第5章气态污染物控制技术基础(1)ppt课件

1、第五章 气态污染物控制技术根底教学内容:气体吸收 气体吸附 气体催化净化教学重点掌握气体分散、气体吸收、吸附和催化的根本原理和过程 了解常用吸收剂、吸附剂和催化剂的特性 教学重点初步学会设计吸收塔、吸附床和催化转化器建议学时数：8学时自学1气体吸收、吸收机理一、根本原理(1)概念：利用吸收剂将混合气体中的一种或多种组成有选择的分别过程称作吸收。具有吸收作用的物质称为吸收剂。被吸收的组分称为吸附质物理吸收 HCl和水 化学吸收SO2和NaOH溶液利用：混合气体中各成分在吸收剂中的溶解度不同 吸收剂中的组分发生选择性化学反响。(2)、吸收平衡平衡吸收过程的传质速率等于解吸过程同一时间内溶解于液体中

2、的气体分子数等于从液体中解脱出来的气体分子数溶解度每100kg水中溶解气体的kg数常见气体的平衡溶解度亨利定律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传质阻力传质阻力吸收系数的倒数传质过程吸收系数的影响要素吸收质与吸收剂设备、填料类型流动情况、操作条件吸收系数的获取实验测定；阅历公式计算物理吸收吸收过程中不发生明显的化学反响，单纯是被吸收组分溶解于液体的过程化学吸收化学吸收的优点溶质进入溶剂后因化学反响耗费掉，溶剂包容的溶质量增多液膜分散阻力降低填料外表的停滞层仍为有效湿外表两分子反响中相界面附近液相内A与B的浓度分布(3)、吸收流程逆流操作：被吸收气体由下向上流动

3、，而吸收剂由上向下并流操作：气体和吸收剂同时由上部向下流动错流操作：气体和吸收剂呈交叉方向流动在实践吸收工艺流程中普通采用逆流操作二、吸收剂1水：SO2 FH NH3 HCl碱金属，碱土金属的盐类，铵盐： SO2 HF HCl NOX2吸收剂的选择适宜的物理性质:粘度小，较低的凝固点，适宜的沸点，比热容不大,不起泡等；良好的化学性质：不易燃，热稳定性高，无毒性；价钱低，易再生有利于有害物质的回收利用3常用的吸收设备：外表吸收器：填料塔逆流传质推进力大鼓泡式吸收器：鼓泡吸收塔，筛板吸收塔喷洒式吸收器废气由塔底进入塔体，自下向上穿过填料层最后由塔顶排出。 吸收剂由塔顶经过分布器均匀地喷淋到填料层中

4、，并沿着填料层向下流动，从塔底排出塔外。在废气沿塔上升的同时，与吸收剂在填料层中充分接触，污染物浓度逐渐降低，而塔顶喷淋的总是新颖的吸收液，因此吸收传质的平均推进力大，吸收效果好。填料塔的优点是：吸收效果比较可靠；对气体变动的适用性强；可用耐腐蚀资料制造，构造简单制造容易，压力损失较小(490Pam塔高)。填料塔的缺陷主要是：当气流过大时发生液泛而不易操作；吸收液中含固体或吸收过程中产生沉淀时，使操作发生困难；填料数量多，质量大，检修不方便。鼓泡式吸收器鼓泡式吸收器内均有液相延续的鼓泡层，分散的气泡在穿过鼓泡层时有害组分被吸收。常见的设备有鼓泡塔、湍球塔和各种板式吸收塔。净化气态污染物中运用较

5、多的是鼓泡塔和筛板塔。气体由下面的多孔板进入，经过支撑板上面的液体时构成鼓泡层。鼓泡塔的优点是：塔不易堵塞，压力损失小。缺陷是受气流速度影响大，当气流速度过小时，不能发扬应有的效能；当气流速度过大时，吸收效率降低。 图56所示的是筛板式吸收塔表示图。沿塔高装有塔板，两相在每块塔板上接触。 塔板分为错流式、穿流式、气液并流式等几种。(3)喷洒式吸收器用喷嘴将液体放射成为许多细小的液滴，以增大气液相的接触面，完成传质过程。比较典型的设备是空心喷洒吸收器和文丘里吸收器。图57所示是几种空心喷洒吸收器表示图。在吸收器中，气体通常是自下而上流动，而液体那么是由装在塔顶的放射器呈喇叭状喷洒。空心喷洒吸收器

6、构造简单，造价低廉，阻力小，但吸收效率不是很高，因此运用遭到了极大的限制。吸收设备填料塔喷淋塔吸收设备填料塔2气体吸附吸附概念：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外表吸附质被吸附物质吸附剂附着吸附质的物质优点：效率高、可回收、设备简单缺陷：吸附容量小、设备体积大吸附机理物理吸附和化学吸附物理吸附化学吸附1.吸附力范德华力；2.不发生化学反应；3.过程快，瞬间达到平衡；4.放热反应；5.吸附可逆；1.吸附力化学键力；2.发生化学反应；3.过程慢；4.升高温度有助于提高速率；5.吸附不可逆；物理吸附和化学吸附同一污染物能够在较低温度下发生物理吸附假设温度升高到吸附剂具备足够高的活

7、化能时，发生化学吸附一、吸附剂吸附剂需具备的特性内外表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 /kgm-32006007501000800800800800热容/kJ(kgK)-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作温度上限/K423773673873873873平均孔径/15251848224513再生温度 /K373413473523393423473573473573473573比外表积 /g-1600160021036060

8、0常用吸附剂特性分子筛特性气体吸附的影响要素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 吸附剂性质比外表积孔隙率、孔径、粒度等气体吸附的影响要素吸附质性质、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、饱和性吸附剂活性单位吸附剂吸附的吸附质的量静活性吸附到达饱和时的吸附量动活性未到达平衡时的吸附量常见分子的临界直径分子临界直径/分子临界直径/氦氢乙炔氧一氧化碳二氧化碳氮水氨氩甲烷乙烯环氧乙烷乙烷甲醇乙醇环丙烷丙烷正丁烷-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1-

9、丁烯2-反丁烯1,3-丁二烯二氟-氯甲烷(CFC-22)噻吩异丁烷-异二十二烷二氟二氯甲烷(CFC-12)环己烷甲苯对二甲苯苯四氯化碳氯仿新戊烷间二甲苯邻二甲苯三乙胺5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97.17.48.4吸附剂再生 溶剂萃取活性炭吸附SO2，可用水脱附 置换再生脱附剂需求再脱附 降压或真空解吸 吸附作用 ，再生温度 加热再生吸附剂再生(a)吸附(b)解吸吸附速率吸附过程 吸附 外分散气流主体 外外表 内分散外外表 内外表吸附平衡当吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量到达极限值极限吸附量受气体压力和温度的影响吸附等温线

10、 NH3在活性炭上的吸附等温线二、吸附机理吸附等温线 3 常用的吸附设备 目前所运用的吸附净化设备主要有固定床吸附器、挪动床吸附器和流化床吸附器三种类型。1固定床吸附器 按照吸附器矗立的方式，可将固定床吸附器分为立式、卧式两种；按照吸附器的外形可将其分为方形、圆形两种。 固定床吸附器的特点是构造简单，价钱低廉，特别适宜于小型、分散、间歇性污染源排放气体的净化。 固定床吸附器的缺陷是间歇操作，为保证操作正常运转，在设计流程时应根据其特点，设计多台吸附器相互切换运用。图5-9是方形立式吸附器表示图。吸附剂床层高度在0.5-2.0m的范围内，吸附剂填充在栅板上。为了防止吸附剂漏到栅板的下面，在栅板上

11、放置两层不锈钢网。吸附剂再生的常用方法是：从栅板的下方将饱和蒸汽通入床层。为了防止吸附剂颗粒被带出，在床层上方用钢丝网覆盖。在处置腐蚀性流体混合物时可采用由耐火砖和陶瓷等防腐蚀资料制成的具有内衬的吸附器。 图5-10是卧式吸附器表示图。其壳体为圆柱形，封头为椭圆形，普通用不锈钢或碳钢制成。吸附剂床层高度为0.5-1.0m。卧式吸附器的优点是流体阻力小，从而减少动力耗费。其缺陷是由于吸附剂床层横截面积大，易产生气流分配不均匀景象。2挪动床吸附器 在挪动床吸附器中，固体吸附剂在吸附床中不断挪动，固体吸附剂由上向下挪动，而气体那么由下向上流动，构成逆流操作。挪动床吸附器的构造如图5-11所示。 挪动

12、床吸附的任务原理是：吸附剂从设备顶部进入冷却器，降温后经分配板进入吸附段，借重力作用不断下降，并经过整个吸附器。净化气体从分配板下面引入，自下而上经过吸附段，与吸附剂逆流接触，净化后的气体从顶部排出。当吸附剂下降到汽提段时，由底部上来的脱附气与其接触进一步吸附，将较难脱附的气体置换出来，最后进入脱附器对吸附剂进展再生。吸附工艺挪动床3流化床吸附器 在设备中流体以不同的流速经过细颗粒固定床层时，就出现如图5-15所示的流化形状。 当气体以很小的流速从下向上穿过吸附剂床层时，固体颗粒静止不动。随着气体流速的逐渐增大，固体颗粒会渐渐地松动，但依然坚持相互接触，床层高度也没有变化，这种情况便是固定床操

13、作。随着气速的继续增大，颗粒作一定程度的挪动，床层膨胀，高度添加，称为临界流化态。当气速大于临界气速时，颗粒便悬浮于气体之中并上下浮沉这便是流化形状。吸附过程的计算吸附传质方程=k c t吸附量 c 浓度差 t吸附时间 k质量传送系数维护作用时间与希洛夫方程从吸附开场到流出的气体中刚刚出现吸附剂的这一段时间，称为维护时间。t=kL-t0K 维护作用系数 L吸附层厚度 t0 维护作用时间损失K=/(uc0)平均净活度值 吸附剂的堆积密度 u气体速度C0吸附质初始浓度t0=kL0吸附工艺固定床吸附工艺挪动床吸附工艺流化床流化床吸附工艺3 气体催化净化概念：含尘气体经过催化床层发生催化反响，使污染物

14、转化为无害或易于处置的物质运用工业尾气和烟气去除SO2和NOxCO和CH化合物催化净化工艺段间冷却的四层催化床第二级催化床预除尘和水分填充床吸收塔填充床吸收塔来自冶炼厂或硫磺熄灭的富含SO2的尾气水含有约为初始进气SO2浓度3%的尾气含有约为初始进气SO2浓度0.3%的尾气水单级吸收工艺二级吸收工艺SO2单级和二级净化工艺的流程图催化反响：420550催化净化工艺催化剂：Pt (Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等VOCs的催化氧化催化净化工艺NOxNH3 filter Combustor MixerReactorNOx的选择性催化复原SCR一、催化作用和催化剂催化作用改动反响历程，降低活化

15、能提高反响速率 阿累尼乌斯方程 显著特征对于正逆反响的影响一样，不改动化学平衡选择性催化剂加速化学反响，而本身的化学组成在反响前后坚持不变的物质组成活性组分 助催化剂 载体V2O5催化剂K2SO4助催化剂催化剂的性能活性W产质量量WR催化剂质量t反响时间催化剂的性能稳定性热稳定性、机械稳定性和化学稳定性表示方法：寿命老化活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等中毒对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb熄灭法概念：熄灭法(combustion)是对含有可燃性有害组分的混合气体进展氧化熄灭或高温分解，使有害组分转化为无害物的方法。运用于：碳氢化合物(HC)废气的净化，CO、恶臭、沥青烟等1，直接熄灭把废气中可燃的有害组分当作燃料直接熄灭，从而到达净化的目的。该方法只能用于净化可 燃有害组分浓度较高或熄灭热值较高的气体。假设可燃性组分的浓 度高于熄灭上限，可以混入适量的空气进展熄灭；假设可燃组分的 浓度低于熄灭下限，可以参与一定量的的助燃料维持熄灭。2，热力熄灭 热力熄灭过程可分为三个步骤：首先是辅助燃料熄灭，其作用是提供热量，以便对废气进展预热；第二步是废气与高温