第十章挥发性有机物污染控制
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第十章挥发性有机物污染控制
§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
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
限制较小。
用于催化燃烧的各种催化剂及其性能见表10-11
催化剂品种
Pt-Al2O3 Pb-Al2O3 Pb-Ni、Cr丝或网 Pd-蜂窝陶瓷 Mn、Cu-Al2O3 Mn、Cu、CrAl2O3 Mn-Cu、CoAl2O3 Mn-Fe-Al2O3 稀土催化剂 锰矿石颗粒
活性组分 含量
0.1~0.5 0.1~0.5 0.1~0.5 0.1~0.5 5~10 5~10 5~10 5~10 5~10 5~10 25~35 5~10 5~10 25~35
同理可求得T=649、7600C时所需的燃烧时间分别 为49s、0.2s。
4）燃烧与爆炸
燃烧极限浓度范围＝爆炸极限浓度范围 混合气体的爆炸极限范围
100 cm a b m c1 c2 ci
cm －混合气体的爆炸极限 ci －i组分的爆炸极限
a, b, m －各组分的百分含量
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。
转移损耗控制方法－阶段1控制
第十章挥发性有机物污染控制
Q — 燃烧时放出的热量
每mol燃料燃烧时放出的热量称为燃烧热（kJ/mol）。
8.4 燃烧法控制 VOCs污染
2. 燃烧动力学
单位时间VOCs减少
dcVOCs dt
vkcV nOCscO m2
多数情况下， 氧气浓度远高于VOCs浓度
vdcVOCs dt
kcVnOCs
或：cc0ex k p (t [t0)]
8.2 蒸气压及蒸发
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，越容易挥发。
空气中VOCs的含量低，可视为理想气体，拉乌尔
定律
yi
xi
pi P
yi — 气相中 i 组分的摩尔分数；
xi — 液体中 i 组分的摩尔分数；
p — 纯组分 i 的蒸汽压；
P — 总压。
A、B、C — 经验常数，由实验确定；
8.2 蒸气压及蒸发
挥发的后果
容易发生汽化，进入大气环境，引起污染； 部分有机物在室温时的蒸气压大于大气压，会剧烈沸腾（乙烷
、丙烷、丁烷）； 作为燃料用的有机物如汽油，液化气等，在装卸、运输过程中
都会因挥发排出大量的VOCs
溶解度与排放的关系
主要设计指标 液气比 塔径 塔高
8.6 冷凝法控制VOCs污染
冷凝法利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的 性质，采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温 度又提高压力的方法，使处于蒸气状态的污染物冷凝 并与废气分离。
该方法适用于处理废气体积分数在10-2以上的有机蒸 气。
一般作为其它方法净化高浓度废气的前处理，以降低 有机物负荷，回收有机物。
8.3 VOCs污染预防
控制技术和措施
每mol燃料燃烧时放出的热量称为燃烧热（kJ/mol）。
8.4 燃烧法控制 VOCs污染
2. 燃烧动力学
单位时间VOCs减少
dcVOCs dt
vkcV nOCscO m2
多数情况下， 氧气浓度远高于VOCs浓度
vdcVOCs dt
kcVnOCs
或：cc0ex k p (t [t0)]
8.2 蒸气压及蒸发
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，越容易挥发。
空气中VOCs的含量低，可视为理想气体，拉乌尔
定律
yi
xi
pi P
yi — 气相中 i 组分的摩尔分数；
xi — 液体中 i 组分的摩尔分数；
p — 纯组分 i 的蒸汽压；
P — 总压。
A、B、C — 经验常数，由实验确定；
8.2 蒸气压及蒸发
挥发的后果
容易发生汽化，进入大气环境，引起污染； 部分有机物在室温时的蒸气压大于大气压，会剧烈沸腾（乙烷
、丙烷、丁烷）； 作为燃料用的有机物如汽油，液化气等，在装卸、运输过程中
都会因挥发排出大量的VOCs
溶解度与排放的关系
主要设计指标 液气比 塔径 塔高
8.6 冷凝法控制VOCs污染
冷凝法利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的 性质，采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温 度又提高压力的方法，使处于蒸气状态的污染物冷凝 并与废气分离。
该方法适用于处理废气体积分数在10-2以上的有机蒸 气。
一般作为其它方法净化高浓度废气的前处理，以降低 有机物负荷，回收有机物。
8.3 VOCs污染预防
控制技术和措施
挥发性有机物的污染控制技术
挥发性有机物的污染控制技术挥发性有机物（VOC）是一种常见的空气污染物，它能够对人类健康和环境造成严重影响。
常见的VOC包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯和挥发性有机酸类。
在许多工业生产过程中，VOC常常是一个难以避免的副产品，这使得VOC的控制成为了一个重要的问题。
作为对挥发性有机污染控制的回应，许多控制技术被发明和开发出来，这些技术是有力的手段，可以有效地减少和控制空气中的VOC浓度。
本文将介绍几种常见的VOC污染控制技术。
VELO-SCRUBVELO-SCRUB是一种基于干式吸收剂的技术，它使用粉末活性炭吸附VOC，在某些情况下也会使用NaOH这样的碱性液体来增加吸附剂的吸附能力。
VELO-SCRUB能够分离出干燥污染气体中的大多数VOC，在吸附后，VOC会被吸附剂捕获，然后定期清除。
吸附剂可以在清除后进行再利用或处置，从而减少废物的产生。
活性炭吸附活性炭吸附是一种常见的VOC控制方法，它使用高表面积的活性炭，在吸附空气中的VOC时，它们会以自然扩散的方式进入活性炭微孔中。
在活性炭上吸附的VOC一旦达到一定浓度，就可以通过热解或蒸汽解吸的方式回收。
活性炭吸附在许多行业中得到了广泛应用，包括汽车修理、建筑和油漆喷漆等。
绝热燃烧绝热燃烧是一种通过将VOC的污染气体在高温下燃烧掉的技术。
在绝热条件下，VOC会快速分解，而生成的CO2和H2O会安全排放到大气中。
绝热燃烧需要大量的能源，并且会产生烟雾和火箭发射般的噪音，但却是一种非常有效的处理技术，可以将VOC减少到极低的水平。
生物过滤生物过滤是一种使用生物细菌来降解VOC的技术。
生物过滤器是由一个或多个生物组合物构成的，VOC的污染气体会通过这些组合物，最终被生物细菌进行降解。
生物过滤是一种相对低成本、高效率、环境友好的处理技术，适用于小型、低浓度的VOC 处理。
虽然这些技术相互不同，但它们都具有较高的控制效能和良好的经济性，能够帮助许多企业降低他们的VOC污染量。
挥发性有机物污染控制
CHAPTER 02
挥发性有机物污染控制技术
吸附法
总结词
利用吸附剂的吸附作用去除挥发性有机物。
详细描述
吸附法是利用固体吸附剂（如活性炭、分子筛等）对挥发性有机物进行吸附， 从而达到净化废气的目的。该方法适用于低浓度、低风量、高净化要求的场合 。
吸收法
总结词
利用吸收剂对挥发性有机物进行吸收，再通过解吸回收有机 物。
挥发性有机物污染控制
CONTENTS 目录
• 挥发性有机物污染概述 • 挥发性有机物污染控制技术 • 挥发性有机物污染控制政策与法规 • 挥发性有机物污染控制案例分析 • 挥发性有机物污染控制展望
CHAPTER 01
挥发性有机物污染概述
定义与特性
定义
挥发性有机物（VOCs）是指在常 温下容易挥发的有机化合物，主 要来源于工业生产、交通运输、 能源生产和生活中。
我国《大气污染防治法》明确规定了挥发性 有机物的排放标准和污染控制要求。
《挥发性有机物排放标准 》
我国针对不同行业制定了挥发性有机物排放 标准，限制了VOCs的排放量。
政策与法规的实施与监管
01
02
03
监管体系
建立完善的监管体系，对 VOCs排放进行监测和监 管，确保企业遵守相关法 规。
执法力度
加大执法力度，对违反 VOCs排放标准的企业进 行处罚，提高违法成本。
燃烧法
总结词
通过燃烧将挥发性有机物转化为二氧 化碳和水。
详细描述
燃烧法是利用高温燃烧将挥发性有机 物与氧气进行氧化反应，转化为二氧 化碳和水。该方法适用于处理高浓度 、易燃的挥发性有机物。
生物法
总结词
利用微生物的代谢作用将挥发性有机物转化为无害物质。
第10章 挥发性有机物污染控制讲解
处理方法 去除原理
湿或降温等预处理工艺 后，从滤床底部由下向 上穿过由滤料组成的滤 床，VOCs气体由气相 转移至水—微生物混和 相，通过固着于滤料上 的微生物代谢作用而被 分解掉
不过使用的滤料是诸如 聚丙烯小球、陶瓷、木 炭、塑料等不能提供营 养物的惰性材料。
适用范围
目前研究最多，工艺最 成熟，在实际中也最常 用的生物VOCs气体处 理方式方法。
开发阶段。
光催化降解技术
光催化降解技术的本质是在光电转换中进行氧化还原反应。根据半导 体光催化剂的电子结构，当其吸收一个能量不小于其带隙能（Eg）的 光子时，电子会从充满的价带跃迁到空的导带，而在价带留下带正电 的空穴,价带空穴具有强氧化性，而导带电子具有强还原性，它们可以 直接与反应物作用，还可以与吸附在催化剂上的其他电子给体和受体 反应。例如空穴可以使H2O氧化，电子使空气中O2还原，生成H2O2， ·OH基团和·HO2，这些基团氧化能力都很强，能有效地将VOCs污 染物氧化，最终将其分解为CO2、H2O等无机小分子，达到去除VOCs 污染物的目的。
运行时有机气体从塔底进入，在流 动过程中与已接种的挂膜的生物滤 料接触而被净化，净化后的气体由 塔顶排出。滴滤塔集废气的吸收与 液相再生于一体，塔内增设了可附 着微生物的填料，为微生物的生长、 有机物的降解提供了条件。
启动初期，在循环液中接种了经被 处理有机物驯化的微生物菌种，从 塔顶喷淋而下，与进入滤塔的有机 废气逆向流动，微生物利用溶解于 液相中的有机物质，进行代谢繁殖， 并附着于填料表面，形成生物膜， 完成生物挂膜过程。气相主体的有 机物和氧气经过传输进入微生物膜， 被微生物利用，代谢产物CO2等再 经过扩散作用进入气相主体后外排。
热力燃烧工艺流程图
湿或降温等预处理工艺 后，从滤床底部由下向 上穿过由滤料组成的滤 床，VOCs气体由气相 转移至水—微生物混和 相，通过固着于滤料上 的微生物代谢作用而被 分解掉
不过使用的滤料是诸如 聚丙烯小球、陶瓷、木 炭、塑料等不能提供营 养物的惰性材料。
适用范围
目前研究最多，工艺最 成熟，在实际中也最常 用的生物VOCs气体处 理方式方法。
开发阶段。
光催化降解技术
光催化降解技术的本质是在光电转换中进行氧化还原反应。根据半导 体光催化剂的电子结构，当其吸收一个能量不小于其带隙能（Eg）的 光子时，电子会从充满的价带跃迁到空的导带，而在价带留下带正电 的空穴,价带空穴具有强氧化性，而导带电子具有强还原性，它们可以 直接与反应物作用，还可以与吸附在催化剂上的其他电子给体和受体 反应。例如空穴可以使H2O氧化，电子使空气中O2还原，生成H2O2， ·OH基团和·HO2，这些基团氧化能力都很强，能有效地将VOCs污 染物氧化，最终将其分解为CO2、H2O等无机小分子，达到去除VOCs 污染物的目的。
运行时有机气体从塔底进入，在流 动过程中与已接种的挂膜的生物滤 料接触而被净化，净化后的气体由 塔顶排出。滴滤塔集废气的吸收与 液相再生于一体，塔内增设了可附 着微生物的填料，为微生物的生长、 有机物的降解提供了条件。
启动初期，在循环液中接种了经被 处理有机物驯化的微生物菌种，从 塔顶喷淋而下，与进入滤塔的有机 废气逆向流动，微生物利用溶解于 液相中的有机物质，进行代谢繁殖， 并附着于填料表面，形成生物膜， 完成生物挂膜过程。气相主体的有 机物和氧气经过传输进入微生物膜， 被微生物利用，代谢产物CO2等再 经过扩散作用进入气相主体后外排。
热力燃烧工艺流程图
第十章 VOC污染控制
转移和呼吸损耗控制方法－阶段 控制 转移和呼吸损耗控制方法－阶段1控制
转移和呼吸损耗控制方法－阶段 控制 转移和呼吸损耗控制方法－阶段2控制
第三节 VOCs控制方法和工艺 控制方法和工艺
燃烧法 吸收（洗涤）法 吸收（洗涤） 冷凝法 吸附法 生物法
燃烧法（ 燃烧法（Combustion） ）
适用于可燃或可高温分解的物质 不能回收有用物质， 不能回收有用物质，但可回收热量
f il0γ il f il0 m= 0 = 0 f igγ ig f ig
Ki－相平衡常数
泡点温度
K1 x1 + K 2 x2 + ⋅⋅⋅ + K n xn = 1时，对应温度为泡点
冷凝计算
压力P，温度 ，进料中i组分的摩尔分率 ，计算液化率f、 组分的摩尔分率z 压力 ，温度t，进料中 组分的摩尔分率 i，计算液化率 、 冷凝后气液组成x 冷凝后气液组成 i、yi 液化率 f = B / F
a, b, m －各组分的百分含量
燃烧工艺
直接燃烧
适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气 设备：燃烧炉、 设备：燃烧炉、窑、锅炉 温度1100oC左右 温度 左右 火炬燃烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射， 火炬燃烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射，应 尽量避免
燃烧工艺
热力燃烧（ 热力燃烧（Thermal Combustion)
E /4.18kJ·mol-1 35.9 52.1 21.4 29.1 95.9 58.2 76.6 47.6 45.6 63.6 48.1 46.0 50.8 44.7 14.7
538oC 6.99258 0.01946 2.99528 0.56034 0.00011 0.07760 0.00031 0.76467 0.24851 0.00411 0.05869 0.88094 0.02804 0.39562 58.86353
第10章挥发性有机物污染控制
第10章挥发性有机物污染控制
转移损耗控制方法－阶段1控制
第10章挥发性有机物污染控制
转移损耗控制方法－阶段2控制
第10章挥发性有机物污染控制
§3 VOCs控制方法和工艺
v 燃烧法 v 吸收（洗涤）法 v 冷凝法 v 吸附法 v 生物法
第10章挥发性有机物污染控制
燃烧法（Combustion）
第10章挥发性有机物污染控制
§6吸附法控制VOCS污染
v 一、吸附工艺
第10章挥发性有机物污染控制
一、吸附工艺
v 活性炭吸附VOCs的性能最佳 v 亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附
第10章挥发性有机物污染控制
v 二、吸附容量
Ø 利用波拉尼曲线估算
v 三、多组分吸附
Ø 过程 • 各组分均等吸附于 活性炭上 • 挥发性强的物质被 弱的物质取代
•0.00411
•0.48
•19.93
•0.05869
•2.14
•35.97
•0.88094
•27.44
•407.99
•0.02804
•1.25
•24.64
•0.39562
•11.18
•154.04
•58.86353
•170.64
•404.29
第10章挥发性有机物污染控制
VOCs燃烧原理及动力学
例：试计算燃烧温度分别为538、649和760oC时，去除废气中99.9% 的苯所需的时间。
第10章挥发性有机物污染控制
四、活性炭的吸附热
v 物理吸附
Ø 吸附热＝凝缩热+润湿热 Ø 估算式
第10章挥发性有机物污染控制
§7生物法控制VOCS污染
v 一、生物法控制VOCS污染原理
转移损耗控制方法－阶段1控制
第10章挥发性有机物污染控制
转移损耗控制方法－阶段2控制
第10章挥发性有机物污染控制
§3 VOCs控制方法和工艺
v 燃烧法 v 吸收（洗涤）法 v 冷凝法 v 吸附法 v 生物法
第10章挥发性有机物污染控制
燃烧法（Combustion）
第10章挥发性有机物污染控制
§6吸附法控制VOCS污染
v 一、吸附工艺
第10章挥发性有机物污染控制
一、吸附工艺
v 活性炭吸附VOCs的性能最佳 v 亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附
第10章挥发性有机物污染控制
v 二、吸附容量
Ø 利用波拉尼曲线估算
v 三、多组分吸附
Ø 过程 • 各组分均等吸附于 活性炭上 • 挥发性强的物质被 弱的物质取代
•0.00411
•0.48
•19.93
•0.05869
•2.14
•35.97
•0.88094
•27.44
•407.99
•0.02804
•1.25
•24.64
•0.39562
•11.18
•154.04
•58.86353
•170.64
•404.29
第10章挥发性有机物污染控制
VOCs燃烧原理及动力学
例：试计算燃烧温度分别为538、649和760oC时，去除废气中99.9% 的苯所需的时间。
第10章挥发性有机物污染控制
四、活性炭的吸附热
v 物理吸附
Ø 吸附热＝凝缩热+润湿热 Ø 估算式
第10章挥发性有机物污染控制
§7生物法控制VOCS污染
v 一、生物法控制VOCS污染原理
大气污染课后答案10章
第十章挥发性有机物污染控制10.1查阅有关资料，绘制 C02蒸汽压随温度变化曲线，接合 C02物理变化特征对曲线进行分析说明。
解：见《大气污染控制工程》 P379图10 — 1。
10.2估算在40。
C 时，苯和甲苯的混合液体在密闭容器中同空气达到平衡时， 顶空气体中苯和甲苯的摩尔分数。
已知混合液中苯和甲苯的摩尔分数分别为 30%和70%。
解：B由Antoine 方程lg P = A _可分别计算得到 40。
C 时t +C苯的蒸汽压 P i =0.241atm ;甲苯的蒸汽压 P 2=0.078atm 。
P0 241因此 y 苯=x 苯0.30.0723 ,P1 10.3计算20。
C 时，置于一金属平板上 1mm 厚的润滑油蒸发完毕所需要的时间。
已知润滑 油的密度为1g/cm 3,分子量为400g/mol ，蒸汽压约为1.333 x 10—4Pa ,蒸发速率为mol p (0.52)一m s P解：P"A列式A 0.5 t，故PMf35A P 1.0X10 X1.0X101.01^10 t =2237 s =120YM p400 =<101.333 X1010.4禾U 用溶剂吸收法处理甲苯废气。
已知甲苯浓度为10000mg/m 3,气体在标准状态下的流33量为20000m /h ，处理后甲苯浓度为 150mg/m ，试选择合适的吸收剂，计算吸收剂的用量、吸收塔的高度和塔径。
解：取温度为100°F=310.8K进口甲苯浓度：1m 3气体中含1000mg ，则体积为 10000 10 ；310 .8 A 30.02242.772 10 m ,即浓度为 2772ppm 。
92273 同理可计算出口甲苯浓度为41.6ppm 。
《Air Pollution Control Engineering 》P366 Example10.14 选择 C 14H 30作吸收剂，但本题出口..6o6甲苯浓度过低，分压 41.6 x 10 atm ，小于C 14H 30 100 F 时分压47 x 10 ppm ，因此不能选 择y 甲苯—x 甲苯0.0546。
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A、B——实验确定的经验常数。
3）安托万（Antoine)方程
l gp A B ( t C)
式中：t——温度，º C； A、B、C——实验确定的经验常数。
5 t ( t F 32) 9 t — 摄氏度,C; t F — 华氏度,F .
二、挥发与溶解
1、挥发
2、溶解
部分VOCs在水中的溶解度（25℃）
失眠、烦躁、痴呆、没精神 神经障碍 运动障碍、四肢末端感觉异 末梢神经障碍 常 腹泻、便秘、恶心 消化器官障碍
丁醇、丙酮、烃类
氯苯、200＃溶剂 200＃溶剂、醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲 醛、丙酮 醋酸丁酯、200＃溶剂
出汗异常、手足发冷、易疲 自律神经障碍 劳 皮炎、哮喘、自身免疫病变 免疫系统障碍
结膜发炎
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
B lg p A T
式中：p——与液相平衡的气相蒸气压，mmHg；
T——系统温度，K;
§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
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
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
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。
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
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。
浓度ri 可表示为：
ri y iMi 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；
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
260º C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 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
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 苯、甲苯、乙苯、环己酮 丙酮 甲醛、200＃溶剂、甲苯、二甲苯 症状 影响
族 直链烃 环烃 芳烃 化合物 正戊烷 异乙烷 环己烷 苯 甲苯 乙苯 醇 甲醇、乙醇 正丙醇、异丙醇 乙二醇 丁醇 环己醇 酮 丙酮 丁酮 甲基异丁基酮 醚 酸 二乙醚 二异丁醚 甲酸 乙酸 正丁酸 分子量 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） /% 0.0038 0.00095 0.0055 0.18 0.052 0.020 互溶 互溶 互溶 7.3 4.3 互溶 26 1.7 6.9 1.2 24.5 7.7 0.7
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 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 m i= D V r i (1)
Vm,g ——混合气体的摩尔体积。
联立（1）、（2）式
mi ri DV y i Mi Vm,g
x ipiM i P P RT xpM i i i RT
具体应用见例10-3。
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
喉痛、口干、咳嗽
视觉障碍
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，
3）安托万（Antoine)方程
l gp A B ( t C)
式中：t——温度，º C； A、B、C——实验确定的经验常数。
5 t ( t F 32) 9 t — 摄氏度,C; t F — 华氏度,F .
二、挥发与溶解
1、挥发
2、溶解
部分VOCs在水中的溶解度（25℃）
失眠、烦躁、痴呆、没精神 神经障碍 运动障碍、四肢末端感觉异 末梢神经障碍 常 腹泻、便秘、恶心 消化器官障碍
丁醇、丙酮、烃类
氯苯、200＃溶剂 200＃溶剂、醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲 醛、丙酮 醋酸丁酯、200＃溶剂
出汗异常、手足发冷、易疲 自律神经障碍 劳 皮炎、哮喘、自身免疫病变 免疫系统障碍
结膜发炎
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
B lg p A T
式中：p——与液相平衡的气相蒸气压，mmHg；
T——系统温度，K;
§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
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
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
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。
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
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。
浓度ri 可表示为：
ri y iMi 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；
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
260º C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 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
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 苯、甲苯、乙苯、环己酮 丙酮 甲醛、200＃溶剂、甲苯、二甲苯 症状 影响
族 直链烃 环烃 芳烃 化合物 正戊烷 异乙烷 环己烷 苯 甲苯 乙苯 醇 甲醇、乙醇 正丙醇、异丙醇 乙二醇 丁醇 环己醇 酮 丙酮 丁酮 甲基异丁基酮 醚 酸 二乙醚 二异丁醚 甲酸 乙酸 正丁酸 分子量 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） /% 0.0038 0.00095 0.0055 0.18 0.052 0.020 互溶 互溶 互溶 7.3 4.3 互溶 26 1.7 6.9 1.2 24.5 7.7 0.7
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 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 m i= D V r i (1)
Vm,g ——混合气体的摩尔体积。
联立（1）、（2）式
mi ri DV y i Mi Vm,g
x ipiM i P P RT xpM i i i RT
具体应用见例10-3。
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
喉痛、口干、咳嗽
视觉障碍
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，