大气污染控制工程气态污染物控制技术之吸附与净化

第7章气态污染物控制技术根底教学内容:气体分散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〕第7章气态污染物控制技术根底§3气体催化净化催化作用和催化剂气固催化反响动力学气－固相催化反响器的设计教学重点：催化作用原理、多相催化反响的物理化学过程及动力学方程、气－固相催化反响器的设计计算与构造类型选择教学难点：多相催化反响的物理化学过程及动力学方程、气－固相催化反响器的设计计算与构造类型选择§3气体催化净化含尘气体经过催化床层发生催化反响，使污染物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NOx有机挥发性气体VOCs和臭气的催化熄灭净化汽车尾气的催化净化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：420～550℃催化净化工艺NOxNH3filterCombustorMixerReactorNOx的选择性催化复原〔SCR〕催化净化工艺车用催化转化器一、催化作用和催化剂

催化作用改动反响历程，降低活化能提高反响速率〔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气固催化反响动力学反响过程(1)反响物从气流主体-催化剂外外表(2)进一步向催化剂的微孔内分散(3)反响物在催化剂的外表上被吸附(4)吸附的反响物转为为生成物(5)生成物从催化剂外表脱附下来(6)脱附生成物从微孔向外外表分散(7)生成物从外外表分散到气流主体 (1),(7)：外分散；(2),(6)内分散 (3),(4),(5)：动力学过程主气流微孔固相催化剂粒子表示图催化剂反响动力学催化剂中的浓度分布催化剂反响动力学催化剂反响动力学反响速度取决于带^反响(最慢反响)，其它都到达平衡例：A＋BR＋S外表反响控制吸附或脱附控制A的吸附：B的吸附：外表反响：R的脱附：S的脱附：二、催化反响动力学方程外表化学反响速率对于催化床NA－反响物A的流量，kmol/hNA0－反响物A的初始流量，kmol/hVR－反响气体体积，m3x－转化率L－反响床长度，mA－反响床截面积，m2Q－反响气体流量，m3t－接触时间，hcA0－反响物的初始浓度,kmol/m3二、催化反响动力学方程宏观动力学方程外分散的传质速率二、催化反响动力学方程宏观动力学方程内分散反响速率二、催化反响动力学方程催化剂有效系数反响催化剂微孔内浓度分布对反响速率的影响在内分散的影响下催化剂微孔内外表上反响物很低，沿微孔方向降至平衡浓度催化剂内外表积并未充分利用η值较小二、催化反响动力学方程催化剂有效系数实验测定二、催化反响动力学方程催化剂有效系数一级不可逆反响内外分散的影响外分散控制降低催化剂外表反响物浓度，从而降低反响速度表现因数：KG消除方法提高气速，以加强湍流程度，减小边境层厚度气速提高到一定程度，转化率趋于定值，外分散影响消除－下限流速内外分散的影响内分散控制降低催化剂内反响物浓度，从而降低反响速度表现因数：η消除方法尽量减小催化剂颗粒大小粒径减小到一定程度，转化率趋于定值，内分散影响消除三、催化反响器的设计设计根底停留时间决议反响的转化率由催化床的空间体积、物料的体积流量和流动方式决议三、催化反响器的设计设计根底反响器的流动模型活塞流、混合流实践流态介于两者之间反响器内每一点的流态各不一样，停留时间各异不同停留时间的物料在总量中所占的分率具有相应的统计分布－停留时间分布函数工业上，延续釜式反响器－理想混合反响器；径高比大的固定床－活塞流反响器三、催化反响器的设计设计根底空间速度单位时间经过单位体积催化床的反响物料体积三、催化反响器的设计阅历计算法将催化床作为一个整体利用阅历参数设计经过中间实验确定最正确工艺条件三、催化反响器的设计数学模型法反响的动力学方程＋物料流动方程＋物料衡算＋热量衡算反响热效应小的催化床－等温分布计算三、催化反响器的设计数学模型法转化率较高的工业反响器，温度分布具有明显的轴向温差轴向等温分布计算固定床反响器最主要的气固相催化反响器优点:流体接近于平推流，返混小，反响速度较快固定床中催化剂不易磨损，可长期运用停留时间可严厉控制，温度分布可适当调理，高选择性和转化率缺陷:传热差(热效应大的反响，传热和温控是难点)催化剂改换需停产进展固定床反响器单层绝热反响器构造简单，造价低廉，气流阻力小内部温度分布不均用于化学反响热效应小的场所固定床反响器多段绝热反响器相邻两段之间引入热交换(a)直接换热(b)间接换热固定床反响器列管式反响器用于对反响温度要求高，或反响热效应很大的场所其他反响器径向反响器薄层床反响器自热式反响器反响器类型的选择根据反响热的大小和对温度的要求，选择反响器的构造类型尽量降低反响器阻力反响器应易于操作，平安可靠构造简单，造价低廉，运转与维护费用经济固定床的阻力计算颗粒固定床，欧根〔Ergun〕公式：固定床的阻力计算实践计算应根据温