第七章 气态污染物控制技术基础

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；