空气污染控制工程第7章34y569

1、第七章第七章 气态污染物控制技术基础气态污染物控制技术基础第一节第一节 气体扩散气体扩散第二节第二节 气体吸收气体吸收第三节第三节 气体吸附气体吸附第四节第四节 气体催化净化气体催化净化教学要求教学要求 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 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 教学重点教学重点 气态污染物的物理、化学处理工艺气态污染物的物理、化学处理工艺教学难点教学难点 吸收塔、吸附床和催化转化器设计计算吸收塔、吸附床和催化转化器设计计算第一节第一节 气体扩散气体扩散扩散过程包括分子扩散和湍流

2、扩散扩散过程包括分子扩散和湍流扩散： 分子扩散：物质在静止的或垂至于浓度梯度方向作层流分子扩散：物质在静止的或垂至于浓度梯度方向作层流流动的流体中传递，是由分子的运动引起的，称为分子扩散。流动的流体中传递，是由分子的运动引起的，称为分子扩散。 湍流扩散：物质在湍流流体中的传递除了分子的运动外，湍流扩散：物质在湍流流体中的传递除了分子的运动外，更主要的是由于流体中质点的运动而引起的，称为湍流扩散。更主要的是由于流体中质点的运动而引起的，称为湍流扩散。1.1 气体在气相中的扩散气体在气相中的扩散 气态污染物气态污染物A通过惰性气体组分通过惰性气体组分B的运动，可用的运动，可用A在在B中的中的扩散系

3、统扩散系统DAB给出。给出。 DAB DBA （Gilliland 方程）0.540.5AAB0.50.52AABAB111.8 10TMDMMVVT T绝对温度，绝对温度，绝对温度，绝对温度，KKD DABAB扩散系数，扩散系数，扩散系数，扩散系数，cmcm2 2/s /sMM气体的摩尔质量气体的摩尔质量气体的摩尔质量气体的摩尔质量气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积, ,cmcm3 3/mol/mol A A气体密度，气体密度，气体密度，气体密度，g/cmg/cm3 3V0.540.5AAB0.50.52A

4、ABAB111.8 10TMDMMVVT T绝对温度，绝对温度，绝对温度，绝对温度，KKD DABAB扩散系数，扩散系数，扩散系数，扩散系数，cmcm2 2/s /sMM气体的摩尔质量气体的摩尔质量气体的摩尔质量气体的摩尔质量气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积, ,cmcm3 3/mol/mol A A气体密度，气体密度，气体密度，气体密度，g/cmg/cm3 3VT T绝对温度，绝对温度，绝对温度，绝对温度，KKD DABAB扩散系数，扩散系数，扩散系数，扩散系数，cmcm2 2/s /sMM气体的摩尔质量

5、气体的摩尔质量气体的摩尔质量气体的摩尔质量气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积, ,cmcm3 3/mol/mol A A气体密度，气体密度，气体密度，气体密度，g/cmg/cm3 3V第一节第一节 气体扩散气体扩散1.1 气体在气相中的扩散气体在气相中的扩散 扩散系数（物质的特性常数之一） 影响因素：介质的种类、温度、压强、浓度 扩散系数的测量可通过Stephan过程得到22A121ABB1B2Aln(/)2RTLLDPppMt液液体体液液体体A A的的密密度度，的的密密度度，g/mg/m3 3L L1 1液

6、液体体的的初初始始高高度度，液液体体的的初初始始高高度度，cmcmL L2 2液液体体的的最最终终高高度度，液液体体的的最最终终高高度度，cmcm、分分别别为为分分别别为为L L1 1、L L2 2时时空空气气分分压压时时空空气气分分压压t t变变化化时时间间，变变化化时时间间，s sA1B1pB2p22A121ABB1B2Aln(/)2RTLLDPppMt液液体体液液体体A A的的密密度度，的的密密度度，g/mg/m3 3L L1 1液液体体的的初初始始高高度度，液液体体的的初初始始高高度度，cmcmL L2 2液液体体的的最最终终高高度度，液液体体的的最最终终高高度度，cmcm、分分别别为

7、为分分别别为为L L1 1、L L2 2时时空空气气分分压压时时空空气气分分压压t t变变化化时时间间，变变化化时时间间，s sA1B1pB2p第一节第一节 气体扩散气体扩散1.2 1.2 气体在液体中的扩散气体在液体中的扩散 在液相中的扩散系数 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0.510BAB0.5AB()7.4 10MTDV B B液体的粘度，液体的粘度，液体的粘度，液体的粘度，cPcP 溶剂的缔结因数，水溶剂的缔结因数，水溶剂的缔结因数，水溶剂的缔结因数，水2.62.6，甲醇，甲醇，甲醇，甲醇1.91.9，乙醇，乙醇，乙醇，乙醇1.51.5，非缔结如苯、乙醚为非缔

8、结如苯、乙醚为非缔结如苯、乙醚为非缔结如苯、乙醚为1.01.00.510BAB0.5AB()7.4 10MTDV B B液体的粘度，液体的粘度，液体的粘度，液体的粘度，cPcP 溶剂的缔结因数，水溶剂的缔结因数，水溶剂的缔结因数，水溶剂的缔结因数，水2.62.6，甲醇，甲醇，甲醇，甲醇1.91.9，乙醇，乙醇，乙醇，乙醇1.51.5，非缔结如苯、乙醚为非缔结如苯、乙醚为非缔结如苯、乙醚为非缔结如苯、乙醚为1.01.0第一节第一节 气体扩散气体扩散第二节第二节 气体吸收气体吸收2.1 吸收机理吸收机理 气体吸收是溶质从气相传递到液相的相际间传质过程，对于吸收机理以双膜理论模型的应用最为广泛。 2

9、.1 吸收机理吸收机理 双膜模型 气相分传质速率 液相分传质速率 总传质速率方程xALAAAAgAA()()yiiNkyyNkppAAAAlAA()()xiiNkxxNk ccAA*AAAAAA*AA gAAA lA() () () ()yxNKyyNKxxNKppNKcc第二节第二节 气体吸收气体吸收2.2 气液平衡气液平衡1.气液相平衡关系式 气体在液体中的溶解度 每100kg水中溶解气体的kg数 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第二节第二节 气体吸收气体吸收2.2 气液平衡气液平衡2 吸收系数吸收系数 吸收系数的不同形式第二节第二节 气体吸收气体吸收2

10、.2 气液平衡气液平衡2 吸收系数吸收系数 常用吸收系数经验式第二节第二节 气体吸收气体吸收水水吸吸收收氨氨（易易溶溶气气体体吸吸收收）G、L气气、液液相相空空塔塔流流量量40.90.39g6.0710k aGL水水吸吸收收氨氨（易易溶溶气气体体吸吸收收）G、L气气、液液相相空空塔塔流流量量40.90.39g6.0710k aGL水吸收水吸收CO2（难溶气体吸收）难溶气体吸收）U喷淋密度，喷淋密度，m3/(m2h)0.96l2.57k aU水吸收水吸收CO2（难溶气体吸收）难溶气体吸收）U喷淋密度，喷淋密度，m3/(m2h)0.96l2.57k aU40.70.250.82gl9.8110;k

11、 aGLk aaL水水吸吸收收SO2（中中等等溶溶解解气气体体吸吸收收）40.70.250.82gl9.8110;k aGLk aaL水水吸吸收收SO2（中中等等溶溶解解气气体体吸吸收收）2.2 气液平衡气液平衡3.界面浓度的计算 作图法 解析法稀溶液亨利定律+传质方程AAAAAAAAA()()yixiixiyNkyykxxyykxxk 第二节第二节 气体吸收气体吸收2.3物理吸收物理吸收 操作线方程 操作线、平衡线和吸收推动力SS1111BB()()LLLLYXYXXYXGGGG第二节第二节 气体吸收气体吸收 最小液气比吸收塔的最小液气比S12min*B12()LYYGXXS12minB1m

12、ax2()LYYGXX第二节第二节 气体吸收气体吸收2.3物理吸收物理吸收 填料塔高度计算水吸收SO2的平衡线和操作线121200dd()(1)()dd()(1)()TTzyyyizxxxiGyzk ayyyLxzk axxx第二节第二节 气体吸收气体吸收2.3物理吸收物理吸收2.4化学吸收化学吸收1.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二节第二节 气体吸收气体吸收2.化学吸收的气液平衡化学吸收的气液平衡平衡浓度计算第二节第二节 气体吸收气体吸收2.4化学吸收化学吸收3.化学吸收速率 吸收速率 物理吸收时 化学

13、吸收时A1AAl()iNK ccAAAAl()iNkCC4. SO2的化学吸收第二节第二节 气体吸收气体吸收2.4化学吸收化学吸收第三节第三节 气体吸附气体吸附3.1 吸附剂吸附剂满足工业要求的吸附剂：满足工业要求的吸附剂：巨大的内表面巨大的内表面 对不同气体具有选择吸附作用对不同气体具有选择吸附作用 较高的机械强度、化学和热稳定性较高的机械强度、化学和热稳定性 来源广泛、造价低廉来源广泛、造价低廉 良好的再生性能良好的再生性能常用常用 的工业吸附剂：活性炭、活性氧化铝、硅胶、白土、沸石分子筛的工业吸附剂：活性炭、活性氧化铝、硅胶、白土、沸石分子筛影响气体吸附的因素：操作条件影响气体吸附的因素

14、：操作条件 吸附剂的性质吸附剂的性质 吸附质的性质与浓度吸附质的性质与浓度 吸附剂的再生吸附剂的再生第三节第三节 气体吸附气体吸附3.2 吸附机理吸附机理吸附过程的净化效果取决于吸附平衡和吸附速率 六类吸附等温线 等温吸附方程 Freundlich方程 Langmuir方程 BET方程吸附速率第三节第三节 气体吸附气体吸附3.3 吸附工艺与设备吸附工艺与设备 吸附工艺：吸附工艺： 按吸附剂在吸附器中的工作状态按吸附剂在吸附器中的工作状态 固定床吸附过程固定床吸附过程 移动床吸附过程移动床吸附过程 流化床吸附过程流化床吸附过程 按操作过程按操作过程 间歇吸附过程间歇吸附过程 连续吸附过程连续吸附

15、过程 第四节第四节 气体催化净化气体催化净化 催化法净化气态污染物是利用催化剂的催化作用，将废气催化法净化气态污染物是利用催化剂的催化作用，将废气中的气体有害物质转变为无害物或易于去除的物质的一种废中的气体有害物质转变为无害物或易于去除的物质的一种废气治理方法。气治理方法。4.1 催化剂的组成催化剂的组成 主活性物质：能单独对化学反应起催化作用，因而可以作主活性物质：能单独对化学反应起催化作用，因而可以作为催化剂单独使用为催化剂单独使用 助催化剂：本身没有什么催化功能，但它的少量加入能明助催化剂：本身没有什么催化功能，但它的少量加入能明显提高主活性物质的催化性能。显提高主活性物质的催化性能。 载体：用以承载主活性物质和助催化剂