環(huán)境化學教案 主要內容 緒論 大氣環(huán)境化學 水環(huán)境化學 土壤環(huán)境化學 生物體內污染物質的運動過程及特性 綠色化學及其發(fā)展趨勢 學習本課程目的 了解環(huán)境現(xiàn)狀； 了解造成環(huán)境污染的原因以及防治，特別是 防止 污染的方法； 了解今后化學及其研究的發(fā)展趨勢； 使我們認識到保護環(huán)境，改善環(huán)境和提高人類生存條件的重要性。 第一章 緒 論 第一節(jié) 環(huán)境問題 一、環(huán)境和環(huán)境問題 人類環(huán)境： 社會環(huán)境 自然環(huán)境 環(huán)境污染和環(huán)境問題 環(huán)境污染 ：由于人為因素使環(huán)境的構成或狀態(tài)發(fā)生變化，環(huán)境素質下降，從而擾亂和破壞了生態(tài)系統(tǒng)和人們的正常生活和生產條件。 人們對環(huán)境問題的認識有個發(fā)展過程 ： 污染問題（ 60年代） 對生態(tài)的破壞和資源的枯竭（ 70年代） 環(huán)境是決定地球人類前途和命運的問題（ 80年代） 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略（ 90年代） 環(huán)境問題 ：包括一切形式的環(huán)境惡化或對生物圈的一切不利影響。 環(huán)境問題是 當今世界已面臨的 五個嚴峻問題 之一。 八大公害事件 ： 比利時 馬斯河谷煙霧事件 ; 美國 洛杉磯光化學煙霧事件 ; 美國賓夕法尼亞州的 多諾拉煙霧事件 ; 英國的 倫敦煙霧事件 ; 日本四日市的 哮喘事件 ; 日本富山縣痛痛病事件； 日本熊本縣水俁市水俁事件； 日本北九州市愛知縣米糠油事件。 近 20年的重大公害事件： 切爾諾貝利核電站爆炸 海灣戰(zhàn)爭 科索沃戰(zhàn)爭 二、人類生存面臨的威脅和挑戰(zhàn) 人口爆炸 大氣污染日益嚴重 主要表現(xiàn)為酸雨 (d 不穩(wěn)定狀態(tài) 四、氣團的穩(wěn)定度 第二節(jié) 地球的輻射平衡 一、太陽輻射及大氣對太陽輻射的吸收 太陽的表面溫度大約為 6000K,高溫灼熱氣體以 電磁輻射 的形式放射出能量。 波長 2 m （ 2）顆粒物的來源和化學組成 無機顆粒物和有機顆粒物 ，來源： 天然源：風沙，森林火災，海鹽粒子，火山灰， 人為源：砂石，露天燃燒，直接排放， 二次氣溶膠 ，每年達 全球每年氣溶膠排放量的 5471%。 氣溶膠全球排放量 見表 2 （ 3）顆粒物的危害性 主要表現(xiàn)在： 對人體的影響。大于 5滯留在上呼吸道上，小于 5塵往往附著有害污染物，如 多環(huán)芳烴等，因此其危害性很大。 它具有對光的散射和吸收作用，低能見度。 三、形成大氣污染的條件 需要三個條件 ： 大量污染物排入大氣中； 由于當?shù)貧庀髼l件不利，使污染物在大氣中不能及時擴散稀釋； 由于污染物在大氣中積累和變化，以及有些污染物的相互協(xié)同作用，使污染物的濃度達到有危害的地步。 污染物在遷移轉化過程要受到各種因素的影響，如 ： 空氣機械運動（如風和湍流），由于天氣形勢和地理地勢造成的逆溫現(xiàn)象，污染源本身的特性等等。 污染物在大氣中的擴散取決與三個因素： （ 1）風 可使污染物向下風向擴散。 風的方向、速度等對污染物的擴散有重要影響， 風向決定 著大氣污染物的擴散方向， 風速決定 著大氣污染物的稀釋速度。 （ 2）湍流 湍流可使污染物向各方向擴散。 風在主導風向的左右和上下出現(xiàn)無規(guī)則的擺動，這種無規(guī)則的陳性和擺動就叫作大氣湍流。 （ 3）濃度梯度 可使污染物發(fā)生質量擴散。 煙的形狀一般分為五個類型（ 圖 2 波浪型 ：當風是中度，而空氣處于不穩(wěn)定時，排入大氣的煙其外形特征是呈波浪起伏，上下左右波動很大，污染物沿著主導風向流動擴散很快。 錐型： 風速大，大氣又處于中性穩(wěn)定時，煙氣沿主導風向流動擴散的同時，兼有上下、左右擴散、沿著風向愈擴愈大，污染物也很容易擴散。 扇型： 在風力微弱，大氣又穩(wěn)定時，煙氣水平擴散，這種煙可以高濃度地傳送很遠，可能造成該地區(qū)的嚴重污染。 熏煙型 ：當煙囪以上大氣層處于狀態(tài)，煙囪以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，易在下風處地面造成嚴重污染。 屋脊型 ：不會出現(xiàn)污染 2. 地形和地物的影響 不利的天氣形勢和地形特征結合在一起?？墒鼓骋坏貐^(qū)的污染程度大大加重。丘陵和山谷盆地，污染物難于擴散，容易形成污染物濃度高的污染區(qū)。 (圖 2 城市里和工廠周圍的高大建筑物對煙氣的上升和擴散也有很大影響。 城市風：城市（熱島）中的暖空氣與郊外的冷空氣之間形成的環(huán)流現(xiàn)象。 在這種環(huán)流作用下 : （ 1）城市內排放的煙塵等污染物易聚積在城市的上空，形成煙幕，導致市區(qū)大氣污染加劇。 （ 2）如果城市四郊都有工廠，則“城市風”的作用會加重市區(qū)的污染。 3. “城市風”的作用 四、溫室氣體和溫室效應 能吸收長波的主要有 700850， 11001400較弱 12001630 溫室效應 : 大氣中的 能量截留于大氣之中，從而使大氣溫度升高。 能夠引起溫室效應的氣體 表 2。 思考題（ 3） 1. 起 么叫溫室效應和溫室氣體？ 2. 大氣中有哪些重要的碳氫化合物？它們的最大危害是什么？ 3. 為什么含氯氟烴類化合物會破壞臭氧層？試寫出重要的化學反應式。 4. 什么是大氣的三模態(tài)？顆粒物的主要危害是什么？ 5. 形成大氣污染的三個條件是什么？影響污染物在大氣中的擴散三個因素是什么？如何從煙的形狀判斷空氣污染的可能性？試舉例說明。 第五節(jié) 大氣光化學反應 一、光化學反應基礎 1. 光化學定律 格魯塞斯 (德雷伯 (出 光化學第一定律 。 0/I)=c l 或 0/I)=cl 0/I)為該氣體的吸收率。 1921年，愛因斯坦提出了 光化學第二定律 。 光量子能量 : E= 光量子波長 c 光速 h 普朗克常數(shù) 2. 光化學的次級過程和量子產率 光化學的起始反應是： A+ * 次級過程是 指在初級過程中反應物、生成物之間進一步發(fā)生的反應。 光化學過程： 光解（離）過程 A*B 1+ 直接反應 A*+BC 1+ 光物理過程： 輻射躍遷 A*A + 熒光、磷光） 無輻射躍遷 A* +MA + M 碰撞失活 初級量子產率 ： i=i/i0 i 初級 過程所產生的激發(fā)態(tài)分子數(shù)目（單位體積 單位時間） 吸收的光子數(shù)目（單位體積 單位時間） 對于光化學過程，一般有兩種量子產率： 初級量子產率（ ） 總量子產率（ ） 僅表示初級過程的相對效率 (1) 表示包括初級過程和 次級過程 在內的總的效率 (可大于 1，甚至遠大于 1) 例如， 生 鏈式反應 。 3. 光化學反應速率與日照強度的關系 對于一般光解初始反應： A+ * C c = dC/ / R=/dt=kA=cI a 由 0A 則 R=kA=cI 0A k= cI 0 (圖 2 二、污染大氣中重要的光化學反應 一般氣體分子化學鍵的鍵能大于 因此 在紅外光區(qū) ，波長大于 700光子能量 E 光量子是不能引起光化學反應。 在太陽光的紫外區(qū) ，光量子能量大于 415kJ/因此，大氣層中的 939.4 kJ/127 、 493.8 kJ/243 特別是平流層中的 290相當 401.2 kJ/ 的光近乎完全吸收。 低層大氣中的污染物主要吸收 300700相當于 398170 kJ/的光線。 1. 在低層大氣中它可以吸收波長小于 420 420 O 這是低層大氣中最重要的光化學反應。 高活性氧 O： O+MO 3 當吸收的光波長為 300380量子產率 1 ， 380 迅速下降，當 420 =0， 即 2. 紫外線強烈輻射下： 2O O+ O 3 50下的光都能吸收 : 850 O 2+O 當 320都是激發(fā)態(tài)， 00 =1， 300 逐漸下降。 的離解能為 565kJ/這相當于波長為 218 240330 *（ 11 340400 *（ 3 4. 硝酸和烷基硝酸酯的光解 20335 O 2+ O 2+ 若有 + O 2+ H H + +M 2H 22 5. 亞硝酸和烷基亞硝酸酯 00400 200400200400 它們是僅次于 6. 醛的光解 能為 它能吸收240360 + H 360 2 320 + H + O 2 因此， 醛的光解是大氣 由基的主要來源 。 7. 過氧化物的光解 在 300700 O + RO 因此， 第六節(jié) 光化學煙霧 一、光化學煙霧現(xiàn)象 污染源排入大氣的碳氫化合物（ 和氮氧化物（ 等一次污染物在陽光照射下發(fā)生光化學反應而生成一些氧化性很強的 醛類、 一次污染物和二次污染物的混合物所形成的煙霧現(xiàn)象 機理圖） 碳氫化合物 主要通過與大氣中由氧化氮光化學反應生產的原子氧（ O）、 臭氧（ 以及 2自由基氧化。如： O+ 烯烴 R + O + 等 碳氫化合物氧化 產生： R、 O， 與 R 等 + ， ) )O + 結果是 + + 酮 + 醇 光化學煙霧的形成條件 是大氣中存在足夠濃度的 時要在足夠強的光照下。 光化學煙霧形成的反應機制可概括為 12個反應 。 二、光化學煙霧的化學特征 光化學煙霧一般發(fā)生在大氣溫度較低，氣溫為2432 日變化曲線 ）。 圖 2 。 （ 1） （ 2） 碳氫化合物的氧化消耗； （ 3） 光解導致 醛等的生成。 這就是光化學煙霧形成過程的基本化學特征。 其中關鍵的反應是： （ 1） 3的生成； （ 2） 和 等； （ 3） 和 等促進了 供了更多的生成 有機化合物的反應活性順序為 ： 有內雙鍵的烯烴二烷基或三烷基芳烴和外雙鍵烯烴乙烯單烷基芳烴 6以上烷烴 5烷烴 三、光化學煙霧的危害 主要表現(xiàn)為： 1. 對人體健康的影響 對人眼睛的刺激作用。對眼睛刺激的污染物主要是 醛、自由基及過氧化物。 00倍 ,過氧苯基硝酸鹽（ 眼的刺激作用比 00倍。 2. 對植物的損害 光化學煙霧對植物的影響非常敏感，往往植物受害現(xiàn)象是人體健康受到影響的先兆，植物損害情況一般是判斷光化學污染程度最敏感的指標之一。 光化學煙霧對植物影響的污染物主要是 3與烯烴的反應物和乙烯。 3. 降低大氣能見度 形成的光化學煙霧氣溶膠， m， 與可見光波長相一致。 4. 其它危害 加速橡膠制品的老化、龜裂，建筑物、衣服等腐蝕，家禽患病，還可使太陽光的紫外輻射減少50%以上。 四、光化學煙霧的預防與控制 1. 控制碳氫化合物、氮氧化物的排放 2. 采取其它措施，如在大氣中散發(fā)控制自由基形成的阻化劑，以清除自由基，使鏈式反應終止。 ( 2O 第七節(jié) 酸沉降化學 酸雨問題 或其他形式的大氣降水，稱為酸雨。 1. 我國的酸雨情況 降水年平均 水平均 南及東南沿海一帶。 我國酸雨的主要致酸物質是硫化物（屬于煙煤型）。 大氣中酸性物質主要通過濕沉降過程遷移到地表面。 2. 酸雨的形成 （ 1）酸性污染物的排放及其轉化 對酸雨有貢獻的物質主要有： 圖 2 氣相氧化 液相氧化 氣液轉化 大氣中有機酸 主要是由碳氫化合物在大氣中轉化而來的。如乙醛氧化反應： +2O 2H 3+ + + 2 如在美國，有機酸對降水自由酸度的貢獻率為 16%35%；而在偏遠地區(qū)，貢獻高達 60%以上。我國南方城市或工業(yè)區(qū)雨水中 有機酸濃度亦不低 (表 2， 但對自由酸貢獻很小。 （ 2）降水的酸化過程 大氣中的 表 2和其它 堿性物質 （如：飛灰中的氧化鈣、土壤中的碳酸鈣等） ,顆粒物對酸性降水起 “ 緩沖作用 ” (圖 2 酸雨的形成過程包括雨除和沖刷 (圖 2 云內清除 ：在云內，云滴相互碰并或與 氣溶膠粒子 碰并，同時吸收大氣中酸性氣體污染物，在云內部發(fā)生化學反應。 云下清除或沖刷 ：在雨滴下落過程中，雨滴沖刷著所經過空氣中的酸性氣體污染物和氣溶膠，在雨滴內部發(fā)生化學反應。 （ 3）降水的化學組成 大氣中固定氣體成分： 無機物：土壤礦物質離子 硅酸鹽，海洋鹽類離子 +、 體轉化產物 -、 +,人為排放的 有機物：有機酸、醛類、烷烴、烯烴和芳烴。 光化學反應物： 不溶物 降水中最重要的離子是 H+。 3. 酸雨的危害 （ 1）對土壤生態(tài)的危害 表現(xiàn)在兩方面：使土壤中的鈣、鎂、鉀等養(yǎng)份被淋溶，導致土壤日益酸化、貧瘠化；酸化的土壤影響微生物的活性。 （ 2）對水生生態(tài)的危害 地表水的酸化：影響飲用水； 影響魚類的生長繁殖。 （ 3）對植物的危害 （ 4）對建筑材料和古跡的影響 思考題（ 4） 大氣中有哪些重要的吸光物質？其吸光特征是什么？ 說明光化學煙霧現(xiàn)象，光化學煙霧形成的條件和基本化學特征是什么？ 光化學煙霧有什么危害？ 對酸雨有貢獻的物質主要有那些？它們是如何形成的？ 酸雨的危害性如何？ 臭氧層存在于對流層上面的平流層中，主要分布在距地面 1050度峰值在2025圖 2 從 1985年英國科學家 臭氧洞 ” ，每年春季，南極上空大氣中的臭氧都消失 40%50%。 第八節(jié) 大氣污染物對平流層臭氧的影響 (1) 210 290 O (2)存在一個奇氧反應 : 2 這就是 除氟氯烴對 引起臭氧損耗的重要污染源。 破壞臭氧層的原理有 ： （ 1）含氯氟烴在平流層的光解、分解而釋放出氯原子 85 227 + 、含氯氟烴類對臭氧層的破壞 （ 2）含氯氟類與 O(1D) O(1D)+ 3的損耗反應： 3 2 2 總反應： O 2O 2 1個 05個 1. 含氮化合物 在平流層中 2 23 + 它們破壞 3 + 2 總反應 2O 2 二、含氮化合物、甲烷、二氧化碳對平流層臭氧的影響 2. 甲烷 （ 1）甲烷氧化對臭氧層的影響 在對流層和低平流層，通過 3 。 （ 2）甲烷與含氯化合物作用對臭氧層的影響 在平流層會發(fā)生： 來自 + ） + 2O 在 3540 3. 二氧化碳 主要通過間接作用而影響 九節(jié) 大氣污染的防治對策 采用 環(huán)境污染綜合防治技術 ，環(huán)境污染綜合防治應遵循以下原則： 技術和經濟相結合； 防與治相合，以防為主，就是我們強調的清潔生產； 人工治理與天然凈化結合； 發(fā)展生產和保護環(huán)境相結合。 因此： 1. 全面規(guī)劃，合理布局 2. 要嚴格環(huán)境管理 3. 控制污染物排放量 改革生產工藝；嚴格生產工藝操作； 合理利用能源，改革能源構成，清潔能源的開發(fā)和利用； 建立綜合性工業(yè)基地 4. 控制環(huán)境污染的經濟政策 保證必要的環(huán)境保護設施的投資； 對治理環(huán)境污染從經濟上給予鼓勵； 把排污收費的制度和行政、法律制裁措施具體化。 5. 高煙囪擴散稀釋 采用高煙囪擴散的方法防止 6. 綠化造林 7. 安裝廢氣凈化裝置 凈化方法和技術主要有： 熱力燃燒法；催化燃燒法；吸附法； 吸收法。 一、工業(yè)廢氣的熱力燃燒法 有二大類：有機物，主要是 機物，主要是 機物可通過燃燒： 2+ 燃燒方法主要有二種 ：催化燃燒法 直接燃燒法 借助輔助燃料的燃燒，給有機廢氣提供熱量，使可燃的有害物達到著火溫度而得到迅速氧化（燃燒）成無害的 這叫 熱力（直接）燃燒法 。 1. 燃燒過程 包括：混合階段； 誘導階段； 燃燒階段； 焰后反應階段。 2. 著火溫度及 爆炸濃度極限 （ 1）著火溫度 可燃物的 著火溫度（ 見表 2 (一 )燃燒原理及有關概念 （ 2）爆炸濃度極限 爆炸濃度極限 ：可燃物的燃燒極限范圍。 有下限和上限兩個數(shù)值 常把廢氣中可燃組分的濃度用爆炸下限濃度的百分比表示： %甲烷 ，其下限濃度為 V)， 即為 100% 當濃度為 V)時，為 100%20% 每 1%把自身溫度提高 。 例： 1000身溫度可提高多少？ 1000 1000/10 6 100%=V) 100%升溫 t = (二 )熱力燃燒法的原理 熱力燃燒的條件 (三 ,即： 反應溫度 ( 760820C 湍流混合 (駐留時間 ( “ 三 是相互關聯(lián)的。 駐留時間 : (S) V燃燒室體積（ 廢氣與高溫燃氣在標準狀態(tài)下的體積流量（ h） T燃燒室反應溫度 ( ) 總停留時間在 秒范圍內，而工程設計一般取 燃燒爐工程設計上，反應溫度一般取 760 （三）選擇或設計燃燒爐時需要考慮的一些因素 1. 對廢氣源基本情況要有所了解 廢氣成分 廢氣中 其它雜質，廢氣排放量，溫度等 2. 輔助燃料的選定 輔助燃料的主要有天然氣、城市煤氣、發(fā)生爐煤氣。 3. 燃燒器的選定 燃燒器一般可分為： 配焰燃燒器 系統(tǒng) 離焰燃燒器 系統(tǒng) 有些情況是不適宜用的： 廢氣缺氧，要進空氣助燃時，或廢氣含氧量低于 16%時，不適用； 廢氣含有焦油、顆粒物質等； 不適用于燃燒油料。 （四）工藝流程的選定 工藝流程一般有兩種類型： 不回收熱量的流程 有熱回收裝置的流程 1. 不回收熱量的流程 特點： 簡單，設備投資省，操作簡便，但燃料消 耗大。 2. 有 熱回收裝置的流程 內部利用 外部利用 例 ： 若處理 1000標米 3的廢氣，溫度為 20 。燃燒后的氣體在 800 以上，潛在可利用的能量為： 1000 00 20) 42494 如果能回收 55%的能量，可使 1000 t =(242494 (1000 20 =449 這樣，可節(jié)省輔助燃料 55%。 還可可向外輸出作為低溫熱源。 （五）利用鍋爐燃燒室進行熱力燃燒 大多數(shù)鍋爐或加熱爐的燃燒室溫度都可超過 1000 ，停留時間在 S， 對廢氣的燃燒凈化是很合適的。 其優(yōu)點： 不需要大量的設備投資，不需額外的操作費用； 鍋爐起到供蒸汽與凈化廢氣的雙重作用，一舉兩得； 如果廢氣有較大熱值，還可以節(jié)約鍋爐燃料。 其缺點 ： 如果廢氣流量過大，鍋爐所耗燃料將增加，壓力降也增加； 為了凈化廢氣，無論蒸汽需用情況如何，鍋爐總是要連續(xù)地燃燒著； 廢氣可能會腐蝕、污染鍋爐的燃燒器、管子，而增加維護費用； 一般應用幾臺鍋爐，其中一臺備用。 思考題（ 5） 用反應式表示。 氟氯烷烴的破壞 用反應式表示。 工業(yè)廢氣凈化方法和技術主要有幾類？ 燃燒過程包括哪些？ 了解爆炸極限范圍的含義，可燃物的濃度落在不同范圍內將會發(fā)生什么情況？ 熱力燃燒的 “ 三 是什么？ 燃燒器一般可分為哪二大類？各有什么特點？ 二、催化凈化法 （一） 工業(yè)排放的有機廢氣 催化凈化 1. 催化凈化法概述 催化凈化法 是在催化劑的作用下，使有害的有機物和 2 +2 +2O N 2 2 反應溫度較低，一般在 200400 ,能耗相對較低。 催化凈化工藝，主要在下面幾個行業(yè)中得到廣泛應用： 噴烘漆行業(yè)，包括 漆包線 生產行業(yè)，主要處理三苯廢氣和苯酚等； 乙烯、異丙苯氧化、苯酐生產行業(yè)； 樹酯生產：甲苯、二甲苯、苯及酚類； 印刷、制鞋、制革、制藥、食品加工行業(yè)； 合成橡膠生產； 汽車排氣處理。 國內催化劑的研發(fā)情況 ： 2+控氮能力達到 90%以上。 2O+. 催化凈化法的特點 反應溫度低，能源消耗少 與熱力燃燒法相比較的結果： 催化燃燒 熱力燃燒 溫度 200400 600900 例如：若每小時處理 1000氣中含有甲苯的濃度為 2000廢氣溫度 20 熱力燃燒 催化燃燒 加熱升溫： 20 800 20 300 需能耗： 285度電 102度電 催化燃燒法的能耗一般僅是熱力燃燒的 1/3左右。 對于催化燃燒來說 ：燃燒 2000如無散熱情況 : 2000/10 6 100%=V) 100%使體系升溫 235 ： 35 如果用來預熱廢氣可使廢氣達到 : t = 1000 35 1000 20 =0= 凈化率高，無二次污染 停留時間短，設備體積小 而熱力燃燒一般 能在貧氧條件下正常運轉 安全可靠 適合于處理低濃度、多成分的有機廢氣。 其不足之處 ： 不適用于直接處理含有大量塵粒、霧滴的廢氣； 不適用于處理燃燒后能產生塵粒的有機廢氣； 不適用于處理含有使 （二）工業(yè)排放的 1. 催化轉化法凈化 催化還原，回收 S 催化氧化：液相催化氧化 氣相催化氧化 制 1） 催化還原法 C、硫：如 2H 2O+3S 2O +化劑有 對后一反應，一般還伴隨著對 在 度為 530 以上時，有： O O 2 O 1/2N 2+對于高濃度 化還原法的一種比較實用流程是將 2S， 再以取硫磺。 23/2S 2+2 2）液相催化氧化法 22+2H 2硫酸再與石灰石反應制石膏，叫 濕法脫硫 。 （ 3）氣相催化氧化法 H 2化劑為 操作溫度一般控制在400600 。 叫 干法脫硫 。 2. 催化還原法凈化 可分為 選擇性還原 非選擇性還原 非選擇性催化還原法 通常選用 天然氣、 合成氨釋放氣）、 催化裂化干氣和汽化石腦油等。它們和 第一步： 第二步： N 2 a) 氫作還原劑 主反應： H 2O+2+1/2H 2O O H 2O+1/2 副反應： + +2b) 甲烷作還原劑 主反應： O 2+2O 2+2N 2+ 2+ 副反應： 5+8 非選擇性催化還原法一般 采用 t/ 各種還原劑在 還原劑 O 煤油 石腦油 丁烷 丙烷 甲烷 起燃溫度 ( ) 140 140 360 360 380 400 450 其 工藝流程 有兩種類型：一段流程 二段流程 選擇性催化還原法 一般用 8N 2+12N 2+6反應： 6N 2O+9N 2O+3N 2+6N 2O+6 其工藝流程 ： 與非選擇性催化還原法相比，有下列特點： a) 由于不與氧反應，避免了還原劑的無謂消耗，并大大減少了反應熱； b) 催化劑選擇的余地大，除 可用 8209型和 75 c) 還原劑 燃溫度也較低，一般在 220 左右。 (三 ) 催化凈化工業(yè)有機廢氣及脫嗅工藝 工藝流程 兩種情況： 不回收熱量的流程； 回收熱量的流程。 廢氣濃度： 210g/催化床層溫升控制在50150 。 催化燃燒法處理有機廢氣主要由預處理、預熱室、催化反應和熱量回收系統(tǒng) . 對于低濃度廢氣，為了降低能耗，目前發(fā)展了幾種新的工藝： （ 1） 回轉式吸附濃縮工藝 對于大風量連續(xù)排放的廢氣處理較合適。 特點：具有阻力損失小，安全性高，濃縮比大，操作簡單，運行功耗低等優(yōu)點。 回轉式吸附濃縮設備的核心是回轉式吸附床，該設備可分為吸附區(qū)、脫附區(qū)、冷卻區(qū)三部分。 （ 2） 流向變換催化工藝 與傳統(tǒng)的設備相比的優(yōu)點： 1)在一個固定床反應器中把化學反應和蓄熱熱交換結合起來，大大提高了熱能的利用率； 2)固定床熱容量大，固相比表面積大，氣流與固定床能很快地進行熱交換，適用間歇排放； 3)處理低濃度廢氣也能實現(xiàn)自熱催化燃燒； 4)反應器具有自適應性； 5)對高濃度的廢氣也適用。 (四 ) 工業(yè)廢氣凈化催化反應器的選擇 (1) 對反應器的要求 反應器的設計要以所采用的催化劑性能為依據(jù)。 物理性能有 ：催化劑的形狀 顆粒度 堆密度 化學性能有 ：轉化率 空速（包括接觸時間） 下限反應溫度，上限反應溫度及最宜反應溫度。 反應器的結構應以充分發(fā)揮催化劑的性能為目標 ： 催化劑布局合理，裝填均勻，使催化床各處的阻力相同； 床層壓降能滿足系統(tǒng)要求，盡可能使反應器的阻力降小。 氣體在催化床層內分布均勻，能使整個催化劑都能發(fā)揮作用； 物料在進入催化床之前要混合均勻； 提供可靠的催化劑活化條件和再生條件； 對正常運轉條件下催化劑的逐漸失活，設計上要考慮補償。 （ 2）反應器的結構類型 反應器可分為 ：固定床、流動床 固定床：優(yōu)點：催化劑不易磨損而可長期使用。 缺點：床溫分布不均勻（存在溫度梯度）。 固定床催化反應器的類型一般可分為： 1)單層絕熱反應器 2)多段絕熱反應器 3)列管式反應器 (3) 氣體分配器 最普通的是一套 同心喇叭圈 , 氣體分配程度依賴于： 喇叭口的角度； 喇叭的身長； 喇叭圈的個數(shù)。 (4) 反應器的設計依據(jù)舉例 例如：某電工材料廠漆包線干燥爐排氣中含有可燃物總量（以二甲苯計） 810g/排氣溫度 120 ，用催化燃燒法凈化，氣體排放量 500m3/h， 采用顆粒型主要參數(shù) ：起燃溫度 250 ，最佳使用溫度 400 ，在此反應溫度下的接觸時間 催化劑堆密度為 床層厚度 10=1， 催化劑的 ，廢氣的平均熱容 。 求：需催化劑多少公斤？反應器床層截面積？不回收熱量時，起動時的預熱耗電功率為多少？ 計算： ( ) 500 (273+400)/(273+120)=856m3/h （ 3600） 856/1=催化劑重量 W=1000= S=H= 預熱包括催化劑和廢氣二部分 T=(250=2461氣體 =p T=500 (273+20)/(273+120) (25015226總 =15226+2461860=考題（ 6） 什么叫催化凈化法？有哪些特點？ 非選擇性催化還原法與選擇性催化還原法有什么不同？非選擇性催化還原 對低濃度的有機廢氣一般采用哪二種凈化工藝？ 要了解催化反應器設計的一些工藝參數(shù)的計算。 三、氣態(tài)污染物的吸附和吸收凈化法 (一 )吸附凈化法 吸附法 就是某些多孔性固體在自己表面上有選擇地聚集流體混合物中的某些組分，如：水份、有機溶劑的蒸汽、惡臭和其他有害氣相雜質，從而達到凈化氣體的目的。 催化燃燒和熱力燃燒法相比， 主要優(yōu)點 在于設備投資小，對低濃度的廢氣凈化率高，還可以回收有價值的有機物。 1. 基本概念 吸附現(xiàn)象 就是當氣體或液體與某些固體接觸時，由于固體表面的性質與體相的性質不同，它的表面原子處于力的不平衡狀態(tài)，具有捕捉與其相接觸的流體中某些分子的能力（吸附力），使某些氣體或液體分子聚集在固體表面上，導致它們在固體表面上的濃度高于表面之外的濃度。 吸附類型 ： 物理吸附 化學吸附 吸附過程一般 包括以下幾個步驟 : 外擴散 內擴散 吸附 脫附 內擴散 外擴散 2. 常用的吸附劑及其性質 通常應滿足下列 5個條件： 必須具有豐富的內表面和孔隙率； 具有良好的吸附選擇性； 吸附能力強，吸附容量大； 要具有良好的再生能力和耐磨能力； 要來源廣泛，成本低廉。 工業(yè)上常用的吸附劑有： 活性炭： 活性炭是由各種含碳物質，如煤、木質材料、石油焦等經 高溫碳化 后，再用水蒸汽或熱空氣進行 活化處理 而成。 活性炭的特點：具有豐富的細孔結構和巨大的比表面積。因此，它的吸附量很大。 活性炭的物性參數(shù) 它的吸附特性一般有以下幾方面 ： 容易吸附臨界溫度及沸點較高的物質； 容易吸附分子鏈較長的物質； 有利于低溫下進行吸附； 相對來說，蒸汽壓較大的物質容易被吸附。 活性炭的缺點 ： 它的可燃性和高溫被氧化。 纖維活性炭 硅膠 化學組成 2 2 親水性是硅膠的特性。 分子篩 分子篩的組成： m(x( 常用的有：氫型絲光沸石、氫型皂沸石、脫鋁絲光沸石、 分子篩與其他吸附劑相比較的顯著優(yōu)點： 具有高的吸附選擇性； 分子篩的孔徑大小整齊均勻，分子篩又是一種離子型吸附劑。 具有很強的吸附能力； 分子篩可以適用于絕熱情況下，以及在 較高溫度的場合使用 。 不足之處： 對水氣的吸附能力也較強。 除了上述三種重要的吸附劑外，還有硅藻土、氧化鋁等吸附劑，但在實際應用中，吸附劑的選擇主要取決于污染物本身的性質。一般用活性炭來吸附和回收有機溶劑，也是吸附凈化低濃度的膠和分子篩用來吸附 例子 （ 1）吸附凈化低濃度 采用 活性炭 吸附煙氣中的 回收 存在物理吸附，也存在化學吸附，在氧和水蒸汽存在的條件下： 物理吸附過程有： O 2* 2* 2O* 化學吸附過程： 22* 2H 2 總反應方程式： 2O+1/2H 2 2）吸附凈化 采用 分子篩 處理硝酸尾氣。可將 15003000） 100 10回收的硝酸量可達工廠生產量的 如用絲光沸石， 用 H+代替 得到氫型絲光沸石。平均孔徑 ，比表面積 5001000g。 32O 2+2 2 水分子直徑為 ， 極性強，比 此使用水蒸氣可將沸石孔道內表面上的 3. 吸附流程及主要設備 （ 1）固定床間歇吸附 固定床吸附器是工業(yè)上用得最多的，大多為園柱形立式設備。 吸附裝置的流程 ：非再生型或取出再生型 再生型 非再生型（或取出再生型） 代表性流程 有兩種。 蒸汽或熱空氣再生型 采用多塔并聯(lián)輪換進行吸附和再生操作。 典型的多塔吸附有 三塔吸附 。 固定床吸附設備的優(yōu)點是：結構簡單，造價低，吸附劑磨損少。 缺點是：間歇操作，再生時不能處理廢氣，操作必須不斷地周期更換或切換，比較麻煩。 （ 2）移動床吸附 “ 超吸附塔 ” ，專門用來分離低分子 特點 ：吸附和脫附連續(xù)不斷地進行，生產能力高，分離效果好。 應用于從過程氣流中除去 吸附劑用果核制成的活性炭，硬度大，不易磨損。 4. 化學吸附在氣體凈化技術上的 應用 吸附與化學反應相結合將會提高吸附劑的吸附效率和吸附速率，并增大吸附容量。 如對氨、硫醇、光氣的吸附，吸附劑需要浸漬改性。 浸漬物有時起催化作用，有時起化學作用。 5. 吸附劑的再生處理 吸附劑的再生方法一般有以下幾種： 蒸汽、煙道氣或惰性氣體吹脫法 a) 當有機物總分子容積在 80190分子，可以采用水蒸汽在 100150 進行吹脫； b) 對于難于回收或無回收價值的污染物，則可采用 150 左右的煙道氣解吸。 熱力再生法