大气污染控制工程课件07-2气态污染物控制技术基础.ppt

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1、第第7 7章章 气态污染物控制技术基础气态污染物控制技术基础l教学内容教学内容:l气体扩散气体扩散 l气体吸收气体吸收 l气体吸附气体吸附 l气体催化净化气体催化净化l教学重点教学重点l掌握气体扩散、气体吸收、吸附和催化的基掌握气体扩散、气体吸收、吸附和催化的基本原理和过程本原理和过程 l了解常用吸收剂、吸附剂和催化剂的特性了解常用吸收剂、吸附剂和催化剂的特性 l教学重点教学重点l初步学会设计吸收塔、吸附床和催化转化器初步学会设计吸收塔、吸附床和催化转化器第第7章章 气态污染物控制技术基础气态污染物控制技术基础(2)l3气体吸附气体吸附吸附剂吸附机理吸附工艺与设备计算教学重点：吸附过程与吸附剂

2、、吸附理论、吸附设备及其计算方法、吸附法净化有机蒸气教学难点：吸附设备及其计算方法、吸附法净化有机蒸气3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、设备体积大吸附机理吸附机理物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附1.吸附力范德华力；吸附力范德华力；2.不发生化学反应；不发生化学反应；3.过程快，瞬间达到平衡；过程快，瞬间达到平衡；4.放热反应；放热反应；5.吸附可逆；吸附可逆；

3、1.吸附力化学键力；吸附力化学键力；2.发生化学反应；发生化学反应；3.过程慢；过程慢；4.升高温度有助于提高速率；升高温度有助于提高速率；5.吸附不可逆；吸附不可逆；物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附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，发生化学吸附一、吸附剂一、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

4、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常用吸附剂特性常用吸附剂特性l分子筛特性分子筛特性气体吸附的影响因素气体吸附的影响因

5、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）气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素l典型吸附质分子的横截面积典型吸附质分子的横截面积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常见分子的临界直径常见分子的临界直径分子分子临界直径临界直径/分子分子临界直径临界直径/氦氦氢氢乙炔乙炔氧氧一氧化碳一氧化碳二氧化碳二氧化碳氮氮水水氨氨

6、氩氩甲烷甲烷乙烯乙烯环氧乙烷环氧乙烷乙烷乙烷甲醇甲醇乙醇乙醇环丙烷环丙烷丙烷丙烷正丁烷正丁烷-正二十二烷正二十二烷2.02.42.42.82.82.83.03.153.83.844.04.254.24.24.44.44.754.894.9丙烯丙烯1-丁烯丁烯2-反丁烯反丁烯1,3-丁二烯丁二烯二氟二氟-氯甲烷氯甲烷(CFC-22)-22)噻吩噻吩异丁烷异丁烷-异二十二烷异二十二烷二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷(CFC-12)-12)环己烷环己烷甲苯甲苯对二甲苯对二甲苯苯苯四氯化碳四氯化碳氯仿氯仿新戊烷新戊烷间二甲苯间二甲苯邻二甲苯邻二甲苯三乙胺三乙胺5.05.15.15.25.35.35.585.9

7、36.16.76.76.86.96.96.97.17.48.4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 加热再生吸附剂再生吸附剂再生(a)吸附吸附(b)解吸解吸吸附平衡吸附平衡l当当吸附速度脱附速度吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值到极限值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二二

8、、吸附机理吸附机理吸附等温线吸附等温线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）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）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

9、）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吸附工艺吸附工艺l固定床固定床吸附工艺吸附工艺l移动床移动床吸附工艺吸附工艺l移动床移动床吸附工艺吸附工艺l流化床流化床l流化床流化床吸附工艺吸附工艺固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附计算l保护作用时间保护作用时间L实际曲线与理论曲线的比较1理论线 2实际曲线固定床吸附计算固定床吸附计算l同样条件下同样条件下l定义动力特性定义动力特性固定床吸附计算固定床吸附计算l吸附床长度吸附床长度假定条件l等温吸附等温吸附l低浓度污染物的吸附低

10、浓度污染物的吸附l吸附等温线为第三种类型吸附等温线为第三种类型l吸附区长度为常数吸附区长度为常数l吸附床的长度大于吸附区长度吸附床的长度大于吸附区长度固定床吸附计算固定床吸附计算l吸附床长度吸附床长度L L0 0吸附区长度吸附区长度吸附区长度吸附区长度WWA A穿透至耗竭的惰性气体通过量穿透至耗竭的惰性气体通过量穿透至耗竭的惰性气体通过量穿透至耗竭的惰性气体通过量WWE E耗竭时的通过量耗竭时的通过量耗竭时的通过量耗竭时的通过量1-1-f f吸附区内的饱和度吸附区内的饱和度吸附区内的饱和度吸附区内的饱和度吸附器的压力损失吸附器的压力损失1）图解计算）图解计算移动床计算移动床计算l操作线操作线l

11、吸附速率方程吸附速率方程例：用连续移动床逆流等温吸附过程净化含例：用连续移动床逆流等温吸附过程净化含H2S的空气。吸附剂为分子的空气。吸附剂为分子筛。空气中筛。空气中H2S的浓度为的浓度为3（重量），气相流速为（重量），气相流速为6500kg/h，假定，假定操作在操作在293K和和1atm下进行，下进行，H2S的净化率要求为的净化率要求为95，试确定：，试确定：(1)分子筛的需要量（按最小需要量的分子筛的需要量（按最小需要量的1.5倍计）；倍计）；(2)需要再生时，分子筛中需要再生时，分子筛中H2S的含量；的含量；(3)需要的传质单元数。需要的传质单元数。解：解：(1)吸附器进口气相组成：吸附

12、器进口气相组成：H2S的流量的流量0.036500195kg/h空气的流量空气的流量65001956305kg/h吸附器出口气相组成：吸附器出口气相组成：H2S0.05(195)9.75kg/h空气空气6305kg/h移动床计算移动床计算移动床计算移动床计算实验得到的平衡关系如右图实验得到的平衡关系如右图假定假定X20，从图得（，从图得（X1）最大最大0.1147所以实际需要的分子筛所以实际需要的分子筛0.37263052345.5kg/h(2)分子筛吸收分子筛吸收H H2 2S S的平衡数据的平衡数据移动床计算移动床计算(3)图解积分法计算图解积分法计算NOGNOG3.127图解积分法求传质

13、单元数图解积分法求传质单元数 吸附净化气体的应用1、低浓度二氧化硫的吸附净化低浓度二氧化硫的吸附净化常用的吸附剂是活性炭常用的吸附剂是活性炭,烟气中含有足量的水蒸气和烟气中含有足量的水蒸气和氧，氧，SO SO2 2氧化成氧化成SOSO3 3,SO,SO3 3继而由于水发生反应生成稀继而由于水发生反应生成稀硫酸。用金属盐浸渍吸附剂可以增加对二氧化硫的硫酸。用金属盐浸渍吸附剂可以增加对二氧化硫的吸附率，它们的作用是催化氧化二氧化硫吸附率，它们的作用是催化氧化二氧化硫 。吸附法脱硫的缺点吸附法脱硫的缺点：除了吸附容量有限外，吸附法除了吸附容量有限外，吸附法必须在吸附器中采用比较低的气流速度。另外，高

14、必须在吸附器中采用比较低的气流速度。另外，高活性的碳易于被气体中的氧所氧化。覆盖在炭表面活性的碳易于被气体中的氧所氧化。覆盖在炭表面的硫酸，减低了活性炭的吸附能力，需要用加热或的硫酸，减低了活性炭的吸附能力，需要用加热或洗涤的方法脱附，回收这些硫酸，并使活性炭得以洗涤的方法脱附，回收这些硫酸，并使活性炭得以再生。再生。吸附净化气体的应用2、含氟化氢废气的吸附净化含氟化氢废气的吸附净化采用工业氧化铝、氧化钙、氢氧采用工业氧化铝、氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙等作为吸附剂。对于铝厂化钙或碳酸钙等作为吸附剂。对于铝厂电解烟气，采用的氧化铝也是铝电解的电解烟气，采用的氧化铝也是铝电解的原料，吸附的氟化氢可以

15、随同氧化铝进原料，吸附的氟化氢可以随同氧化铝进入电解生产中，代替冰晶石，不存在吸入电解生产中，代替冰晶石，不存在吸附剂再生问题。在铝电解烟气的主要组附剂再生问题。在铝电解烟气的主要组分中，氟化氢的沸点最高，因此最容易分中，氟化氢的沸点最高，因此最容易被吸附。而且氟化氢有较大的极性和相被吸附。而且氟化氢有较大的极性和相当大的偶极距，同时具有较高的表面活当大的偶极距，同时具有较高的表面活性，很容易被吸附。性，很容易被吸附。氧化铝对氟化氢的吸附主要是化学吸附。氧化铝对氟化氢的吸附主要是化学吸附。Al2O3+6HF2AlF3+3H2O温度较低时，有利于氟化氢吸附。温度较低时，有利于氟化氢吸附。该吸附过程的速度很快，氧化铝与烟气该吸附过程的速度很快，氧化铝与烟气中的氟化氢接触后，反应几乎在中的氟化氢接触后，反应几乎在0.1s内内完成。氟化氢浓度提高时，反应速度急完成。氟化氢浓度提高时，反应速度急剧增大。剧增大。