大气污染防治工程技术.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,大气污染防治工程技术,2007年8月,北京,1 大气污染物的形成,1.1 大气污染的定义,如果大气中的某些物质,达到一定浓度,，并,持续足够的时间,，以致对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学,产生可测量的不利影响,，这就是大气污染。,1.2 大气污染物的种类、特牲及危害,1.2.1 大气污染物,是指由于人类的活动或是自然过程所,直接排入大气,或在大气中新,转化生成,的,对人或环境产生有害影响,的物质。,1.2.2 大气污染物的种类,按污染物存在的形态可分为两大的类：,1.,气溶胶状态（颗粒态）的污染物,2.,气体状态的污染物,我国环境空气质量标准中，按颗粒大小分为：,1.,总悬浮颗粒物（,TSP,，,Total Suspended Particles,）：,指悬浮在空气中,的空气动力学直径,100m,的颗粒物。,2.,可吸入颗粒物,（,PM,10,，,Inhalable,Particles,）：,指悬浮在空气中的空气动力学直径,10m,的颗粒物。,主要气态污染物：含硫化合物（以,SO,2,为主）、含氮化合物（以,NO,和,NO,2,为主）、碳氧化合物（,CO,和,CO,2,）、有机化合物,及卤素化合物,等。,1.2.3 大气污染物的来源,按污染物来源分：自然源、人为源,人为源按空间分布分：点源、面源、线源,人为源按社会活动功能分：生活污染源、生产（工业）污染源、交通污染源；统计分类为燃料燃烧、生产和交通运输；前两种为固定源，后一种为移动源。,1.2.4 大气污染物的影响,对人体健康的影响,对植物的伤害,对器物和材料的影响,对能见度和气候的影响,大气污染物扩散,2.1,气象要素,2.1.1,气温,2.1.2,气压,2.1.3,气湿：应用较多的参数湿相对湿度和含湿量,2.1.4,风向和风速,2.1.5,云：与大气稳定度相关的是云高和云量,2.1.5,能见度：,正常视力的人，在天空背景下能看清的水平距离。,级别（,09,级，相应距离为,50,50000,米）,2.2,地形、地貌对大气污染物扩散的影响,2.2.1,地形：影响大气流场,2.2.2,地貌：影响下垫面粗糙度和局部流场,风速,m/s,风玫瑰图,2.3 大气的热力过程,2.3.1 气温的垂直变化,气温直减率,（大气）,干空气绝热温度递减率,干绝热直减率,（空气团）,一般满足，大气绝热过程，系统与周围环境无热交换,空气块,膨胀（做功）,耗内 能,T,定性,空气块,压缩（外气对它做功）,T,内能,（由压力变化引起）,温度层结,2.3.2 大气稳定度及其判据,大气在垂直方向上稳定的程度；反映其是否容易对流,外力使气块上升或下降,气块去掉外力,气块减速，有返回趋势，稳定,气块加速上升或下降，不稳定,气块停在外力去掉处，中性,大气不稳定,有利于污染物扩散,判据,逆温：不利于扩散,辐射逆温：地面白天加热，大气自下而上变暖；地面夜间变冷，大气自下而上冷却,辐射逆温层生消过程,下沉逆温（多在高空大气中，高压控制区内）：,很厚的气层下沉，压缩变扁，顶部增温比底部多,下沉逆温的形成,平流逆温,暖空气平流到冷地面上而下部降温而形成,湍流逆温,下层湍流混合达 上层出现过渡层 逆温,锋面逆温,冷、暖气团相遇,冷暖间逆温,暖气上爬，形成锋面,2.4,扩散模式,2.4.1高斯扩散模式,高斯扩散模式的坐标系,2.4.2 无界空间连续点源扩散模式,2.4.3 高架连续点源扩散模式,空间任意点浓度,地面浓度,地面浓度,地面最大浓度,2.4.4 地面源高斯模式,2.4.5 颗粒物扩散模式,粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算,大于15m的颗粒物用倾斜烟流模式：,颗粒物沉降速度,粒径范围（,m,）,15,30,31,47,48,75,76,100,平均粒径（,m,）,22,38,60,85,0.8,0.5,0.3,0,地面反射系数,2.5 污染物浓度估算,2.5.1 参数确定,源强,q,计算或实测,平均风速,u,按气象资料,有效源高,H,计算,扩散参数,y,、,y,按多项气象条件确定,2.5.2 烟气抬升高度的计算,制订地方大气污染物排放标准的技术方法(,GB/T13201-91)中的公式,：,2.5.2 扩散参数的确定,国标规定的方法：,稳定度分级,太阳高度角（地理纬度，倾角）,辐射等级 确定大气稳定度,云量,扩散参数的选取,扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算）,平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级,工业区和城市中心区，C提至B级，D、E、F向不稳定方向提一级,丘陵山区的农村或城市，同工业区,取样时间大于0.5h，垂直方向扩散参数不变，横向扩散参数按下式:,烟囱高度的设计,烟囱高度的计算,要求：,（1）,达到稀释扩散的作用,（2）,造价最低，,造价正比于H,2,（3）地面浓度不超标,按地面最大浓度计算,按地面绝对最大浓度计算,按一定保证率的计算法,取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数,P,值法,国标,GB/T 13201-91,3 颗粒污染物控制技术,3.1 颗粒污染物的性质,3.1.1,颗粒的大小,和密度,颗粒大小影响其在环境空气中的滞留时间、对环境和健康的影响、被捕集的难易程度；颗粒越小，活性越高，吸附性也越强。实际颗粒物的粒径范围很宽（见下表）。,单颗颗粒大小的表达：由于颗粒形状极不规则，难以简单地用某一尺度表达，必须根据需要采用不同定义的粒径值表达。在环境空气质量标准中单颗颗粒大小用,空气动力学直径,（单位密度下）；计算颗粒运动时需要用,斯托克斯径,（真密度下）。颗粒粒度测定方法很多，不同方法所测得的粒径制定义不同，而且不同定义的粒径值多数难以互相换算。,斯托克斯径：与被研究的颗粒密度相同，且沉降速度相等的球体直径。,如果忽略空气密度值，则,式中，,v,s,颗粒沉降速度，,m/s；,p,气体密度，,kg/m,；,m,g,颗粒密度，,kg/m,；,m,气体动力粘度，,Pa,s,；,g,重力加速度，,m/s,。,m,3,3,2,空气动力学当量直径：与被研究的颗粒沉降速度相同，且密度为单位密度(u=1000kg/m)的球体的直径。,由上两式可得,d,st,=(,u,/,p,)d,D,我国环境空气质量标准规定了总悬浮物,(,TSP,),、可吸入颗粒物,(,PM,10,),的,浓度限值。其粒径为空气动力学当量直径。,TSP,总悬浮颗粒物,空气动力学当量直径100m的颗粒物；,PM,10,可吸入颗粒物，空气动力学当量直径10m 的颗物；,PM,2.5,空气动力学当量直径2.5m的颗粒物。,u,3,0.5,颗粒群大小的表达：,实际的颗粒物一般由不同大小的颗粒组成。,其大小的表达方式有多种，如特征值、平均值（可用不同方式平均）和当量值表达，也可用,颗粒粒径组成百分数表达,，更准确的表达方式是粒径分布函数。颗粒群自然状态的密度为堆积密度。,3.1.2 其他影响颗粒物去除的性质,影响颗粒去除的性质因素有粘附性（影响除尘器清灰）、,导电性,（对电除尘影响很大）、,亲水性,（与是否适合湿式除尘有较大关系）、,化学活性,（腐蚀性与材质选取，对可燃颗粒物必须考虑安全问题）。,3.1.3 颗粒物捕集设备的性能,处理能力,单位时间允许通过的气流量（,m,3,/s 或 m,3,/h,）。,除尘效率,单台设备的除尘效率表达方式有全效率和分级效率2种。,除尘器全效率(),：被捕集的颗粒物质量,(m,1,)入除尘器颗粒物总质量(m,2,)的百分数,=(m,1,/m,2,),100%,除尘器的分级效率(d):,被捕集的某种粒径（或粒径区间）颗粒物的质量(,m,d1,)占进入除尘器的同种粒径（或粒径区间）颗粒物物总质量,(,m,d2,)的百分数,d,=(,m,d1,/,m,d2,),100%,3,除尘器的组合效率：,除尘器串联可提高净化效率，n级设备（各级的效率,n,）,串连后的总效率,1-n,=1-(1-,1,)(1-,2,)(1-,n,),气流阻力,单个除尘器的阻力:,影响设备运转能耗的重要参数。,P=v,2,g,/2,除尘器串联阻力:,各级阻力叠加,P,T,=,P,i,6666666666666,3.2,电除尘,含尘气体通过电晕放电电场，尘粒荷电；在电场力作用下，,荷尘粒向集尘极驱进；尘粒在集尘极表面沉积，并被清除。电除尘,器的特点特点：高效、低阻，可处理高温气体。选用受到颗粒物比,电阻的限制（常规电除尘器比电阻适应范为,10,4,cm,10,10,cm,）。,3.2.1,原理,电晕放电：负电晕非均匀电场电子雪崩形成电晕放电，电晕电流大，击穿电压高，因而除尘效果好，应用多；正电晕靠光子辐射电离，产生臭氧少，常用于空调中的除尘。,颗粒荷电：负离子与尘粒复合，使尘粒荷电。电场荷电（大颗粒），扩散荷电（小颗粒）。,颗粒沉积：荷电尘粒在电场力作用下向集尘极作驱进运动，并沉积。,重返气流：电荷释放，再荷同性电，重返流（低比电阻）；电荷积累，形成反电晕（高比电阻）。,静电沉积过程,（负电晕放电）,3.2.2,集尘效率及影响因素,集尘效率,式中：,f,集尘极有效面积；,Q,气体流量；,v,d,有效驱进速度是重要的设计参数，是经验数据，通常,由实验确定。,此式常被称为多依奇公式，可用于选型计算。,主要影响因素有废气成分及状态（温度、压 强、颗粒物导电,性（比电阻）；颗粒物浓度；电极形状；气流分布；供电条件等。,振打清灰也影响集尘效率。,克服高比电阻对电除尘的不利影响，可从改变电除尘器结构和,降低颗粒物比电阻两方面采取措施：例如双区、宽极距和高压脉冲,供电等技术已应用，对高比电阻颗粒物有效；避开比电阻峰值温,度；向烟气中添加导电性物质（如三氧化硫、氨）等。湿式电除尘,器对低比电阻、粘性颗粒物有效。,Q,3,.2.3,电除尘器的类型和构造,电除尘器可分为：板式、管式，干式、湿式等。,电除尘器由放电极（圆线、星型线、芒刺线等）、集尘极（板式、管式、蜂窝式等）、振打清灰装置、气流布板、壳体和灰斗、电源（直流、脉冲）和控制装置等部分组成。一组放电极-集尘极构成一个电场。电场可以设置为单区（放电、集尘合一）或双区（放电、集尘分开）型。大型电除尘器可设计为多室（单元电联）、电场（单元电场串联）形式。,电除尘器构造图,3.3,过滤式除尘器,3.3.1,过滤机理,含尘气体通过滤料，尘粒被阻留。滤层过滤方式有深层过滤和表面过滤。,深层过滤：,常规纤维或颗粒滤料，难以形成微米以下的微细空,隙，不可能筛滤微米级颗粒物。颗粒物进入滤层中被阻留，主要作,用机理有惯性沉降、截留和扩散沉积等（后图）。,深层过滤的主要条件（尤其对于细微颗粒）是捕集体的表面,积和颗粒物在滤层中的停留时间，即滤层必须具有尽可能大的比表,面积和足够的厚度。因此，要使深层过滤具有很高的效率并不容,易；深层过滤的滤层阻力相对较低，且阻力随积尘量增加而增大的,速度较低，因而容尘量较大，这是深层过滤的优点；深层过滤清灰,比较困难。,表面过滤：,颗粒物在滤层表面被阻留，主要作用机理接近筛滤。,颗粒物沉积在滤层表面形成的积尘层（灰饼），空隙很 小，可以起,表面过滤作用。复合滤料的微孔滤膜也是起表面过滤作用。,3.3.2 过滤除尘器的特点和应用,特点：,高效、高可靠性，应用范围广（工艺上还用于物料回收）；阻力较电除尘器高，且有周期性变化（一个清灰周期）。,种类：,过滤除尘器的种类很多，常用的是袋式除尘器。,应用：,适用面很广泛，近年来由于环保要求（尤其是对细颗粒）不断提高，袋式除尘器的市场份额稳步增加（上世纪90年代初，美国由于清洁空气法修订后，火电厂烟气除尘出现“电”改“袋”的趋势，近年来我国也有类似情况）。由于新型滤料在适应高含湿量气体方面有所突破，不但使用范围扩大，而且正在开发直接用于多种烟气脱硫工艺。,3,.3.3 滤料,滤料是关键：材质、组织和结构,滤料种类,按滤料结构分,滤布:阻力较小,毛毡:,除尘效率较高,按滤料材质分,天然纤维：棉毛织物，适于无腐蚀、350360K以下气体,无机纤维：主要是玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地,脆,合成纤维：性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用,领域,滤料名称,直径/,m,耐温性能/K,吸水率/,耐酸性,耐碱性,强度,长期,最高,棉织物（植物短纤维）,1020,348358,368,8,很差,稍好,1,蚕丝（动物长纤维）,18,353363,373,1622,羊毛（动物短纤维）,515,353363,373,1015,稍好,很差,0.4,尼龙,348358,368,4.04.5,稍好,好,2.5,奥纶,398408,423,6,好,差,1.6,涤纶（聚脂）,413,433,6.5,好,差,1.6,玻璃纤维（用硅酮树脂处理）,58,523,4.0,好,差,1,芳香族聚酰胺（诺梅克斯）,493,533,4.55.0,差,好,2.5,聚四氟乙烯,493523,0,很好,很好,2.5,滤料种类及性能,3.3.4 袋式除尘器的清灰,清灰是袋式除尘器运行中十分重要的一环，多数袋式除尘器是按清灰方式命名和分类的,常用的清灰方式有3种,机械振动式,逆气流清灰,脉冲喷吹清灰,脉冲喷吹清灰,脉冲喷吹耗用压缩空气量,脉冲喷吹清灰实现了全自动清灰，净化效率达99；过滤负荷较高，滤袋磨损轻，运行安全可靠,3.3.5 袋式除尘器的选择、设计和应用,设计步骤:,选择过滤介质：与温度和气体与粉尘的其他性质相适应,选择清灰方式：与滤布相适应,计算气布比（滤速）,计算穿透率,计算需要的过滤面积和袋室数目,确定压损（供风机参数选定）,确定空压机或反吹风风机参数,经济核算,选型计算,计算过滤面积,一般情况下的过滤气速选取：,简易清灰:,v,F,=0.200.75 m/min,机械振动清灰:,v,F,=1.02.0m/min,逆气流反吹清灰:,v,F,=0.52.0m/min,脉冲喷吹清灰:,v,F,=2.04.0m/min,3.4 机械类除尘器,3.4.1 种类及特点,种类：,机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有3种，即,重力沉降室结构简单，阻力低，除尘效率低；体积大。主要用于含尘气体大颗粒预除尘。,惯性除尘器结构简单，阻力较低；除尘效率较低。主要用于预除尘。,旋风除尘器结构简单，使用方便，效率中等。,特点：,结构简单，造价低，使用方便；除尘效率属低、中等级。,3.4.2 重力沉降室,重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘装置。含尘气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。,层流式和湍流式两种。,层流式重力沉降室,假定沉降室内气流为柱塞流；颗粒均匀分布于烟气中忽略气体浮力，粒子仅受重力和阻力的作用。,沉降室的,长宽高分别为,L,、,W,、,H,，处理烟气量为,Q,气流在沉降室内的停留时间,在,t,时间内粒子的沉降距离,该粒子的除尘效率,可能捕集的最小粒径,工程中为考虑其他因素影响，往往将该值增加一倍，即,提高沉降室效率的主要措施,降低沉降室内气流速度,增加沉降室长度,降低沉降室高度,沉降室内的气流速度一般为0.32.0m/s,多层沉降室效率,湍流式重力沉降室,分级除尘效率,3.5 湿式除尘器,使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大。,高能和低能湿式除尘器,低能湿式除尘器的压力损失为0.21.5kPa，对10m以上粉尘的净化效率可达9095%,高能湿式除尘器的压力损失为2.59.0kPa，净化效率可达99.5以上,3.5.1 特点和种类,特点：,高效，能有效去除0.1,m以上的颗粒；可处理高温、高湿、可燃气体；,在去除颗粒物同时能去除部分（可溶性）气态污染物。存在设备腐蚀、堵塞，有废液、淤渣等问题；排气温度低，不利于排气筒出口烟气抬升；不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体；寒冷地区使，应采取防冻措施；由于温度低、湿度高，可能出现白烟。,种类,按作用原理可分为7种，其型式、性能和操作范围见下表：,湿式除尘器的型式、性能和操作范围,型 式,对5,m尘粒的近似分级效率/%,压损/Pa,液气比/lm,-3,重力喷雾,80,125500,0.67268,离心或旋风,87,2504000,0.272.0,自激喷雾,93,5004000,0.0670.134,泡沫塔,97,2502000,0.40.67,填料床,99,50250,1.072.67,文丘里,99,12509000,0.271.34,机械诱导喷雾,99,4001000,0.530.67,3.5.2 文丘里洗涤器设计计算,几何尺寸计算,进气管直径,D,1,按与之相联管道直径确定,收缩管的收缩角,1,常取,23,o,25,o,喉管直径,D,T,按喉管气速,v,T,确定，截面积比的典型值 F,T,:F,1,=,1,:,4,v,T,的选择要考虑到粉尘、气体和洗涤液的物理化学性质、对洗涤器效率和阻力的要求等因素,扩散管的扩散角,2,一般为,5,o,7,o,出口管的直径,D,z,按与其相联的除雾器要求的气速确定,压损计算,除尘效率计算,透过率,4 气态污染物控制技术,4.1 气态污染物的生成及控制,4.1.1 气态污染物的生成机理,主要大气污染物(如,CO,、,SO,2,、,NO,x,、烟尘)来源于燃料燃烧；化学反应、蒸发和升华、泄漏等也产生气态污染物。,燃煤产生的污染物量最多。,CO,由不完全燃烧产生；,SO,2,由燃料中硫分氧化生成；,NO,x,由,燃料中的氮氧化生成（燃料,型氮氧化物），空气中的氮,氧化生成（高温下生成的热,力型氮氧化物，低温火焰中,由于含碳自由基存在而生成,的瞬时氮氧化物）。,4.1.2 燃煤减少污染物的措施,减少SO,2,污染：,燃料脱硫、燃烧过程中固硫、烟气脱硫。,减少NO,x,污染：,低氮燃烧技术应用、烟气脱硝。,传统低NO,x,燃烧技术,低氧燃烧：可降低,NO,x,，同时降低排烟热损失；但CO、HC、碳黑产生,量增加。,降低助燃空气预热温度：,燃烧空气由27,o,C预热到315,o,C，NO排放量增加3倍。,烟气循环燃烧：降低氧浓度和燃烧区温度主要减少,热力型NO,x。,两段燃烧技术：第一段，氧气不足，烟气温度低，,NOx生成量很小；第二段，二次空气，使CO、HC完全燃烧，但烟气温度低，NO,x,生成量不高。,先进的低NO,x,燃烧技术,炉膛内整体空气分级的低,NO,x,直流燃烧器：炉壁设置助燃空气（OFA，燃尽风）喷嘴，类似于两段燃烧技术。,空气分级的低NO,x,旋流燃烧器：一次火焰区，富燃料燃烧，含氮组分析出但难以转化；二次火焰区，燃尽CO、HC等。,空气/燃料分级的低NOx燃烧器：空气和燃料均分级送入炉膛，一次火焰区下游形成低氧还原区，还原已生成的NO,x,4.2 吸收法净化技术,利用气体混合物中各组分在一定液体中溶解度的不同而分离气,体混合物的操作称为吸收。在空气污染控制工程中，这种方法已广,泛应用于含,SO,2,、NO,x,、HF、H,2,S,及其他气态污染物的废气净化上，成,为控制气态污染物排放的重要技术之一。,4.2.1 吸收过程分类,吸收过程通常分为物理吸收和化学吸收两大类。,物理吸收：,主要是溶解，吸收过程中没有或仅有弱化学反应，吸,收质在溶液中呈游离或弱结合状态，过程可逆，热效应不明显。,化学吸收：,过程存在化学反应，一般有较强的热效应。如果发生,的化学反应是不可逆的，则不能解吸。化学吸收过程的吸收速率,和净化效率都明显高于物理吸收。,4.2.2 吸收与解吸：,吸收的逆过程为解吸。物理吸收过程中，总有解吸存在解吸。,通过解吸回收吸收质并恢复吸收剂的吸收能力（再生）。,降低温度、提高压强，有利于吸收；反之，有利于解吸。,4.2.3 扩散与菲克定律,在静止或滞流流体中，分子的无规则热运动，导致物质从浓度,较高的区域向浓度较低的区域迁移，即扩散。两处的浓度差即为扩,散的推动力。扩散过程可用菲克定律表达：,4.2.4 气液相平衡与亨利定律,混合气体与吸收剂充分接触，当吸收过程和解吸过程的传质速率相等时，气液两相就达到了动态平衡。平衡时气相中的组分分压称为平衡分压，液相吸收剂（溶剂）所溶解组分的浓度称为平衡溶解度，简称溶解度。气液平衡过程可用亨利定律表达：,式中,P,i,*,溶液表面吸收质i的气相平衡分压（Pa）；,x,i,平衡状态下，吸收质i的液相摩尔分率；,E,i,亨利系数（Pa）,式中：,M,0,吸收剂的摩尔质量（kg/kmol）；,吸收剂密度（kg/m,3,）,H,i,吸收剂i的溶解度系数kmol/(m,3,Pa),亨利定律的另一种表达形式为,式中，,C,i,液相吸收质的浓度（kmol/m,3,）,此外，亨利定律还有其他的表达方式，在使用资料时一定要注意其量纲和表达式的一致。,4.2.5 物理吸收,吸收传质速率方程,气相分,传质速率方程,N,A,=k,y,(,y,A,-y,Ai,),N,A,=k,g,(,p,A,-p,Ai,),式中,p,A,、p,Ai,吸收质A在气相主体、相界面上的平衡分压，Pa；,y,A,、y,Ai,吸收质A在气相主体、相界面上的摩尔分率；,k,y,以,y,A,-y,Ai,为推动力的气相分吸收系数，kmol/(m,2,s)；,k,g,以,p,A,-p,Ai,为推动力的气相分吸收系数，kmol/(m,2,s,Pa,)；,k,g,=D,Ag,/Z,g,D,Ag,吸收质A在气相中的扩散系数，kmol/(m,2,s,Pa,)；,Z,g,气膜厚度，m。,液相分,传质速率方程,N,A,=k,x,(,x,Ai,-x,A,),N,A,=k,l,(,c,Ai,-c,A,),式中,x,A,、x,Ai,吸收质A在液相主体、相界面上的摩尔分率；,c,Ai,、c,A,吸收质A在液相主体、相界面上的摩尔浓度，,kmol/m,3,；,k,x,以,x,A,-x,Ai,为推动力的气相分吸收系数，kmol/(m,2,s)；,k,l,以,c,Ai,-c,A,为推动力的气相分吸收系数，m/s；,k,l,=D,Al,/Z,l,D,Al,吸收质A在液相中的扩散系数，m,2,/,s；,Z,g,液膜厚度，m。,总传质速率方程,气相总传质速率方程,N,A,=K,Ag,(,p,A,-p,A,*,),N,y,=K,y,(,y,A,-y,A,*,),液相分,传质速率方程,N,A,=K,x,(,x,A,*,-,x,A,),N,A,=k,Al,(,c,A,*,-,c,A,),式中,K,Ag,以,p,A,-p,A,*为推动力的气相总吸收系数，,kmol/(m,2,s,Pa,)；,K,y,以,y,A,-y,A,*为推动力的气相总吸收系数，kmol/(m,2,s)；,y,*,与液相中吸收质浓度相平衡的气相虚拟浓度；,p,A,*,与液相中吸收质浓度相平衡的气相虚拟分压,Pa；,K,Al,以,c,A,*,-c,A,为推动力的液相总吸收系数，m,/,s；,K,x,以x,A,*,-x,A,为推动力的液相总吸收系数，kmol/(m,2,s)；,x,A,*,与气相中吸收质浓度相平衡的液相虚拟浓度；,p,A,*,与气相中吸收质浓度相平衡的液相中吸收质的摩尔浓,度，kmol/m,3,。,吸收系数,吸收推动力表示方式不同，速率方程中吸收系数形式也不同。,气/液相总吸收系数与气、相分吸收系数的关系分别为：,物理吸收操作线方程,图/式中:G单位时间通过塔内,任一截面单位面积的混合气体流量，kmol/(m,2,s)；,L,单位时间通过塔内任一截面单位面积的混合气体流量，kmol/(m,2,s)；,y,任一截面上混合气体中吸收质的摩尔分率；,x,任一截面上吸收液中吸收质的摩尔分率；,G,B,单位时间通过塔内任一截面单位面积的惰性气体流量，,kmol/(m,2,s),；,L,S,单位时间通过塔内任一截面单位面积的吸收剂流量，,kmol/(m,2,s),；,Y,混合气体中吸收质与惰性气体的摩尔比；,X吸收液,中吸收质与惰性气体的摩尔比。,物理吸收,化学吸收,物理吸收,化学吸收,4.2.5 化学平衡,吸收过程中，如果吸收质与吸收剂发生反应，则两者之间必然同时满足相平衡和化学平衡关系：,气相,液相,化学平衡,相平衡,根据化学平衡关系,式中，,A、B、M、N,各组分的浓度；,a、b、m、n,各组分的化学计量数；,A、B、M、N,各组分的活度系数。,令,则,由于存在化学反应，使液相中的一部分A组分转变为产物，导致,A组分在液相的浓度较物理吸收低，从而降低了其气相分压，也就,是说提高了吸收净化效果。,从热力学角度看,化学吸收提高了吸收容量。,4.2.6 吸收速率,单位接触表面积的气液间化学吸收速率：,N=,k,l,(,c,Ai,-c,Al,),式中：,k,l,未发生化学反应时液相传质分系数，亦即物理吸收的,液相吸收分系数，m/h；,由于化学反应使吸收速率增强的系数，简称增强系数；,c,Ai,气液界面未反应的溶质浓度，kmol/m,3,；,c,Al,液相未反应的溶质浓度，kmol/m,3,。,4.2.7 吸收设备,4.3 吸附法净化技术,4.3.1 吸附净化原理和分类,吸附是常用的气态污染物净化方法，其特点是能处理很低浓度,的废气，净化后的污染物浓度可降到很低的水平。吸附,常用于净化,有机和部分无机气态污染物,尤其是处理高毒害性废气的重要方法,和室内空气净化的主要方法。,物理吸附,物理吸附法净化是让废气与吸附剂接触，气态污染物由气相转,入固相内表面，主要是范德瓦尔力起作用；吸附的逆过程是脱附。,吸附剂饱和后，脱附再生，吸附剂循环使用，污染物可回收利用或,进一步无害化处理。,化学吸附,废气与吸附剂接触，气态污染物由气相转入固相内表面，并发,生化学反应并释放较多的吸附热，化学键起作用。吸附过程不可,逆，难脱附，脱附析出的已不是原物质。化学吸附效果更好，吸附,质被吸附得更加牢固。所以，对高毒性污染物，可采用化学吸附。,4.3.2 吸附平衡,气固两相长时间接触，吸附与脱附达到动态平衡在一定的温度,下，吸附量与吸附质平衡分压之间的关系曲线被称为等温吸附线。,6 种类型等温吸附线,吸附等温线方程,弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分）,式中,X,T,吸附质质量与吸附剂质量之比值，无量纲，单位吸附剂,在吸附平衡时的饱和吸附量，m,3,/kg或kg/kg；,P吸附质在气相中的分压，pa；,K,n经验常数，与吸附剂、吸附质种类及吸附温度有关，对,于一定的吸附物质，仅与平衡时的分压和温度有关，由,实验确定，通常n1。,朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线）,BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附）,4.3.3 吸附剂,对吸附剂的基本要求：,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；良好的再生性能；来源,广泛，价格低廉。,吸附剂结构：,吸附剂是具有丰富微孔的物质，有巨大的内表面积,（活性炭比表面积可达1000m,2,/g以上)。,孔的尺度不同，其吸附特性也不同：,大孔 孔半径,r,=,0.1,1.0,m 主要吸附液体分子；,中孔,孔半径 r,=,0.001,0.1,m 主要吸附蒸气分子；,小孔,孔半径 r,0.002,m 主要吸附气体分子。,吸附剂的性质：,比表面积：单位质量（或体积）吸附剂所具有的表面积；,饱和吸附量：达到吸附平衡后，单位质量吸附剂所能吸附的吸附质（污染物）的质量。,吸附剂的种类,吸附剂的种类,很多，如活性炭、活性氧化铝、多种分,子筛等。,最常用的吸附剂是活性炭。活性炭因其形状、原料和,制备工艺不同，性能各异。常用活性炭有颗粒状、粉状、,纤维状等。近年来出现了多种定形制品，如将活性炭粉加,入聚氨酯中制成含活性炭泡沫塑料，与纤维材料一同制成,织物、非织造布等。,纤维活性炭由于孔结构：以中小孔为主，孔道形状简,单。所以，吸附和脱附性能均较颗粒状活性炭更好，而且,便于加工成形，应用更为方便，近年来发展较快。,吸附剂常用水蒸气脱附，大型装置可采用变压、变温,或二者联合操作。,4.3.4,吸附器,吸附器种类和结构,吸附器形式有固定床、移动床、流化床等。,固定床简单、可靠，在气体净化中用得最多。吸附过,程由吸附再生（包括脱附、干燥和冷却）循环构成，固,定床不能连续操作，必须至少有2,套装置交替运作。,回转床吸附器是移动床的一种，可连续操作，,近年来应用逐渐增多。,空气净化器由于需要除去的污染物量很少，吸附器有,效作用时间很长，不必频繁再生。用纤维活性炭按需要叠,置成单元吸附组件，装卸方便，可定期更换，集中处理。,吸附装置大为简化。,卧 式,立 式,固定床吸附器,经验估算,物料衡算法,式中,Q,废气流量 （m,3,/s）；,t,有效吸附时间（s）；,C,1,进气浓度（kg/m,3,）；,C,2,出气浓度（kg/m,3,）；,m,c,吸附剂质量（kg）；,A,1,床层动活性（kg吸附质/kg吸附剂），取静活性的75%,80%作为动活性计算值；,A,2,脱附残留量（kg吸附质/kg吸附剂）；,Q,4.4 燃烧法净化技术,4.4.1 燃烧法的特点,气态污染物中，少数无机物（如CO）和大部分有机,物是可燃的。,焚烧净化就是利用热氧化作用将废气中的可,燃有害成分转化为无害物或易于进一步处理的物质。,焚烧法的优点是：净化效率高，设备不复杂，如果污,染物浓度高还可以回收热能。难以回收或回收价值不大的,污染物，用焚烧法净化较为适宜。,采用焚烧法应仔细分析废气成分，确定焚烧反应的中,间和最终产物不是污染物，若废气中的污染物含硫、氯等,元素，焚烧后含有二氧化硫、氮氧化物、氯化氢等污染,物，还需要二次处理。,对于处于爆炸范围内的废气的焚烧净化处理要特别注,意安全，防止发生回火、爆炸等事故。,4.4.2 燃烧法的机理,燃烧过程和着火温度,燃烧过程包括可燃组分与氧化剂的混合、着火、燃烧及焰后反应等过程。可燃组分与氧化剂接触后开始缓慢的氧化反应，此时放出的热量不多，随着反应的进行，以及点火高温火焰的热传递，温度不断升高，到某一温度后开始燃烧，这个温度称为着火温度。,着火温度是在某一条件下开始正常燃烧的最低温度，也有人定义着火温度为在化学反应中产生的发热速率开始超过系统热损失速率时的最低温度。,到达着火温度后，燃烧反应急剧加快，温度猛增，反应物浓度不断下降，这就是燃烧阶段，但此时温度高，放热反应平衡向左移动，燃烧反应可能不完全，反应后期，系统温度降低，平衡右移，剩余可燃物同自由基和氧气结合而使反应趋于完全,。,爆炸浓度极限,在一定范围内的氧和可燃组分混合物被点着后，在有控制的条件下就形成火焰，维持燃烧；而在一个有限的空间内无控制的迅速发展则会形成爆炸。,爆炸浓度极限一般指空气中可燃组分的相对浓度的上限燃烧（或爆炸）浓度范围及下限燃烧（或爆炸）浓度范围。,当空气中可燃组分的含量低于爆炸下限时，由于发热量不足，达不到着火温度，不能维持燃烧，更不会爆炸。当空气中可燃组分的浓度高于爆炸上限时，由于氧气不足，也不能引起燃烧和爆炸。爆炸浓度极限范围与空气或其他含氧气体可燃组分有关，还与试验的混合气体温度、压力、流速、流向及设备形状尺寸等有关。例如，小直径管道内的燃烧会因管道壁的熄火效应而迅速冷却，不易发生。,火焰传播理论,混合气体的燃烧，是在某一点引燃后，经过火焰传播引起的。火焰传播是一个复杂的物理、化学过程，其理论主要有两类：,热传播理论,和,自由基连锁反应理论。,热传播理论（又称热损失理论）认为，火焰是由 燃烧放出的热量传递给火焰周围的混合气体，使之也达到着火温度而燃烧并传播的。燃烧放出的热量不够，或者传热太快，不能使周围的混合气体达到着火温度，因而火焰不能传播，燃烧便不能继续进行。,自由基连锁反应理论认为，在火焰中存在大量活性很强的自由基（如,H,*,、OH,*,、C,2,*,、CH,3,*,、CH,*,），这些具有不饱和价的自由原子或原子团，极易与别的分子或自由基发生连锁化学反应，使氧化作用进行得很迅速。,4.4.3 燃烧装置,燃烧过程的分类,按燃烧过程是否使用催化剂，可分为催化燃烧和非催,化燃烧两类。,催化燃烧是一种催化氧化反应，其反应温度较低，,产生的氮氧化物少，但要求废气中不可燃的固体颗粒物含,量少，并不含硫、砷等有害元素。,非催化燃烧设备简单，反应温度高，但可能产生氮,氧化物等二次污染。,非催化燃烧又可分为直接燃烧和热力燃烧两种。,(,1)直接燃烧,直接燃烧又称为直接火焰燃烧，当废气中可燃物浓度较高，无需补充辅助燃料，燃烧产生的热量足以维持燃烧过程连续进行，可采用直接燃烧。,(2)热力燃烧,如果废气中可燃物含量较少，燃烧产生的热量不足以维持燃烧过程继续进行，就必须添加附加燃料，这种燃烧方式称为热力燃烧。,热力燃烧中，辅助燃料首先与部分废气混合并燃烧，产生高温气体，然后大部分废气与高温气体混合，可燃污染物在高温下与氧反应，转化成非污染物后排放。为使废气中污染物充分氧化转化，达到理想的净化效果，除过量的氧以外，还需要足够的反应温度（,Temperature）、停留时间（Time）以及废气与氧的湍流（Turbulence），这后三个条件也称为“3T”条件。“3T”条件是相互关联的，改善其中一个条件,可以使其他两个条件的要求降低。通常最经济的做法是改善湍流条件，减少燃烧器尺寸和降低燃烧温度，以降低成本。,无论何种燃烧方式，都要特别注意安全，输气管要防止回火和爆炸。,4.5,气体催化净化,4.5.1,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,4.5.2 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,组成：活性组分 助催化剂 载体,主活性物质：能单独对化学反应在起催化作用，因而可作为催化剂单独使用。用于气体净化的主要是金属和金属盐。,助催化剂：本身没有什么催化作用，但它的少量加入能明显提高主活性物质的催化性能。,载体：用以承载主活性物质和助催化剂，基本作用在于提供大的比表面积，节省活性物质，改善催化剂的传热、抗热冲击和机械冲击等性能。要求有一定机械强度、磨损强度，热稳定性、导热性好的多孔惰性材料作载体。,载体材料：氧化铝、铁矾土、石棉、陶土、活性炭、金属等。,形状：网状、球状、柱状、蜂窝状（阻力小，比表面积大，填放方便）。,催化剂的性能,催化活性：,W,产品质量,W,R,催化剂质量,t,反应时间,催化剂只有在一定的温度（活性温度）范围内具有活性，温度,太低，活性不明显，温度太高，催化剂会受到损坏,。,选择性：,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，毒物有,HCN、CO、H,2,S、S、As、Pb,B,=,100%,目的产物摩尔数,反应物摩尔数,4.5.3 应用,催化氧化可用于烃类等有机废气,催化氧还原可用于氮氧化物，也可用于二氧化硫,催化床层计算,床层体积：,4.6 生物法净化,生物净化是将污染物由气相转入液相，再经生化降解为非污染物。近年来较多用于有机污染物净化，尤其是生物脱臭。,4.6.1 生物法净化的原理及特点,生物净化的原理：,气态污染物的相转移及生化降解。,生物净化法的特点：,工艺流程简单，运转经济、安全，环境友好（接近自然物质循环，条件温和，无二次污染）；但负荷强度较低，过程较难控制。,4.6.2 生物净化器种类,主要有有生物洗涤器、生物滴滤器和生物过滤器 3 种。,生物洗涤器（图,c),：与喷淋塔类似,吸收单元与降解单元分设。适合于生物降解较缓慢的污染物。,生物滴滤器（图,b),：内装填料，填料表面挂上生物膜。,生物过滤器（图,a),：以大量存在微生物的物料（如植物桔梗、熟化的垃圾、土壤）作滤层,适当设加湿装置。,a.,b.,c.,室内污染控制技术,5.1,室内空气环境的特点,污染物浓度高,室内空气来源于室外，流通量有限，且室内的污染源直接向室内空气中排放污染物。所以室内空气中的污染物浓度往往明显高于室外，甚至于高出若干倍。,人体暴露时间长,随着社会的发展，人们每天在室内逗留的