沈阳农业大学土地与环境学院大气污染控制工程课件第六章学习教案.pptx

会计学1沈阳农业大学土地与环境沈阳农业大学土地与环境(hunjng)学院学院大气污染控制工程课件大气污染控制工程课件 第六章第六章第一页，共94页。n n物理吸收：物理吸收：n n 较简单，可看成是单纯的物理溶解过程较简单，可看成是单纯的物理溶解过程(guchng)(guchng)。n n 吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度；吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度；n n 吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度。吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度。n n化学吸收：化学吸收：n n 吸收过程吸收过程(guchng)(guchng)中组分与吸收剂发生化学反应。中组分与吸收剂发生化学反应。n n 吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件；吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件；n n 吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。第1页/共94页第二页，共94页。（二）吸收（二）吸收(xshu)(xshu)过程的气液平衡过程的气液平衡l1.吸收过程：混合气体中（气相中）的吸收质向吸收剂中进行质量(zhling)传递。（气液）l2.解吸过程：液相中吸收质向气相逸出的质量(zhling)传递过程。l（液气）l3.相平衡：在一定的温度、压力条件下，l吸收的传质数率=解吸的传质数率l气液两相达到动态平衡，简称相平衡。l4.平衡分压：气相中的吸收质组分的分压。l5.溶解度：液相吸收剂所溶解吸收质组分的浓度。l（每100kg水中溶解气体的kg数）第2页/共94页第三页，共94页。常见气体(qt)的平衡溶解度特点：不同性质的气体在同温、同压下的溶解度不同多数气体的溶解度随温度升高而下降当温度一定时溶解度随吸收(xshu)质分压的升高而增大第3页/共94页第四页，共94页。n n亨利定律（物理吸收(xshu)）n n 1.总压力小于5105Pa时，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P*=Ex P*溶质组分在气相中的平衡分压,Pax溶质组分在液相中的摩尔分数n质/(n质+n剂)E亨利系数亨利系数(xsh)E值较大表示溶解度较小。一般E值随温度的升高而增大。（三）吸收的基本(jbn)理论第4页/共94页第五页，共94页。亨利定律的其它形式2.气相用平衡分压，液相用物质的量浓度(nngd)表示P*=c/Hc液相中溶质的平衡摩尔浓度,mol/m3H亨利系数,mol/m3P在亨利(hngl)定律适用的范围内,H是温度的函数,而与P*或c无关。对于一定的溶质和溶剂，H值一般随温度升高减小。易溶气体H值较大，难溶气体H值较小。第5页/共94页第六页，共94页。3.溶质在液相和气相中的浓度分别(fnbi)用摩尔分率x、y表示y*=mxx溶质在液相中的摩尔分数y*与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分数m亨利系数，又相平衡常数,无因次m=E/PP系统(xtng)总压，值越大，表示溶解度越小。第6页/共94页第七页，共94页。n n现以一传质设备来说明传质现以一传质设备来说明传质过程的进行过程的进行n n气液两相在传质设备中相接气液两相在传质设备中相接触，就会发生质量传递，系触，就会发生质量传递，系统将会自发地向平衡状态变统将会自发地向平衡状态变化。化。n n若测得若测得yyi*yyi*，则该组分将被，则该组分将被溶液吸收溶液吸收(xshu)(xshu)吸收吸收(xshu)(xshu)过程；过程；n n若测得若测得yyi*yyi*，则该组分将从，则该组分将从溶液中解吸出来溶液中解吸出来解吸过程解吸过程n n同理：同理：xxi*xxi*xxi*解吸过程。解吸过程。第7页/共94页第八页，共94页。例1已知在101.3kPa及20OC时，氨在水中的溶解度数据(shj)如下：气相中氨的分压气相中氨的分压P*/kPa 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.43 3.32 4.23 6.67 9.28 水中氨的溶解度水中氨的溶解度 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3 4 5 7.5 10 计算亨利系数E，指出该溶液服从亨利定律的浓度(nngd)范围。P*/kpa 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.43 3.32 4.23 6.67 9.28 x/102 0 0.526 1.048 1.563 2.072 2.577 3.077 4.061 5.025 7.352 9.569 E 76.05 76.3 76.8 77.2 77.6 79 81.8 84.2 90.7 97 第8页/共94页第九页，共94页。二、吸收过程的物料二、吸收过程的物料二、吸收过程的物料二、吸收过程的物料(w lio)(w lio)平衡平衡平衡平衡GG表示单位时间通过塔任一截面单位面积的混合气表示单位时间通过塔任一截面单位面积的混合气体摩尔流量，体摩尔流量，kmol/(m2s)kmol/(m2s)LL表示单位时间通过塔任一截面单位面积的吸收液表示单位时间通过塔任一截面单位面积的吸收液摩尔流量，摩尔流量，kmol/(m2s)kmol/(m2s)GBGB表示单位时间通过塔任一截面单位面积的惰性气表示单位时间通过塔任一截面单位面积的惰性气体摩尔流量，体摩尔流量，kmol/(m2s)kmol/(m2s)LSLS表示单位时间通过塔任一截面单位面积的吸收剂表示单位时间通过塔任一截面单位面积的吸收剂尔流量尔流量,kmol/(m2s),kmol/(m2s)yy表示通过塔任一截面的混合气体中溶质的摩尔分表示通过塔任一截面的混合气体中溶质的摩尔分数数,kmol(,kmol(溶质溶质)/kmol()/kmol(混合气混合气)xx表示通过塔任一截面的吸收液中溶质的摩尔分数表示通过塔任一截面的吸收液中溶质的摩尔分数(fnsh),(fnsh),kmol(kmol(溶质溶质)/kmol()/kmol(吸收液吸收液)XX通过塔任一截面吸收液中吸收质与吸收剂的摩尔通过塔任一截面吸收液中吸收质与吸收剂的摩尔比比,kmol(,kmol(溶质溶质)/kmol()/kmol(吸收剂吸收剂)YY通过塔任一截面混合气体中吸收质与惰性气体的通过塔任一截面混合气体中吸收质与惰性气体的摩尔比，摩尔比，kmol(kmol(溶质溶质)/kmol()/kmol(惰性气体惰性气体)第9页/共94页第十页，共94页。对非挥发性吸收剂，气体混合物经过吸收塔后，吸收质的减少量等于液相中吸收质的增加量，即：G1-G2=L1-L2吸收时从气相传递到液相的组分量，即单位时间吸收的组分量WA等于气相中的组分减少量，并等于液相组分的增加量：WA=G1y1-G2y2=L1x1-L2x2任一截面与塔顶之间溶质(rngzh)的物料平衡式为GBY-GBY2=LSX-LSX2GBY=LSX+GBY2-LSX2第10页/共94页第十一页，共94页。（一）吸收操作线方程由于吸收塔的任一界截面上，气相中溶质浓度恒液相的平衡气相溶质浓度，故吸收操作线总是(znsh)位于平衡线的上方。任一截面(jimin)与塔底之间溶质的物料平衡式为第11页/共94页第十二页，共94页。n n操作线与平衡线间的关系，要掌握以下三个方面：n n(1)在YX图上，吸收操作线必须处于平衡线之上；n n(2)操作线与平衡线之间的距离反映(fnyng)了吸收推动力的大小n n 操作线上任一点代表某截面上气、液组成（Y,X），该点到平衡线的垂直距离（Y-Y*）和水平距离（X*-X）分别代表该截面上的吸收推动力。n n(3)平衡线与操作线不能相交或相切第12页/共94页第十三页，共94页。n n低浓度(nngd)气体吸收操作线方程式n n 若处理的气体浓度(nngd)较低，即y198%）的氢气，实现废物资源化。第46页/共94页第四十七页，共94页。二、吸附二、吸附二、吸附二、吸附(xf)(xf)机理机理机理机理（1 1）外扩散）外扩散(kusn)(kusn)（气膜扩散（气膜扩散(kusn)(kusn)）：吸附质从气流主体穿过颗粒周围气膜扩散）：吸附质从气流主体穿过颗粒周围气膜扩散(kusn)(kusn)至外表面。至外表面。（2 2）内扩散）内扩散(kusn)(kusn)（微孔扩散（微孔扩散(kusn)(kusn)）：吸附质由外表面经微孔扩散）：吸附质由外表面经微孔扩散(kusn)(kusn)至吸附剂微孔至吸附剂微孔表面。表面。（3 3）吸附：到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附。）吸附：到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附。第47页/共94页第四十八页，共94页。一般吸附(xf)过程：(1)物理吸附(xf)：内外扩散控制；(2)化学吸附(xf)：既有表面动力学控制，亦有内外扩散控制一般来说，外扩散控制的情况较少。（一）外扩散速率吸附(xf)质A的外扩散传质速率计算式为：式中：dMAdt时间内吸附质从气相扩散至固体(gt)表面的质量，kg/m3；kY外扩散吸附分系数，kg/(m2.s)；ap单位体积吸附剂的吸附表面积，m2/m3；YA，YAi分别为A在气相中及吸附剂外表面的浓度，质量分数。第48页/共94页第四十九页，共94页。（二）内扩散速率式中：kX内扩散吸附分系数，kg/(m2.s)；XA，XAi分别为A在固相内表面及外表面的浓度，质量分数(fnsh)（三）总吸附速率方程式由于表面浓度不易测定，吸附速率常用吸附总系数表示式中：KY，KX分别为气相及吸附相吸附总系数，kg/(m2.s)；分别为吸附平衡时气相及吸附相中A的浓度，质量分数(fnsh)第49页/共94页第五十页，共94页。设吸附过程中吸附质在吸附剂上达到平衡时，流动相中的浓度(nngd)与吸附剂上的吸附量成简单的关系：式中：m平衡曲线的斜率。由此得：可见：显然：分吸附系数与总吸附系数间的关系与吸收类似。第50页/共94页第五十一页，共94页。（四）吸附平衡（四）吸附平衡（四）吸附平衡（四）吸附平衡n n当吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到当吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值极限值n n极限吸附量受气体压力极限吸附量受气体压力(yl)(yl)和温度的影响和温度的影响n n吸附等温线吸附等温线n n n n NH3在活性炭上的吸附等温线第51页/共94页第五十二页，共94页。三、物理吸附三、物理吸附三、物理吸附三、物理吸附(xf)(xf)和化学吸附和化学吸附和化学吸附和化学吸附(xf)(xf)物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附1.吸附力范德华力，可是单层吸附力范德华力，可是单层或多层吸附；或多层吸附；2.吸附质与吸附剂之间不发生化吸附质与吸附剂之间不发生化学反应；学反应；3.吸附过程快，瞬间达到平衡；吸附过程快，瞬间达到平衡；4.放热反应；放热反应；5.吸附剂与吸附质间的吸附力不吸附剂与吸附质间的吸附力不强，吸附可逆。强，吸附可逆。1.吸附力化学键力，单层吸附吸附力化学键力，单层吸附2.吸附有很强的选择性；吸附有很强的选择性；3.吸附速率较慢，达到吸附平衡吸附速率较慢，达到吸附平衡需相当长时间；需相当长时间；4.升高温度可提高吸附速率；升高温度可提高吸附速率；5.吸附不可逆。吸附不可逆。第52页/共94页第五十三页，共94页。同一污染物可能在较低温度下发生(fshng)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(fshng)化学吸附第53页/共94页第五十四页，共94页。四、吸附剂及再生四、吸附剂及再生四、吸附剂及再生四、吸附剂及再生(zishng)(zishng)（一）吸收剂 1、工业用吸附剂应具备的特性内表面积大具有选择性吸附作用高机械强度(qingd)、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54页/共94页第五十五页，共94页。常用常用常用常用(chn(chn yn yn)吸附剂特性吸附剂特性吸附剂特性吸附剂特性吸附剂类型活性炭活性氧化铝硅胶沸石分子筛4A5A13x堆积密度(kg/m3)200-600750-1000800800800800热容(KJ/KgK)0.836-1.2540.836-1.0450.920.7940.794操 作 温 度上限（K）423773673873873873平均孔径（）15-2518-48224513再生温度（K）373-413473-523393-423473-573473-573473-573比表面积（/g）600-1600210-360600第55页/共94页第五十六页，共94页。活性炭：疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱除尾气中SO2、NOX等恶臭物质的净化；优点：性能稳定、抗腐蚀。缺点：可燃性，因此使用温度不能超过200，在惰性气流掩护下，操作温度可达500。活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化（对水有强吸附能力）。硅胶：亲水性，从水中吸附水份量可达硅胶自身质量的50%，而难于(nny)吸附非极性物质。常用于处理含湿量较高的气体干燥，烃类物质回收等。（二）工业(gngy)常用吸附剂第56页/共94页第五十七页，共94页。n n沸石分子筛：是一种人工合成沸石，为微孔型、具有立方晶体的硅酸盐。n n 通式为：Mex/n(Al2O3)x(SiO2)ymH2On n 特点：孔径整齐(zhngq)均一，因而具有筛分性能，一种离子型吸附剂，对极性分子，不饱和有机物具有选择吸附能力。n n吸附树脂：最初为酚、醛类缩合高聚物，以后出现一系列的交联共聚物，如聚苯乙烯等。大孔吸附树脂除了价格较贵外，比起活性炭，物理化学性能稳定，品种较多，能用于废水处理，维生素的分离及H2O2的精制等。第57页/共94页第五十八页，共94页。（三）气体吸附（三）气体吸附（三）气体吸附（三）气体吸附(xf)(xf)的影响因素的影响因素的影响因素的影响因素n n1.操作(cozu)条件n n低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附n n增大气相压力利于吸附n n气流速度：对固定床为0.20.6m/s比表面积，比表面积，mm2 2/g/gf f 单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积,m,m2 2/mL/mLN N0 0阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数A A 吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积,m,m2 2V Vmm吸附剂表面被单分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单分子铺满时的气体体积，mLmLWW吸附剂的重量，吸附剂的重量，g gl2.吸附剂性质(xngzh)l比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）第58页/共94页第五十九页，共94页。n n3.吸附质性质、浓度n n临界直径吸附质不易渗入的最大直径n n吸附质的分子量、沸点、饱和性n n4.吸附剂活性n n 定义：以被吸附物质的重量对吸附剂的重量或体积分数表示，是吸附剂吸附能力的标志(biozh)。n n静活性吸附达到饱和时的吸附量n n动活性未达到平衡时的吸附量第59页/共94页第六十页，共94页。（四）吸附剂再生（四）吸附剂再生(zishng)(zishng)溶剂萃取再生(zishng)活性炭吸附SO2，可用水脱附置换(zhhun)再生脱附剂需要再脱附降压或真空解吸再生l吸附作用，再生温度加热解吸再生第60页/共94页第六十一页，共94页。吸附剂再生吸附剂再生吸附剂再生吸附剂再生(zishng)(zishng)(a)吸附(b)解吸第61页/共94页第六十二页，共94页。五、吸附五、吸附五、吸附五、吸附(xf)(xf)过程与工艺流程过程与工艺流程过程与工艺流程过程与工艺流程 （一）工艺流程分类（一）工艺流程分类 1 1、按吸附剂在吸附器中的工作状态分为：、按吸附剂在吸附器中的工作状态分为：固定床、流化床、移动床（超吸附）。固定床、流化床、移动床（超吸附）。穿床速度：气体穿床速度：气体(qt(qt)通过床层的速度是划分反应床类型的主通过床层的速度是划分反应床类型的主要依据。要依据。穿床速度穿床速度 吸附剂的悬浮速度吸附剂的悬浮速度 2 2、按操作过程的连续与否分为：间歇式、连续式。、按操作过程的连续与否分为：间歇式、连续式。3 3、按吸附床再生的方法分：升温解吸循环再生（变温吸附）、减、按吸附床再生的方法分：升温解吸循环再生（变温吸附）、减压循环再生（变压吸附）、溶剂置换再生等。压循环再生（变压吸附）、溶剂置换再生等。固定床固定床远远远远流化床流化床移动移动(ydng)(ydng)床床第62页/共94页第六十三页，共94页。1 1、固定床吸附流程、固定床吸附流程特点：特点：设备结构设备结构(jigu)(jigu)简单，制造容易，简单，制造容易，价格低廉；价格低廉；适用于小型、分散、间歇性适用于小型、分散、间歇性的污染源治理；的污染源治理；吸附和解吸交替进行、间歇吸附和解吸交替进行、间歇操作；操作；应用广泛应用广泛缺点：缺点：间歇操作，操作必须周期性间歇操作，操作必须周期性地变换，因而操作复杂，劳动地变换，因而操作复杂，劳动强度高；强度高；设备庞大，生产强度低；设备庞大，生产强度低；吸附剂导热性差，因而升温吸附剂导热性差，因而升温及变温再生困难。及变温再生困难。（二）常见（二）常见(chn jin)(chn jin)的几种吸附流程的几种吸附流程第63页/共94页第六十四页，共94页。第64页/共94页第六十五页，共94页。2 2、移动床吸附流程、移动床吸附流程控制吸附剂在床层控制吸附剂在床层中的移动速度，使净化中的移动速度，使净化后的气体达到后的气体达到(ddo)(ddo)排排放标准。放标准。特点：特点：固体吸附剂在固体吸附剂在吸附床中不断移动，固吸附床中不断移动，固体和气体都以恒定的速体和气体都以恒定的速度流过吸附器；度流过吸附器；处理处理气量大，吸附剂可循环气量大，吸附剂可循环使用，适用于稳定、连使用，适用于稳定、连续、量大的气体净化；续、量大的气体净化；吸附和脱附连续完成；吸附和脱附连续完成；动力和热量消耗较大，动力和热量消耗较大，吸附剂磨损较为严重。吸附剂磨损较为严重。料斗料斗吸附器吸附器风机风机传送带传送带第65页/共94页第六十六页，共94页。第66页/共94页第六十七页，共94页。3 3、流化床吸附流程、流化床吸附流程控制吸附剂在床层控制吸附剂在床层中的移动速度，使净化中的移动速度，使净化后的气体达到排放标准。后的气体达到排放标准。特点：特点：气体于固体接气体于固体接触相当充分，气速是固触相当充分，气速是固定床的定床的3434倍以上；倍以上；生产能力大，适合治理生产能力大，适合治理连续性、大气连续性、大气(dq)(dq)量量的污染源；的污染源；由于吸附由于吸附剂和容器的磨损严重，剂和容器的磨损严重，流化床吸附器的排除气流化床吸附器的排除气体中常带有吸附剂粉末，体中常带有吸附剂粉末，故后面必须加除尘设备。故后面必须加除尘设备。第67页/共94页第六十八页，共94页。（三）吸附负荷（三）吸附负荷（三）吸附负荷（三）吸附负荷(fh)(fh)曲线曲线曲线曲线n n在流动状态下，气相中的吸附质沿床层不同高度的浓度变化曲线，或在一定温度下吸附剂种吸附的吸附质沿床层不同高度的浓度变化曲线称为吸附负荷曲线。n n 横轴Z吸附剂床层高度；n n 横轴X吸附剂的吸附负荷；n n X0吸附剂原始浓度（或反复再生(zishng)过的吸附剂中残留的吸附质浓度）；n n Xe吸附剂达到饱和时的负荷；n n 0床层开始吸附的时间；n n b达到破点的时间；n n e全床达到吸附平衡（饱和）的时间。第68页/共94页第六十九页，共94页。0+吸附剂原始(yunsh)浓度吸附剂达到吸附剂达到(ddo)(ddo)饱和时的负荷饱和时的负荷床层开始吸附(xf)的时间第69页/共94页第七十页，共94页。bbe达到(ddo)破点的时间全床达到(ddo)吸附平衡（饱和）的时间第70页/共94页第七十一页，共94页。吸附剂床层中各区分布(fnb)示意图未用区未用区传质区传质区(传质带传质带)饱和区饱和区(平衡区平衡区)Y YY Y0 0第71页/共94页第七十二页，共94页。n n穿透曲线（透过曲线）n n 在一定时间内，分析床层中流出气体的浓度，即从研究流出物浓度随时间的变化关系(gun x)来达到研究吸附床层中浓度变化的情况穿透曲线（透过曲线）。第72页/共94页第七十三页，共94页。第三节第三节第三节第三节 气体催化气体催化气体催化气体催化(cu hu)(cu hu)净化净化净化净化n n（一）定义：催化转化是指废气通过(tnggu)催化床层发生催化反应，使其中的污染物转化为无害或易于处理与回收利用物质的净化n n（二）应用n n工业尾气和烟气去除SO2和NOxn n有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化n n汽车尾气的催化净化一、气体催化(cuhu)净化第73页/共94页第七十四页，共94页。n n（三）优 点n n 对不同浓度的污染物具有很高转化率；n n 污染物与主气流不需要分离，避免(bmin)了可能产生的第二次污染；n n 操作过程简化。n n（四）缺 点n n催化剂较贵，且废气预热需耗一定能量，这样使净化处理的费用增加。第74页/共94页第七十五页，共94页。二、气体二、气体二、气体二、气体(qt(qt)催化机理催化机理催化机理催化机理n n（一）催化作用n n 化学反应速度因加入某种物质而改变，而被加入物质的数量(shling)和性质，在反应终了时不变的作用n n改变反应历程，降低活化能n n提高反应速率 （多位活化络合物理论）l（二）显著特征l只能加速化学反应(huxufnyng)速度，对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡l具有特殊的选择性（阿累尼乌斯方程）第75页/共94页第七十六页，共94页。三、催化剂三、催化剂三、催化剂三、催化剂（一）定义：加速化学反应(fnyng)，而本身的化学性质在反应(fnyng)前后保持不变的物质。（二）组成活性组分 助催剂 载体第76页/共94页第七十七页，共94页。第77页/共94页第七十八页，共94页。（三）催化剂的性能（三）催化剂的性能（三）催化剂的性能（三）催化剂的性能(xngnng)(xngnng)n n1.活性WW产品质量产品质量(chn(chnpnzhlin)pnzhlin)WRWR催化剂质量催化剂质量t t反应时间反应时间衡量催化剂效能大小(dxio)的标准。l工业中，常把产品量换算为转化率X表示第78页/共94页第七十九页，共94页。2.选择性:是指若化学反应在热力学上有几个反应方向时，一种催化剂在一定条件下只对其中的一个反应起加速作用(zuyng)的特征，表示为：活性-催化剂对提高(tgo)产品产量的作用；选择性-表示催化剂对提高(tgo)原料利用率的作用；第79页/共94页第八十页，共94页。n n3.3.稳定性稳定性n n定义：催化剂在化学反应过程中保持活性的能力。定义：催化剂在化学反应过程中保持活性的能力。n n包括：（包括：（1 1）热稳定性；（）热稳定性；（2 2）机械稳定性：（）机械稳定性：（3 3）抗毒稳定性。）抗毒稳定性。n n影响催化剂寿命的因素主要有：催化剂的老化和中毒影响催化剂寿命的因素主要有：催化剂的老化和中毒(zhng d)(zhng d)。n n催化剂的老化：是指催化剂在正常工作条件逐步失去活性过程。催化剂的老化：是指催化剂在正常工作条件逐步失去活性过程。n n催化剂的中毒催化剂的中毒(zhng d)(zhng d)：是指反应物中少量杂质使催化活性迅速：是指反应物中少量杂质使催化活性迅速下降的现象。下降的现象。n n老化老化n n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n n中毒中毒(zhng d)(zhng d)n n对大多数催化剂，毒物：对大多数催化剂，毒物：HCNHCN、COCO、H2SH2S、S S、AsAs、PbPb第80页/共94页第八十一页，共94页。四、气固催化反应动力学l（一）反应过程l气固催化反应一般经历如下五个步骤：l外扩散(kusn)过程：反应物从气相主体到催化剂外表面；l内扩散(kusn)过程：催化剂外表面到微孔内颗粒内表面吸附反应；l化学动力学控制过程：颗粒内表面吸附反应产物离开内表面；l内扩散(kusn)：产物微孔到外表面；l外扩散(kusn)：外表面到气相主体主气流微孔固相催化剂粒子示意图第81页/共94页第八十二页，共94页。l吸附过程：反应(fnyng)物在催化剂表面上被吸附；l表面过程：吸附的反应(fnyng)物在催化剂表面上发生化学反应(fnyng)（表面反应(fnyng)过程）；l脱附过程：反应(fnyng)产物从催化剂表面上脱附下来。l上述几步速度最慢（阻力最大）者决定整个过程的总反应(fnyng)浓度，这一步称为控制步骤第82页/共94页第八十三页，共94页。（二）催化剂中的浓度(nngd)分布气流主体(zht)中的浓度催化剂外表面浓度颗粒(kl)中心处的浓度第83页/共94页第八十四页，共94页。n n五、催化净化(jnghu)工艺催化法治理废气的一般工艺过程包括：催化法治理废气的一般工艺过程包括：催化法治理废气的一般工艺过程包括：催化法治理废气的一般工艺过程包括：1.1.废气预处理去除催化剂毒物及固体颗粒物（避免催化剂废气预处理去除催化剂毒物及固体颗粒物（避免催化剂废气预处理去除催化剂毒物及固体颗粒物（避免催化剂废气预处理去除催化剂毒物及固体颗粒物（避免催化剂中毒）；中毒）；中毒）；中毒）；2.2.废气预热到要求废气预热到要求废气预热到要求废气预热到要求(yoqi)(yoqi)的反应温度（如选择性催化还的反应温度（如选择性催化还的反应温度（如选择性催化还的反应温度（如选择性催化还原去除原去除原去除原去除NOXNOX废气的预热温度须达废气的预热温度须达废气的预热温度须达废气的预热温度须达200220OC200220OC以上）；以上）；以上）；以上）；3.3.催化反应催化反应催化反应催化反应4.4.废热和副产品的回收利用废热和副产品的回收利用废热和副产品的回收利用废热和副产品的回收利用 第84页/共94页第八十五页，共94页。（一）固定床反应器l最主要的气固相催化反应器l优点:l流体接近于平推流，返混小，反应速度较快l固定床中催化剂不易(b y)磨损，可长期使用l停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性和转化率l缺点:l传热差(热效应大的反应，传热和温控是难点)l催化剂更换需停产进行六、气固催化反应器及设备(shbi)第85页/共94页第八十六页，共94页。l一般原则：l根据催化剂反应热的大小及催化剂的活性温度范围，选择(xunz)合适的结构类型，保证床层温度控制在许可的范围内。l床层阻力应尽可能的小。l在满足温度条件下，应尽量使催化剂装填系数大，以提高设备利用率。l反应器应结构简单，便于操作，且造价低廉，安全可靠。第86页/共94页第八十七页，共94页。l1.单层绝热反应器l结构简单，造价低廉，气流阻力小l内部温度分布不均l适用于反应热效应不大的放热反应，反应过程允许(ynx)温度有较宽变动范围的反应；热效应较大的，但对反应温度不很敏感或是反应速率非常快的过程也可适用。第87页/共94页第八十八页，共94页。l2.多段绝热反应器l根据段间反应气体的冷却或加热方式，多段绝热床又分为(fnwi)中间直接换热式和冷激式。(a)直接(zhji)换热 中间直接换热式特点：催化剂床层的温度波动(bdng)小。缺点：结构较复杂，催化剂装卸较困难应用：适用于放热反应废气净化气第88页/共94页第八十九页，共94页。(b)间接(jinji)换热冷激式特点：反应器结构(jigu)简单，便于装卸催化剂，催化剂床层的温度波动小。缺点：操作要求较高应用：适用于放热反应，能做成大型催化反应器废气(fiq)净化气第89页/共94页第九十页，共94页。l3.列管式反应(fnyng)器l用于对反应(fnyng)温度要求高，或反应(fnyng)热效应很大的场合，以各种载热体为换热介质的对外换热式反应(fnyng)器多为列管式结构换热式固定床反应器 特点：传热面积大，传热效果好，易控制催化剂床层温度，反应速率快，选择性高。缺点：结构较复杂，设备(shbi)费用高。应用：能适用于热效应大的反应。第90页/共94页第九十一页，共94页。第91页/共94页第九十二页，共94页。径向反应器：是近年来发展的一种固定床反应器。由于反应气流是径向穿过催化剂，它与轴向反应器相比(xin b)，气流流程短，阻力将低小，减低了动力消耗，因而可采用较细粒的催化剂，提高催化剂有效系数。催化剂废气(fiq)净化(jnghu)气第92页/共94页第九十三页，共94页。（二）反应器类型(lixng)的选择根据反应热的大小和对温度的要求，选择反应器的结构类型尽量降低反应器阻力反应器应易于操作，安全可靠结构简单，造价低廉(dlin)，运行与维护费用经济第93页/共94页第九十四页，共94页。