实相妙理 - amtb.t所谓染污就是动心,起贪瞋痴慢就被染污了。顺 自己心的起了贪爱,你被贪爱染污了;不顺自己 心的起了瞋恚,你被瞋恚染污了。一定要知道,七情五欲就是染污之相,染污的样子。如果我们
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
• 10.1 蒸气压及蒸发
• 10.2 VOCs污染预防
• 10.3 VOCs污染控制方法和工艺
10.1 蒸气压与蒸发
• 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
• 10.1.1 蒸气压• 空气中 VOCs 的含量低,可视为理想气体,拉乌尔定律
ii i
py x
P
iy-气相中组分i的摩尔分数
-液相中组分i的摩尔分数
-纯组分i的蒸气压
-总压
ix
ip
P
iy-气相中组分i的摩尔分数
-液相中组分i的摩尔分数
-纯组分i的蒸气压
-总压
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ip
P
• 气液平衡:克劳休斯-克拉佩龙( Clausius - Clapyron )方程
lgB
p AT
-平衡蒸气压,mmHg
-系统温度,K
-经验常数
p
T
A B、
-平衡蒸气压,mmHg
-系统温度,K
-经验常数
p
T
A B、
lgB
pAtC
-温度,oC
-经验常数,参见表10-2ABC、、
t
安托万(Antoine)方程lg
BpAtC
-温度,oC
-经验常数,参见表10-2ABC、、
t-温度,oC
-经验常数,参见表10-2ABC、、
t
安托万(Antoine)方程
10.1.2 挥发与溶解
VOCs 排放
10.2 VOCs 污染预防
• 10.2.1 VOCs 控制技术可分为两类•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
•末端治理为主的控制性措施
10.2.2 VOCs 控制技术
10.2.2.1 VOCs 替代
•非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺,
如流化床粉剂涂料和紫外平版印刷术
•石油及石化生产过程:回收利用放空气体
工艺改革
• 泄漏损耗及控制• 充入、呼吸和排空损耗
• 充入、呼吸和排空导致的 VOCs 排放
i im V
m,g
i ii
yM
V
i i i i i i im xpM xpMP
V P RT RT
-组分i的排放量
-排出空气-VOCs混合物中组分i的浓度
im
i
-组分i的排放量
-排出空气-VOCs混合物中组分i的浓度
im
i
-组分i的摩尔质量
-排出空气中VOCs的摩尔分率
-混合气体的摩尔体积
iM
iy
m,gV
-组分i的摩尔质量
-排出空气中VOCs的摩尔分率
-混合气体的摩尔体积
iM
iy
m,gV
• 呼吸损耗
•呼吸损耗-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
•可通过在容器出口附加的蒸气保护阀来控制
• 汽油• 50 余种碳氢化物和其他痕量物质, C8H17
汽油的转移和呼吸损耗
汽油已挥发部分所占的百分比 /%
10.2.3 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。
10.2.3.1 转移损耗控制方法-阶段 1控制
10.2.3.2 转移损耗控制方法-阶段 2控制
10.3 VOCs 控制方法和工艺
• 燃烧法• 吸收(洗涤)法• 冷凝法• 吸附法• 生物法
10.3.1 燃烧法( Combustion )
• 适用于可燃或高温分解的物质
• 不能回收有用物质,但可回收热量• 燃烧反应,如
8 17 2 2 2
6 6 2 2 2
2 2 2 2
CH12.25O 8CO8.5HO
CH7.5O 6CO3HO
HS1.5O SOHO
Q
Q
Q
-燃烧时放出的热量Q-燃烧时放出的热量Q
• Voss 燃烧原理及动力学• 燃烧动力学•单位时间 VOCs减少量
2
VOCsVOCs O
d
dn mc
v k c ct
VOCsVOCs
d
dnc
v kct
氧气浓度远高于VOCs浓度
(10-8)VOCs
VOCs
d
dnc
v kct
氧气浓度远高于VOCs浓度
VOCsVOCs
d
dnc
v kct
氧气浓度远高于VOCs浓度
(10-8)
exp( )E
k ART
多数化学反应,遵循阿累尼乌斯方程
exp( )E
k ART
多数化学反应,遵循阿累尼乌斯方程
VOCs A/s-1
E/4.18kJ·mol-1
k/s-1
538oC 649oC 760oC
丙烯醛丙烯腈丙醇
3.30E+102.13E+121.75E+06
35.952.121.4
6.992580.019462.99528
102.370.96
14.83
841.4720.3452.07
氯丙烷苯
1-丁烯氯苯环己胺
1, 2-二氯乙烷乙烷乙醇
乙基丙稀酸酯乙烯
甲酸乙酯乙硫醇
3.89E+077.43E+213.74E+141.34E+175.13E+124.82E+115.65E+145.37E+112.19E+121.37E+124.39E+115.20E+05
29.195.958.276.647.645.663.648.146.050.844.714.7
0.560340.000110.077600.000310.764670.248510.004110.058690.880940.028040.39562
58.86353
4.930.146.020.09
26.847.510.482.14
27.441.25
11.18170.64
27.2138.59
183.058.41
438.42109.1119.9335.97
407.9924.64
154.04404.29
• 燃烧与爆炸•燃烧极限浓度范围=爆炸极限浓度范围•多种可燃气体与空气混合,爆炸极限范围
1 2
1 0 0m
i
ca b mc c c
- 混 合 气 体 的 爆 炸 极 限
- i组 分 的 爆 炸 极 限
- 各 组 分 的 百 分 含 量
mc
ic
, ,a b m
- 混 合 气 体 的 爆 炸 极 限
- i组 分 的 爆 炸 极 限
- 各 组 分 的 百 分 含 量
mc
ic
, ,a b m
• 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、窑、锅炉
• 温度 1100oC左右
• 火炬燃烧:产生大量有害气体、烟尘和热辐射,应尽量避免
• 热力燃烧( Thermal Combustion)• 适于低浓度废气的净化• 温度低, 540~ 820oC• 必要条件:温度、停留时间、湍流混合
• 热力燃烧
• 催化燃烧( Catalytic Combustion )
具有热回收装置的催化燃烧器
•催化燃烧装置
•催化燃烧•优点:•无火焰燃烧,安全性好
•温度低: 300~ 450oC ,辅助燃料消耗少
•对可燃组分浓度和热值限制少
• 10.3.2 吸收(洗涤)法( Absorption )• 吸收工艺
• 吸收剂的要求
•对被去除的 VOCs 有较大的溶解性
•蒸气压低
•易解吸
•化学稳定性和无毒无害性
•分子量低
• 吸收设备• 主要设计指标
• 液气比• 塔径• 塔高
• 10.3.3 冷凝法( Condensation )• 适于废气体积分数 10-2以上的有机蒸气• 常作为其它方法的前处理
• 冷凝原理• 冷凝温度处于露点和泡点温度之间• 越接近泡点,净化程度越高
0 0l l l0 0g g g
i i i
i i i
f fm
f f
相平衡常数 0 0
l l l0 0g g g
i i i
i i i
f fm
f f
相平衡常数
1 2
1 2
1n
n
y y y
K K K 时,对应的温度为露点
Ki-相平衡常数
露点温度1 2
1 2
1n
n
y y y
K K K 时,对应的温度为露点
Ki-相平衡常数
露点温度
时,对应温度为泡点1 1 2 2 1n nK x K x K x
泡点温度
时,对应温度为泡点1 1 2 2 1n nK x K x K x
泡点温度
冷凝计算
• 压力P,温度 t,进料中i组分的摩尔分率zi,计算液化率f、冷凝后气液组成xi、yi
(1 )i i iF z f F y f F x i组分的物料平衡 (1 )i i iF z f F y f F x i组分的物料平衡
F B D 物料平衡 F B D 物料平衡
/f B F液化率 /f B F液化率
i i iy m x
(1 ) (1 )
(1 ) / (1 )
i ii
i i i
i i ii
i i
z zx
f m f m m f
z z my
f f m m f f
气液平衡关系 代入上式得i i iy m x
(1 ) (1 )
(1 ) / (1 )
i ii
i i i
i i ii
i i
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f f m m f f
气液平衡关系 代入上式得
1 1
1n n
i ii i
x y
由 和上式可得f、xi、yi1 1
1n n
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由 和上式可得f、xi、yi
1 1 1
n n n
c i i i i i ii i i
Q F H z D H y B h x
冷凝热
1 1 1
n n n
c i i i i i ii i i
Q F H z D H y B h x
冷凝热
• 冷凝类型和设备• 接触冷凝
• 被冷凝气体与冷却介质直接接触• 喷射塔、喷淋塔、填料塔、筛板塔
mQ KA t
表面冷凝(间接冷却)
冷凝气体与冷却壁接触
列管式、翅管空冷、淋洒式、螺旋板
传热方程
mQ KA t
表面冷凝(间接冷却)
冷凝气体与冷却壁接触
列管式、翅管空冷、淋洒式、螺旋板
传热方程
• 冷凝系统的设计• 给定脱除效率、出口浓度• 确定冷凝温度
• 冷凝温度 冷凝剂类型• 计算冷凝器的热负荷• 热负荷+热传递系数 冷凝器尺寸
6 8o u t i n , g i n , g7 6 0 1 0 1 0 . 0 1 / 1 1 0P c c
气 液 平 衡出 口 V O C s 分 压 冷 凝 温 度
6 8o u t i n , g i n , g7 6 0 1 0 1 0 . 0 1 / 1 1 0P c c
气 液 平 衡出 口 V O C s 分 压 冷 凝 温 度
• 10.3.4 吸附法( Adsorption )• 吸附工艺
• 活性炭吸附 VOCs 的性能最佳• 亦有部分 VOCs 不易解吸,不宜用活性炭吸附
• 吸附容量•利用波拉尼曲线估算
•多组分吸附•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
•活性炭的吸附热• 物理吸附
•吸附热=凝缩热 +润湿热•估算式
nq ma
-吸附热,kJ/kg炭-吸附蒸气量 ,m3/kg炭-常数,表10-16
qa
,m n
-吸附热,kJ/kg炭-吸附蒸气量 ,m3/kg炭-常数,表10-16
qa
,m n
• 10.3.5 生物法( Biological Oxidation )• 原理
• 微生物将有机成分作为碳源和能源,并将其分解为CO2和 H2O
工艺
生物洗涤塔(悬浮生长系统)
生物滴滤塔
• 生物膜内降解的数学模型• 微元物料平衡
• 费克定律 + 米-门公式
d0
d
Nra
y
2
e 2
d0
d
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y K c
• 液膜内传递的数学模型
• VOCs降解简化模型
2 2
s2 2
( )[1 ]
c y cD r
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0 h2 2 c g
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[CO ] [CO ] [1 exp( )]
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1 1 1m h
m
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( n 1 ,n 0 )1 1
ln ln ( n 1)
( n 0 )
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i
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传 质 模 型 + 生 物 降 解 模 型V O C s降 解 模 型
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传 质 模 型 + 生 物 降 解 模 型V O C s降 解 模 型
传 质 模 型 + 生 物 降 解 模 型V O C s降 解 模 型
生物过滤塔(附着生长系统)
生物法工艺比较
控制装置的基本应用
VOCs 控制工艺的应用
环境和能源因素
VOCs 控制工艺的比较
VOCs 控制的二次污染问题
VOCs 控制工艺的二次污染问题