第07章-气态污染物控制技术-2013-15分解.ppt

1、第七章 气态污染物控制技术基础,气体扩散 气体在气相中的扩散 气体在液相中的扩散 气体吸收 吸收机理 气液平衡 物理吸收 化学吸收,气体吸附 吸附剂 吸附机理 吸附工艺与设备,气体催化净化 催化作用和催化剂 气固催化反应动力学 气固相催化反应器的设计,气态污染物脱除过程的单元操作 流体输送 热量传递 质量传递气体吸收、吸附、催化,气体扩散过程 分子扩散分子运动引起 湍流扩散流体质点运动引起,气体扩散,在气相中的扩散（Gilliland 方程）,气体在气相中的扩散,扩散系数 物质的特性常数之一 影响因素： 介质的种类 温度 压强 浓度,气体在气相中的扩散,部分气体在空气中的扩散系数（0oC，10

2、1.33kPa）,气体在液相中的扩散,在液相中的扩散系数 估算方程 扩散系数随溶液浓度变化很大 上式只适用于稀溶液,气体在液相中的扩散,某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液）,第一节 气体吸收,吸收机理 双膜模型（应用最广）,假定: 界面两侧存在气膜和液膜,膜内为层流, 传质阻力只在膜内 气膜和液膜外湍流流动,无浓度梯度, 即无扩散阻力 气液界面上,气液达溶解平衡 即:CAi=HPAi,双膜理论,双膜模型 气相分传质速率 液相分传质速率 总传质速率方程,xAL,气液平衡,平衡吸收过程的传质速率等于解吸过程 溶解度 每100kg水中溶解气体的kg数,气液平衡,常见气体的平衡溶解度,亨利定律

3、,亨利定律 一定温度下，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比 参数换算,吸收系数,吸收系数的不同形式,传质阻力,传质阻力吸收系数的倒数,传质过程,吸收系数的影响因素 吸收质与吸收剂 设备、填料类型 流动状况、操作条件 吸收系数的获取 实验测定；经验公式计算；准数关联计算,常用吸收系数经验式,化学吸收,化学吸收的优点 溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的溶质量增多 液膜扩散阻力降低 填料表面的停滞层仍为有效湿表面,化学吸收,两分子反应中相界面附近液相内A与B的浓度分布,吸收设备,吸收设备,喷淋塔,吸收设备,填料塔,第二节 气体吸附,吸附 用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中

4、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 优点：效率高、可回收、设备简单 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,吸附剂,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,气体吸附的影响因素,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,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,典型吸附质分子的横截面

5、积,气体吸附的影响因素,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 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,气体吸附的影响因素,吸附剂再生,溶剂萃取 活性炭吸附SO2，可用水脱附,置换再生 脱附剂需要再脱附,降压或真空解吸,吸附作用大，再生温度高,加热再生,吸附平衡,当吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值 极限吸附量受气体压力和温度的影响 吸附等温线,NH3在活性炭上的吸附等温线,吸附等温线,吸附速率,吸附过程,吸附,吸附速率,外扩散速率 内扩散速率 总吸附速率方程

6、,吸附工艺,固定床,吸附工艺,移动床,吸附工艺,流化床,第三节 气体催化净化,含尘气体通过催化床层发生催化反应，使污染物转化为无害或易于处理的物质 应用 工业尾气和烟气去除SO2和NOx 有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化 汽车尾气的催化净化,催化净化工艺,催化净化工艺,催化剂：Pt (Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等,VOCs的催化氧化,催化净化工艺,催化净化工艺,车用催化转化器,气体催化净化,催化作用 改变反应历程，降低活化能 提高反应速率 （阿累尼乌斯方程）,显著特征 对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡 选择性,催化剂,加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后保持不变的

7、物质 组成 活性组分 助催化剂 载体,催化剂的性能,活性,W产品质量 WR催化剂质量 t反应时间,催化剂的性能,稳定性 热稳定性、机械稳定性和化学稳定性 表示方法：寿命 老化 活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等 中毒 对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb,气固催化反应动力学,反应过程 (1)反应物从气流主体-催化剂外表面 (2) 进一步向催化剂的微孔内扩散 (3)反应物在催化剂的表面上被吸附 (4)吸附的反应物转为为生成物 (5)生成物从催化剂表面脱附下来 (6)脱附生成物从微孔向外表面扩散 (7)生成物从外表面扩散到气流主体 (1),(7)：外扩散；(2),(6

8、)内扩散 (3),(4),(5)：动力学过程,内外扩散的影响,外扩散控制 降低催化剂表面反应物浓度，从而降低反应速度 消除方法 提高气速，以增强湍流程度，减小边界层厚度 气速提高到一定程度，转化率趋于定值，外扩散影响消除下限流速,内外扩散的影响,内扩散控制 降低催化剂内反应物浓度，从而降低反应速度 表现因数： 消除方法 尽量减小催化剂颗粒大小 粒径减小到一定程度，转化率趋于定值，内扩散影响消除,催化反应器的设计,设计基础 停留时间 决定反应的转化率 由催化床的空间体积、物料的体积流量和流动方式决定,催化反应器的设计,设计基础 反应器的流动模型 活塞流、混合流 实际流态介于两者之间 反应器内每一

9、点的流态各不相同，停留时间各异 不同停留时间的物料在总量中所占的分率具有相应的统计分布停留时间分布函数 工业上，连续釜式反应器理想混合反应器；径高比大的固定床活塞流反应器,催化反应器的设计,设计基础 空间速度 单位时间通过单位体积催化床的反应物料体积,固定床反应器,最主要的气固相催化反应器 优点: 流体接近于平推流，返混小，反应速度较快 固定床中催化剂不易磨损，可长期使用 停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性和转化率 缺点: 传热差(热效应大的反应，传热和温控是难点) 催化剂更换需停产进行,固定床反应器,单层绝热反应器 结构简单，造价低廉，气流阻力小 内部温度分布不均 用于化学反应热效应小的场合,固定床反应器,多段绝热反应器 相邻两段之间引入热交换,固定床反应器,列管式反应器 用于对反应温度要求高，或反应热效应很大的场合,其他反应器 径向反应器 薄层床反应器 自热式反应器,反应器类型的选择,根据反应热的大小和对温度的要求，选择反应器的结构类型 尽量降低反应器阻力 反应器应易于操作，安全可