气态污染物控制技术基础精选PPT.ppt

气态污染物控制技术基础气态污染物控制技术基础第1页，此课件共46页哦l气体在气相中的扩散气体在气相中的扩散Gilliland 方程方程第一节第一节 气体扩散气体扩散第2页，此课件共46页哦Stephan过程过程第3页，此课件共46页哦l气体在液相中的扩散气体在液相中的扩散估算方程扩散系数随溶液浓度变化很大上式只适用于稀溶液第4页，此课件共46页哦第二节第二节 气体吸收气体吸收一、吸收机理一、吸收机理 1.双膜理论模型（应用最广）双膜理论模型（应用最广）l假定假定:界面两侧存在气膜和液膜界面两侧存在气膜和液膜,膜内为膜内为层流层流,传质阻力只在膜内传质阻力只在膜内气膜和液膜外湍流流动气膜和液膜外湍流流动,无浓度梯度无浓度梯度,即无扩散阻力即无扩散阻力气液界面上气液界面上,气液达溶解平衡气液达溶解平衡 即即:CAi=HPAi膜内无物质积累膜内无物质积累,即达稳态即达稳态.第5页，此课件共46页哦双膜理论双膜理论l双膜理论模型双膜理论模型气相分传质速率液相分传质速率总传质速率方程xAL第6页，此课件共46页哦气液平衡气液平衡l平衡平衡吸收过程的传质速率等于解吸过程吸收过程的传质速率等于解吸过程l溶解度溶解度每100kg水中溶解气体的kg数第7页，此课件共46页哦气液平衡气液平衡l常见气体的平衡溶解度常见气体的平衡溶解度第8页，此课件共46页哦亨利定律亨利定律l亨利定律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l参数换算参数换算第9页，此课件共46页哦吸收系数吸收系数吸收系数的不同形式第10页，此课件共46页哦传质阻力传质阻力传质阻力吸收系数的倒数第11页，此课件共46页哦常用吸收系数经验式常用吸收系数经验式第12页，此课件共46页哦化学吸收化学吸收l化学吸收的优点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液膜扩散阻力降低填料表面的停滞层仍为有效湿表面第13页，此课件共46页哦化学吸收化学吸收两分子反应中相界面附近液相内两分子反应中相界面附近液相内A与与B的浓度分布的浓度分布第14页，此课件共46页哦化学吸收的气液平衡化学吸收的气液平衡平衡浓度计算平衡浓度计算第15页，此课件共46页哦化学吸收速率化学吸收速率l吸收速率吸收速率物理吸收时化学吸收时K K1 1未发生化学反应时的液相传质分系数未发生化学反应时的液相传质分系数未发生化学反应时的液相传质分系数未发生化学反应时的液相传质分系数 由于化学反应使吸收速率增强的系数由于化学反应使吸收速率增强的系数由于化学反应使吸收速率增强的系数由于化学反应使吸收速率增强的系数 相当于选取相同的推动力C,选用不同的传质系数引入增强系数第16页，此课件共46页哦第三节第三节 气体吸附气体吸附l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l优点：效率高、可回收、设备简单优点：效率高、可回收、设备简单l缺点：吸附容量小、设备体积大缺点：吸附容量小、设备体积大第17页，此课件共46页哦吸附机理吸附机理第18页，此课件共46页哦物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附物理吸附化学吸附1.吸附力范德华力；2.不发生化学反应；3.过程快，瞬间达到平衡；4.放热反应；5.吸附可逆；1.吸附力化学键力；2.发生化学反应；3.过程慢；4.升高温度有助于提高速率；5.吸附不可逆；第19页，此课件共46页哦吸附剂吸附剂l吸附剂需具备的特性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第20页，此课件共46页哦常用吸附剂特性常用吸附剂特性吸附剂类型吸附剂类型活性炭活性炭活性氧化活性氧化铝铝硅胶硅胶沸石分子筛沸石分子筛4A5A13x堆堆 积积 密密 度度 /kg/kgm m-3-32006007501000800800800800热热容容/kJ(kgK)-1 10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操操作作温温度度上上限限/K423773673873873873平均孔径平均孔径/15251848224513再再 生生 温温 度度 /K373413473523393423473573473573473573比比表表面面积积 /g-16001600210360600第21页，此课件共46页哦气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素l操作条件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l 吸附剂性质吸附剂性质比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）第22页，此课件共46页哦气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素l吸附质性质、浓度吸附质性质、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l吸附剂活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第23页，此课件共46页哦气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素l吸附剂再生吸附剂再生 溶剂萃取l活性炭吸附活性炭吸附SO2，可用水脱附，可用水脱附 置换再生l脱附剂需要再脱附脱附剂需要再脱附 降压或真空解吸l 吸附作用吸附作用 ，再生温度，再生温度 加热再生第24页，此课件共46页哦吸附平衡吸附平衡l当当吸附速度脱附速度吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值极限值l极限吸附量受气体压力和温度的影响极限吸附量受气体压力和温度的影响l吸附等温线吸附等温线 NH3在活性炭上的吸附等温线在活性炭上的吸附等温线第25页，此课件共46页哦吸附等温线吸附等温线第26页，此课件共46页哦m单位吸附剂的吸附量单位吸附剂的吸附量P吸附质在气相中的平衡分压吸附质在气相中的平衡分压K,n经验常数经验常数,实验确定实验确定吸附方程式吸附方程式l弗罗德里希（弗罗德里希（Freundlich）方程（）方程（I型等温线中压部分）型等温线中压部分）lgm对lgP作图为直线第27页，此课件共46页哦吸附方程式吸附方程式l朗格缪尔（朗格缪尔（Langmuir）方程（）方程（I型等温线）型等温线）第28页，此课件共46页哦吸附方程式吸附方程式lBET方程（方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附）型等温线，多分子层吸附）第29页，此课件共46页哦吸附速率吸附速率l吸附过程吸附过程 吸附 外扩散（气流主体 外表面）内扩散（外表面 内表面）第30页，此课件共46页哦吸附速率吸附速率l外扩散速率外扩散速率l内扩散速率内扩散速率l总吸附速率方程总吸附速率方程第31页，此课件共46页哦吸附工艺吸附工艺l固定床固定床第32页，此课件共46页哦吸附工艺吸附工艺l移动床移动床第33页，此课件共46页哦吸附工艺吸附工艺l流化床流化床第34页，此课件共46页哦第四节第四节 气体催化净化气体催化净化l含尘气体通过催化床层发生催化反应，使污染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物转化为无害或易于处理的物质l应用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第35页，此课件共46页哦催化净化工艺催化净化工艺催化剂：Pt(Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等VOCs的催化氧化第36页，此课件共46页哦催化净化工艺催化净化工艺NOxNH3 filter Combustor MixerReactorNOx的选择性催化还原（的选择性催化还原（SCR）第37页，此课件共46页哦催化净化工艺催化净化工艺l车用催化转化器车用催化转化器第38页，此课件共46页哦气体催化净化气体催化净化l催化作用催化作用改变反应历程，降低活化能提高反应速率 （阿累尼乌斯方程）l 显著特征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第39页，此课件共46页哦催化剂催化剂l加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后保持不变的物质保持不变的物质l组成组成活性组分 助催化剂 载体第40页，此课件共46页哦催化剂的性能催化剂的性能l活性活性WW产品质量产品质量产品质量产品质量WWR R催化剂质量催化剂质量催化剂质量催化剂质量t t反应时间反应时间反应时间反应时间第41页，此课件共46页哦催化剂的性能催化剂的性能l稳定性稳定性热稳定性、机械稳定性和化学稳定性表示方法：寿命老化l活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等中毒l对大多数催化剂，毒物：对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb第42页，此课件共46页哦气固催化反应动力学气固催化反应动力学l反应过程反应过程(1)反应物从气流主体-催化剂外表面(2)进一步向催化剂的微孔内扩散(3)反应物在催化剂的表面上被吸附(4)吸附的反应物转为为生成物(5)生成物从催化剂表面脱附下来(6)脱附生成物从微孔向外表面扩散(7)生成物从外表面扩散到气流主体(1),(7)：外扩散；：外扩散；(2),(6)内扩散内扩散(3),(4),(5)：动力学过程：动力学过程主气流微孔固相催化剂粒子示意图第43页，此课件共46页哦催化剂反应动力学催化剂反应动力学l催化剂中的催化剂中的浓度分布浓度分布第44页，此课件共46页哦内外扩散的影响内外扩散的影响l外扩散控制外扩散控制降低催化剂表面反应物浓度，从而降低反应速度表现因数：KG消除方法l提高气速，以增强湍流程度，减小边界层厚度提高气速，以增强湍流程度，减小边界层厚度l气速提高到一定程度，转化率趋于定值，外扩散影气速提高到一定程度，转化率趋于定值，外扩散影响消除下限流速响消除下限流速第45页，此课件共46页哦内外扩散的影响内外扩散的影响l内扩散控制内扩散控制降低催化剂内反应物浓度，从而降低反应速度表现因数：消除方法l尽量减小催化剂颗粒大小尽量减小催化剂颗粒大小l粒径减小到一定程度，转化率趋于定值，内扩散影粒径减小到一定程度，转化率趋于定值，内扩散影响消除响消除第46页，此课件共46页哦