气态污染物的治理-吸收法

气态污染物的治理
• 吸收法 • 吸附法 • 冷凝法 • 催化转化法 • 燃烧法 • 生物净化法 • 膜分离法 • 气态污染物的其他治理方法 • 大气污染综合防治
• 吸收法是通过扩散方式将废气中气态污染物转移 到液相，形成溶解的水合物或某种新化合物。
• 吸附法是通过分子力作用使废气中某些组分向多 孔固体介质(吸附剂)的表面聚集，以达到分离的 目的。
• 燃烧法是通过燃烧将可燃性气态污染物转变为无 害物质。
• 催化转化法是在催化剂的作用下，将废气中气态 污染物化为非污染物或其他易于清除的物质。
• 冷凝法是利用气体沸点不同，通过冷凝将气态 污染物分离。
• 生物法主要依靠微生物的生化降解作用分解污 染物。
• 膜分离法利用不同气体透过特殊薄膜的不同速 度，使某种气体组分得以分离。
吸收原理
• 物理吸收原理 吸收过程的相平衡 机理（双膜理论）
• 化学吸收原理 化学反应对相平衡的影响 机理（双膜理论）
Байду номын сангаас
• 物理吸收 – 定义： 溶质气体溶于液相中不发生显著化学反应的 吸收过程，称之为～ – 例如： CO2 ＋ H2O＝ H2CO3 HCl（g）＋H2O＝ HCl（L） 丙酮（g）＋H2O＝丙酮（L）
②增大传质界面F可增加质量传递，如细化喷淋 的吸收液液滴以增大总传质面积；
③延长气液的接触时间t，如通过控制气流速度 来确定；
亨利定律的其它形式
(1) 气相用平衡分压，液相用物质的量浓度表示
Pe=C/H
式中： C——液相中溶质的摩尔浓度, kmol/m3 ; H——溶解度系数, kmol/m3·kPa;
在亨利定律适用的范围内,H是温度的函数,而与Pe或C无关。 对于一定的溶质和溶剂，H值一般随温度升高减小。易溶气体 H值较大，难溶气体H值较小。
(3) 对于低浓度气体吸收，两相的组成通常用物质的量 比来表示
液相中溶质的摩尔数 X 液相中溶剂的摩尔数
x 1 x
Y
气相中溶质的摩尔数 气相中惰性组分的摩尔
数
y 1 y
Ye
1
mX (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Ye=mX
（一）化学吸收的气液平衡—双膜理论
2、废气中气态污染物成分较复杂。 3、多数情况下，吸收过程仅是将污染物由气相转
入液相，还需对吸收液作进一步处理，以免产生 二次污染。 4、综合利用，将废物资源化。
吸收与解吸
一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两部分。
• 气体吸收是传质分离过程。 – 传质分离过程中，是组分在 两相间的分配不同（平衡） 来实现分离。 – 气体吸收过程包含组分从一 相到另一相的转移。 – 过程的推动力为：浓度差 C
– 气体净化：合成氨原料气中含有CO、CO2 、 H2S等有害气体，易使cat.中毒。 – 制备某种气体的溶液： SO2--SO3＋H2O---
H2SO4 一般采用92.5% H2SO4吸收成为98% -105% H2SO4 。 – 实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。
特点
1、处理气量较大，而其中所含气态污染物的浓度 又较低。
• 电子辐射-化学净化法则是利用高能电子射线激 活、电离、裂解废气中的各组分，从而发生氧 化等一系列化学反应，将污染物转化为非污染 物。
吸收法
• 吸收原理 • 吸收液 • 吸收设备 • 吸收法在气态污染物治理中的应用
• 吸收定义：气体溶解于液体的过程。
• 气体吸收在工业及环保中的应用
– 回收产品：用洗油（焦化厂副产品，数十种C、 H化合物的混合物）吸收焦炉煤气中的苯、甲 苯、二甲苯。
气液相平衡 亨利定律
当总压不高（<5×105Pa）时，在一定温度下，稀溶液上方 溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下的关系：
Pe=E·X
式中: Pe-------溶质在气相中的平衡分压, kPa； X-------溶质在液相中的摩尔分率 E-------享利系数， kPa
上式表示溶液的浓度低于一定数值时溶质的平衡分压与它在溶 液中的摩尔分率成正比。亨利系数E值较大表示溶解度较小。一般 E值随温度的升高而增大。
双膜理论是惠特曼在1923年提出的一个描述气液两相的 物质传递理论，它假定：
①在气、液两相接触处有一随时保持平衡状态的相界面； ②在气液相界面附近，分别存在一个无对流作用非常稳定
的层流（滞流）薄膜，即气膜和液膜，薄膜内存在浓度 梯度，物质传递主要依靠分子扩散； ③薄膜外气液两相各自的主体为湍流，不存在浓度梯度， 物质主要通过对流传递； ④传质过程只在气液薄膜中有分子扩散阻力，相界面上和 湍流主体中不存在传质阻力，因此传递速质取决于两膜 的阻力大小。
• 化学吸收 – 定义：液相中有某种组分，能够与溶质气体（溶解于 L）进行化学反应的吸收过程，促进了吸收过程的进 行速率； – 例如：Na2 CO3 （K2CO3) ＋CO2 ＋ H2O = Na2HCO3 （ KHCO3 )
• 由于工业废气往往是气量大、气态污 染物含量低、净化要求高，物理吸收 难于满足要求，化学吸收常常成为首 选的方案。
• 解吸：从溶液中释放出溶解吸收的溶质气体的操 作
• 方法：
– 加热，因温度升高，溶解度降低；
– 减压，因压力降低，溶解度降低；
– 惰性气体与溶液逆流接触，一般采用过热蒸汽， 一方面由于较高温度，另一方面由于惰性气体 可以降低溶质气体的分压，从而带出溶质气体。
• 吸收与解吸联合操作 图5-1 吸收与解吸联合操作
H EM
——溶液的密度, kg/m3 ； M——溶液的平均分子量, kg/kmol
(2) 溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率x、y表
示
ye=m· x
式中：x——溶质在液相中的摩尔分率； ye——与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率； m——相平衡常数,无因次。
m=E/P
上式中P为系统总压，ｍ值越大，表示溶解度越小。
传质过程是: • 被吸收组分从气相主体对流扩散到气膜表面， • 再以分子扩散通过气膜到达相界面， • 进入液膜后又以分子扩散通过液膜， • 最后通过对流扩散进入液相主体， • 直到气液两相完全平衡后传质停止。
强化传质过程的因素有：
①提高可吸收组分A的分压pA或降低溶液中组分 A的浓度cA，均可增加传质动力；