,造价低廉 良好的再生性能,通大學,常用吸附剂特性,通大學,气体吸附的影响因素,操作条件 低温有利于物理吸附;高温利于化学吸附 增大气相压力利于吸附 吸附剂性质 孔隙率、孔径、粒度等比表面积吸附效果 吸附质性质、浓度 临界直径吸附质不易渗入的最大直径 吸附质的分子量沸点、饱和性 吸附剂活性 单位吸附剂吸附的吸附质的量 静活性吸附达到饱和时的吸附量 动活性未达到平衡时的吸附量,通大學,吸附剂再生 加热再生 吸附作用强,再生温度高 降压或真空解吸 置换再生 脱附剂需要再脱附 溶剂萃取 活性炭吸附SO2,可用水脱附,通大學,吸附等温线,弗罗德里希(Freundlich)方程 朗格缪尔(Langmuir)方程,通大學,BET方程,通大學,吸附速率,吸附过程 外扩散(气流主体 外表面) 内扩散(外表面 内表面) 吸附 外扩散速率 内扩散速率 总吸附速率方程,通大學,第七节催化转化,含尘气体通过催化床层发生催化反应,使污染物转化为无害或易于处理的物质 应用 工业尾气和烟气去除SO2和NOx 有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化 汽车尾气的催化净化,通大學,催化作用 改变反应历程,降低活化能 提高反应速率 显著特征 对于正逆反应的影响相同,不改变化学平衡 选择性 加速化学反应,而本身的化学组成在反应前后保持不变的物质 组成 活性组分 助催化剂 载体,通大學,某混合气体中含有2%(体积)CO2,其余为空气。混合气体的温度为30,总压强为500kPa。从手册中查得30 时在水中的亨利系数E=1.88105kPa,试求溶解度系数H及相平衡常数m,并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少gCO2。 解:,通大學,通大學,例题,用水吸收空气混合物中的SO2。已知吸收条件下:kg=0.00025kmol/(m2sbar),kl=0.00015m/s,总压P=1.2105Pa。分别求传质系数kx和ky为多少? 解:根据书P244,表76,通大學,已知某低浓度气体溶质被吸收时,平衡关系服从亨利定律,气膜吸收系数kg=2.7410-7kmol/(m2skPa),液膜吸收系数kl=6.9410-5m/s,溶解度系数H1.5kmol/(m3kPa)。试求气相吸收总系数Kg,并分析该过程的控制因数。 解:,气膜阻力比液膜阻力大得多,所以为气膜控制,通大學,含有12%SO2的废气以200m3N/h的流量从填料塔底送入。在1atm下,用30水向下淋洗,要求洗涤后废气中SO2的去除率为90%,试问达到此要求所需最小喷液量为多少?下表为SO2在水中的溶解度,解:送入废气的摩尔流量为:,通大學,从溶解度表中得出,与12%呈平衡时的液相中SO2的摩尔分数x10.32%,X1=0.47% 同时 x2=0,X2=0,通大學,由操作线方程,通大學,作业,P272 1,通大學,
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