空气净化原理与设备教学课件PPT.ppt

6 1概述 6 2粉尘的净化 6 1 1净化装置的性能6 1 2净化装置的分类6 1 3净化装置的选择 6 2 1粉尘的特性 除尘机理6 2 2重力沉降室 惯性除尘器6 2 3旋风除尘器6 2 4湿式除尘器6 2 5过滤式除尘器6 2 6电除尘器 第6章空气净化原理与设备 6 3有害气体的净化 6 4净化新方法 6 3 1概述6 3 2吸收与吸附原理6 3 3吸收与吸附装置 6 4 1非平衡等离子体空气净化6 4 2光催化净化方法6 4 3负离子净化方法6 4 4臭氧净化方法 空气污染物的净化 混合物分离问题进风净化 以人为本 卫生标准排风净化 保护环境 排放标准 分离方法 与污染物的性质和存在状态有关气溶胶污染物气态污染物 技术指标处理气体量 净化装置处理能力的大小 以体积流量表示 净化效率 分离效率 表示装置的净化效果 除尘效率 吸收效率 吸附效率压力损失 净化装置消耗能量的大小 负荷适应性 净化装置可靠性的指标 即工作稳定性 操作弹性 经济指标 主要包括设备费 运行费和占地面积等 6 1 1净化装置的性能 除尘装置 从气体介质中将固体颗粒分离捕集的设备 干式湿式吸收装置 分离废气中的分子状态污染物 完成吸收操作所采用的气液间传质设备 吸附装置 利用固体吸附剂表面对气体中各组分的吸附能力进行分离的设备 催化转化装置 利用催化剂的催化作用进行废气转化的设备 6 1 2净化装置的分类 处理气体量 污染物性质 净化要求 装置的经济性 选择依据 1 工程调查 2 计算净化效率 3 确定净化方法 4 确定净化装置的型号规格和运行参数 一般步骤 6 1 3净化装置的选择 1 粉尘的密度 堆密度真密度2 粘附性 粉尘之间或与器壁间力的表现3 爆炸性 化学活性强化4 荷电性与比电阻 导电性5 粉尘的湿润性 粉尘颗粒与液体相互附着难易的性质6 粉尘的粒径及粒径分布 分散度 粉尘的特性 6 2 1粉尘的特性 除尘机理 1 重力2 离心力3 惯性碰撞4 接触阻留5 扩散6 静电力7 凝聚 除尘机理 6 2 2重力沉降室 惯性除尘器 重力沉降室 原理 依靠重力的作用使尘粒从气流中分离出来的 沉降室是一个断面较大的空室 含尘气体由断面较小的风管进入沉降室后 气流速度大大降低 尘粒便在重力作用下缓慢向灰斗沉降 优点 结构简单 造价低 施工容易 维护管理方便 阻力小缺点 占地大 除尘效率低 40 70 应用 仅适用于捕集密度大 颗粒粗 粒径大于50 m 的粉尘 只作为初级除尘 沉降室的设计 沉降速度vs 尘粒在静止流体中自由沉降 所受合外力为零时的降落速度 悬浮速度vw 尘粒以vs下降时 受垂直向上速度为vw的均匀气流作用处而于悬浮状态时的速度 vs vw 尘粒下落时所能达到的最大速度 上升气流使尘粒悬浮时所能达到的最小速度 使速度为vs的尘粒在沉降室内全部沉降的条件 v0与尘粒的密度和直径有关 一般取0 3 2m s 沉降室100 捕集的最小粒径 原理 在沉降室内设置各式挡板 使含尘气流冲击挡板 气流方向发生急剧转变 借助尘粒本身的惯性作用与气流分离 应用 惯性除尘器用于净化密度和粒径较大 10 20 m 的金属或矿物性粉尘具有较高除尘效率 对粘结性和纤维性粉尘 则因易堵塞而不宜采用 惯性除尘器 结构形式 冲击式 冲击挡板反转式 改变气流方向 v 或 或n p 6 2 3旋风除尘器 原理 旋风除尘器是利用气流旋转过程中作用在尘粒上的离心力 使粉尘从含尘气流中分离出来的 优点 结构简单 体积小造价低除尘效率高 缺点 易磨损应用 d 10 m 密度大的粉尘 1 除尘器内的流场 速度分布 切向速度vt外旋涡r vt 内旋涡r vt 轴向速度vj外旋涡vj向下内旋涡vj向上径向速度vr外旋涡vr向内内旋涡vr向外 压力分布 灰斗处达最大负值 2 筛分理论 外旋涡内的尘粒在径向受离心力f1 向外 和气流阻力作用p 向内 当f1 p dc dk 尘粒可分可不分当f1 p dc dk 尘粒可分当f1 p dc dk 尘粒不可分 分割粒径dc50 除尘器的分级效率为50 时的粒径 由分级效率得总效率 推导 入口形式筒体直径排出管直径筒体锥体高度排尘口直径 3 影响旋风除尘器性能的因素 进口风速 15 25m s 含尘气体的性质 除尘器底部的严密性 结构构造 切向进入直入式蜗壳式 轴向进入 排灰装置 多管旋风除尘器 4 几种常用的旋风除尘器 旁路旋风除尘器 原理 通过含尘气流与液滴 液膜的接触使尘粒分离 1 通过惯性碰撞和截留 尘粒与液滴或液膜发生接触 2 微细尘粒通过扩散与液滴接触 3 加湿的尘粒相互凝并 4 饱和状态的高温烟气在湿式除尘器内凝结时 要以尘粒为凝结核 可以促进尘粒的凝并 优点 除尘效率高缺点 物料不易回收 泥浆处理较困难应用 适宜高温 易燃易爆气体 6 2 4湿式除尘器 惯性碰撞 dc 1 5 m 当xs xd 发生碰撞 xs 尘粒从脱离流线到惯性运动结束所移动的直线距离 即尘粒的停止距离xd 气流与液滴相遇 并开始变向绕流的位置距离液滴的距离 惯性碰撞数 问题 是否液滴直径dy越小越好 不是 因为dy过小 液滴容易随气流一起运动 减少了气液的相对运动vy 最佳 dy 150dc 扩散 dc 1 m 扩散系数 水浴除尘器 几种常用的湿式除尘器 冲激式除尘器 旋风水膜除尘器 原理 利用含尘气流通过过滤材料时 将粉尘分离捕集的装置 6 2 5过滤式除尘器 常用 袋式除尘器 纤维颗粒层除尘器 石英砂 碎石 8 10mm 利用纤维织物的过滤作用将含尘气体中的粉尘阻留在滤袋上 筛分作用 惯性作用 扩散作用 粘附作用 静电作用 袋式除尘器的工作原理 袋式除尘器的技术指标 过滤风速vf 指气体通过滤袋表面时的平均风速 m min比负荷gf 每平方米滤袋表面积每小时所过滤的气体量 m h 问题 是否过滤风速vf越高越好 不是 vf高虽然可以节省滤料 但是会带来以下两个问题 1 vf过高会把积聚在滤袋上的粉尘压实 并发生严重的粉尘再附 2 vf过高会导致粉尘层形成速度加快 清灰频繁 缩短滤袋使用寿命 袋式除尘器的技术指标 袋式初尘器的阻力 pc 除尘器的结构阻力 pf 清洁滤料的阻力 pd 粉尘层的阻力 袋式除尘器的滤料 滤料的特性 1 过滤效率 与滤料和滤料上形成的粉尘层有关 2 容尘量 指到达给定阻力值时单位面积滤料上积存的粉尘量 3 透气率 指在一定压差下 通过单位面积滤料上的气体量 4 耐温性 常温滤料t 130 高温滤料t 130 连续长期使用温度 瞬间短期温度 每天 10min 5 尺寸的稳定性 指滤料经纬向的胀缩率 一般 1 6 静电性能 常用金属纤维滤料或在滤料中编入导电纤维 常用滤料 1 呢料2 锦纶3 涤纶绒布4 高温尼龙5 玻璃纤维 1 按清灰方式可分为机械清灰 人工或机械振打悬吊滤袋的框架 使滤袋产生振动而清灰 脉冲喷吹清灰 利用脉冲喷吹机构瞬间喷出压缩空气使滤袋受冲击振动 在逆气流作用下清灰 逆气流清灰 采用室外或循环空气与含尘气流反方向的流动通过滤袋 冲击尘块 并因气流变向 滤袋胀缩振动从而清灰 反吹风清灰反吸风清灰 袋式除尘器的分类 脉冲喷吹袋式除尘器 2 按滤袋形状可分为 圆袋扁袋3 按过滤方式可分为 内滤式外滤式4 按进风方式可分为 上进风下进风 压入式反吹袋式除尘器 原理 利用高压电场使尘粒荷电 在库仓力作用下使粉尘从气流中分离出来的一种除尘设备 特点 高效 可处理高温气体应用 高温高压 处理气体量大的场合 6 2 6电除尘器 电除尘器的工作原理 电除尘器的分类 1 据收尘极形式 管式板式2 据气流流动方式 立式卧式3 据清灰方式 干式湿式 电除尘器的影响因素 粉尘比电阻rb 某一物质在某一温度下长度 横断面积为1时的电阻 是评价粉尘导电性能的一个指标 低阻型 rb 104 cm正常型 rb 104 1011 cm高阻型 rb 1011 1012 cm反电晕 降低比电阻的方法 电除尘器的影响因素 气体含尘浓度c 导致电晕闭塞 防止电晕闭塞的方法 1 提高电除尘器的工作电压 加快风速 2 用放电强度高的电晕极 3 增设与净化设备 驱进速度 尘粒在电场内作横向运动时 当静电力等于空气阻力时 f p 作用在尘粒上的外力之和等于零 尘粒向电极方向作等速运动的速度 电除尘器的技术参数 有效驱进速度 据某一除尘器实测除尘效率 收尘面积和处理风量 并利用多依奇公式反算的驱进速度 各种除尘设备实用性能比较 排入大气的有害气体净化方法燃烧法 利用废气中某些污染物可以氧化燃烧的特性 冷凝法 利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压的性质 适用 浓度高 冷凝温度高的有害蒸气或可用于预处理 效率低 吸收法 利用废气中不同组分在液体中具有不同溶解度的性质 适用 应用广泛 特别是无机气体 可同时除尘 用于处理气体两大的场合 但需要对排水进行处理 效率高 6 3 1概述 吸附法 利用多孔性固体吸附剂对废气中各组分的吸附能力不同 适用 低浓度有害气体净化 特别是各种有机溶剂蒸气 效率高 可达100 室内空气污染物的净化方法光催化法 基于光催化剂在紫外线照射下具有的氧化还原能力而净化污染物 非平衡等离子体法 采用气体放电法形成非平衡等离子体 可分解气态污染物 物理吸收 一般没有明显的化学反应 可看作是单纯的物理溶解过程 物理吸收是可逆的 解吸时不改变被吸收气体的性质 化学吸收 伴有明显的化学反应 6 3 2吸收法 吸收过程的基本理论 基本概念 吸收质 被吸收气体 吸收剂 吸收用的液体 惰气 气相中不参与吸收的气体 易溶气体 容易溶解的气体 难溶气体 不易溶解的气体 浓度表示法 摩尔分数 指气相或液相中某一组分的摩尔数与该混合气体或溶液的总摩尔数之比 液相 气相 比摩尔分数 液相 气相 例 已知氨水中氨的质量百分数为25 求氨的摩尔分数和比摩尔分数 摩尔分数和比摩尔分数的关系 液相 气相 吸收的气液平衡关系 对于稀溶液和气相中吸收质的分压力不太高时 一般pa 5atm 气液平衡关系可表示为 亨利定律 e 亨利常数atmkpax 液相中吸收质浓度x 液相中吸收质浓度c 气体的溶解度kmol m3h 溶解度系数kmol m3 atm m 相平衡系数y 平衡状态下气相中吸收质的摩尔分数y 与液相浓度相对应的气相中吸收质平衡浓度 气液平衡关系的应用 1 设计中判断吸收的难易程度 已知xa 查出y 若气相吸收质的起始浓度y y 吸收可以进行 y y y 越大 吸收越易进行 2 运行中判断吸收已进行到什么程度 吸收中 随液相吸收质浓度的 y 当y 接近气相中吸收质浓度y时 说明 y很小 吸收难以进行 吸收过程的机理 适用于一般的吸收操作和具有固定界面的吸收设备 但不完全适用于气液湍动程度较剧烈的吸收过程 其基本特点如下 1 相界面两侧分别存在气膜 液膜 吸收质是以分子扩散方式通过两个膜层 2 吸收过程的阻力主要是吸收质通过气膜和液膜时的分子扩散力阻力 3 无论气液两相主体中吸收质浓度是否达到平衡 在相界面上气液两相总是处于界面平衡 双模理论 吸收速率方程 当m较小时 当m较大时 说明 吸收过程的阻力主要是气膜阻力 说明 吸收过程的阻力主要是液膜阻力 强化吸收的途经 1 增加气液的接触面积 2 增加气液的运动速度 减小气液膜厚度 降低吸收阻力 3 采用相平衡系数m较小的吸收剂 4 增大供液量 降低液相主体浓度 增加吸收推动力 6 3 3吸附法 原理 由于气相分子和吸附剂表面分子间的吸引力使气相分子吸附在吸附剂表面 穿透 气流通过一定厚度吸附层时 开始出口吸附质浓度基本为零 经过一段时间后 在出口出现吸附质的现象 穿透时间 经历穿透的时间 静活性 在一定的温度 压力下 处于饱和状态的单位质量吸附剂所吸附的气体量 动活性 从开始工作到吸附层被穿透 该吸附层内单位质量吸附剂所吸附的气体量 本章要求 理解并掌握净化装置的性能 分类及其选择 掌握粉尘的特性及除尘机理 掌握各种除尘器的除尘机理 结构形式 性能影响因素 技术参数及适用条件 了解并掌握有害气体的净化方法 吸收和吸附机理及有关设备 6 4净化新方法 6 4 1非平衡等离子体空气净化 稀释比为1 1000情况下未经放电处理的细菌生长迹象 稀释比为1 1000情况下经 8kv 放电处理的细菌生长迹象 等离子体放电催化消除微生物污染 1 非平衡等离子体空气净化原理 非平衡等离子体净化过程涉及预荷电集尘 催化净化和负离子发生等作用 根据等离子体区是否填充了颗粒物 可将等离子体反应器分为空腔式和填充式两种类型 2 非平衡等离子体空气净化反应器 1 空腔式反应器 2 填充式反应器 光催化材料 高压电 高压放电 replay 平板电极 平板电极 带电粒子冲击 电场应力及其热效应 uv光催化 等离子体放电催化 uv灯 关 6 4 2光催化净化方法 光催化净化的基本原理示意图 采用光催化氧化技术能在室温下利用空气中的水蒸汽和氧气去除空气中的污染物 光催化空气净化器基本净化流程 fujishimaa etal nature 1972 238 5338 38 45 导带 价带 光催化降解vocs 2 空气负离子的净化作用其原理是借助凝结和吸附作用 负离子净化灯 6 4 3负离子净化方法 1 空气离子的来源 类型和特性 3 空气负离子产生技术 到目前为止 空气负离子的发生技术主要有 电晕放电 水发生和放射发生三种 负离子空气净化保健漆 6 4 4臭氧净化方法 分离对象 非均相混合物分离方法 物理方法分离依据 气体分子与固体或液体粒子在物理性质上的差异常用类型 机械分离 利用粒子密度差过滤方法 利用粒子的尺寸和质量差湿式洗涤 利用粒子易被水湿润 凝并增大而被捕集静电除尘 利用静电力进行分离 气溶胶污染物 分离对象 均相混合物分离方法 物理 化学及物理化学方法分离依据 不同组分具有不同蒸气压 不同溶解度 选择性吸收作用及某些化学作用常用类型 燃烧法 利用废气中某些污染物可以氧化燃烧的特性 冷凝法 利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压的性质 吸收法 利用废气中不同组分在液体中具有不同溶解度的性质 吸附法 利用多孔性固体吸附剂对废气中各组分的吸附能力不同 催化转化法 利用催化剂的催化作用 气态污染物 总效率