环境化学教案（203页）

环境化学教案 主要内容 绪论 大气环境化学 水环境化学 土壤环境化学 生物体内污染物质的运动过程及特性 绿色化学及其发展趋势 学习本课程目的 了解环境现状； 了解造成环境污染的原因以及防治，特别是 防止 污染的方法； 了解今后化学及其研究的发展趋势； 使我们认识到保护环境，改善环境和提高人类生存条件的重要性。 第一章 绪 论 第一节 环境问题 一、环境和环境问题 人类环境： 社会环境 自然环境 环境污染和环境问题 环境污染 ：由于人为因素使环境的构成或状态发生变化，环境素质下降，从而扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生活和生产条件。 人们对环境问题的认识有个发展过程 ： 污染问题（ 60年代） 对生态的破坏和资源的枯竭（ 70年代） 环境是决定地球人类前途和命运的问题（ 80年代） 可持续发展战略（ 90年代） 环境问题 ：包括一切形式的环境恶化或对生物圈的一切不利影响。 环境问题是 当今世界已面临的 五个严峻问题 之一。 八大公害事件 ： 比利时 马斯河谷烟雾事件 ; 美国 洛杉矶光化学烟雾事件 ; 美国宾夕法尼亚州的 多诺拉烟雾事件 ; 英国的 伦敦烟雾事件 ; 日本四日市的 哮喘事件 ; 日本富山县痛痛病事件； 日本熊本县水俣市水俣事件； 日本北九州市爱知县米糠油事件。 近 20年的重大公害事件： 切尔诺贝利核电站爆炸 海湾战争 科索沃战争 二、人类生存面临的威胁和挑战 人口爆炸 大气污染日益严重 主要表现为酸雨 (d 不稳定状态 四、气团的稳定度 第二节 地球的辐射平衡 一、太阳辐射及大气对太阳辐射的吸收 太阳的表面温度大约为 6000K,高温灼热气体以 电磁辐射 的形式放射出能量。 波长 2 m （ 2）颗粒物的来源和化学组成 无机颗粒物和有机颗粒物 ，来源： 天然源：风沙，森林火灾，海盐粒子，火山灰， 人为源：砂石，露天燃烧，直接排放， 二次气溶胶 ，每年达 全球每年气溶胶排放量的 5471%。 气溶胶全球排放量 见表 2 （ 3）颗粒物的危害性 主要表现在： 对人体的影响。大于 5滞留在上呼吸道上，小于 5尘往往附着有害污染物，如 多环芳烃等，因此其危害性很大。 它具有对光的散射和吸收作用，低能见度。 三、形成大气污染的条件 需要三个条件 ： 大量污染物排入大气中； 由于当地气象条件不利，使污染物在大气中不能及时扩散稀释； 由于污染物在大气中积累和变化，以及有些污染物的相互协同作用，使污染物的浓度达到有危害的地步。 污染物在迁移转化过程要受到各种因素的影响，如 ： 空气机械运动（如风和湍流），由于天气形势和地理地势造成的逆温现象，污染源本身的特性等等。 污染物在大气中的扩散取决与三个因素： （ 1）风 可使污染物向下风向扩散。 风的方向、速度等对污染物的扩散有重要影响， 风向决定 着大气污染物的扩散方向， 风速决定 着大气污染物的稀释速度。 （ 2）湍流 湍流可使污染物向各方向扩散。 风在主导风向的左右和上下出现无规则的摆动，这种无规则的陈性和摆动就叫作大气湍流。 （ 3）浓度梯度 可使污染物发生质量扩散。 烟的形状一般分为五个类型（ 图 2 波浪型 ：当风是中度，而空气处于不稳定时，排入大气的烟其外形特征是呈波浪起伏，上下左右波动很大，污染物沿着主导风向流动扩散很快。 锥型： 风速大，大气又处于中性稳定时，烟气沿主导风向流动扩散的同时，兼有上下、左右扩散、沿着风向愈扩愈大，污染物也很容易扩散。 扇型： 在风力微弱，大气又稳定时，烟气水平扩散，这种烟可以高浓度地传送很远，可能造成该地区的严重污染。 熏烟型 ：当烟囱以上大气层处于状态，烟囱以下处于不稳定状态时，易在下风处地面造成严重污染。 屋脊型 ：不会出现污染 2. 地形和地物的影响 不利的天气形势和地形特征结合在一起常可使某一地区的污染程度大大加重。丘陵和山谷盆地，污染物难于扩散，容易形成污染物浓度高的污染区。 (图 2 城市里和工厂周围的高大建筑物对烟气的上升和扩散也有很大影响。 城市风：城市（热岛）中的暖空气与郊外的冷空气之间形成的环流现象。 在这种环流作用下 : （ 1）城市内排放的烟尘等污染物易聚积在城市的上空，形成烟幕，导致市区大气污染加剧。 （ 2）如果城市四郊都有工厂，则“城市风”的作用会加重市区的污染。 3. “城市风”的作用 四、温室气体和温室效应 能吸收长波的主要有 700850， 11001400较弱 12001630 温室效应 : 大气中的 能量截留于大气之中，从而使大气温度升高。 能够引起温室效应的气体 表 2。 思考题（ 3） 1. 起 么叫温室效应和温室气体？ 2. 大气中有哪些重要的碳氢化合物？它们的最大危害是什么？ 3. 为什么含氯氟烃类化合物会破坏臭氧层？试写出重要的化学反应式。 4. 什么是大气的三模态？颗粒物的主要危害是什么？ 5. 形成大气污染的三个条件是什么？影响污染物在大气中的扩散三个因素是什么？如何从烟的形状判断空气污染的可能性？试举例说明。 第五节 大气光化学反应 一、光化学反应基础 1. 光化学定律 格鲁塞斯 (德雷伯 (出 光化学第一定律 。 0/I)=c l 或 0/I)=cl 0/I)为该气体的吸收率。 1921年，爱因斯坦提出了 光化学第二定律 。 光量子能量 : E= 光量子波长 c 光速 h 普朗克常数 2. 光化学的次级过程和量子产率 光化学的起始反应是： A+ * 次级过程是 指在初级过程中反应物、生成物之间进一步发生的反应。 光化学过程： 光解（离）过程 A*B 1+ 直接反应 A*+BC 1+ 光物理过程： 辐射跃迁 A*A + 荧光、磷光） 无辐射跃迁 A* +MA + M 碰撞失活 初级量子产率 ： i=i/i0 i 初级 过程所产生的激发态分子数目（单位体积 单位时间） 吸收的光子数目（单位体积 单位时间） 对于光化学过程，一般有两种量子产率： 初级量子产率（ ） 总量子产率（ ） 仅表示初级过程的相对效率 (1) 表示包括初级过程和 次级过程 在内的总的效率 (可大于 1，甚至远大于 1) 例如， 生 链式反应 。 3. 光化学反应速率与日照强度的关系 对于一般光解初始反应： A+ * C c = dC/ / R=/dt=kA=cI a 由 0A 则 R=kA=cI 0A k= cI 0 (图 2 二、污染大气中重要的光化学反应 一般气体分子化学键的键能大于 因此 在红外光区 ，波长大于 700光子能量 E 光量子是不能引起光化学反应。 在太阳光的紫外区 ，光量子能量大于 415kJ/因此，大气层中的 939.4 kJ/127 、 493.8 kJ/243 特别是平流层中的 290相当 401.2 kJ/ 的光近乎完全吸收。 低层大气中的污染物主要吸收 300700相当于 398170 kJ/的光线。 1. 在低层大气中它可以吸收波长小于 420 420 O 这是低层大气中最重要的光化学反应。 高活性氧 O： O+MO 3 当吸收的光波长为 300380量子产率 1 ， 380 迅速下降，当 420 =0， 即 2. 紫外线强烈辐射下： 2O O+ O 3 50下的光都能吸收 : 850 O 2+O 当 320都是激发态， 00 =1， 300 逐渐下降。 的离解能为 565kJ/这相当于波长为 218 240330 *（ 11 340400 *（ 3 4. 硝酸和烷基硝酸酯的光解 20335 O 2+ O 2+ 若有 + O 2+ H H + +M 2H 22 5. 亚硝酸和烷基亚硝酸酯 00400 200400200400 它们是仅次于 6. 醛的光解 能为 它能吸收240360 + H 360 2 320 + H + O 2 因此， 醛的光解是大气 由基的主要来源 。 7. 过氧化物的光解 在 300700 O + RO 因此， 第六节 光化学烟雾 一、光化学烟雾现象 污染源排入大气的碳氢化合物（ 和氮氧化物（ 等一次污染物在阳光照射下发生光化学反应而生成一些氧化性很强的 醛类、 一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾现象 机理图） 碳氢化合物 主要通过与大气中由氧化氮光化学反应生产的原子氧（ O）、 臭氧（ 以及 2自由基氧化。如： O+ 烯烃 R + O + 等 碳氢化合物氧化 产生： R、 O， 与 R 等 + ， ) )O + 结果是 + + 酮 + 醇 光化学烟雾的形成条件 是大气中存在足够浓度的 时要在足够强的光照下。 光化学烟雾形成的反应机制可概括为 12个反应 。 二、光化学烟雾的化学特征 光化学烟雾一般发生在大气温度较低，气温为2432 日变化曲线 ）。 图 2 。 （ 1） （ 2） 碳氢化合物的氧化消耗； （ 3） 光解导致 醛等的生成。 这就是光化学烟雾形成过程的基本化学特征。 其中关键的反应是： （ 1） 3的生成； （ 2） 和 等； （ 3） 和 等促进了 供了更多的生成 有机化合物的反应活性顺序为 ： 有内双键的烯烃二烷基或三烷基芳烃和外双键烯烃乙烯单烷基芳烃 6以上烷烃 5烷烃 三、光化学烟雾的危害 主要表现为： 1. 对人体健康的影响 对人眼睛的刺激作用。对眼睛刺激的污染物主要是 醛、自由基及过氧化物。 00倍 ,过氧苯基硝酸盐（ 眼的刺激作用比 00倍。 2. 对植物的损害 光化学烟雾对植物的影响非常敏感，往往植物受害现象是人体健康受到影响的先兆，植物损害情况一般是判断光化学污染程度最敏感的指标之一。 光化学烟雾对植物影响的污染物主要是 3与烯烃的反应物和乙烯。 3. 降低大气能见度 形成的光化学烟雾气溶胶， m， 与可见光波长相一致。 4. 其它危害 加速橡胶制品的老化、龟裂，建筑物、衣服等腐蚀，家禽患病，还可使太阳光的紫外辐射减少50%以上。 四、光化学烟雾的预防与控制 1. 控制碳氢化合物、氮氧化物的排放 2. 采取其它措施，如在大气中散发控制自由基形成的阻化剂，以清除自由基，使链式反应终止。 ( 2O 第七节 酸沉降化学 酸雨问题 或其他形式的大气降水，称为酸雨。 1. 我国的酸雨情况 降水年平均 水平均 南及东南沿海一带。 我国酸雨的主要致酸物质是硫化物（属于烟煤型）。 大气中酸性物质主要通过湿沉降过程迁移到地表面。 2. 酸雨的形成 （ 1）酸性污染物的排放及其转化 对酸雨有贡献的物质主要有： 图 2 气相氧化 液相氧化 气液转化 大气中有机酸 主要是由碳氢化合物在大气中转化而来的。如乙醛氧化反应： +2O 2H 3+ + + 2 如在美国，有机酸对降水自由酸度的贡献率为 16%35%；而在偏远地区，贡献高达 60%以上。我国南方城市或工业区雨水中 有机酸浓度亦不低 (表 2， 但对自由酸贡献很小。 （ 2）降水的酸化过程 大气中的 表 2和其它 碱性物质 （如：飞灰中的氧化钙、土壤中的碳酸钙等） ,颗粒物对酸性降水起 “ 缓冲作用 ” (图 2 酸雨的形成过程包括雨除和冲刷 (图 2 云内清除 ：在云内，云滴相互碰并或与 气溶胶粒子 碰并，同时吸收大气中酸性气体污染物，在云内部发生化学反应。 云下清除或冲刷 ：在雨滴下落过程中，雨滴冲刷着所经过空气中的酸性气体污染物和气溶胶，在雨滴内部发生化学反应。 （ 3）降水的化学组成 大气中固定气体成分： 无机物：土壤矿物质离子 硅酸盐，海洋盐类离子 +、 体转化产物 -、 +,人为排放的 有机物：有机酸、醛类、烷烃、烯烃和芳烃。 光化学反应物： 不溶物 降水中最重要的离子是 H+。 3. 酸雨的危害 （ 1）对土壤生态的危害 表现在两方面：使土壤中的钙、镁、钾等养份被淋溶，导致土壤日益酸化、贫瘠化；酸化的土壤影响微生物的活性。 （ 2）对水生生态的危害 地表水的酸化：影响饮用水； 影响鱼类的生长繁殖。 （ 3）对植物的危害 （ 4）对建筑材料和古迹的影响 思考题（ 4） 大气中有哪些重要的吸光物质？其吸光特征是什么？ 说明光化学烟雾现象，光化学烟雾形成的条件和基本化学特征是什么？ 光化学烟雾有什么危害？ 对酸雨有贡献的物质主要有那些？它们是如何形成的？ 酸雨的危害性如何？ 臭氧层存在于对流层上面的平流层中，主要分布在距地面 1050度峰值在2025图 2 从 1985年英国科学家 臭氧洞 ” ，每年春季，南极上空大气中的臭氧都消失 40%50%。 第八节 大气污染物对平流层臭氧的影响 (1) 210 290 O (2)存在一个奇氧反应 : 2 这就是 除氟氯烃对 引起臭氧损耗的重要污染源。 破坏臭氧层的原理有 ： （ 1）含氯氟烃在平流层的光解、分解而释放出氯原子 85 227 + 、含氯氟烃类对臭氧层的破坏 （ 2）含氯氟类与 O(1D) O(1D)+ 3的损耗反应： 3 2 2 总反应： O 2O 2 1个 05个 1. 含氮化合物 在平流层中 2 23 + 它们破坏 3 + 2 总反应 2O 2 二、含氮化合物、甲烷、二氧化碳对平流层臭氧的影响 2. 甲烷 （ 1）甲烷氧化对臭氧层的影响 在对流层和低平流层，通过 3 。 （ 2）甲烷与含氯化合物作用对臭氧层的影响 在平流层会发生： 来自 + ） + 2O 在 3540 3. 二氧化碳 主要通过间接作用而影响 九节 大气污染的防治对策 采用 环境污染综合防治技术 ，环境污染综合防治应遵循以下原则： 技术和经济相结合； 防与治相合，以防为主，就是我们强调的清洁生产； 人工治理与天然净化结合； 发展生产和保护环境相结合。 因此： 1. 全面规划，合理布局 2. 要严格环境管理 3. 控制污染物排放量 改革生产工艺；严格生产工艺操作； 合理利用能源，改革能源构成，清洁能源的开发和利用； 建立综合性工业基地 4. 控制环境污染的经济政策 保证必要的环境保护设施的投资； 对治理环境污染从经济上给予鼓励； 把排污收费的制度和行政、法律制裁措施具体化。 5. 高烟囱扩散稀释 采用高烟囱扩散的方法防止 6. 绿化造林 7. 安装废气净化装置 净化方法和技术主要有： 热力燃烧法；催化燃烧法；吸附法； 吸收法。 一、工业废气的热力燃烧法 有二大类：有机物，主要是 机物，主要是 机物可通过燃烧： 2+ 燃烧方法主要有二种 ：催化燃烧法 直接燃烧法 借助辅助燃料的燃烧，给有机废气提供热量，使可燃的有害物达到着火温度而得到迅速氧化（燃烧）成无害的 这叫 热力（直接）燃烧法 。 1. 燃烧过程 包括：混合阶段； 诱导阶段； 燃烧阶段； 焰后反应阶段。 2. 着火温度及 爆炸浓度极限 （ 1）着火温度 可燃物的 着火温度（ 见表 2 (一 )燃烧原理及有关概念 （ 2）爆炸浓度极限 爆炸浓度极限 ：可燃物的燃烧极限范围。 有下限和上限两个数值 常把废气中可燃组分的浓度用爆炸下限浓度的百分比表示： %甲烷 ，其下限浓度为 V)， 即为 100% 当浓度为 V)时，为 100%20% 每 1%把自身温度提高 。 例： 1000身温度可提高多少？ 1000 1000/10 6 100%=V) 100%升温 t = (二 )热力燃烧法的原理 热力燃烧的条件 (三 ,即： 反应温度 ( 760820C 湍流混合 (驻留时间 ( “ 三 是相互关联的。 驻留时间 : (S) V燃烧室体积（ 废气与高温燃气在标准状态下的体积流量（ h） T燃烧室反应温度 ( ) 总停留时间在 秒范围内，而工程设计一般取 燃烧炉工程设计上，反应温度一般取 760 （三）选择或设计燃烧炉时需要考虑的一些因素 1. 对废气源基本情况要有所了解 废气成分 废气中 其它杂质，废气排放量，温度等 2. 辅助燃料的选定 辅助燃料的主要有天然气、城市煤气、发生炉煤气。 3. 燃烧器的选定 燃烧器一般可分为： 配焰燃烧器 系统 离焰燃烧器 系统 有些情况是不适宜用的： 废气缺氧，要进空气助燃时，或废气含氧量低于 16%时，不适用； 废气含有焦油、颗粒物质等； 不适用于燃烧油料。 （四）工艺流程的选定 工艺流程一般有两种类型： 不回收热量的流程 有热回收装置的流程 1. 不回收热量的流程 特点： 简单，设备投资省，操作简便，但燃料消 耗大。 2. 有 热回收装置的流程 内部利用 外部利用 例 ： 若处理 1000标米 3的废气，温度为 20 。燃烧后的气体在 800 以上，潜在可利用的能量为： 1000 00 20) 42494 如果能回收 55%的能量，可使 1000 t =(242494 (1000 20 =449 这样，可节省辅助燃料 55%。 还可可向外输出作为低温热源。 （五）利用锅炉燃烧室进行热力燃烧 大多数锅炉或加热炉的燃烧室温度都可超过 1000 ，停留时间在 S， 对废气的燃烧净化是很合适的。 其优点： 不需要大量的设备投资，不需额外的操作费用； 锅炉起到供蒸汽与净化废气的双重作用，一举两得； 如果废气有较大热值，还可以节约锅炉燃料。 其缺点 ： 如果废气流量过大，锅炉所耗燃料将增加，压力降也增加； 为了净化废气，无论蒸汽需用情况如何，锅炉总是要连续地燃烧着； 废气可能会腐蚀、污染锅炉的燃烧器、管子，而增加维护费用； 一般应用几台锅炉，其中一台备用。 思考题（ 5） 用反应式表示。 氟氯烷烃的破坏 用反应式表示。 工业废气净化方法和技术主要有几类？ 燃烧过程包括哪些？ 了解爆炸极限范围的含义，可燃物的浓度落在不同范围内将会发生什么情况？ 热力燃烧的 “ 三 是什么？ 燃烧器一般可分为哪二大类？各有什么特点？ 二、催化净化法 （一） 工业排放的有机废气 催化净化 1. 催化净化法概述 催化净化法 是在催化剂的作用下，使有害的有机物和 2 +2 +2O N 2 2 反应温度较低，一般在 200400 ,能耗相对较低。 催化净化工艺，主要在下面几个行业中得到广泛应用： 喷烘漆行业，包括 漆包线 生产行业，主要处理三苯废气和苯酚等； 乙烯、异丙苯氧化、苯酐生产行业； 树酯生产：甲苯、二甲苯、苯及酚类； 印刷、制鞋、制革、制药、食品加工行业； 合成橡胶生产； 汽车排气处理。 国内催化剂的研发情况 ： 2+控氮能力达到 90%以上。 2O+. 催化净化法的特点 反应温度低，能源消耗少 与热力燃烧法相比较的结果： 催化燃烧 热力燃烧 温度 200400 600900 例如：若每小时处理 1000气中含有甲苯的浓度为 2000废气温度 20 热力燃烧 催化燃烧 加热升温： 20 800 20 300 需能耗： 285度电 102度电 催化燃烧法的能耗一般仅是热力燃烧的 1/3左右。 对于催化燃烧来说 ：燃烧 2000如无散热情况 : 2000/10 6 100%=V) 100%使体系升温 235 ： 35 如果用来预热废气可使废气达到 : t = 1000 35 1000 20 =0= 净化率高，无二次污染 停留时间短，设备体积小 而热力燃烧一般 能在贫氧条件下正常运转 安全可靠 适合于处理低浓度、多成分的有机废气。 其不足之处 ： 不适用于直接处理含有大量尘粒、雾滴的废气； 不适用于处理燃烧后能产生尘粒的有机废气； 不适用于处理含有使 （二）工业排放的 1. 催化转化法净化 催化还原，回收 S 催化氧化：液相催化氧化 气相催化氧化 制 1） 催化还原法 C、硫：如 2H 2O+3S 2O +化剂有 对后一反应，一般还伴随着对 在 度为 530 以上时，有： O O 2 O 1/2N 2+对于高浓度 化还原法的一种比较实用流程是将 2S， 再以取硫磺。 23/2S 2+2 2）液相催化氧化法 22+2H 2硫酸再与石灰石反应制石膏，叫 湿法脱硫 。 （ 3）气相催化氧化法 H 2化剂为 操作温度一般控制在400600 。 叫 干法脱硫 。 2. 催化还原法净化 可分为 选择性还原 非选择性还原 非选择性催化还原法 通常选用 天然气、 合成氨释放气）、 催化裂化干气和汽化石脑油等。它们和 第一步： 第二步： N 2 a) 氢作还原剂 主反应： H 2O+2+1/2H 2O O H 2O+1/2 副反应： + +2b) 甲烷作还原剂 主反应： O 2+2O 2+2N 2+ 2+ 副反应： 5+8 非选择性催化还原法一般 采用 t/ 各种还原剂在 还原剂 O 煤油 石脑油 丁烷 丙烷 甲烷 起燃温度 ( ) 140 140 360 360 380 400 450 其 工艺流程 有两种类型：一段流程 二段流程 选择性催化还原法 一般用 8N 2+12N 2+6反应： 6N 2O+9N 2O+3N 2+6N 2O+6 其工艺流程 ： 与非选择性催化还原法相比，有下列特点： a) 由于不与氧反应，避免了还原剂的无谓消耗，并大大减少了反应热； b) 催化剂选择的余地大，除 可用 8209型和 75 c) 还原剂 燃温度也较低，一般在 220 左右。 (三 ) 催化净化工业有机废气及脱嗅工艺 工艺流程 两种情况： 不回收热量的流程； 回收热量的流程。 废气浓度： 210g/催化床层温升控制在50150 。 催化燃烧法处理有机废气主要由预处理、预热室、催化反应和热量回收系统 . 对于低浓度废气，为了降低能耗，目前发展了几种新的工艺： （ 1） 回转式吸附浓缩工艺 对于大风量连续排放的废气处理较合适。 特点：具有阻力损失小，安全性高，浓缩比大，操作简单，运行功耗低等优点。 回转式吸附浓缩设备的核心是回转式吸附床，该设备可分为吸附区、脱附区、冷却区三部分。 （ 2） 流向变换催化工艺 与传统的设备相比的优点： 1)在一个固定床反应器中把化学反应和蓄热热交换结合起来，大大提高了热能的利用率； 2)固定床热容量大，固相比表面积大，气流与固定床能很快地进行热交换，适用间歇排放； 3)处理低浓度废气也能实现自热催化燃烧； 4)反应器具有自适应性； 5)对高浓度的废气也适用。 (四 ) 工业废气净化催化反应器的选择 (1) 对反应器的要求 反应器的设计要以所采用的催化剂性能为依据。 物理性能有 ：催化剂的形状 颗粒度 堆密度 化学性能有 ：转化率 空速（包括接触时间） 下限反应温度，上限反应温度及最宜反应温度。 反应器的结构应以充分发挥催化剂的性能为目标 ： 催化剂布局合理，装填均匀，使催化床各处的阻力相同； 床层压降能满足系统要求，尽可能使反应器的阻力降小。 气体在催化床层内分布均匀，能使整个催化剂都能发挥作用； 物料在进入催化床之前要混合均匀； 提供可靠的催化剂活化条件和再生条件； 对正常运转条件下催化剂的逐渐失活，设计上要考虑补偿。 （ 2）反应器的结构类型 反应器可分为 ：固定床、流动床 固定床：优点：催化剂不易磨损而可长期使用。 缺点：床温分布不均匀（存在温度梯度）。 固定床催化反应器的类型一般可分为： 1)单层绝热反应器 2)多段绝热反应器 3)列管式反应器 (3) 气体分配器 最普通的是一套 同心喇叭圈 , 气体分配程度依赖于： 喇叭口的角度； 喇叭的身长； 喇叭圈的个数。 (4) 反应器的设计依据举例 例如：某电工材料厂漆包线干燥炉排气中含有可燃物总量（以二甲苯计） 810g/排气温度 120 ，用催化燃烧法净化，气体排放量 500m3/h， 采用颗粒型主要参数 ：起燃温度 250 ，最佳使用温度 400 ，在此反应温度下的接触时间 催化剂堆密度为 床层厚度 10=1， 催化剂的 ，废气的平均热容 。 求：需催化剂多少公斤？反应器床层截面积？不回收热量时，起动时的预热耗电功率为多少？ 计算： ( ) 500 (273+400)/(273+120)=856m3/h （ 3600） 856/1=催化剂重量 W=1000= S=H= 预热包括催化剂和废气二部分 T=(250=2461气体 =p T=500 (273+20)/(273+120) (25015226总 =15226+2461860=考题（ 6） 什么叫催化净化法？有哪些特点？ 非选择性催化还原法与选择性催化还原法有什么不同？非选择性催化还原 对低浓度的有机废气一般采用哪二种净化工艺？ 要了解催化反应器设计的一些工艺参数的计算。 三、气态污染物的吸附和吸收净化法 (一 )吸附净化法 吸附法 就是某些多孔性固体在自己表面上有选择地聚集流体混合物中的某些组分，如：水份、有机溶剂的蒸汽、恶臭和其他有害气相杂质，从而达到净化气体的目的。 催化燃烧和热力燃烧法相比， 主要优点 在于设备投资小，对低浓度的废气净化率高，还可以回收有价值的有机物。 1. 基本概念 吸附现象 就是当气体或液体与某些固体接触时，由于固体表面的性质与体相的性质不同，它的表面原子处于力的不平衡状态，具有捕捉与其相接触的流体中某些分子的能力（吸附力），使某些气体或液体分子聚集在固体表面上，导致它们在固体表面上的浓度高于表面之外的浓度。 吸附类型 ： 物理吸附 化学吸附 吸附过程一般 包括以下几个步骤 : 外扩散 内扩散 吸附 脱附 内扩散 外扩散 2. 常用的吸附剂及其性质 通常应满足下列 5个条件： 必须具有丰富的内表面和孔隙率； 具有良好的吸附选择性； 吸附能力强，吸附容量大； 要具有良好的再生能力和耐磨能力； 要来源广泛，成本低廉。 工业上常用的吸附剂有： 活性炭： 活性炭是由各种含碳物质，如煤、木质材料、石油焦等经 高温碳化 后，再用水蒸汽或热空气进行 活化处理 而成。 活性炭的特点：具有丰富的细孔结构和巨大的比表面积。因此，它的吸附量很大。 活性炭的物性参数 它的吸附特性一般有以下几方面 ： 容易吸附临界温度及沸点较高的物质； 容易吸附分子链较长的物质； 有利于低温下进行吸附； 相对来说，蒸汽压较大的物质容易被吸附。 活性炭的缺点 ： 它的可燃性和高温被氧化。 纤维活性炭 硅胶 化学组成 2 2 亲水性是硅胶的特性。 分子筛 分子筛的组成： m(x( 常用的有：氢型丝光沸石、氢型皂沸石、脱铝丝光沸石、 分子筛与其他吸附剂相比较的显著优点： 具有高的吸附选择性； 分子筛的孔径大小整齐均匀，分子筛又是一种离子型吸附剂。 具有很强的吸附能力； 分子筛可以适用于绝热情况下，以及在 较高温度的场合使用 。 不足之处： 对水气的吸附能力也较强。 除了上述三种重要的吸附剂外，还有硅藻土、氧化铝等吸附剂，但在实际应用中，吸附剂的选择主要取决于污染物本身的性质。一般用活性炭来吸附和回收有机溶剂，也是吸附净化低浓度的胶和分子筛用来吸附 例子 （ 1）吸附净化低浓度 采用 活性炭 吸附烟气中的 回收 存在物理吸附，也存在化学吸附，在氧和水蒸汽存在的条件下： 物理吸附过程有： O 2* 2* 2O* 化学吸附过程： 22* 2H 2 总反应方程式： 2O+1/2H 2 2）吸附净化 采用 分子筛 处理硝酸尾气。可将 15003000） 100 10回收的硝酸量可达工厂生产量的 如用丝光沸石， 用 H+代替 得到氢型丝光沸石。平均孔径 ，比表面积 5001000g。 32O 2+2 2 水分子直径为 ， 极性强，比 此使用水蒸气可将沸石孔道内表面上的 3. 吸附流程及主要设备 （ 1）固定床间歇吸附 固定床吸附器是工业上用得最多的，大多为园柱形立式设备。 吸附装置的流程 ：非再生型或取出再生型 再生型 非再生型（或取出再生型） 代表性流程 有两种。 蒸汽或热空气再生型 采用多塔并联轮换进行吸附和再生操作。 典型的多塔吸附有 三塔吸附 。 固定床吸附设备的优点是：结构简单，造价低，吸附剂磨损少。 缺点是：间歇操作，再生时不能处理废气，操作必须不断地周期更换或切换，比较麻烦。 （ 2）移动床吸附 “ 超吸附塔 ” ，专门用来分离低分子 特点 ：吸附和脱附连续不断地进行，生产能力高，分离效果好。 应用于从过程气流中除去 吸附剂用果核制成的活性炭，硬度大，不易磨损。 4. 化学吸附在气体净化技术上的 应用 吸附与化学反应相结合将会提高吸附剂的吸附效率和吸附速率，并增大吸附容量。 如对氨、硫醇、光气的吸附，吸附剂需要浸渍改性。 浸渍物有时起催化作用，有时起化学作用。 5. 吸附剂的再生处理 吸附剂的再生方法一般有以下几种： 蒸汽、烟道气或惰性气体吹脱法 a) 当有机物总分子容积在 80190分子，可以采用水蒸汽在 100150 进行吹脱； b) 对于难于回收或无回收价值的污染物，则可采用 150 左右的烟道气解吸。 热力再生法