气态污染物的净化.ppt
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1、关于气态污染物的净化现在学习的是第1页,共27页n气态污染物的净化,就是利用化学、物理及生物等气态污染物的净化,就是利用化学、物理及生物等方法,将污染物从废气中分离或转化。气态污染物方法,将污染物从废气中分离或转化。气态污染物的净化有多种方法,广泛采用的的净化有多种方法,广泛采用的吸收法、吸附法、吸收法、吸附法、燃烧及催化转化法燃烧及催化转化法,其他的方法还有,其他的方法还有冷凝、生物净冷凝、生物净化、膜分离及电子辐射化、膜分离及电子辐射-化学净化化学净化等。等。n气态污染物的净化可采用一种净化方法,或多种气态污染物的净化可采用一种净化方法,或多种方法联合使用。方法联合使用。现在学习的是第2页
2、,共27页第一节第一节气态污染物的吸收净化方法气态污染物的吸收净化方法n吸收吸收是利用气态污染物对某种液体的可溶性,将气态污染物是利用气态污染物对某种液体的可溶性,将气态污染物(溶质)溶入液相(溶质)溶入液相(吸收剂或溶剂吸收剂或溶剂),又称湿式净化。,又称湿式净化。n吸收分为物理吸收和化学吸收,前者是简单的物理溶解过程,后吸收分为物理吸收和化学吸收,前者是简单的物理溶解过程,后者在吸收过程中气体组分与吸收剂还发生化学反应。由于工业废者在吸收过程中气体组分与吸收剂还发生化学反应。由于工业废气往往是气量大、气态污染物含量低、净化要求高,物理吸收难气往往是气量大、气态污染物含量低、净化要求高,物理
3、吸收难于满足要求,化学吸收常常成为首选的方案。于满足要求,化学吸收常常成为首选的方案。现在学习的是第3页,共27页一、气液传质的基本原理一、气液传质的基本原理n1.双膜理论双膜理论n吸收过程的实质是物质由气相转入液相的传质过程。吸收过程的实质是物质由气相转入液相的传质过程。n传质过程是,被吸收组分从气相主体对流扩散到气膜表面,传质过程是,被吸收组分从气相主体对流扩散到气膜表面,再以分子扩散通过气膜到达相界面,进入液膜后又以分子扩再以分子扩散通过气膜到达相界面,进入液膜后又以分子扩散通过液膜,最后通过对流扩散进入液相主体,直到气液两散通过液膜,最后通过对流扩散进入液相主体,直到气液两相完全平衡后
4、传质停止。如果此时再增加被吸收组分的气相相完全平衡后传质停止。如果此时再增加被吸收组分的气相分压增加,或降低液相中该组分的浓度,传质继续进行。分压增加,或降低液相中该组分的浓度,传质继续进行。现在学习的是第4页,共27页2传质速率传质速率n传质速率传质速率是指被吸收气体组分在单位时间,通过相界面单位面积传递的物质是指被吸收气体组分在单位时间,通过相界面单位面积传递的物质量,也称为吸收速率。传质方程式以总传质量量,也称为吸收速率。传质方程式以总传质量MA(即组分即组分A在在t时间内通过时间内通过F界面的量界面的量)来表示来表示强化传质过程的因素强化传质过程的因素有:有:提高可吸收组分提高可吸收组
5、分A的分压的分压pA或降低溶液中组分或降低溶液中组分A的的浓度浓度cA,均可增加传质动力;,均可增加传质动力;增大传质界面增大传质界面F可增加质量传递,如细化喷淋的吸可增加质量传递,如细化喷淋的吸收液液滴以增大总传质面积;收液液滴以增大总传质面积;延长气液的接触时间延长气液的接触时间t,如通过控制气流速度来确定;,如通过控制气流速度来确定;增大总传质系数增大总传质系数K,即减小传质阻力,可以明显强化传质过程。,即减小传质阻力,可以明显强化传质过程。现在学习的是第5页,共27页n易溶气体易溶气体,传质总阻力几乎等于气相传质阻力,即传质阻力主要在气相,此,传质总阻力几乎等于气相传质阻力,即传质阻力
6、主要在气相,此种情况称为气膜控制,其特点是只要气相组分分压略为增加,则液相中相应种情况称为气膜控制,其特点是只要气相组分分压略为增加,则液相中相应的平衡浓度就会增加很多,如水对的平衡浓度就会增加很多,如水对HCl、NH3的吸收;的吸收;n难溶气体难溶气体,传质总阻力几乎等于液相传质阻力,即传质阻力主要在液相,称为液,传质总阻力几乎等于液相传质阻力,即传质阻力主要在液相,称为液膜控制,这种情况即使气相组分分压有较大的变化,液相的浓度变化也很小,如膜控制,这种情况即使气相组分分压有较大的变化,液相的浓度变化也很小,如用水吸收用水吸收CO2、O2,N2、CO、H2S等;等;n中等溶解度气体中等溶解度
7、气体,气膜阻力与液膜阻力均不能忽略,称为两膜控制,如,气膜阻力与液膜阻力均不能忽略,称为两膜控制,如水对水对SO2的吸收。的吸收。现在学习的是第6页,共27页n当吸收过程为气膜控制时,应增大气相湍动程度;当吸收为液当吸收过程为气膜控制时,应增大气相湍动程度;当吸收为液膜控制时,应增加液相湍流程度,均可增加传质速率。膜控制时,应增加液相湍流程度,均可增加传质速率。n通常,使气体处于分散相,如采用孔板的板式塔,则液体流动通常,使气体处于分散相,如采用孔板的板式塔,则液体流动减小液膜阻力,适用于难溶气体吸收的液膜控制过程;而使液减小液膜阻力,适用于难溶气体吸收的液膜控制过程;而使液体成为分散相,如喷
8、淋塔将液体高度雾化喷入气相,则液滴周体成为分散相,如喷淋塔将液体高度雾化喷入气相,则液滴周围流动气体的扩散阻力较小,更适合于易溶气体吸收的气膜控围流动气体的扩散阻力较小,更适合于易溶气体吸收的气膜控制过程。制过程。现在学习的是第7页,共27页(三)化学吸收n1化学平衡与相平衡化学平衡与相平衡化学吸收化学吸收是指溶质被吸收时,选择溶剂中某些活性组分进行明显的化是指溶质被吸收时,选择溶剂中某些活性组分进行明显的化学反应,如用碱溶液吸收学反应,如用碱溶液吸收CO2、SO2、H2S或用各种酸溶液吸收或用各种酸溶液吸收NH3等。等。化学吸收过程既服从上述的气、液相平衡关系,同时也服从化学平衡关系。化学吸
9、收过程既服从上述的气、液相平衡关系,同时也服从化学平衡关系。它的吸收速率除了与物理吸收过程中被吸收组分在气膜和液膜中的扩散它的吸收速率除了与物理吸收过程中被吸收组分在气膜和液膜中的扩散速率有关外,还与化学反应速率有关。速率有关外,还与化学反应速率有关。n2.化学吸收的传质速率化学吸收的传质速率化学吸收与物理吸收相比较,气相一侧两者均可用物理吸收的传质速率方程式表化学吸收与物理吸收相比较,气相一侧两者均可用物理吸收的传质速率方程式表示,而化学吸收相当于增大了液相的传质动力和传质分系数,因此提高了传质速示,而化学吸收相当于增大了液相的传质动力和传质分系数,因此提高了传质速率。率。现在学习的是第8页
10、,共27页(四)吸收装置(四)吸收装置吸收装置主要是塔式容器,应满足下列吸收装置主要是塔式容器,应满足下列基本要求基本要求:气液接触面大,接触时间长;气液接触面大,接触时间长;气液之间扰动强烈,气液之间扰动强烈,吸收效率高;吸收效率高;流动阻力小,工作稳定;流动阻力小,工作稳定;结构简单,结构简单,维修方便,投资和运行维修费用低;维修方便,投资和运行维修费用低;具有抗腐蚀和防具有抗腐蚀和防堵塞能力。堵塞能力。常用的吸收装置有填料塔、湍流塔、板式塔、喷淋常用的吸收装置有填料塔、湍流塔、板式塔、喷淋塔、和文丘里吸收器等。塔、和文丘里吸收器等。现在学习的是第9页,共27页第二节第二节气态污染物的吸附
11、净化方法气态污染物的吸附净化方法n1.吸附现象吸附现象n吸附现象也分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附是由固体吸附剂分子与气体分子间的静电力吸附现象也分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附是由固体吸附剂分子与气体分子间的静电力或范德华力引起的,两者之间不发生化学作用,是一种可逆过程。化学吸附是由于固体表面与被或范德华力引起的,两者之间不发生化学作用,是一种可逆过程。化学吸附是由于固体表面与被吸附分子间的化学键力所引起,两者之间结合牢固,不易脱附,该吸附需要一定的活化能,故又吸附分子间的化学键力所引起,两者之间结合牢固,不易脱附,该吸附需要一定的活化能,故又称活化吸附。称活化吸附。n物理吸附与化学
12、吸附的主要区别物理吸附与化学吸附的主要区别有:有:吸附热。物理吸附多为放热过程,其吸附热较小吸附热。物理吸附多为放热过程,其吸附热较小(102103J/mo1),与气体的液化热接近,而化学吸附的吸附热很大,与气体的液化热接近,而化学吸附的吸附热很大(42kJ/mo1),与化学反应,与化学反应热相近;热相近;温度。物理吸附不需要活化能,吸附与脱附速率一般不受温度的影响;温度。物理吸附不需要活化能,吸附与脱附速率一般不受温度的影响;选择性。选择性。n物理吸附与化学吸附往往同时发生,但以某一种吸附为主。如在低温下,主要是物理吸附,而在物理吸附与化学吸附往往同时发生,但以某一种吸附为主。如在低温下,主
13、要是物理吸附,而在较高的温度下,就可能转为化学吸附为主。较高的温度下,就可能转为化学吸附为主。现在学习的是第10页,共27页n2.吸附的基本原理吸附的基本原理n(1)吸附平衡吸附平衡。在一定温度下,吸附质与吸附剂充分接触后,。在一定温度下,吸附质与吸附剂充分接触后,吸附质附着于吸附剂上的吸附速度和吸附质脱离吸附剂表面吸附质附着于吸附剂上的吸附速度和吸附质脱离吸附剂表面的解吸速度相等时,即吸附质在气相中的浓度与在固相吸附的解吸速度相等时,即吸附质在气相中的浓度与在固相吸附剂表面的浓度达到动态平衡而不再改变,称为吸附平衡。剂表面的浓度达到动态平衡而不再改变,称为吸附平衡。n此时的吸附量和吸附质在气
14、相中的压力此时的吸附量和吸附质在气相中的压力(或浓度或浓度)分别称为平分别称为平衡吸附量和平衡压力衡吸附量和平衡压力(或平衡浓度或平衡浓度),是吸附的极限,一定温度,是吸附的极限,一定温度下两者的关系可以用下两者的关系可以用吸附等温方程或吸附等温曲线吸附等温方程或吸附等温曲线来描述。来描述。现在学习的是第11页,共27页n3.吸附剂吸附剂n工业吸附剂应具备的条件为:工业吸附剂应具备的条件为:n具有巨大内表面积、较大的吸附容量的多孔性物质;具有巨大内表面积、较大的吸附容量的多孔性物质;n对不同的气体分子具有很强的吸附选择性;对不同的气体分子具有很强的吸附选择性;n吸附快且再生特性良好;吸附快且再
15、生特性良好;n具有足够的机械强度,对酸、碱、水、高温的适应性;用于物理吸具有足够的机械强度,对酸、碱、水、高温的适应性;用于物理吸附时要有化学稳定性。附时要有化学稳定性。n价格低廉,来源广泛。价格低廉,来源广泛。现在学习的是第12页,共27页n工业上常用的吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛、沸石等。工业上常用的吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛、沸石等。n(1)活性炭活性炭。活性炭是常用的吸附剂。由于它的疏水性,主要用于吸附湿空气中的。活性炭是常用的吸附剂。由于它的疏水性,主要用于吸附湿空气中的有机溶剂、恶臭物质,以及烟气中的有机溶剂、恶臭物质,以及烟气中的S02、NOx或其它有害
16、气体。具有比表面积大、或其它有害气体。具有比表面积大、吸附及脱附快,性能稳定,耐腐蚀等优点,但具有可燃性,使用温度一般不超过吸附及脱附快,性能稳定,耐腐蚀等优点,但具有可燃性,使用温度一般不超过200。n(2)硅胶硅胶。硅胶具有很强的亲水性,它吸附的水分量可达自身质量的。硅胶具有很强的亲水性,它吸附的水分量可达自身质量的50,吸湿,吸湿后吸附能力下降,因此常用于含湿量较高气体的干燥脱水、烃类气体回收,后吸附能力下降,因此常用于含湿量较高气体的干燥脱水、烃类气体回收,以及吸附干燥后的有害废气。硅胶是将硅酸钠溶液(水玻璃)用酸处理后得以及吸附干燥后的有害废气。硅胶是将硅酸钠溶液(水玻璃)用酸处理后
17、得到硅酸凝胶,再经水洗、干燥脱水制得的坚硬多孔的粒状无晶形氧化硅。到硅酸凝胶,再经水洗、干燥脱水制得的坚硬多孔的粒状无晶形氧化硅。现在学习的是第13页,共27页n(3)活性氧化铝。活性氧化铝。活性氧化铝可用于气体和液体的干燥,石油气的浓缩、活性氧化铝可用于气体和液体的干燥,石油气的浓缩、脱硫、脱氢,以及含氟废气的治理。含水氧化铝在严格控制的升温条件下,脱硫、脱氢,以及含氟废气的治理。含水氧化铝在严格控制的升温条件下,加热脱水便制成多孔结构的活性氧化铝,具有良好的机械强度。加热脱水便制成多孔结构的活性氧化铝,具有良好的机械强度。n(4)分子筛分子筛。分子筛被广泛用于废气治理中的脱硫、脱氮、含汞蒸
18、气净化及其。分子筛被广泛用于废气治理中的脱硫、脱氮、含汞蒸气净化及其他有害气体的吸附。它是一种人工合成沸石,具有立方晶体的硅酸盐,属于离子他有害气体的吸附。它是一种人工合成沸石,具有立方晶体的硅酸盐,属于离子型吸附剂。因其孔径整齐均匀,能选择性地吸附直径小于某个尺寸的分子,故有型吸附剂。因其孔径整齐均匀,能选择性地吸附直径小于某个尺寸的分子,故有很强的吸附选择性。由于分子筛内表面积大,因此吸附能力较强。很强的吸附选择性。由于分子筛内表面积大,因此吸附能力较强。n通常,污染物分子较小的选用分子筛,分子较大应选用活性炭或硅胶;对无通常,污染物分子较小的选用分子筛,分子较大应选用活性炭或硅胶;对无机
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