第5章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)(1)ppt課件

1、第五章 氣態(tài)污染物控制技術(shù)根底教學(xué)內(nèi)容:氣體吸收 氣體吸附 氣體催化凈化教學(xué)重點(diǎn)掌握氣體分散、氣體吸收、吸附和催化的根本原理和過程 了解常用吸收劑、吸附劑和催化劑的特性 教學(xué)重點(diǎn)初步學(xué)會設(shè)計(jì)吸收塔、吸附床和催化轉(zhuǎn)化器建議學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí)自學(xué)1氣體吸收、吸收機(jī)理一、根本原理(1)概念：利用吸收劑將混合氣體中的一種或多種組成有選擇的分別過程稱作吸收。具有吸收作用的物質(zhì)稱為吸收劑。被吸收的組分稱為吸附質(zhì)物理吸收 HCl和水 化學(xué)吸收SO2和NaOH溶液利用：混合氣體中各成分在吸收劑中的溶解度不同 吸收劑中的組分發(fā)生選擇性化學(xué)反響。(2)、吸收平衡平衡吸收過程的傳質(zhì)速率等于解吸過程同一時(shí)間內(nèi)溶解于液體中

2、的氣體分子數(shù)等于從液體中解脫出來的氣體分子數(shù)溶解度每100kg水中溶解氣體的kg數(shù)常見氣體的平衡溶解度亨利定律亨利定律一定溫度下，稀溶液中溶質(zhì)的溶解度與氣相中溶質(zhì)的平衡分壓成正比傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力吸收系數(shù)的倒數(shù)傳質(zhì)過程吸收系數(shù)的影響要素吸收質(zhì)與吸收劑設(shè)備、填料類型流動情況、操作條件吸收系數(shù)的獲取實(shí)驗(yàn)測定；閱歷公式計(jì)算物理吸收吸收過程中不發(fā)生明顯的化學(xué)反響，單純是被吸收組分溶解于液體的過程化學(xué)吸收化學(xué)吸收的優(yōu)點(diǎn)溶質(zhì)進(jìn)入溶劑后因化學(xué)反響耗費(fèi)掉，溶劑包容的溶質(zhì)量增多液膜分散阻力降低填料外表的停滯層仍為有效濕外表兩分子反響中相界面附近液相內(nèi)A與B的濃度分布(3)、吸收流程逆流操作：被吸收氣體由下向上流動

3、，而吸收劑由上向下并流操作：氣體和吸收劑同時(shí)由上部向下流動錯(cuò)流操作：氣體和吸收劑呈交叉方向流動在實(shí)踐吸收工藝流程中普通采用逆流操作二、吸收劑1水：SO2 FH NH3 HCl堿金屬，堿土金屬的鹽類，銨鹽： SO2 HF HCl NOX2吸收劑的選擇適宜的物理性質(zhì):粘度小，較低的凝固點(diǎn)，適宜的沸點(diǎn)，比熱容不大,不起泡等；良好的化學(xué)性質(zhì)：不易燃，熱穩(wěn)定性高，無毒性；價(jià)錢低，易再生有利于有害物質(zhì)的回收利用3常用的吸收設(shè)備：外表吸收器：填料塔逆流傳質(zhì)推進(jìn)力大鼓泡式吸收器：鼓泡吸收塔，篩板吸收塔噴灑式吸收器廢氣由塔底進(jìn)入塔體，自下向上穿過填料層最后由塔頂排出。 吸收劑由塔頂經(jīng)過分布器均勻地噴淋到填料層中

4、，并沿著填料層向下流動，從塔底排出塔外。在廢氣沿塔上升的同時(shí)，與吸收劑在填料層中充分接觸，污染物濃度逐漸降低，而塔頂噴淋的總是新穎的吸收液，因此吸收傳質(zhì)的平均推進(jìn)力大，吸收效果好。填料塔的優(yōu)點(diǎn)是：吸收效果比較可靠；對氣體變動的適用性強(qiáng)；可用耐腐蝕資料制造，構(gòu)造簡單制造容易，壓力損失較小(490Pam塔高)。填料塔的缺陷主要是：當(dāng)氣流過大時(shí)發(fā)生液泛而不易操作；吸收液中含固體或吸收過程中產(chǎn)生沉淀時(shí)，使操作發(fā)生困難；填料數(shù)量多，質(zhì)量大，檢修不方便。鼓泡式吸收器鼓泡式吸收器內(nèi)均有液相延續(xù)的鼓泡層，分散的氣泡在穿過鼓泡層時(shí)有害組分被吸收。常見的設(shè)備有鼓泡塔、湍球塔和各種板式吸收塔。凈化氣態(tài)污染物中運(yùn)用較

5、多的是鼓泡塔和篩板塔。氣體由下面的多孔板進(jìn)入，經(jīng)過支撐板上面的液體時(shí)構(gòu)成鼓泡層。鼓泡塔的優(yōu)點(diǎn)是：塔不易堵塞，壓力損失小。缺陷是受氣流速度影響大，當(dāng)氣流速度過小時(shí)，不能發(fā)揚(yáng)應(yīng)有的效能；當(dāng)氣流速度過大時(shí)，吸收效率降低。 圖56所示的是篩板式吸收塔表示圖。沿塔高裝有塔板，兩相在每塊塔板上接觸。 塔板分為錯(cuò)流式、穿流式、氣液并流式等幾種。(3)噴灑式吸收器用噴嘴將液體放射成為許多細(xì)小的液滴，以增大氣液相的接觸面，完成傳質(zhì)過程。比較典型的設(shè)備是空心噴灑吸收器和文丘里吸收器。圖57所示是幾種空心噴灑吸收器表示圖。在吸收器中，氣體通常是自下而上流動，而液體那么是由裝在塔頂?shù)姆派淦鞒世葼顕姙??？招膰姙⑽掌?/p>

6、構(gòu)造簡單，造價(jià)低廉，阻力小，但吸收效率不是很高，因此運(yùn)用遭到了極大的限制。吸收設(shè)備填料塔噴淋塔吸收設(shè)備填料塔2氣體吸附吸附概念：用多孔固體吸附劑將氣體或液體混合物中的組分濃集于固體外表吸附質(zhì)被吸附物質(zhì)吸附劑附著吸附質(zhì)的物質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：效率高、可回收、設(shè)備簡單缺陷：吸附容量小、設(shè)備體積大吸附機(jī)理物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附化學(xué)吸附1.吸附力范德華力；2.不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過程快，瞬間達(dá)到平衡；4.放熱反應(yīng)；5.吸附可逆；1.吸附力化學(xué)鍵力；2.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過程慢；4.升高溫度有助于提高速率；5.吸附不可逆；物理吸附和化學(xué)吸附同一污染物能夠在較低溫度下發(fā)生物理吸附假設(shè)溫度升高到吸附劑具備足夠高的活

7、化能時(shí)，發(fā)生化學(xué)吸附一、吸附劑吸附劑需具備的特性內(nèi)外表積大具有選擇性吸附作用高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性吸附容量大來源廣泛，造價(jià)低廉良好的再生性能常用吸附劑特性吸附劑類型活性炭活性氧化鋁硅膠沸石分子篩4A5A13x堆積密度 /kgm-32006007501000800800800800熱容/kJ(kgK)-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作溫度上限/K423773673873873873平均孔徑/15251848224513再生溫度 /K373413473523393423473573473573473573比外表積 /g-1600160021036060

8、0常用吸附劑特性分子篩特性氣體吸附的影響要素操作條件低溫有利于物理吸附；高溫利于化學(xué)吸附增大氣相壓力利于吸附 吸附劑性質(zhì)比外表積孔隙率、孔徑、粒度等氣體吸附的影響要素吸附質(zhì)性質(zhì)、濃度臨界直徑吸附質(zhì)不易滲入的最大直徑吸附質(zhì)的分子量、沸點(diǎn)、飽和性吸附劑活性單位吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量靜活性吸附到達(dá)飽和時(shí)的吸附量動活性未到達(dá)平衡時(shí)的吸附量常見分子的臨界直徑分子臨界直徑/分子臨界直徑/氦氫乙炔氧一氧化碳二氧化碳氮水氨氬甲烷乙烯環(huán)氧乙烷乙烷甲醇乙醇環(huán)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)噻吩異丁烷-異二十二烷二氟二氯甲烷(CFC-12)環(huán)己烷甲苯對二甲苯苯四氯化碳氯仿新戊烷間二甲苯鄰二甲苯三乙胺5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97.17.48.4吸附劑再生 溶劑萃取活性炭吸附SO2，可用水脫附 置換再生脫附劑需求再脫附 降壓或真空解吸 吸附作用 ，再生溫度 加熱再生吸附劑再生(a)吸附(b)解吸吸附速率吸附過程 吸附 外分散氣流主體 外外表 內(nèi)分散外外表 內(nèi)外表吸附平衡當(dāng)吸附速度脫附速度時(shí)，吸附平衡，此時(shí)吸附量到達(dá)極限值極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響吸附等溫線

10、 NH3在活性炭上的吸附等溫線二、吸附機(jī)理吸附等溫線 3 常用的吸附設(shè)備 目前所運(yùn)用的吸附凈化設(shè)備主要有固定床吸附器、挪動床吸附器和流化床吸附器三種類型。1固定床吸附器 按照吸附器矗立的方式，可將固定床吸附器分為立式、臥式兩種；按照吸附器的外形可將其分為方形、圓形兩種。 固定床吸附器的特點(diǎn)是構(gòu)造簡單，價(jià)錢低廉，特別適宜于小型、分散、間歇性污染源排放氣體的凈化。 固定床吸附器的缺陷是間歇操作，為保證操作正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在設(shè)計(jì)流程時(shí)應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多臺吸附器相互切換運(yùn)用。圖5-9是方形立式吸附器表示圖。吸附劑床層高度在0.5-2.0m的范圍內(nèi)，吸附劑填充在柵板上。為了防止吸附劑漏到柵板的下面，在柵板上

11、放置兩層不銹鋼網(wǎng)。吸附劑再生的常用方法是：從柵板的下方將飽和蒸汽通入床層。為了防止吸附劑顆粒被帶出，在床層上方用鋼絲網(wǎng)覆蓋。在處置腐蝕性流體混合物時(shí)可采用由耐火磚和陶瓷等防腐蝕資料制成的具有內(nèi)襯的吸附器。 圖5-10是臥式吸附器表示圖。其殼體為圓柱形，封頭為橢圓形，普通用不銹鋼或碳鋼制成。吸附劑床層高度為0.5-1.0m。臥式吸附器的優(yōu)點(diǎn)是流體阻力小，從而減少動力耗費(fèi)。其缺陷是由于吸附劑床層橫截面積大，易產(chǎn)生氣流分配不均勻景象。2挪動床吸附器 在挪動床吸附器中，固體吸附劑在吸附床中不斷挪動，固體吸附劑由上向下挪動，而氣體那么由下向上流動，構(gòu)成逆流操作。挪動床吸附器的構(gòu)造如圖5-11所示。 挪動

12、床吸附的任務(wù)原理是：吸附劑從設(shè)備頂部進(jìn)入冷卻器，降溫后經(jīng)分配板進(jìn)入吸附段，借重力作用不斷下降，并經(jīng)過整個(gè)吸附器。凈化氣體從分配板下面引入，自下而上經(jīng)過吸附段，與吸附劑逆流接觸，凈化后的氣體從頂部排出。當(dāng)吸附劑下降到汽提段時(shí)，由底部上來的脫附氣與其接觸進(jìn)一步吸附，將較難脫附的氣體置換出來，最后進(jìn)入脫附器對吸附劑進(jìn)展再生。吸附工藝挪動床3流化床吸附器 在設(shè)備中流體以不同的流速經(jīng)過細(xì)顆粒固定床層時(shí)，就出現(xiàn)如圖5-15所示的流化形狀。 當(dāng)氣體以很小的流速從下向上穿過吸附劑床層時(shí)，固體顆粒靜止不動。隨著氣體流速的逐漸增大，固體顆粒會漸漸地松動，但依然堅(jiān)持相互接觸，床層高度也沒有變化，這種情況便是固定床操

13、作。隨著氣速的繼續(xù)增大，顆粒作一定程度的挪動，床層膨脹，高度添加，稱為臨界流化態(tài)。當(dāng)氣速大于臨界氣速時(shí)，顆粒便懸浮于氣體之中并上下浮沉這便是流化形狀。吸附過程的計(jì)算吸附傳質(zhì)方程=k c t吸附量 c 濃度差 t吸附時(shí)間 k質(zhì)量傳送系數(shù)維護(hù)作用時(shí)間與希洛夫方程從吸附開場到流出的氣體中剛剛出現(xiàn)吸附劑的這一段時(shí)間，稱為維護(hù)時(shí)間。t=kL-t0K 維護(hù)作用系數(shù) L吸附層厚度 t0 維護(hù)作用時(shí)間損失K=/(uc0)平均凈活度值 吸附劑的堆積密度 u氣體速度C0吸附質(zhì)初始濃度t0=kL0吸附工藝固定床吸附工藝挪動床吸附工藝流化床流化床吸附工藝3 氣體催化凈化概念：含塵氣體經(jīng)過催化床層發(fā)生催化反響，使污染物

14、轉(zhuǎn)化為無害或易于處置的物質(zhì)運(yùn)用工業(yè)尾氣和煙氣去除SO2和NOxCO和CH化合物催化凈化工藝段間冷卻的四層催化床第二級催化床預(yù)除塵和水分填充床吸收塔填充床吸收塔來自冶煉廠或硫磺熄滅的富含SO2的尾氣水含有約為初始進(jìn)氣SO2濃度3%的尾氣含有約為初始進(jìn)氣SO2濃度0.3%的尾氣水單級吸收工藝二級吸收工藝SO2單級和二級凈化工藝的流程圖催化反響：420550催化凈化工藝催化劑：Pt (Pd,過渡金屬，稀土)/Al2O3 等VOCs的催化氧化催化凈化工藝NOxNH3 filter Combustor MixerReactorNOx的選擇性催化復(fù)原SCR一、催化作用和催化劑催化作用改動反響歷程，降低活化

15、能提高反響速率 阿累尼烏斯方程 顯著特征對于正逆反響的影響一樣，不改動化學(xué)平衡選擇性催化劑加速化學(xué)反響，而本身的化學(xué)組成在反響前后堅(jiān)持不變的物質(zhì)組成活性組分 助催化劑 載體V2O5催化劑K2SO4助催化劑催化劑的性能活性W產(chǎn)質(zhì)量量WR催化劑質(zhì)量t反響時(shí)間催化劑的性能穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性表示方法：壽命老化活性組分的流失、燒結(jié)、積炭結(jié)焦、機(jī)械粉碎等中毒對大多數(shù)催化劑，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb熄滅法概念：熄滅法(combustion)是對含有可燃性有害組分的混合氣體進(jìn)展氧化熄滅或高溫分解，使有害組分轉(zhuǎn)化為無害物的方法。運(yùn)用于：碳?xì)浠衔?HC)廢氣的凈化，CO、惡臭、瀝青煙等1，直接熄滅把廢氣中可燃的有害組分當(dāng)作燃料直接熄滅，從而到達(dá)凈化的目的。該方法只能用于凈化可 燃有害組分濃度較高或熄滅熱值較高的氣體。假設(shè)可燃性組分的濃 度高于熄滅上限，可以混入適量的空氣進(jìn)展熄滅；假設(shè)可燃組分的 濃度低于熄滅下限，可以參與一定量的的助燃料維持熄滅。2，熱力熄滅 熱力熄滅過程可分為三個(gè)步驟：首先是輔助燃料熄滅，其作用是提供熱量，以便對廢氣進(jìn)展預(yù)熱；第二步是廢氣與高溫