第5章气态污染物控制技术基础(1).ppt

1、第五章第五章 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建议学时数：8学时（自学）1气体吸收气体吸收、吸收机理吸收机理l一一、基本原理基本原理l(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概念：利用吸收

2、剂将混合气体中的一种或多种组成有选择的分离过程称作吸收。离过程称作吸收。l具有吸收作用的物质称为吸收剂。具有吸收作用的物质称为吸收剂。l被吸收的组分称为吸附质被吸收的组分称为吸附质l物理吸收物理吸收（HCl和水）和水）l化学吸收（化学吸收（SO2和和NaOH溶液）溶液）l利用：混合气体中各成分在吸收剂中的溶解度不同利用：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吸收剂中的组分发生选择性化学反应。分发生选择性化学反应。(2)、吸收平衡、吸收平衡l平衡吸收过程的传质速平衡吸收过程的传质速率等于解吸过程（同一时率等于解吸过程（同一时间内溶解于液体中的气体间内溶解于液体中的气体分子数等于从液体

3、中解脱分子数等于从液体中解脱出来的气体分子数）出来的气体分子数）l溶解度溶解度每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l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传质阻力吸收系数的倒数传质过程传质过程l吸收系数的影响因素吸收系数的影响因素吸收质与吸收剂设备、填料类型流动状况、操作条件l吸收系数的获取吸收系数的获取实验测定；经验公式计算物理吸收物理吸收l吸收过程中不发生明显的化学反应，单纯是被吸收过程中不发生明显的化学反应，单纯是被吸收组分溶解于液体的过程吸收组分溶解于液体的过程化学吸收化学吸收l化学吸收的优点化学吸收

4、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两分子反应中相界面附近液相内两分子反应中相界面附近液相内A与与B的浓度分布的浓度分布(3)、吸收流程、吸收流程l逆流操作：被吸收气体由下向上流动，而吸收逆流操作：被吸收气体由下向上流动，而吸收剂由上向下剂由上向下l并流操作：气体和吸收剂同时由上部向下流动并流操作：气体和吸收剂同时由上部向下流动l错流操作：气体和吸收剂呈交叉方向流动错流操作：气体和吸收剂呈交叉方向流动在实际吸收工艺流程中一般采用逆流操作在实际吸收工艺流程中一般采用逆流操作l二、吸收剂二、吸收剂l（1）水：）水：SO2FHNH3

5、HCll碱金属，碱土金属的盐类，铵盐：碱金属，碱土金属的盐类，铵盐：SO2HFHClNOXl（2）吸收剂的选择）吸收剂的选择l适宜的物理性质适宜的物理性质:粘度小，较低的凝固点，适宜的沸点，粘度小，较低的凝固点，适宜的沸点，比热容不大比热容不大,不起泡等；不起泡等；l良好的化学性质：不易燃，热稳定性高，无毒性；良好的化学性质：不易燃，热稳定性高，无毒性；l价格低，易再生价格低，易再生l有利于有害物质的回收利用有利于有害物质的回收利用l（3）常用的吸收设备：）常用的吸收设备：l表面吸收器：填料塔（逆流传质推动力大）表面吸收器：填料塔（逆流传质推动力大）l鼓泡式吸收器：鼓泡吸收塔，筛板吸收塔鼓泡式

6、吸收器：鼓泡吸收塔，筛板吸收塔l喷洒式吸收器喷洒式吸收器l废气由塔底进入塔体，自下向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。上穿过填料层最后由塔顶排出。吸收剂由塔顶通过分布器均匀吸收剂由塔顶通过分布器均匀地喷淋到填料层中，并沿着填地喷淋到填料层中，并沿着填料层向下流动，从塔底排出塔料层向下流动，从塔底排出塔外。在废气沿塔上升的同时，外。在废气沿塔上升的同时，与吸收剂在填料层中充分接触，与吸收剂在填料层中充分接触，污染物浓度逐渐降低，而塔顶污染物浓度逐渐降低，而塔顶喷淋的总是新鲜的吸收液，因喷淋的总是新鲜的吸收液，因而吸收传质的平均推动力大，而吸收传质的平均推动力大，吸收效果好。吸

7、收效果好。l填料塔的优点是：填料塔的优点是：吸收效果比较可靠；吸收效果比较可靠；对对气体变动的适用性强；气体变动的适用性强；可用耐腐蚀材料制作，可用耐腐蚀材料制作，结构简单制作容易，结构简单制作容易，压力损失较小压力损失较小(490Pam塔高塔高)。l填料塔的缺点主要是：填料塔的缺点主要是：当气流过大时发生液当气流过大时发生液泛而不易操作；泛而不易操作；吸收液中含固体或吸收过程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；中产生沉淀时，使操作发生困难；填料数量填料数量多，质量大，检修不方便。多，质量大，检修不方便。鼓泡式吸收器鼓泡式吸收器l鼓泡式吸收器内均有液相连续的鼓泡层，分散鼓泡式

8、吸收器内均有液相连续的鼓泡层，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。的设备有鼓泡塔、湍球塔和各种板式吸收塔。l净化气态污染物中应用较多的是净化气态污染物中应用较多的是鼓泡塔鼓泡塔和和筛板筛板塔。塔。l气体由下面的多孔板进入，气体由下面的多孔板进入，通过支撑板上面的液体时通过支撑板上面的液体时形成鼓泡层。形成鼓泡层。l鼓泡塔的优点是：鼓泡塔的优点是：塔不塔不易堵塞，易堵塞，压力损失小。压力损失小。l缺点是受气流速度影响大，缺点是受气流速度影响大，当气流速度过小时，不能当气流速度过小时，不能发挥应有的效能；当气流

9、发挥应有的效能；当气流速度过大时，吸收效率降速度过大时，吸收效率降低。低。图图56所示的是筛所示的是筛板式吸收塔示意图。板式吸收塔示意图。沿塔高装有塔板，沿塔高装有塔板，两相在每块塔板上两相在每块塔板上接触。接触。塔板分为错流式、塔板分为错流式、穿流式、气液并流穿流式、气液并流式等几种。式等几种。(3)喷洒式吸收器喷洒式吸收器l用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴，以增用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴，以增大气大气液相的接触面，完成传质过程。液相的接触面，完成传质过程。l比较典型的设备是空心喷洒吸收器和文丘里吸比较典型的设备是空心喷洒吸收器和文丘里吸收器。收器。l图图57所示是几种空心喷洒吸收

10、器示意图。在吸收器中，所示是几种空心喷洒吸收器示意图。在吸收器中，气体通常是自下而上流动，而液体则是由装在塔顶的喷射气体通常是自下而上流动，而液体则是由装在塔顶的喷射器呈喇叭状喷洒。空心喷洒吸收器结构简单，造价低廉，器呈喇叭状喷洒。空心喷洒吸收器结构简单，造价低廉，阻力小，但吸收效率不是很高，因此应用受到了极大的限阻力小，但吸收效率不是很高，因此应用受到了极大的限制。制。吸收设备吸收设备填料塔填料塔喷淋塔喷淋塔吸收设备吸收设备填填料料塔塔2气体吸附气体吸附l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

11、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；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

12、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

13、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、

14、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)

15、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5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97.17.48.4l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)解吸解吸吸附速率吸附速率l吸附过程吸附过程 吸附

16、 外扩散（气流主体 外表面）内扩散（外表面 内表面）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、吸附机理吸附机理吸附等温线吸附等温线3常用的吸附设备常用的吸附设备目前所使用的吸附净化设备主要有目前所使用的吸附净化设备主要有固定床吸附器固定床吸附器、移动床吸移动床吸附器附器和和流化床吸附器流化床吸附器三种类型。三种类型。（1）固定床吸附器）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、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；按照吸附器的形状可将其分为方形、圆形两种。卧式两种；按照吸附器的形状可将其分为方形、圆形两种。固定床吸附器的特点是结构简单，价格低廉，特别适合于固定床吸附器的特点是结构简单，价格低廉，特别适合于小型、分散、间歇性污染源排放气体的净化。小型、分散、间歇性污染源排放气体的净化。固定床吸附器的缺点是间歇操作，为保证操作正常运