大气污染控制工程课件07-2气态污染物控制技术基础.ppt

第7章 气态污染物控制技术基础 l教学内容: l气体扩散 l气体吸收 l气体吸附 l气体催化净化 l教学重点 l掌握气体扩散、气体吸收、吸附和催化的基 本原理和过程 l了解常用吸收剂、吸附剂和催化剂的特性 l教学重点 l初步学会设计吸收塔、吸附床和催化转化器 第7章 气态污染物控制技术基础(2) l3气体吸附 吸附剂 吸附机理 吸附工艺与设备计算 教学重点： 吸附过程与吸附剂、吸附理论、吸附设备及 其计算方法、吸附法净化有机蒸气 教学难点： 吸附设备及其计算方法、吸附法净化有机蒸 气 3气体吸附 l吸附 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、设备简单 l缺点：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 同一污染物可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 一、吸附剂 l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 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-3 200600750 1000 800800800800 热容 /kJ(kgK)-1 0.836 1.254 0.836 1.045 0.920.7940.794 操作温度上 限/K 423773673873873873 平均孔径/15251848224513 再生温度 /K 373413473523393 423 473573473573473573 比表面积 / g-1 600 1600 210360600 常用吸附剂特性 l分子筛特性 气体吸附的影响因素 l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 比表面积（孔隙率、孔径、粒度等） 气体吸附的影响因素 l典型吸附质分子的横截面积 气体吸附的影响因素 l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 l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 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 2.0 2.4 2.4 2.8 2.8 2.8 3.0 3.15 3.8 3.84 4.0 4.25 4.2 4.2 4.4 4.4 4.75 4.89 4.9 丙烯 1-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 5.0 5.1 5.1 5.2 5.3 5.3 5.58 5.93 6.1 6.7 6.7 6.8 6.9 6.9 6.9 7.1 7.4 8.4 气体吸附的影响因素 l吸附剂再生 溶剂萃取 l活性炭吸附SO2，可用水脱附 置换再生 l脱附剂需要再脱附 降压或真空解吸 l 吸附作用 ，再生温度 加热再生 吸附剂再生 (a)吸附(b)解吸 吸附平衡 l当吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达 到极限值 l极限吸附量受气体压力和温度的影响 l吸附等温线 NH3在活性炭上的吸附等温线 二、吸附机理 吸附等温线 m单位吸附剂的吸附量 P吸附质在气相中的平衡分压 K,n经验常数, 实验确定 吸附方程式 l弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分 ） lgm对lgP作图为直线 吸附方程式 l朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线） 吸附方程式 lBET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附） 吸附速率 l吸附过程 吸附 外扩散（气流主体 外表面） 内扩散（外表面 内表面） 吸附速率 l外扩散速率 l内扩散速率 l总吸附速率方程 吸附工艺 l固定床 吸附工艺 l移动床 吸附工艺 l移动床 吸附工艺 l流化床 l流化床 吸附工艺 固定床吸附计算 固定床吸附计算 固定床吸附计算 固定床吸附计算 l保护作用时间 L实际曲线与理论曲线的比较 1理论线 2实际曲线 固定床吸附计算 l同样条件下 l定义动力特性 固定床吸附计算 l吸附床长度 假定条件 l等温吸附 l低浓度污染物的吸附 l吸附等温线为第三种类型 l吸附区长度为常数 l吸附床的长度大于吸附区长度 固定床吸附计算 l吸附床长度 L L0 0 吸附区长度吸附区长度 WW A A 穿透至耗竭的惰性气体通过量穿透至耗竭的惰性气体通过量 WW E E 耗竭时的通过量耗竭时的通过量 1-1-f f吸附区内的饱和度吸附区内的饱和度 吸附器的压力损失 1）图解计算 移动床计算 l操作线 l吸附速率方程 例：用连续移动床逆流等温吸附过程净化含H2S的空气。吸附剂为分子 筛。空气中H2S的浓度为3（重量），气相流速为6500kg/h，假定 操作在293K和1atm下进行，H2S的净化率要求为95，试确定： (1) 分子筛的需要量（按最小需要量的1.5倍计）； (2) 需要再生时，分子筛中H2S的含量； (3) 需要的传质单元数。 解：(1) 吸附器进口气相组成： H2S的流量0.036500195kg/h 空气的流量65001956305kg/h 吸附器出口气相组成： H2S0.05(195)9.75 kg/h 空气6305 kg/h 移动床计算 移动床计算 实验得到的平衡关系如右图 假定X20，从图得（X1）最大0.1147 所以实际需要的分子筛 0.37263052345.5kg/h (2) 分子筛吸收H2S的平衡数据 移动床计算 (3) 图解积分法计算NOG NOG3.127 图解积分法求传质单元数 吸附净化气体的应用 1、低浓度二氧化硫的吸附净化 常用的吸附剂是活性炭,烟气中含有足量的水蒸气和 氧， SO2氧化成SO3, SO3继而由于水发生反应生成稀 硫酸。用金属盐浸渍吸附剂可以增加对二氧化硫的 吸附率，它们的作用是催化氧化二氧化硫 。 吸附法脱硫的缺点 ：除了吸附容量有限外，吸附法 必须在吸附器中采用比较低的气流速度。另外，高 活性的碳易于被气体中的氧所氧化。覆盖在炭表面 的硫酸，减低了活性炭的吸附能力，需要用加热或 洗涤的方法脱附，回收这些硫酸，并使活性炭得以 再生。 吸附净化气体的应用 2、含氟化氢废气的吸附净化 采用工业氧化铝、氧化钙、氢氧 化钙或碳酸钙等作为吸附剂。对于铝厂 电解烟气，采用的氧化铝也是铝电解的 原料，吸附的氟化氢可以随同氧化铝进 入电解生产中，代替冰晶石，不存在吸 附剂再生问题。在铝电解烟气的主要组 分中，氟化氢的沸点最高，因此最容易 被吸附。而且