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空气净化原理与设备安全本讲稿第一页，共十七页第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化6.1 6.1 概概概概 述述述述 排入大气的有害气体净化方法排入大气的有害气体净化方法排入大气的有害气体净化方法排入大气的有害气体净化方法 燃烧法燃烧法燃烧法燃烧法利用废气中某些污染物可以氧化燃烧的特性。利用废气中某些污染物可以氧化燃烧的特性。利用废气中某些污染物可以氧化燃烧的特性。利用废气中某些污染物可以氧化燃烧的特性。冷凝法冷凝法冷凝法冷凝法利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压的性质。利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压的性质。利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压的性质。利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压的性质。适用：浓度高，冷凝温度高的有害蒸气或可用于预处理。效率低。适用：浓度高，冷凝温度高的有害蒸气或可用于预处理。效率低。适用：浓度高，冷凝温度高的有害蒸气或可用于预处理。效率低。适用：浓度高，冷凝温度高的有害蒸气或可用于预处理。效率低。吸收法吸收法吸收法吸收法利用废气中不同组分在液体中具有不同溶解度的性质。利用废气中不同组分在液体中具有不同溶解度的性质。利用废气中不同组分在液体中具有不同溶解度的性质。利用废气中不同组分在液体中具有不同溶解度的性质。适用：应用广泛，特别是无机气体，可同时除尘。用于处理气体两适用：应用广泛，特别是无机气体，可同时除尘。用于处理气体两适用：应用广泛，特别是无机气体，可同时除尘。用于处理气体两适用：应用广泛，特别是无机气体，可同时除尘。用于处理气体两 大的场合，但需要对排水进行处理。效率高。大的场合，但需要对排水进行处理。效率高。大的场合，但需要对排水进行处理。效率高。大的场合，但需要对排水进行处理。效率高。吸附法吸附法吸附法吸附法利用多孔性固体吸附剂对废气中各组分的吸附能力不同。利用多孔性固体吸附剂对废气中各组分的吸附能力不同。利用多孔性固体吸附剂对废气中各组分的吸附能力不同。利用多孔性固体吸附剂对废气中各组分的吸附能力不同。适用：低浓度有害气体净化，特别是各种有机溶剂蒸气。效率高，适用：低浓度有害气体净化，特别是各种有机溶剂蒸气。效率高，适用：低浓度有害气体净化，特别是各种有机溶剂蒸气。效率高，适用：低浓度有害气体净化，特别是各种有机溶剂蒸气。效率高，可达可达可达可达100%100%100%100%。本讲稿第二页，共十七页物理吸收：一般没有明显的化学反应，可看作是单纯的物理溶物理吸收：一般没有明显的化学反应，可看作是单纯的物理溶 解过程。可逆，解吸时不改变被吸收气体的性质。解过程。可逆，解吸时不改变被吸收气体的性质。化学吸收：伴有明显的化学反应，效率高。化学吸收：伴有明显的化学反应，效率高。吸收过程的基本理论吸收过程的基本理论吸收过程的基本理论吸收过程的基本理论1）基本概念基本概念吸收质：被吸收气体。吸收质：被吸收气体。吸收剂：吸收用的液体。吸收剂：吸收用的液体。惰惰 气：气相中不参与吸收的气体。气：气相中不参与吸收的气体。易溶气体：容易溶解的气体。易溶气体：容易溶解的气体。难溶气体：不易溶解的气体。难溶气体：不易溶解的气体。第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化6.2 6.2 吸收净化法吸收净化法吸收净化法吸收净化法本讲稿第三页，共十七页2）浓度表示法）浓度表示法摩尔分数：摩尔分数：摩尔分数：摩尔分数：指气相或液相中某一组分的摩尔数与该混合气体或溶液的指气相或液相中某一组分的摩尔数与该混合气体或溶液的 总总摩尔数之比。摩尔数之比。液液 相相气气 相相第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化本讲稿第四页，共十七页比摩尔分数比摩尔分数比摩尔分数比摩尔分数液液 相相气气 相相例：例：已知氨水中氨的质量百分数为已知氨水中氨的质量百分数为25%25%，求氨的摩尔分数和比摩尔分数。，求氨的摩尔分数和比摩尔分数。第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化本讲稿第五页，共十七页摩尔分数和比摩尔分数的关系摩尔分数和比摩尔分数的关系摩尔分数和比摩尔分数的关系摩尔分数和比摩尔分数的关系液液 相相气气 相相第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化本讲稿第六页，共十七页3）气液平衡关系）气液平衡关系界面界面分子扩散分子扩散吸收吸收解吸解吸液相液相=吸收剂吸收剂+吸收质吸收质气气相相=惰气惰气+吸收质吸收质 V V吸吸V V解解溶解过程溶解过程吸吸 收收 V V吸吸V V解解解解 吸吸 V V吸吸=V V解解动态动态平衡平衡溶解度（平衡浓度）溶解度（平衡浓度）C：在平衡状态下，吸收剂中吸收质的在平衡状态下，吸收剂中吸收质的最大最大浓度。浓度。kmol/m3与吸收质和吸收剂的性质有关；与吸收质和吸收剂的性质有关；与吸收剂的温度有关；与吸收剂的温度有关；T,CT,C与气相中吸收质的分压力有关；与气相中吸收质的分压力有关；PA,C,C第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化本讲稿第七页，共十七页界面界面分子扩散分子扩散液相液相=吸收剂吸收剂+吸收质吸收质气气相相=惰气惰气+吸收质吸收质P*1PACA平衡分压力平衡分压力P P*：当气液达到平衡时，将气当气液达到平衡时，将气相中吸收质的分压力称为相中吸收质的分压力称为该溶解度该溶解度下的平下的平衡分压力。即平衡状态下气相中吸收质的衡分压力。即平衡状态下气相中吸收质的分压力。分压力。CAP*1PA P*1吸吸 收收PA=P*1平平 衡衡气液平衡关系：气液平衡关系：气体溶解度与平衡分压力之间的依存关系。气体溶解度与平衡分压力之间的依存关系。第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化本讲稿第八页，共十七页 对于稀溶液和气相中吸收质的分压力不太高时（一般对于稀溶液和气相中吸收质的分压力不太高时（一般PA5atm），气液平衡关），气液平衡关系可表示为：系可表示为：亨利定律亨利定律E亨利常数亨利常数 atm kpax液相中吸收质浓度液相中吸收质浓度X液相中吸收质浓度液相中吸收质浓度C气体的溶解度气体的溶解度kmol/m3H溶解度系数溶解度系数kmol/(m3 atm)m相平衡系数相平衡系数y*平衡状态下气相中吸收质的浓度平衡状态下气相中吸收质的浓度Y*与液相浓度相对应的气相中吸收质平衡浓度与液相浓度相对应的气相中吸收质平衡浓度第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化本讲稿第九页，共十七页气液平衡关系的应用气液平衡关系的应用平衡线平衡线X*XAY*YAYX1 1）设计中判断吸收的难易程度）设计中判断吸收的难易程度已知已知XA，查出，查出Y*，若气相吸收质的起始浓度，若气相吸收质的起始浓度Y Y*，吸收可以进行。，吸收可以进行。Y=Y-Y*越大，越大，吸收越易进行。吸收越易进行。2 2）运行中判断吸收已进行到什么程度）运行中判断吸收已进行到什么程度吸收中，随液相吸收质浓度的吸收中，随液相吸收质浓度的，Y*，当，当Y*接近气相中接近气相中吸收质浓度吸收质浓度Y时，说明时，说明Y很小，吸收难以进行。很小，吸收难以进行。第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化本讲稿第十页，共十七页吸收过程的机理吸收过程的机理吸收过程的机理吸收过程的机理 适用于一般的吸收操作和具有固定界面的吸收设备，但不完全适用于气液湍适用于一般的吸收操作和具有固定界面的吸收设备，但不完全适用于气液湍动程度较剧烈的吸收过程。其基本特点如下：动程度较剧烈的吸收过程。其基本特点如下：1 1）相界面两侧分别）相界面两侧分别存在气膜、液膜存在气膜、液膜，吸收质是，吸收质是以以分子扩散方式分子扩散方式通过两个膜层。通过两个膜层。2 2）吸收过程的阻力主要是吸收质通过气膜和）吸收过程的阻力主要是吸收质通过气膜和液膜时的液膜时的分子扩散力阻力分子扩散力阻力。3 3）无论气液两相主体中吸收质浓度是否达）无论气液两相主体中吸收质浓度是否达到平衡，在相界面上气液两相总是处于到平衡，在相界面上气液两相总是处于界面界面平衡平衡。双模理论双模理论第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化本讲稿第十一页，共十七页吸收速率方程吸收速率方程当当m较小时较小时当当m较大时较大时说明：说明：吸收过程的阻力主要是气膜阻力。吸收过程的阻力主要是气膜阻力。说明：说明：吸收过程的阻力主要是液膜阻力。吸收过程的阻力主要是液膜阻力。第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化本讲稿第十二页，共十七页强化吸收的途经强化吸收的途经1 1）增加气液的接触面积；）增加气液的接触面积；2 2）增加气液的运动速度，减小气液膜厚度，降低吸收阻力；）增加气液的运动速度，减小气液膜厚度，降低吸收阻力；3 3）采用相平衡系数）采用相平衡系数m m较小的吸收剂；较小的吸收剂；4 4）增大供液量，降低液相主体浓度，增加吸收推动力。）增大供液量，降低液相主体浓度，增加吸收推动力。第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化本讲稿第十三页，共十七页原理：原理：气相分子和吸附剂表面气相分子和吸附剂表面 分子间的吸引力使气相分子间的吸引力使气相 分子吸附在吸附剂表面。分子吸附在吸附剂表面。吸吸附质：附质：被吸收气体。被吸收气体。吸附剂：吸附剂：吸附用的材料。吸附用的材料。物理吸附：物理吸附：分子间的吸引力（分子间的吸引力（范德华力）吸附。可逆范德华力）吸附。可逆化学吸附：化学吸附：化学反应力吸附。化学反应力吸附。不可逆不可逆常用的吸附剂：常用的吸附剂：第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化6.3 6.3 吸附净化法吸附净化法吸附净化法吸附净化法本讲稿第十四页，共十七页第第第第 6 6 章章章章 有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化有毒有害气体的净化静活性：静活性：在一定的温度、压力下，处于在一定的温度、压力下，处于饱和状态饱和状态的单位质量吸附剂所吸附的单位质量吸附剂所吸附 的气体量。的气体量。动活性：动活性：从开始工作到吸附层从开始工作到吸附层被穿透被穿透，该吸附层内单位质量吸附剂所吸附，该吸附层内单位质量吸附剂所吸附 的气体量。的气体量。静活性与动活性静活性与动活性穿透：穿透：气流通过吸附层时，开始气流通过吸附层时，开始 出口吸附质浓度基本为零，出口吸附质浓度基本为零，经过一段时间后，在出口出经过一段时间后，在出口出 现吸附质的现象。现吸附质的现象。穿透时间：穿透时间：经历穿透的时间。经历穿透的时间。本讲稿第十五页，共十七页 掌握有害气体的净化方法、吸收和吸附机理。掌握有害气体的净化方法、吸收和吸附机理。了解有害气体的净化设备。了解有害气体的净化设备。本讲稿第十六页，共十七页第第第第 6 6 章章章章 空气净化原理与设备空气净化原理与设备空气净化原理与设备空气净化原理与设备燃烧种类燃烧种类热力燃烧热力燃烧催化燃烧催化燃烧原原 理理预热到预热到60060080000进行氧化反应进行氧化反应预热到预热到200400 进行催化氧化进行催化氧化反应反应燃烧状态燃烧状态在高温下滞留一定时间生成火焰在高温下滞留一定时间生成火焰与催化剂接触无明火与催化剂接触无明火特特 点点预热能耗多预热能耗多燃烧不完全时产生恶臭燃烧不完全时产生恶臭可用于净化各种可燃性气体可用于净化各种可燃性气体预热能耗少预热能耗少催化剂较贵催化剂较贵不适用能使催化剂中毒的气体不适用能使催化剂中毒的气体本讲稿第十七页，共十七页