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1、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
2、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
3、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
4、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，
5、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
6、,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
7、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
8、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、
9、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（Freundli
10、ch）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
11、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/(m2skP
12、a)，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,
