1、第七章 气态污染物控制技术基础,1. 吸收法 2. 吸附法 3. 催化法 4. 生物法,气态污染物处理方法,第一节 吸收法基础,气体吸收 吸收机理 气液平衡 物理吸收 化学吸收,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 膜内无物质积累,即达稳态.,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,
2、亨利定律,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,有利于传质的因素,吸收系数越大越好温度下降，流速增大，传质系数增大接触时间越长越好t取决于塔的尺寸，流速传质推动力越大越好,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,
3、化学吸收的气液平衡,平衡浓度计算,1.吸收质与溶剂作用（如水吸收氨）,2.吸收后发生解离（如水吸收SO2和CO2）,化学吸收速率,吸收速率 物理吸收时 化学吸收时,K1未发生化学反应时的液相传质分系数 由于化学反应使吸收速率增强的系数,相当于选取相同的推动力C, 选用不同的传质系数引入增强系数,吸收法适用范围,处理气体量大污染物质浓度低吸收速度快，吸收效率高多采用化学吸收,吸收设备,吸收设备,喷淋塔,吸收设备,吸收设备,填料塔,填料塔,第二节 吸附法基础,气体吸附 吸附剂 吸附机理 吸附工艺与设备计算,气体吸附,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
4、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,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,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、
5、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,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,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,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,朗格缪尔（Langmuir）方程
6、（I型等温线）,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,吸附工艺,固定床,吸附工艺,移动床,吸附工艺,流化床,第三节 催化法,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,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
7、本身的化学组成在反应前后保持不变的物质 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
8、),(7)：外扩散；(2),(6)内扩散 (3),(4),(5)：动力学过程,催化反应动力学方程,表面化学反应速率对于催化床,NA反应物A的流量，kmol/h NA0反应物A的初始流量，kmol/h VR反应气体体积，m3 x转化率 L反应床长度，m A反应床截面积，m2 Q反应气体流量，m3 t接触时间，h cA0反应物的初始浓度,kmol/m3,催化反应动力学方程,催化剂有效系数 反应催化剂微孔内浓度分布对反应速率的影响,在内扩散的影响下 催化剂微孔内表面上反应物很低，沿微孔方向降至平衡浓度 催化剂内表面积并未充分利用 值较小,催化反应动力学方程,催化剂有效系数 一级不可逆反应,内外扩散的
9、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 表现因数：KG 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,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，安全可靠 结构简单，造价低廉，运行与维护费用经济,
