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第七章 气态污染物控制技术基础

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内科大大气污染控制工程教案第7章 气态污染物控制技术基础

内科大大气污染控制工程教案第7章 气态污染物控制技术基础
第七章气态污染物控制技术基础
本章主要介绍从气体污染物中脱除SO2等气态污染物的质量传递有关的单元操作过程。包括气体扩散、气体吸收、吸附和催化的基本原理以及气态污染物控制中的一些问题。
7.1气体扩散
目的要求：了解气体在气相和液相中的扩散过程；
重点：无
授课方式：讲授、自学
气体的质量传递过程是借助于气体扩散过程来实现的。扩散过程包括分子扩散和湍流扩散两种方式。
分子扩散：物质在静止的或垂直于浓度梯度方向做层流流动的流体中传递，是由分子运动引起的，称为分子扩散；
湍流扩散：物质在湍流流体中的传递，除了由于分子运动外，更主要的是由于流体质点的运动引起的，称为湍流扩散；
扩散的结果，会使气体从浓度高的区域转移到浓度较低的区域；
对吸收操作来说，混合气体中气态污染物首先要从气相主体扩散到液相界面，然后才能由界面扩散到液相主体中。
动活性是吸附过程还没有达到平衡时单位吸附剂吸附吸附质的量。
4、吸附剂的再生
再生方法有加热解吸再生、降压或真空解吸再生、溶剂萃取再生、置换再生、化学转化再生等。再生时一般采用逆流吹脱的方式。
（2）吸附剂的性质
孔隙率、孔径、粒度等影响比表面积，从而影响吸附效果；
（3）吸附质的性质与浓度
（4）吸附剂的活性
吸附剂的活性是吸附剂吸附能力的标志，常以吸附剂上已吸附吸附质的量与所用吸附剂量之比的百分数来表示。其物理意义是单位吸附剂所能吸附吸附质的量。
分为动活性和静活性。
静活性是在一定温度下，吸附达到饱和时，单位吸附剂所能吸附吸附质的量。
吸收质在单位时间内通过单位面积界面而被吸收剂吸收的量称之为吸收速率。根据双膜理论，在稳态吸收操作中，从气相主体传递到界面吸收质的通量等于界面传递到液相主体吸收质的通量，在界面上无吸收质积累和亏损。吸收传质速率方程的一般表达式为：吸收速率=吸收推动力×吸收系数，或者吸收速率=吸收推动力/吸收阻力。吸收系数和吸收阻力互为倒数。吸收推动力表示方法有多种，因而吸收速率方程也有多种表示方法。

七章节气态污染物控制技术基础-精选

七章节气态污染物控制技术基础-精选
吸附质性质、浓度
临界直径－吸附质不易渗入的最小直径 吸附质的分子量、沸点、饱和性 例：同种活性炭做吸附剂，对于结构相似的有机物分
子量和不饱和性越高，沸点越高，吸附越容易。
吸附剂活性
单位吸附剂吸附的吸附质的量。以被吸附物质的重量 对吸附剂的重量或体积分数表示。
吸附剂的活已性所 吸用 附吸 吸附 附剂 质量 的 10质 % 0 量
希洛夫方程


b v0
L 0

K (L
h)
a－静活度，％
S－吸附层截面积,m2
L－吸附层厚度,m
b －吸附剂堆积密度，kg/m3
v－气体流速，m/s
0 －污染物浓度，kg/m3
0 －保护作用时间损失；h－死区长度
τ－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
1 Y Y*
645 200 101 69 55 48.3 45.0
热
容
/kJ(kg·K)-1
操作温度上 限/K
平均孔径/Å
活性炭
200～600
0.836～ 1.254 423
15～25
活性氧化 铝
750～ 1000 0.836～ 1.045 773
18～48
硅胶 800 0.92 673 22
沸石分子筛
4A
5A
13x
800
800
800
0.794
0.794
——
873
若θ= V/Vm 其中： V—气体分压为P时被吸附气体在标准状态下的体积；
说明：
V BP Vm 1 BP
P 1 P V BVm Vm
（1）P/V对P作图，得一直线；

第07章 气态污染物控制技术

第07章 气态污染物控制技术

吸附剂再生
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
吸附等温线
吸附方程式
弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分） m kPn lg m lg k n lg P
➢ lgm对lgP作图为直线
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
➢ 气膜控制（1 m ，1 1 ）
ky kx Ky ky
易溶气体（碱或氨液吸收SO2）
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
水吸收氨（易溶气体吸收）
kga 6.07 104 G0.9L0.39 G、L－气、液相空塔流量
yA yAi kx
xA xAi
ky
解析法
➢稀溶液亨利定律+传质方程
物理吸收
操作线方程
Y
LS GB
X
(Y1
LS GB
X1)
L G
X
(Y1
L G
X1)
操作线、平衡线和吸收推动力
物理吸收
最小液气比
(
LS GB
)
min
Y1 Y2
X
* 1
X2
(
LS GB
)
min
Y1 Y2 X1max X 2
➢ 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
化学吸收的气液平衡

第七章-气态污染物控制技术基础

第七章-气态污染物控制技术基础

D AB — 扩散系数， cm 2 / s； M — 气体的摩尔质量；
V — 气体在沸点下呈液态时 的摩尔体积， cm 3 / mol
对
SO
，
2
V
40 .4 cm 3 / mol ；
A — 气体密度， g / cm 3。
M
A
/
可以根据理想气体定律
A
其中 R 是气体常数， P 是压力
用 RT / P 代替，
氧化铝对氟化氢的吸附主要是化学吸附。 Al2O3+6HF ——2AlF3+3H2O
温度较低时，有利于氟化氢吸附。 该吸附过程的速度很快，氧化铝与烟气中 的氟化氢接触后，反应几乎在0.1s内完成。 氟化氢浓度提高时，反应速度急剧增大。
第四节 气体催化净化
一、催化剂 1、催化剂：能改变化学反应速度，而本身化学组成在反应
四、吸附理论
吸附平衡 在一定温度下，气固两相经过充分接触后，终将达到 吸附平衡。此时，被吸附组分在固相中的浓度和与固 相接触的气相中的浓度之间有一定的函数关系。 1、弗罗德里希方程 2、朗格谬尔等温方程式 3、BET方程 吸附等温线方程种类有多种，只能对具体情况具体分析。
吸附等温线的形状与吸附剂和吸附质的性质有关。 即使统一化学组分的吸附剂，由于制造方法或条件不同，
乙醇1.5，非缔合溶剂如苯醚 、均 乙为1.0
表2:某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液）
气体在液体中的扩散系数随溶液浓度变化很大,标 准状态下可以求得SO2在水中的扩散系数为 1.61×10-5cm2/s，μB≈0.01g/(cm· s)。可见， SO2在水中的扩散系数远小于在空气中的扩散系 数。
吸附剂的性能也会不同，因此必须针对具体情况进行综、 合测定。

气态污染物控制技术基础

气态污染物控制技术基础

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.
• 7.2.1.2 渗透模型
–假定: 气液界面上的液体微元不断被液 相主体中浓度为CAL的微元置换 每个微表面元与气体接触时间都 为 界面上微表面元在暴露时间内 的吸收速率是变化的
吸收工艺
7.3 气体吸附
气体吸附是用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混 合物中一种或数种组分浓集于固体表面，与气体组
分分离的过程。
吸附过程能有效脱除一般方法难于分离的低浓度有 害物质，具有净化效率高、可回收有用组分、设备 简单、易实现自动化控制等优点，其缺点是吸附容 量较小、设备体积大。
根据吸附剂表面与吸附质之间作用力的不同，吸附
比表面积 / ㎡·g-1
600～ 1600
210～360
600
——
——
——
7.3.3.2 常用的工业吸附剂
1）白土； 2）活性氧化铝； 3）硅胶； 4）活性炭； 5）沸石分子筛
7.3.3.3 影响气体吸附的因素
7.1.2 气体在液相中的扩散
气体在液体中的扩散系数随溶液浓度变化很大，下面 给出适于气体在较稀溶液中扩散系数的计算公式：
0.5 ( ) T -10 b M B
DAB = 7.4 ´ 10
m BV
0.6 A
7.2
7.2.1 吸收机理 7.2.1.1 双膜模型
假定:
气体吸收
界面两侧存在气膜和液膜,膜内为
7.3.2 化学吸附
化学吸附是由于吸附剂与吸附质之间的化学键力而
引起的，是单层吸附，吸附需要一定的活化能。化

第七章气态污染物控制技术基础[李]

第七章气态污染物控制技术基础[李]
问题：如何增大被溶解气体组分的溶解度？ （1）溶剂：溶解力强、选择性好 （2）提高分压（总压） （3）降低温度。
第二节 气态污染物的吸收净化
（2）亨利定律 物理吸收时，当总压不高（不超过5×105Pa）时，在恒温下，
稀溶液上方溶质的平衡压力与它在溶液中的摩尔分率成正比， 此即亨利定律，表达式：
C=H•P* C——溶质的平衡浓度mol/m3（溶解度） H——亨利系数mol/(m3 • Pa) P*——平衡时气相中的组分分压Pa（平衡分压）
面两侧各有一个很薄的停滞膜，相界面两侧的传质阻力 全部集中于这两个停滞膜内，吸收质以分子扩散方式通 过此二膜层由气相主体进入液相主体； 2、在相界面处，气、液两项瞬间即可达到平衡，界面上没 有传质阻力，溶质在界面上两相的的组成存在平衡关系， 即所需的传质推动力为零或气、液两相达到平衡。 3、在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分 流动，不存在浓度梯度，物质组成均匀。溶质在每一相 中的传质阻力都集中在虚拟的停滞膜内。
通过喷雾技术质的提高来获得高的脱硫效率。超 微液滴和大的覆盖面使吸附剂在整个治理管道中最大 限度地充满整个空间段，达到高效率除尘脱硫。
第二节 气态污染物的吸收净化
2.双碱法 用氢氧化钠、纯碱或亚硫酸钠水溶液吸收烟气中的
SO2。 脱硫塔内的吸收反应为：
用石灰料浆进行再生时，沉淀池内的再生反应为：
第二节 气态污染物的吸收净化 用石灰石粉末进行再生时：
第二节 气态污染物的吸收净化
吸收过程为溶质通过气膜和液膜的分子扩 散过程。所以，两项间传质的速率方程 分别为：
气膜： (NA)g=Kg(PA-PA,i) 液膜： (NA)l=Kl(CA,i-CA) 式中： (NA)g，(NA)l——溶质通过气膜和

大气污染控制工程第章气态污染物控制技术

大气污染控制工程第章气态污染物控制技术
分布、分子极性及吸附剂分子上官能团性质有关
41
气体吸附的影响因素
吸附剂再生
➢ 加热再生 ➢ 降压或真空解吸 ➢ 置换再生 ➢ 溶剂萃取
42
吸附速率
吸附过程
➢ 外扩散（气流主体 外表面） ➢ 内扩散（外表面 内表面） ➢ 吸附
43
固定床吸附器计算
保护作用时间
➢ v 0 bL （ 假 定 吸 附 层 完 全 饱 和 ）
27
2.吸附工艺流程
固定床 间歇式吸附 半连续式吸附
含污染物的气体
28
2.吸附工艺流程
移动床 连续式吸附 处理气量大 动力和热量消耗大 吸附剂磨损大
29
移动床
在反应器顶部连续加入颗粒状或块状固体反应 物或催化剂，随着反应的进行，固体物料逐渐 下移，最后自底部连续卸出。
流体则自下而上（或自上而下）通过固体床层 ，以进行反应。
18
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 ➢ 增大吸附质分压利于吸附
吸附剂活性
➢ 单位吸附剂吸附的吸附质的量。以被吸附物质的重量 对吸附剂的重量或体积分数表示。
吸附剂的活已性所 吸用 附吸 吸附 附质 剂量 的 10质 % 0 量
19
吸附剂活性
静活性：是指在一定温度下，与气相中被吸附物质的 初始浓度平衡时的最大吸附量，即在该条件下，吸附 达到饱和时的吸附量。
阻力
➢ 外扩散 ➢ 内扩散 ➢ 吸附本身
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吸附速率
物理吸附 外扩散速率
ddM A t kyp(YAYA)i
dMA-dt时间内吸附质 从气相扩散至固体表 面的质量
内扩散速率
ddM A t kxp(XAiXA)

气态污染物控制技术基础

气态污染物控制技术基础
所以，填料层高度的计算涉及物料衡算、传质速率与相 平衡三种关系式的应用。
四、化学吸收 为了增大对气态污染物的吸收率和吸收速
度，多采用化学吸收。 化学吸收是伴有显著化学反应的吸收过程，
被溶解的气体与吸收剂或原先溶于吸收剂中 的其他物质进行化学反应，也可以是两种同 时溶解进去的气体发生化学反应。
化学吸收机理远比物理吸收复杂，而且因 反应系统的情况不同而各有差异。
一、吸附剂 1、吸附剂的性质
硅胶和活性炭的内表面分别高达500和 1000m2/g
适合工业要求的吸附剂，必须具备以下条件：
（1）要具有巨大的内表面，
（2）对不同气体具有选择性的吸附作用。
一般地说，吸附剂对各种吸附组分的吸附能力，随吸附组 分沸点的升高而加大，在与吸附剂相接触的气体混合物中，首 先被吸附的是高沸点的组分。在多数情况下，被吸附组分的沸 点与不被吸附组分（即惰性组分）的沸点相差很大，因而惰性 组分的存在，基本上不影响吸附的进行。
U—喷淋密度，即单位时间内喷淋在单位 塔截面积上的液相体积。【重要概念】
3、界面浓度
气液界面上气相浓度和液相浓度难以用 取样分析法测定，常用作图法和解析法求算。
（1）作图法：稳定传质过程，气液界面两侧 气相传质速率和液相传质速率相等。（见 P19，图7-12）
（2）解析法：稀溶液服从亨利定律，可用解 析法求算。
气体吸收
吸收机理 气液平衡 物理吸收 化学吸收
第七章 气态污染物控制技术基础
第一节 吸收法净化气态污染物 第二节 吸附法净化气态污染物 第三节 催化法净化气态污染物
第一节 吸收法净化气态污染物
一、吸收机理
气体吸收是溶质从气相传 递到液相的相际间传质过程， 对于吸收机理以双膜理论模型 的应用最广。

第七章 气态污染物控制技术基础

第七章 气态污染物控制技术基础

第七章 气态污染物控制技术基础[教学目的] 通过本章的学习，使同学们了解气态污染物控制的原理及相关计算，掌握气体扩散、气体吸收、吸附和催化的基本原理、工艺及气态污染物控制中的一些问题。

[教学重点] 掌握气体扩散、气体吸收、吸附和催化的基本原理和过程了解常用吸收剂、吸附剂和催化剂的特性 初步学会设计吸收塔、吸附床和催化转化器 [教学难点] 双膜理论传质计算及气固相催化反应器的设计。

[教学方法及手段] 课堂讲授 [课外作业][学时分配] 6学时[教学内容] (1)吸收过程的气液平衡；(2)伴有化学反应的吸收动力学；(3)催化作用原理及气体催化净化；(4)吸收法净化其他气态污染物；(5)吸附理论；(6)吸附设备及其计算方法；(7)吸附法净化有机蒸气；(8)吸附法净化其他气态污染物 [自学内容] 亨利定律参数的换算第一节 气体扩散分子扩散：物质在静止的或者垂直于浓度梯度方向作层流流动的流体中传递，是由分子运动引起的。

湍流扩散：物质在湍流流体中的传递，除了由于分子运动外，更主要的是由于流体中质点的运动而引起的扩散的结果：气体从浓度较高的区域转移到浓度较低的区域一、气体在气相中的扩散1.Gilliland 方程气态污染物A 通过惰性气体组分B 的运动，可用A 在B 中的扩散系统D AB 给出。

D AB 与气体B 通过气体A 的扩散系数D AB 相等，可由修正的吉里兰Gilliland 方程给出：5.025.05.05.04]11[][108.1BA AAB AAB M M M V VT D ++⨯=---ρ T ——绝对温度，D AB ——扩散系数，cm 2/s ，M ——气体的摩尔质量，-V ——气体在沸点下呈液态时的摩尔体积，cm 3/mol ；A ρ——气体密度，g/cm 3.扩散系数是物质的特性常数之一。

同一物质的扩散系数随介质的种类、温度、压强及浓度的不同而变化。

2.Stephan 过程液体表面位于L 1时，污染物的浓度非常低。

大气污染控制工程讲义气态污染物控制技术基础气体

大气污染控制工程讲义气态污染物控制技术基础气体

第七章 气态污染物控制技术基础第一节 气体吸收一 概述1．定义：吸收净化法是利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中溶解度不同，或者其中某一种或多种组分与吸收剂中活性组分发生化学反应，达到将有害物从废气中分离出来，净化废气的目的的一种方法。

吸收2．分类：（1）物理吸收：可看成是单纯的物理溶解过程。

如：水吸收HCL 、CO 2等。

吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度；吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度。

（2）化学吸收：吸收过程中组分与吸收剂发生化学反应。

如：碱液吸收CO 2、SO 2等；酸液吸收NH 3等。

吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件；吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度。

（3）异同点：同：两类吸收所依据的基本原理以及所采用的吸收设备大致相同。

异：一般来说，化学反应的存在能提高反应速度，并是吸收的程度更趋于完全。

结合大气污染治理工程中所需净化治理的废气，具有气量大，污染物浓度低等特点，实际中多采用化学吸收法。

二 吸收净化的基本原理1．气液相平衡（1）定义：在一定的温度和压力下，气液两相发生接触后，吸收质便由气象向液相移动，随着液体中吸收质浓度的逐渐增加，吸收速率逐渐渐少，解析速率逐渐增大，经过一段时间接触后，吸收速率和解析速率相等，即吸收质在气象中的分压和在液相中的浓度不再变化，此时气液两相达到平衡，简称相平衡。

在平衡状态下，被吸收气体在溶液上方的分压称为平衡分压，可溶气体在溶液中的浓度称为平衡浓度，或平衡溶解度，溶解度。

（2）气体在液体中的溶解度：在100kg 水中溶解气体的千克数。

参见P241图7-4，常见气体在水中的溶解度，可知： ①不同性质的气体在同一温度和压力下的溶解度不同；②气体的溶解度与温度有关，多数气体的溶解度随温度的升高而降低；③温度一定时，溶解度随溶质分压升高而增大。

在吸收系统中，增加气相总压，组分的分压会增加，溶解度也随之增加。

2．亨利定律（1）定义：对于稀溶液，在较低压力下，x —p 是通过原点的直线，但在压力偏高时与直线偏差很大，这样在较低压力下，我们就可用“亨利定律”来表示。

第07章 气态污染物控制技术1

第07章 气态污染物控制技术1
物理吸收和化学吸收的同异点：
共同点：两类吸收所依据的基本原理以及所采用的吸收设 备大致相同。 不同点：一般来说，化学反应的存在能提高反应速度，并 使吸收的程度更趋于完全。实际中多采用化学吸收法。
第二节 吸收法净化气态污染物
一、吸收机理

气体吸收过程：是气态污染物由气相转入液相的传质过程。
气液间的传质理论主要有：
稀溶液亨利定律+传质方程
yAi mAi xAi
yAi、xAi
四、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； 由于吸收质与吸收剂发生化学反应，液膜扩散阻力降低； 填料表面有一部分液体停滞不动或流动很慢，在物理吸收中这 部分液体往往被溶质饱和不能再进行吸收；在化学吸收中则要 吸收比物理吸收中更多的溶质才能达到饱和。

物理吸收：较简单，可看成是单纯的物理溶解过程
吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度； 吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度

化学吸收：吸收过程中组分与吸收剂发生化学反应。
吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件； 吸收速率同时取决于扩散速度和化学反应速度。
第二节 吸收法净化气态污染物
第七章 气态污染物控制技术基础
硫化合物
1. 气体扩散
2. 吸收法净化气态污染物 3. 吸附法净化气态污染物 4. 催化法净化气态污染物
氮氧化物 碳氧化物
有机化合物
卤素化合物

了解气体扩散过程、气液相间的传质过程；理解双膜理论、吸附机 理、气固催化反应动力学理论； 重点掌握吸收操作线方程、吸收剂用量与填料层高度的计算，吸附 工艺与设备参数的设计计算，气-固催化反应器的设计计算。

气态污染物控制技术基础.

气态污染物控制技术基础.

（三）BET方程式（是朗氏理论基础上的发展）
1938 年勃劳纳尔（ Brunauer）、爱米特（Emmett）和泰勒（Teller ）三人提出适合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型的多分子层吸附理论并建立等温方 程式，即：
或 式中： P0—在同温度下该气体的液相饱和蒸汽压，Pa；
C—与吸附热有关的常数；
Xe—饱和吸附量分数，无量纲；
1
1
LS Y1 Y2 G B min X 1,max X 2
2
2
A B AB
化学反应的结果降低了液相中溶质的浓度，从相平衡的角度 加大了相际传质推动力，同时还改变了溶质在等效膜中的浓 度分布使之更加有利于液相传质。
第三节 气体吸附
吸附过程：是用多孔固体（吸附剂）将流体（气提或液 体）混合物中一种或多种组分积聚或凝缩在 表面达到分离目的操作。 一、物理吸附和化学吸附
如临界直径、分子量、沸点、饱和性。
例：同种活性炭做吸附剂，对于结构相似的有机物分子量和不饱和性越高，沸点越高， 吸附越容易。 （4）吸附剂的活性
定义：以被吸附物的重量对吸附剂的重量或体积分数表示，是吸附剂吸附能力的标志。
吸附剂的活性：
静活性：是指在一定温度下，与气相中被吸附物质的初始浓度平 衡时的最大吸附量，即在该条件下，吸附达到饱和时的吸附量。
1.气体吸收机理

所谓吸收速率指单位相际传质表面积上单位时间内吸收的溶质 量，表明吸收速率与吸收推动力之间的关系的数学式即吸收速 率方程式。 对于吸收过程的速率关系，也可赋予“ ”的形式， 其中的推动力自然指浓度差，吸收阻力的倒数称为吸收系数。 因此吸收速率关系又可写成“ ”的 形式。



气相分传质速率方程： 液相分传质速率方程： 总传质速率方程：

第07章气态污染物控制技术1w

第07章气态污染物控制技术1w
k y k x K y k y
易 溶 气 体 （ 碱 或 氨 液 吸 收 S O 2 ）
吸收过程的气膜控制与液膜控制
气膜阻力和液膜阻力的大小取决于被吸收组分 的相平衡常数 m 和溶解度系数 H。
对于易溶气体，m 很小、H很大，总阻力近似 等于气膜阻力，这种情况称为气膜控制。
对于难溶气体，m 很大、H 很小,总阻力近似 个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2021年8月上午7时22分21.8.2907:22August 29, 2021
16、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。2021年8月29日星期日7时22分54秒07:22:5429 August 2021
17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。上午7时22分54秒上午7时22分07:22:5421.8.29
水吸收CO2（难溶气体吸收） kla2.57U0.96 U－喷淋密度，m3/(m2· h)
水 吸 收 S O 2 （ 中 等 溶 解 气 体 吸 收 ）
k g a 9 .8 1 1 0 4 G 0 .7 L 0 .2 5 ;k la a L 0 .8 2
界面浓度的计算
作图法
NA ky(yAyAi)kx(xAi xA)
气体扩散
气体在气相中的扩散（Gilliland 方程）
D AB
1 .8 1 0 4 [V
T 0 .5
0 .5
A
V
]0 . 5 2
B
M A[ 1 A M A
1 ] 0 .5 MB
T－ 绝 对 温 度 ， K D A B － 扩 散 系 数 ， c m 2/s M－ 气 体 的 摩 尔 质 量 V － 气 体 在 沸 点 下 呈 液 态 时 的 摩 尔 体 积 ,c m 3/m o l A － 气 体 密 度 ， g /c m 3

第七章气态污染物控制技术基础02选编

第七章气态污染物控制技术基础02选编
1、等温吸附方程式 • Freundlich等温吸附式 • Langmuir等温吸附方程式 • BET等温吸附方程式
五、影响气体吸附的因素
1．操作条件 ① 温度： 物理吸附，低温运行；化学吸附，提高温度有利 ② 压力：压力↑， XT ↑ ③ 气流速度：v↑不利于吸附，一般v在0.2-0.6m/s 2．吸附剂性质的影响 比表面积↑ XT ↑。吸附剂的孔隙率、孔径、颗粒度影响比表面积
物理吸附
化学吸附
类似性质
蒸汽凝结和气体液化
表面化学反应
作用力
范德华力*，弱，吸附质分子结构变化小
化学键力，大，分子结构变化大
有无电子转移
无
有
吸附热
小，近似等于凝结热，小于几千 J/mol
大，近似等于化学反应热，大于 42kJ/mol
选择性
不高
高
活化能
不需要
需要，又称活化吸附
吸、脱附速率均快，瞬间达到平衡，速率 吸、脱附速率通常较小，较长时间达到平衡，
(A)800kg
(B)990kg
(C)1000kg
(D)1200kg
•
2011年案例
2、四氯化碳蒸汽通过厚度为0.8m的活性炭床，当200min 时，在距离进气端0.10m处开始出现四氯化碳；当500min 时，在距离进气端0.40m处开始出现四氯化碳，问还需多长 时间四氯化碳会穿透吸附床层？
(A)1400min
六、吸附速度
吸附剂外表面浓度难以测定，因此“内”“外”扩散速率 使用起来不方便，
• 总吸附速率方程式
dM A dt

KY ap (YA
YA*)
K
X
a
p
(
X
* A

气态污染物控制基础原理

气态污染物控制基础原理

二、催化反应动力学方程
宏观动力学方程
外扩散的传质速率
vA = K G Seϕ a (CAG − CAS )
KG－扩散系数，m/h 扩散系数， Se－单位体积催化剂的外表面积，m2/m3 单位体积催化剂的外表面积，
φa －催化剂的有效表面系数；球形φa ＝1 催化剂的有效表面系数；
CAG－主气流中反应物A的浓度，mol/m3 的浓度， CAS－催化剂外表面上A的浓度，mol/m3 的浓度，
预除尘 和水分
单级吸收工艺 二级吸收工艺
Vanadium SO2 + 1/ 2O2 SO3 →
SO3 + H2O → H2SO4
SO2单级和二级净化工艺的流程图 催化反应：420～550℃
催化净化工艺
VOCs的催化氧化
催化剂：Pt (Pd,过渡金属，稀土)/Al2O3 等
催化净化工艺
NOx NH3 filter Reactor Combustor Mixer
Q = rAdV ( −∆H r ) = N A0dxA ( −∆H r ) N A0 ( −∆H r )dxA = N 0CPdT VR = N A0 ∫ dxA rA 0
x
∆Hr－反应的热效应,kJ/mol
N0－总的衡分子流量,mol/h CP －混合气体的平均定压比热,kJ/(mol•K)
固定床反应器
(1),(7)：外扩散；(2),(6)内扩散 ：外扩散； 内扩散 (3),(4),(5)：动力学过程 ：
催化剂反应动力学
催化剂中的 浓度分布
催化剂反应动力学
催化剂反应动力学
例：A＋B R＋S 表面反应控制 A的吸附： 的吸附： B的吸附： 的吸附： 表面反应： 表面反应： R的脱附： 的脱附： S的脱附： 的脱附： 反应速度取决于带 ^ 反应(最慢反应)，其它都达到平衡 反应(最慢反应) 吸附或脱附控制
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3 、被吸收组分在两相主体中的扩散阻力忽略不 计。 4 、相界面处，被吸收组分在两相间已达到平衡， 即认为相界面处没有任何传质阻力。 5 、两层膜的厚度均极薄，所以吸收过程可以看 成是通过气液膜的稳定扩散。 因此，气液两相间的传质速率取决于通过气膜和 液膜的分子扩散速率。
双膜模型 气相分传质速率
其中R是气体常数， P是压力
扩散系数是物质的特性常数之一，同一物质的扩散系数随 介质的种类、温度、压强及浓度的不同变化。 表1:若干物质在空气中的扩散系数（0oC，101.33kPa）
二、气体在液体中的扩散
气体A通过液体B的扩散系数可用下式估算：
D AB 7.4 10 式中：
10
( M B ) 0.5 T 2 ( cm / s) 0.6 BV A
五、吸附设备
设备分类： 根据吸附剂在吸附器内的运动状态可分为固定床、 移动床和流化床吸附器，其中以固定床吸 附器应用最广。 固定床吸附器 使用两个以上的固定床组成一个半连续式吸附 流程。受污染气体连续通过床层，当达到饱和时， 就切换到另一个吸附器进行吸附，达到饱 和的吸附床则进行再生、干燥和冷却，以备重 新使用。
2、吸收设备的类型 填料塔、板式塔、喷淋塔和文丘里吸收器。
喷淋塔
填料塔
四、吸收的应用
酸性气体和碱性气体的去除 例如：含氟废气主要指含有HF和SiF4的废气。含氟气 体易溶于水溶液，所以一般采用湿法。 水吸收法 低温下，水吸收HF，可得到任意高浓度的氢氟酸。 相同蒸气压下，温度越高，溶液浓度越低；相同温 度下，蒸气压越高，溶液浓度越高。另外，SiF4也 易溶于水，生成氟硅酸。 在净化过程中需要控制氟硅酸浓度，保持净化效率。反 应速率由气膜控制。选择吸收器应从实际情况考虑。
二、催化作用
1、催化作用 均相催化作用：当反应物和催化剂同处一个由溶液或气 体混合物组成的均匀体系中时，称为均相催化作用；多相 催化作用：当反应物和催化剂处于不同的相（通常催化剂 呈固体，反应物为液体或气体），称为多相催化作用。 多相催化作用中，反应物在催化剂表面上的接触是极为 重要的，这种接触导致了反应物在催化剂表面上的吸附， 并使它的化学键松弛，催化反应正是在接触上发生的，因 而也称固体催化剂为触媒。
一、物理吸附和化学吸附
1、物理吸附，也称范德华吸附，是由于吸附剂与吸附 质分子之间静电力或范德华力导致物理吸附引起的。 低压下，一般是单分子吸附，吸附质的气压增大时， 也会变成多分子层吸附。 2、化学吸附，也称活性吸附，是由于吸附剂表面与吸 附质分子间的化学反应力导致化学吸附。有很强的选 择性，是不可逆过程，总是单分子层或单原子层吸附。 二者没有严格界限，同一物质在较低温度下可能发生 物理吸附，在较高温度下往往是化学吸附。
二、常用的工业吸附剂 常用的工业吸附剂: 活性炭、活性氧化铝、硅胶和沸石分子筛 工业吸附剂必须具备的条件: 具有巨大的内表面； 对不同气体具有选择性的吸附作用； 吸附容量大； 具有足够的机械强度、热稳定性和化学稳定性； 来源广泛，价格低廉。
各种硅胶
B 型 硅 胶
细 孔 硅 胶
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。而且氟化氢有较 大的极性和相当大的偶极距，同时具有较高的表 面活性，很容易被吸附。
第三节
气体吸附
吸附：用多孔性固体处理流体混合物，使其中所含的一种 或几种组分浓集到固体表面而与其他组分分开的过程。吸 附质、吸附剂 吸附过程能有效的捕集浓度很低的有害物质。还能回收气 态污染物。 研究表明，吸附只发生在吸附剂表面。根据吸附剂和吸附 质之间发生吸附作用的力的性质分为物理吸附和化学吸附。
催化剂中毒：指反应物料中少量的杂质使催化剂 活性迅速下降的现象。 暂时性中毒：通过水蒸气可将毒物驱离催化剂表 面，使催化剂活性恢复，称为暂时性中毒。 永久性中毒：有的毒物与活性组分很强，催化剂 不能再生，称为永久性中毒。 在选择和使用催化剂时要注意避免催化剂的中毒， 查明毒物种类及其在物料中所允许的最高含量，并 使实际反应条件与催化剂所要求的使用条件相一致。
1 1 K L kL
二、化学吸收与物理吸收
物理吸收是气体组份在吸收剂中的单纯物理溶解过程。 吸收速率决定于吸收质在气膜和液膜中的扩散 速度。 化学吸收是气体组份在液相中与反应组分发生化学 反应，降低了液相中纯吸收质的含量，提高了吸收 速率，使出塔气体中吸收质含量进一步降低。吸收 速率与扩散速率和化学反应速率有关。
第二节 气体吸收
气体吸收是溶质从气相传递到液相的相质间传质 过程。
一、吸收机理
吸收机理以双膜理论为主 。基本论点如下： 1、气液相接触时存在一个相界面，在气液相两侧 各存在着一层稳定的层流薄膜，分别称为气膜和 液膜,这两层膜内仍呈层流。 2、被吸收组分从气相转入液相的过程分为五步： 靠湍流扩散从气相主体到气膜表面；靠分子扩散 通过气膜到达两相界面；气相溶入液相；分子扩 散通过液膜；湍流扩散到液相主体。
四、吸附理论
吸附平衡 在一定温度下，气固两相经过充分接触后，终将达到 吸附平衡。此时，被吸附组分在固相中的浓度和与固 相接触的气相中的浓度之间有一定的函数关系。 1、弗罗德里希方程 2、朗格谬尔等温方程式 3、BET方程 吸附等温线方程种类有多种，只能对具体情况具体分析。 吸附等温线的形状与吸附剂和吸附质的性质有关。 即使统一化学组分的吸附剂，由于制造方法或条件不同， 吸附剂的性能也会不同，因此必须针对具体情况进行综、 合测定。
B — 溶液的粘度，cP； — 溶剂的缔结因数，其值 为：水2.6，甲醇1.9，
乙醇1.5，非缔合溶剂如苯、乙 醚均为 1.0
表2:某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液）
气体在液体中的扩散系数随溶液浓度变化很大,标 准状态下可以求得SO2在水中的扩散系数为 1.61×10-5cm2/s，μ B≈0.01g/(cm·s)。可见， SO2在水中的扩散系数远小于在空气中的扩散系 数。
蓝色硅胶
粗孔微球硅胶
粗孔硅胶
活性氧化铝
分子筛
三、吸附速率
通常一个吸附过程有下列步骤组成 ： 外扩散：吸附质分子从气相主体到吸附剂颗粒外表 面的扩散。 内扩散：吸附质分子沿着吸附剂的孔道深入到吸附 剂表面 的扩散。 吸附：已经进到微孔表面的吸附质分子被固体所吸 附。 吸附速率由外扩散速率、内扩散速率、吸附本身的 速率决定。实验表明，在吸附剂内部的扩散阻力， 一般可以不计。吸附速率可近似用外扩散速率表 示。
3、催化剂的性能 活性、选择性和稳定性。 3.1活性 表示方法：工业上常用单位体积（或质量）催化剂在一 定反应条件下，单位时间内所得
到的产品数量来表示。效能大小。
A W t WR
A : 催化剂活性， kg /(h.g ) W : 产品质量，kg t：反应时间， h WR：催化剂的质量， g
3.2 催化剂的选择性 一种催化剂往往只对一种化学反应起作用，当化学反应 在动力学上有几个反应方向时，一种催化剂在一定条件 下只对其中的一个方向起加速作用，这种特性称为催化 剂的选择性。 选择性的大小用B表示 B=反应所得的目的产物摩尔数/反应了的反应物的摩尔数 选择性与活性是有关联而又相互独立的。分别度量催化 剂加速化学反应速度的两种不同结果，活性表示催化剂 对提高产品产量的作用，选择性表示催化剂对提高原料 利用率的作用。
N A k y ( y A y Ai ) N A k g ( p A p Ai )
液相分传质速率
N A kx ( x Ai xA ) N A kl (c Ai cA )
N A K y ( y A y* A) N A K Ag ( p A p* ) A N A K x ( x* A xA ) N A K Al (c* cA ) A
3.3 催化剂的稳定性 催化剂在化学反应过程中保持活性的能力称为催 化剂的稳定性。 包括三个方面：热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定 性。它们共同决定了催化剂在工业装置中的使用 期限。 通常用寿命来表示催化剂的稳定性。 影响寿命的因素：催化剂老化和催化剂中毒。
老化：指催化剂在正常工作条件下逐渐失去 活性的过程。 工作温度越高，老化速度越快。因此在活性 度范围内选择合适的反应温度有利于延长催 化剂的寿命。 但过低的反应温度会降低反应速度，使催化 剂表面结焦，导致活性下降。
氧化铝对氟化氢的吸附主要是化学吸附。 Al2O3+6HF ——2AlF3+3H2O 温度较低时，有利于氟化氢吸附。 该吸附过程的速度很快，氧化铝与烟气中 的氟化氢接触后，反应几乎在0.1s内完成。 氟化氢浓度提高时，反应速度急剧增大。
第四节 气体催化净化
一、催化剂 1、催化剂：能改变化学反应速度，而本身化学组成在反应 前后保持不变的物质。 现已研制了多种催化剂，成功的应用于脱硫、脱硝、汽 车 尾气净化和恶臭物质净化等方面。 2、组成：通常固体催化剂由主活性物质、助催化剂和载体 组成。 主活性物质能单独对化学反应起催化作用； 助催化剂本身没有催化性能，但能明显提高主性物质的催 化性能。 载体用以承载主活性物质和助催化剂。

如果化学反应迅速，一直在气液界面附近便把溶入 的溶质消耗掉，使溶质在液膜内的扩散阻力大大降低， 则变为气膜控制。
三、吸收设备
1、对吸收设备的基本要求: (1)气液之间有较大的接触面积和一定的接触时间; (2)气液之间扰动强烈,吸收阻力小,吸收效率高; (3)操作稳定,并由适合的操作弹性; (4)气流通过时的压降小; (5)结构简单,制作维修方便,造价低廉; (6)针对具体情况,要求具有防腐和防堵能力。
4
式中：T 绝对温度，K； D AB — 扩散系数，cm 2 / s； M — 气体的摩尔质量； V — 气体在沸点下呈液态时 的摩尔体积， cm3 / m ol 对SO2，V 40.4cm3 / m ol；