最新东华大学_环境工程学_课件
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东华大学_环境工程学_课 件
气态污染物处理工艺概述
常用的控制方法和设备可分为两类：P349
➢ 分离法：利用污染物与其他组分物理性质的差异将其分离。
包括物理吸收、吸附、冷凝法、膜分离法等。
➢ 转化法：使污染物发生化学反应转化为无害物或易分离物质。
包括催化法、燃烧法、生物法和电子束法等。
吸收设备应满足以下基本要求：
置换再生法
对某些热敏物质，如饱和烃，可采用亲和力较强的试剂进行置换 再生，即用解吸剂置换，使吸附质脱附。也称变浓吸附。
五、常用吸附装置
穿床速度：气体通过床层的速度。
固定床吸附器：穿床速度＜吸附剂的悬浮速度
颗粒处于静止状态；
移动床吸附器：穿床速度≈吸附剂的悬浮速度
吸附剂颗粒处于激烈的上下翻腾状态，并在一定空间内运动； 又称“沸腾床”。
特点：
➢ 净化效率较高，设备简单，一次性投资少； ➢ 可回收产品； ➢ 可能产生二次污染。
第二节 吸附净化
一、概念
利用多孔性固体物质将废气（或液体）中的一种或多种有害组分 选择性地浓集于固体表面。
吸附各步骤示意图
(1) (2) (3) 吸附
(4) (5) (6) 外反扩散
➢ 吸附速率主要受速度最慢的步骤控制 ➢ 吸附与脱附速度＞＞外扩散与内扩散速度 ➢ 外扩散与内扩散———决速步
二、物理吸附与化学吸附
吸附作用力 吸附速率 吸附热 选择性 温度的影响
吸附层厚度
（ 物 ）： 一 种 物 理 作 用 ， 分 子 间 力 （ 范 德 华 力 ）； （ 化 ）： 一 种 表 面 化 学 反 应 （ 化 学 键 力 ）。
（ 物 ）： 极 快 ， 常 常 瞬 间 即 达 平 衡 ； （ 化 ）： 较 慢 ， 达 平 衡 需 较 长 时 间 。
④ 沸石分子筛：人工合成沸石，孔径均匀，具有筛分性能；吸附选择性 强；吸附能力强；受温度影响不大。
吸附剂的再生方法：
加热解吸再生
利用吸附剂的吸附容量在等压下随温度升高而降低的特点，在低 温下吸附，加热升高温度后吹扫脱附。也称变温吸附。
降压或真空解吸
利用吸附容量在恒温下随压力降低而降低的特点，在加压下吸附， 在降压或真空下解吸，或采用无吸附性的吹洗气，均可达到解吸的目 的。也称变压吸附。
➢ 应用： ▪ 处理浓度较低、小气量的有害气体，常用作深度净化； ▪ 脱除废气中的水分、有机蒸汽、恶臭、HF、SO2、NOX等。 ▪ 广泛应用于有机化工、石油化工等部门。
第三节 其他净化法
➢ 催化转化 ➢ 燃烧转化 ➢ 生物净化 ➢ 电子束照射法 ➢ 膜分离法（速度分离法）
（ 物 ）： 单 分 子 层 或 双 分 子 层 ， 解 吸 容 易 ， 低 压 多 为 单 分 子 层 ， 随吸附压力增加变为多分子层； （ 化 ）： 总 是 单 分 子 层 或 单 原 子 层 ， 且 不 易 解 吸 。
两种吸附可同时发生，但 常以某一类吸附为主；
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。
① 具有足够的过气断面和停留时间； ② 良好的气流分布； ③ 预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质； ④ 能够有效地控制和调节吸附操作温度； ⑤ 易于更换吸附剂。
➢ 优点： ▪ 净化效率高； ▪ 可回收有用组分； ▪ 设备简单，操作方便，易实现自动控制。
➢ 缺点： ▪ 吸附容量一般不高，设备体积大； ▪ 吸附剂容量有限，需频繁再生，操作费用高。
流化床吸附器：穿床速度＞＞吸附剂的悬浮速度
固体颗粒浮起后不再返回原来的位置而被输送走。
固定床吸附过程分析 P429
排放标准 吸附周期
半连续式吸附流程
回转式吸附床
移动床
床层绕轴旋转，框架和隔板固定不动；
三种流体分别进入三段环形区，由外向内 透过床层，形成吸附段、再生段、冷却段。
流化床
对吸附设备的基本要求：
（ 物 ）： 与 气 体 的 液 化 热 相 近 ， 较 小 ； （ 化 ）： 与 化 学 反 应 热 相 近 ， 很 大 。
（ 物 ）： 没 有 多 大 的 选 择 性 （ 可 逆 ）； （ 化 ）： 具 有 较 高 的 选 择 性 （ 不 可 逆 ）（。化学键力大时，往往不可逆）
（ 物 ）：吸 附 与 脱 附 速 率 一 般 不 受 温 度 的 影 响 ，但 吸 附 量 随 温 度 上 升 而 降 低 ； （被吸附分子由于热运动而离开吸附剂表面） （ 化 ）：可 看 成 一 个 表 面 化 学 过 程 ，需 一 定 的 活 化 能 ，吸 附 与 脱 附速率随温度升高而明显加快。
碳化
稳定结构 活化
多孔中空结构 P147
碳化后
活化后
优点：性能稳定、抗腐蚀。
缺点：可燃性，温度不能超过200℃。惰性气流掩护下，可达500℃。
② 活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化。
③ 硅胶：亲水性，可吸附自身质量50%的水份，但难吸附非极性物质。 常用于处理含湿量较高的气体干燥，烃类物质回收等。
源自文库
四、常用吸附剂
1、工业用吸附剂应具备的条件 （P425）
① 巨大的比表面积——提供大的吸附容量 ② 良好的选择性，有利于混合气体的分离 ③ 较高的机械强度、化学与热稳定性 ④ 均匀适中的颗粒尺寸（粒度） ⑤ 来源广泛，价格低廉 ⑥ 良好的再生性能（从经济角度考虑）
2、工业常用吸附剂
① 活性炭：疏水性，常用于净化有机溶剂蒸气、烃类气体、恶臭物质。
三、吸附理论
o 吸附平衡：吸附速率与脱附速率相当 o 平衡吸附量：极限吸附量——静活性
在一定条件下，吸附达到平衡时，单位体积（或质量）吸附剂上 所吸附的吸附质的量。
o 动吸附量 ——动活性
在一定条件下，当吸附床层被穿透（失效）时，单位体积（或质 量）吸附剂上所吸附的吸附质的量。
注意：动活性 ＜ 静活性
（1）气液之间应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，吸收阻力低，吸收效率高； （3）气流通过时的压力损失小，操作稳定； （4）结构简单，制作维修方便，造价低廉； （5）应具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力。
吸收法总结：
应用：
❖ 广泛应用于含SO2、H2S、HF和NOx等污染物的废气； ❖ 主要处理污染物浓度低、成分复杂的大流量废气。
气态污染物处理工艺概述
常用的控制方法和设备可分为两类：P349
➢ 分离法：利用污染物与其他组分物理性质的差异将其分离。
包括物理吸收、吸附、冷凝法、膜分离法等。
➢ 转化法：使污染物发生化学反应转化为无害物或易分离物质。
包括催化法、燃烧法、生物法和电子束法等。
吸收设备应满足以下基本要求：
置换再生法
对某些热敏物质，如饱和烃，可采用亲和力较强的试剂进行置换 再生，即用解吸剂置换，使吸附质脱附。也称变浓吸附。
五、常用吸附装置
穿床速度：气体通过床层的速度。
固定床吸附器：穿床速度＜吸附剂的悬浮速度
颗粒处于静止状态；
移动床吸附器：穿床速度≈吸附剂的悬浮速度
吸附剂颗粒处于激烈的上下翻腾状态，并在一定空间内运动； 又称“沸腾床”。
特点：
➢ 净化效率较高，设备简单，一次性投资少； ➢ 可回收产品； ➢ 可能产生二次污染。
第二节 吸附净化
一、概念
利用多孔性固体物质将废气（或液体）中的一种或多种有害组分 选择性地浓集于固体表面。
吸附各步骤示意图
(1) (2) (3) 吸附
(4) (5) (6) 外反扩散
➢ 吸附速率主要受速度最慢的步骤控制 ➢ 吸附与脱附速度＞＞外扩散与内扩散速度 ➢ 外扩散与内扩散———决速步
二、物理吸附与化学吸附
吸附作用力 吸附速率 吸附热 选择性 温度的影响
吸附层厚度
（ 物 ）： 一 种 物 理 作 用 ， 分 子 间 力 （ 范 德 华 力 ）； （ 化 ）： 一 种 表 面 化 学 反 应 （ 化 学 键 力 ）。
（ 物 ）： 极 快 ， 常 常 瞬 间 即 达 平 衡 ； （ 化 ）： 较 慢 ， 达 平 衡 需 较 长 时 间 。
④ 沸石分子筛：人工合成沸石，孔径均匀，具有筛分性能；吸附选择性 强；吸附能力强；受温度影响不大。
吸附剂的再生方法：
加热解吸再生
利用吸附剂的吸附容量在等压下随温度升高而降低的特点，在低 温下吸附，加热升高温度后吹扫脱附。也称变温吸附。
降压或真空解吸
利用吸附容量在恒温下随压力降低而降低的特点，在加压下吸附， 在降压或真空下解吸，或采用无吸附性的吹洗气，均可达到解吸的目 的。也称变压吸附。
➢ 应用： ▪ 处理浓度较低、小气量的有害气体，常用作深度净化； ▪ 脱除废气中的水分、有机蒸汽、恶臭、HF、SO2、NOX等。 ▪ 广泛应用于有机化工、石油化工等部门。
第三节 其他净化法
➢ 催化转化 ➢ 燃烧转化 ➢ 生物净化 ➢ 电子束照射法 ➢ 膜分离法（速度分离法）
（ 物 ）： 单 分 子 层 或 双 分 子 层 ， 解 吸 容 易 ， 低 压 多 为 单 分 子 层 ， 随吸附压力增加变为多分子层； （ 化 ）： 总 是 单 分 子 层 或 单 原 子 层 ， 且 不 易 解 吸 。
两种吸附可同时发生，但 常以某一类吸附为主；
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。
① 具有足够的过气断面和停留时间； ② 良好的气流分布； ③ 预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质； ④ 能够有效地控制和调节吸附操作温度； ⑤ 易于更换吸附剂。
➢ 优点： ▪ 净化效率高； ▪ 可回收有用组分； ▪ 设备简单，操作方便，易实现自动控制。
➢ 缺点： ▪ 吸附容量一般不高，设备体积大； ▪ 吸附剂容量有限，需频繁再生，操作费用高。
流化床吸附器：穿床速度＞＞吸附剂的悬浮速度
固体颗粒浮起后不再返回原来的位置而被输送走。
固定床吸附过程分析 P429
排放标准 吸附周期
半连续式吸附流程
回转式吸附床
移动床
床层绕轴旋转，框架和隔板固定不动；
三种流体分别进入三段环形区，由外向内 透过床层，形成吸附段、再生段、冷却段。
流化床
对吸附设备的基本要求：
（ 物 ）： 与 气 体 的 液 化 热 相 近 ， 较 小 ； （ 化 ）： 与 化 学 反 应 热 相 近 ， 很 大 。
（ 物 ）： 没 有 多 大 的 选 择 性 （ 可 逆 ）； （ 化 ）： 具 有 较 高 的 选 择 性 （ 不 可 逆 ）（。化学键力大时，往往不可逆）
（ 物 ）：吸 附 与 脱 附 速 率 一 般 不 受 温 度 的 影 响 ，但 吸 附 量 随 温 度 上 升 而 降 低 ； （被吸附分子由于热运动而离开吸附剂表面） （ 化 ）：可 看 成 一 个 表 面 化 学 过 程 ，需 一 定 的 活 化 能 ，吸 附 与 脱 附速率随温度升高而明显加快。
碳化
稳定结构 活化
多孔中空结构 P147
碳化后
活化后
优点：性能稳定、抗腐蚀。
缺点：可燃性，温度不能超过200℃。惰性气流掩护下，可达500℃。
② 活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化。
③ 硅胶：亲水性，可吸附自身质量50%的水份，但难吸附非极性物质。 常用于处理含湿量较高的气体干燥，烃类物质回收等。
源自文库
四、常用吸附剂
1、工业用吸附剂应具备的条件 （P425）
① 巨大的比表面积——提供大的吸附容量 ② 良好的选择性，有利于混合气体的分离 ③ 较高的机械强度、化学与热稳定性 ④ 均匀适中的颗粒尺寸（粒度） ⑤ 来源广泛，价格低廉 ⑥ 良好的再生性能（从经济角度考虑）
2、工业常用吸附剂
① 活性炭：疏水性，常用于净化有机溶剂蒸气、烃类气体、恶臭物质。
三、吸附理论
o 吸附平衡：吸附速率与脱附速率相当 o 平衡吸附量：极限吸附量——静活性
在一定条件下，吸附达到平衡时，单位体积（或质量）吸附剂上 所吸附的吸附质的量。
o 动吸附量 ——动活性
在一定条件下，当吸附床层被穿透（失效）时，单位体积（或质 量）吸附剂上所吸附的吸附质的量。
注意：动活性 ＜ 静活性
（1）气液之间应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，吸收阻力低，吸收效率高； （3）气流通过时的压力损失小，操作稳定； （4）结构简单，制作维修方便，造价低廉； （5）应具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力。
吸收法总结：
应用：
❖ 广泛应用于含SO2、H2S、HF和NOx等污染物的废气； ❖ 主要处理污染物浓度低、成分复杂的大流量废气。