第五章通风排气中有害气体的净化

1通风工程同济大学机械工程学院暖通空调及燃气研究所2015年第五章通风排气中有害气体的净化2本章内容概述吸收法净化吸附法净化有害气体的高空排放第一节

概述4概述有害气体以分子态存在，分离机理与除尘完全不同常用方法1.燃烧法原理：通过氧化反应将有害气体转化为无害物质或容易回收的物质特点：适用于可燃性气体可能利用燃烧产生的热量——对低浓度的气体需要富集、催化或热力辅助燃烧5催化燃烧系统示意图62.冷凝法原理：通过冷却使有害气体凝结成液体，再利用机械分离方法分离特点：适用于沸点高、浓度高的有害气体可回收原物质净化效率较低73.吸收法原理：用液体吸收排气中的有害气体有物理吸收和化学吸收之分特点：适用气体种类广泛同时具有除尘功能有污水处理问题吸收质：被吸收的有害气体吸收剂：吸收有害气体的液体物理吸收：溶解过程化学吸收：气液化学反应过程84.吸附法原理：用多孔性固态物质吸附有害气体

95.高空排放法原理：将未经净化或净化不完全的排气送入高空，通过大气稀释，使其重返地面时已符合卫生标准特点：未净化有害气体方式简单稀释效果受环境影响大10宝钢200米的高烟囱11第二节

吸收法净化121.常见的吸收设备喷淋塔净化气体出口有害气体入口液滴分离器吸收剂入口吸收剂出口13填料塔净化气体出口有害气体入口液滴分离器吸收剂入口吸收剂出口填料鲍尔环拉西环弧鞍形14湍球塔净化气体出口有害气体入口液滴分离器吸收剂入口吸收剂出口轻质小球筛板15筛板塔16文丘里吸收器17几种吸收设备的比较吸收设备特性优点缺点喷淋塔v=0.6~1.2m/sL/V=0.7~2.7L/m3ΔPz<250Pa结构简单，造价低阻力小能净化含尘气体喷嘴易堵塞气流分布不均设备庞大效率低填料塔v=0.5~1.5m/sL/V=0.5~2.0L/m3ΔPz=500Pa/m填料结构简单气液接触效果较好阻力中等便于用耐腐蚀材料制造v过高时，液泛填料易堵塞筛板塔v=1.0~2.5m/sL/V=0.5~1.2L/m3ΔPz=980~1960Pa吸收效率高构造简单，处理风量大液膜阻力为主的吸收过程负荷范围窄必须维持恒定流量雾沫夹带，液泛文丘里吸收器v喉部=40~80m/sL/V=0.3~1.5L/m3ΔPz=2000~9000Pa设备小吸收效率高阻力大空塔气速-v液气比-

L/V阻力-

ΔPz18吸收计算用浓度的表示方法摩尔分数气相y液相x比摩尔分数气相Y

液相X2.吸收设备的设计计算19一定温度、压力下吸收平衡时气、液相浓度的关系

y*=mx m=E/Pz

Y*=mX

2.吸收设备的设计计算m-相平衡系数y*-平衡状态下气相中吸收质摩尔分数x-液相中吸收质浓度E-亨利常数，具体取值见书P122表5-2Pz-混合气体总压力m,E值越大，说明该组分气体容易/不容易被吸收？稀溶液上式可近似20气液平衡线平衡线气相Y液相XY*=mXm越小曲线越平约容易被吸收AYAXA*XAYA*ΔY吸收推动力例某排气系统yso2=50g/m3，用水吸收SO2，吸收塔在t=20℃，Pz=1atm的工况下工作，求水中能达到SO2的最大浓度y=mxX=x/(1-x)2122VY1V

Y2L

X2L

X1根据质量守恒：V(Y1-Y2)=L(X1-X2)称为液气比2.吸收设备的设计计算XYX液相中吸收质浓度（kmol吸收质/kmol吸收剂）Y气相中吸收质浓度（kmol吸收质/kmol惰气）L喷淋液体流量（kmol吸收剂/s）塔底塔顶气气液液V气体流量（kmol惰气/s）A断面232.吸收设备的设计计算液相中的吸收质浓度气相中的吸收质浓度操作线1-2

吸收塔任意断面气/液吸收质浓度变化关系

斜率为液气比L/V平衡线Y*=mX

m-相平衡系数A断面上的吸收推动力

ΔY=YA-YA*(X1,Y1)(X2,Y2)242.吸收设备的设计计算液相中的吸收质浓度气相中的吸收质浓度Y1Y2X2X1X1*B*B平衡线在吸收塔1断面正好达到气液平衡时的液气比称为最小液气比（点B*）实际液气比（点B）

取最小液气比的1.2~2.0倍25例题吸收塔处理92%空气和8%氨气混合气体。T=20℃，Pz=1atm，气体流量Lz=0.5m3/s。用水吸收氨气，气液平衡式Y*=0.76X。要求净化效率95%，求实际供液量和液相出口浓度。惰气流量NH3流量进口气相浓度26出口气相浓度进口液相浓度最小液气比实际液气比实际供液量出口液相浓度27第三节

吸附法净化281.吸附原理原理：依靠气相分子和吸附剂表面分子之间的吸引力使气相分子吸附在吸附剂表面——用多孔性固态物质吸附有害气体特点：净化效率高可适用于低浓度有害气体可用于空调进气的净化再生问题分类：物理吸附与化学吸附29吸附剂——用于吸附的固态物质特性：具有很大的比表面积——单位质量吸附剂具有的表面积吸附剂对吸附质有选择性活性炭吸附质——被吸附的气体活性炭的比表面积700~1500m2/g例2013下述哪一项所列出的有害气体，不适合采用活性炭吸附去除？

A苯、甲苯、二甲苯B丙酮、乙醇

C甲醛、SO2、NOxD沥青烟

教材P142表5-730312.静活性和动活性吸附器内吸附质浓度变化曲线吸附质浓度变化曲线A-开始吸附工作区322.静活性和动活性吸附器内吸附质浓度变化曲线吸附质浓度变化曲线B-吸附过程（未穿透）饱和工作区332.静活性和动活性吸附器内吸附质浓度变化曲线吸附质浓度变化曲线C-吸附过程（穿透点）饱和工作区342.静活性和动活性吸附器内吸附质浓度变化曲线吸附质浓度变化曲线D-吸附过程（失效）饱和工作区352.静活性和动活性1）吸附剂饱和：吸附速度等于解吸速度2）静活性：一定温度、压力下单位质量饱和状态的吸附剂所吸附的吸附质4）动活性：从开始工作到吸附剂被穿透，单位质量吸附剂所吸附的吸附质3）吸附剂穿透：吸附层下游出现吸附质5）动活性的大小与运行工况（流速、流速分布）有关，设计中希望浓度曲线尽量陡直，动活性>75~80%静活性吸附质浓度比1.00时间穿透点终点动活性静活性363.吸附装置固定床吸附装置废气吸附流程再生流程373.吸附装置蜂轮式吸附装置可以连续工作，再生时不用切换或停止工作1——风机2——过滤器3——蜂轮4——预热器5——催化层6——换热器100~140℃空气常温污染空气带催化燃烧系统的蜂轮式吸附工艺流程例2014关于活性炭吸附装置性能和参数的描述，下列哪几项是错误的？

A处理小风量、低温、低浓度的有机废气可以使用一般的固定床活性炭吸附装置

B固定床吸附装置的空塔速度一般取1.0m/s以下

C处理大风量、低温、低浓度的有机废气，可用蜂窝轮吸附

D蜂窝轮吸附装置通过蜂窝轮的面风速为1.0m/s以下

教材P14338394.设计吸附装置的要点1）吸附剂工作时间计算（1）平衡吸附量：即静活性（2）平衡保持量：已吸附饱和的吸附剂连续通过同温度清洁干空气六小时后，单位质量吸附剂内保持的吸附质百分数（3）对进风用吸附装置，应按平衡保持量设计吸附剂工作时间，防止吸附质析出2）要求工作时间不能太短3）气体的预处理（颗粒物）例2011含有SO2的有害气体流量为3000m3/h，其中SO2的浓度为5.25ml/m3，采用固定床活性炭吸附装置净化该有害气体，设平衡吸附量为0.15kg/kg炭，吸附效率为96%，动活性/静活性为0.9，如有效使用时间（穿透时间为250h），所需装炭量为多少？4041第四节

有害气体的高空排放42有害气体的高空排放烟囱高度H=烟气上升的有效高度