挥发性有机物污染控制

视觉障碍
醋酸丁酯、200＃溶剂
喉痛、口干、咳嗽
呼吸道障碍
5、主要内容 ➢ 蒸气压及蒸发 ➢ VOCs污染预防 ➢ VOCs污染控制方法和工艺
§10-1 蒸气压与蒸发
一、蒸气压
❖ 蒸气压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据 ❖ 温度越高，蒸气压越大
蒸气压的计算方法
1）拉乌尔定律
空气中VOCs的含量低，气态混合物可视为理想气体，
4、种类
分类 烷烃类 烯烃类 芳香烃及其衍生物 醛和酮类 脂肪烃 醇 乙二醇衍生物 酸和酸酐 胺和酰胺
VOCs 乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、环己烷 乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、异戊二烯、环戊烯 苯、甲苯、二甲苯、乙苯、异丙苯、苯乙烯、苯酚 甲醛、乙醛、丙酮、丁酮、甲基丙酮、乙基丙酮 丙烯酸甲脂、邻苯二甲酸二丁脂、醋酸乙烯 甲醇、乙醇、异戊二醇、丁醇、戊醇 甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、丁基溶纤剂、甲氧基丙醇 乙酸、丙酸、丁酸、乙二酸、邻苯二甲酸酐 苯胺、二甲基甲酰胺
3、来源
❖ 石油开采与加工、炼焦与炼焦油加工、煤矿、木材干馏， 天然气开采与利用
❖ 化工生产，包括石油化工、染料、涂料、医药、农药、炸 药、有机合成、试剂、洗涤剂、黏合剂等生产工厂
❖ 各种内燃机 ❖ 燃煤、煤油、燃气锅炉与工业炉 ❖ 油漆、涂料喷涂作业，使用含有机黏合剂的作业 ❖ 各种有机物的燃烧与加热装置、运输装置及贮存装置 ❖ 食品、油脂、皮革、毛的加工部门 ❖ 粪便池、沼气池、发酵池及垃圾处理站
浓度ri 可表示为：
ri

yiMi Vm ,g
(2)
式中： Mi——组分i的摩尔重量；
yi ——顶部空气中VOCs的摩尔分率；
Vm,g ——混合气体的摩尔体积。
联立（1）、（2）式
mi DV
ri
yiMi Vm,g
xipiMi P P RT
xipiMi RT
具体应用见例10-3。
第十章 挥发性有机物污染控制
概述
1、概念（Volatile Organic Compounds,简称VOCs) 常温下饱和蒸气压大于约70Pa，常压下沸点小于
260ºC的液体或固体有机化合物。 炭原子数小于12的大多数有机物都是VOCs。
2、产生原因
➢ 石油、煤炭、天然气等的开采、加工、贮运过程中，部分 有机物料进入空气
3）安托万（Antoine)方程
lg p A B (t C)
式中：t——温度，ºC； A、B、C——实验确定的经验常数。
t

5 9
(t F
32)
t — 摄氏度,C;
tF — 华氏度,F.
二、挥发与溶解 1、挥发
2、溶解
族 直链烃
环烃 芳烃
醇
酮
醚 酸
部分VOCs在水中的溶解度（25℃）
VOCS排放总量中：80％来源于溶剂使用、运输和VOCS 储存过程。
4、VOCs的危害 （1）大多数有毒，部分有致癌性； （2）大气中的氮氧化物、VOCs与氧化剂发生光化学反 应，生成光化学烟雾。 （3）卤烃类VOCs可破坏臭氧层。
挥发性有机物的毒害作用
有机污染物
症状
影响
苯、甲苯、乙苯、环己酮
失眠、烦躁、痴呆、没精神 神经障碍
丙酮
运动障碍、四肢末端感觉异 常
末梢神经障碍
甲醛、200＃溶剂、甲苯、二甲苯
腹泻、便秘、恶心
消化器官障碍
丁醇、丙酮、烃类
出汗异常、手足发冷、易疲 劳
自律神经障碍
氯苯、200＃溶剂
皮炎、哮喘、自身免疫病变 免疫系统障碍
200＃溶剂、醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲 醛、丙酮
结膜发炎
一、VOCs替代
二、工艺改革
• 非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺； • 石油及石化生产过程：回收利用放空气体。
三、泄漏损耗及控制
充入、呼吸和排空损耗示意图
1、填充、呼吸与排空损耗（操作损失） • 填充时：液体进入油罐、液面上升，蒸气空间减少，
部分蒸气排出； • 温度变化使容器产生“吸进和呼出”而导致的有机
yi
xi
pi P
式中：yi——气相中组分i的摩尔分数；
xi——液相中组分i的摩尔分数；
pi——纯组分i的蒸气压；
P——总压。
应用见例10-1。
2）克劳休斯－克拉佩龙（Clausius－Clapyron）方程
lg p A B T
式中：p——与液相平衡的气相蒸气压，mmHg； T——系统温度，K; A、B——实验确定的经验常数。
2、汽油的转移和呼吸损耗 平均分子式：C8H17，平均分子量：113。
汽油已挥发部分所占的百分比/%
3、转移损耗控制方法
浮顶罐，用于储存大量的高挥发性的液体。用于密封的浮顶盖浮在 液面上，液面以上没有空隙。液体注入或流出时顶盖随之上下浮动， 避免上面所讲述的呼吸损耗。但是这种密封方式（一般采用有弹性 的橡胶薄盖，类似于汽车上的雨刷）并不是完美的，仍然会有密封 损失。这张草图没有给出防雨雪装置和其他的细节。
➢ 煤、石油、石油制品、天然气、木材燃烧时的不完全燃烧 产物进入空气
➢ 作为溶剂的有机物使用时挥发到空气中的，油漆、喷漆中 的溶剂挥发有机农药、消毒剂、防腐剂加工与使用时，使 部分有机物进入空气
➢ 各种合成材料、有机黏合剂及其他有机制品遇到高温时氧 化与裂解，产生部分低分子有机污染物进入空气
➢ 淀粉、脂肪、蛋白质、纤维素、糖类等氧化与分解时产生 部分有机物进入空气
0.0038 0.00095 0.0055
0.18 0.052 0.020 互溶 互溶 Fra Baidu bibliotek溶
7.3 4.3 互溶 26 1.7 6.9 1.2 24.5 7.7 0.7
§10-2 VOCs污染预防
VOCs控制技术
1、防止泄漏为主的预防性措施
•替换原材料 •改变运行条件 •更换设备等
2、末端治理为主的控制性措施
化合物
分子量
正戊烷 异乙烷 环己烷
苯 甲苯 乙苯 甲醇、乙醇 正丙醇、异丙醇 乙二醇 丁醇 环己醇 丙酮 丁酮 甲基异丁基酮 二乙醚 二异丁醚 甲酸 乙酸 正丁酸
72 86 84 78 92 106 32、46 60、60 62 74 100 58 72 100 74 102 74 88 116
溶解度（质量） /%
物损耗（白天呼出，夜晚吸进）； • 液体抽出时：空气从排气管流入，填充由液面下降
带来的空间；
填充、呼吸与排空损耗导致的VOCs排放量计算
mi= DV ri
(1)
式中： mi——组分i 的排放量， kg ；
ri ——容器中排出的空气-VOCs混合物中组
分i的浓度，kg/m3。
DV ——容器中排出的空气-VOCs混合物体积。