1、第第10章章 挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制v教学内容教学内容v1蒸汽压与蒸发蒸汽压与蒸发v2VOCs污染预防污染预防v3燃烧法控制燃烧法控制VOCs污染污染v4洗涤法控制洗涤法控制VOCs污染污染v5冷凝法控制冷凝法控制VOCs污染污染v6吸附法控制吸附法控制VOCs污染污染v7生物法控制生物法控制VOCs污染污染第第10章章 挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制v1、教学要求、教学要求v要求了解要求了解VOCs性质和来源，理解和掌握性质和来源，理解和掌握VOCs污染的污染的控制措施，包括燃烧法控制控制措施，包括燃烧法控制VOCs、洗涤法控制、洗涤法控制VOCs、冷凝法控制冷凝
2、法控制VOCs、吸附法控制、吸附法控制VO Cs、生物法控制、生物法控制VOCs污染。污染。v2、教学重点、教学重点v本章重点介绍各种本章重点介绍各种VOCs污染控制。污染控制。v3、教学难点、教学难点v冷凝法控制冷凝法控制VOCs污染，生物法控制污染，生物法控制VOCs污染污染1蒸气压与蒸发蒸气压与蒸发v一、蒸气压一、蒸气压v蒸气压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据蒸气压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据v温度越高，蒸气压越大温度越高，蒸气压越大一、蒸气压一、蒸气压v空气中空气中VOCs的含量低，可视为理想气体，拉乌尔定律的含量低，可视为理想气体，拉乌尔定律iiipyxPiy
3、气相中组分气相中组分i的摩尔分数的摩尔分数液相中组分液相中组分i的摩尔分数的摩尔分数纯组分纯组分i的蒸气压的蒸气压总压总压ixipPiy气相中组分气相中组分i的摩尔分数的摩尔分数液相中组分液相中组分i的摩尔分数的摩尔分数纯组分纯组分i的蒸气压的蒸气压总压总压ixipP一、蒸气压一、蒸气压v气液平衡：克劳休斯克拉佩龙（气液平衡：克劳休斯克拉佩龙（ClausiusClapyron）方程方程lgBpAT平衡蒸气压，平衡蒸气压，mmHg系统温度，系统温度，K经验常数经验常数pTAB、平衡蒸气压，平衡蒸气压，mmHg系统温度，系统温度，K经验常数经验常数pTAB、lgBpAtC温度，温度，oC经验常数，
4、参见表经验常数，参见表10-2ABC、tv安托万（安托万（Antoine）方程方程lgBpAtC温度，温度，oC经验常数，参见表经验常数，参见表10-2ABC、t温度，温度，oC经验常数，参见表经验常数，参见表10-2ABC、tv安托万（安托万（Antoine）方程方程二、挥发与溶解二、挥发与溶解2 VOCs污染预污染预防防VOCs排放排放2 VOCs污染预防污染预防vVOCs控制技术可分为两类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替换原材料改变运行条件改变运行条件更换设备等更换设备等末端治理为主的控制性措施VOCs控制技术控制技术一一、VOCs替代替代二、工艺改革二、工艺改革非
5、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：回收利用放空气体三、泄漏损耗及控制三、泄漏损耗及控制v充入、呼吸和排空损耗充入、呼吸和排空损耗充入、呼吸和排空损耗充入、呼吸和排空损耗v充入、呼吸和排空导致的充入、呼吸和排空导致的VOCs排放排放iimV m,giiiy MViiiiiiimx p Mx p MPVPRTRT组分组分i的排放量的排放量排出空气排出空气-VOCs混合物中组分混合物中组分i的浓度的浓度imi组分组分i的排放量的排放量排出空气排出空气-VOCs混合物中组分混合物中组分i的浓度的浓度imi组分组分i的摩尔质量的摩尔质量排出空气中排出空
6、气中VOCs的摩尔分率的摩尔分率混合气体的摩尔体积混合气体的摩尔体积iMiym,gV组分组分i的摩尔质量的摩尔质量排出空气中排出空气中VOCs的摩尔分率的摩尔分率混合气体的摩尔体积混合气体的摩尔体积iMiym,gV充入、呼吸和排空损耗充入、呼吸和排空损耗v呼吸损耗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的转移和呼吸损耗汽油的转移和呼吸损耗v汽油汽油50余种碳氢化物和其他痕量物质，C8H17汽油已挥发部分所占的百分比汽油已挥发部分所占的百分比/%汽油的转移和呼吸损耗汽油的转移和呼吸损耗转移损耗控制方法转移损耗控
7、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。转移损耗控制方法阶段转移损耗控制方法阶段1控制控制转移损耗控制方法阶段转移损耗控制方法阶段2控制控制3 VOCs控制方法和工艺控制方法和工艺v燃烧法燃烧法v吸收（洗涤）法吸收（洗涤）法v冷凝法冷凝法v吸附法吸附法v生物法生物法燃烧法（燃烧法（Combustion）v适用于可燃或高温分解的物质适用于可燃或高温分解的
8、物质v不能回收有用物质，但可回收热量不能回收有用物质，但可回收热量v燃烧反应，如燃烧反应，如817222662222222C H12.25O8CO8.5H OC H7.5O6CO3H OH S 1.5OSOH OQQQ燃烧时放出的热量燃烧时放出的热量Q燃烧时放出的热量燃烧时放出的热量Q一一、VOCs燃烧原理及动力学燃烧原理及动力学v燃烧动力学燃烧动力学单位时间VOCs减少量2VOCsVOCsOddnmcvk cctVOCsVOCsddncvkct 氧气浓度远高于VOCs浓度(10-8)VOCsVOCsddncvkct 氧气浓度远高于VOCs浓度VOCsVOCsddncvkct 氧气浓度远高于V
9、OCs浓度(10-8)exp()EkART多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程exp()EkART多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程VOCs燃烧原理及动力学燃烧原理及动力学VOCsA/s-1E/4.18kJmol-1 k/s-1538oC649oC 760oC丙烯醛丙烯腈丙醇3.30E+102.13E+121.75E+0635.952.121.46.992580.019462.99528102.370.9614.83841.4720.3452.07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
10、+124.82E+115.65E+145.37E+112.19E+121.37E+124.39E+115.20E+0529.195.958.276.647.645.663.648.146.050.844.714.70.560340.000110.077600.000310.764670.248510.004110.058690.880940.028040.3956258.863534.930.146.020.0926.847.510.482.1427.441.2511.18170.6427.2138.59183.058.41438.42109.1119.9335.97407.9924.6415
11、4.04404.29VOCs燃烧原理及动力学燃烧原理及动力学例：试计算燃烧温度分别为例：试计算燃烧温度分别为538、649和和760oC时，去除废气中时，去除废气中99.9%的苯所需的时间。的苯所需的时间。解：假设燃烧反应为一级，即解：假设燃烧反应为一级，即n=l，对式（，对式（10-8）积分，得）积分，得 当当T=5380C时，由表时，由表10-8，得，得k=0.00011/s，代入式（，代入式（10-9），得），得 同理可求得同理可求得T=649、7600C时所需的燃烧时间分别为时所需的燃烧时间分别为49s、0.2s。00exp()Ck ttC（10-9）00exp()Ck ttC（10-
12、9）0111lnln62800s17.4h0.000110.001CtkCVOCs燃烧原理及动力学燃烧原理及动力学v燃烧与爆炸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12100micabmccc混合气体的爆炸极限混合气体的爆炸极限i组分的爆炸极限组分的爆炸极限各组分的百分含量各组分的百分含量mcic,a b m混合气体的爆炸极限混合气体的爆炸极限i组分的爆炸极限组分的爆炸极限各组分的百分含量各组分的百分含量mcic,a b m二、燃烧工艺二、燃烧工艺v直接燃烧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
13、烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射，应尽量避免二、燃烧工艺二、燃烧工艺v热力燃烧（热力燃烧（Thermal Combustion)适于低浓度废气的净化温度低，540820oC必要条件：温度、停留时间、湍流混合二、燃烧工艺二、燃烧工艺v热力燃烧热力燃烧二、燃烧工艺二、燃烧工艺v催化燃烧（催化燃烧（Catalytic Combustion）二、燃烧工艺二、燃烧工艺具有热回收装置的催化燃烧器具有热回收装置的催化燃烧器v催化燃烧装置催化燃烧装置二、燃烧工艺二、燃烧工艺v催化燃烧催化燃烧优点：无火焰燃烧，安全性好无火焰燃烧，安全性好温度低：温度低：300450oC，辅助燃料消耗少，辅助燃料消耗少对可燃组
14、分浓度和热值限制少对可燃组分浓度和热值限制少二、燃烧工艺二、燃烧工艺4吸收（洗涤）法控制吸收（洗涤）法控制VOCS污染污染v一、吸收工艺及吸收剂一、吸收工艺及吸收剂一、吸收工艺及吸收剂一、吸收工艺及吸收剂v吸收剂的要求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二、吸收设备二、吸收设备v主要设计指标主要设计指标液气比塔径塔高5冷凝法控制冷凝法控制VOCS污染污染v适于废气体积分数适于废气体积分数10-2以上的有机蒸气以上的有机蒸气v常作为其它方法的前处理常作为其它方法的前处理一、冷凝原理一、冷凝原理v冷凝温度处于露点和泡点温度之间冷凝温度处于露点和泡
15、点温度之间v越接近泡点，净化程度越高越接近泡点，净化程度越高00lll00gggiiiiiiffmffv相平衡常数相平衡常数00lll00gggiiiiiiffmffv相平衡常数相平衡常数12121nnyyyKKK时，对应的温度为露点Ki相平衡常数v露点温度露点温度12121nnyyyKKK时，对应的温度为露点Ki相平衡常数v露点温度露点温度时，对应温度为泡点1 1221nnK xK xK xv泡点温度泡点温度时，对应温度为泡点1 1221nnK xK xK xv泡点温度泡点温度冷凝计算冷凝计算v压力压力P，温度，温度t，进料中，进料中i组分的摩尔分率组分的摩尔分率zi，计算液化率计算液化率f
16、、冷凝后气液组成冷凝后气液组成xi、yi(1)iiiF zf F yf F xi组分的物料平衡(1)iiiF zf F yf F xi组分的物料平衡FBD物料平衡FBD物料平衡/fB F液化率/fB F液化率iiiym x(1)(1)(1)/(1)iiiiiiiiiiiizzxf mfmm fzz myffmmff气液平衡关系代入上式得iiiym x(1)(1)(1)/(1)iiiiiiiiiiiizzxf mfmm fzz myffmmff气液平衡关系代入上式得111nniiiixy由和上式可得f、xi、yi111nniiiixy由和上式可得f、xi、yi111nnnciiiiiiiiiQF
17、H zDH yBh x冷凝热111nnnciiiiiiiiiQFH zDH yBh x冷凝热二、冷凝类型和设备二、冷凝类型和设备v接触冷凝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mQKA tv表面冷凝（间接冷却）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mQKA tv表面冷凝（间接冷却）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冷凝系统的设计v给定脱除效率、出口浓度给定脱除效率、出口浓度v确定冷凝温度确定冷凝温度v冷凝温度冷凝温度 冷凝剂类型冷凝剂类型v计算冷凝器的热负荷计算冷凝
18、器的热负荷v热负荷热传递系数热负荷热传递系数 冷凝器尺寸冷凝器尺寸68outin,gin,g7601010.01/110Pcc气液平衡气液平衡出口VOCs分压冷凝温度68outin,gin,g7601010.01/110Pcc气液平衡气液平衡出口VOCs分压冷凝温度6吸附法控制吸附法控制VOCS污染污染v一一、吸附工艺吸附工艺一、吸附工艺一、吸附工艺v活性炭吸附活性炭吸附VOCs的性能最佳的性能最佳v亦有部分亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附不易解吸，不宜用活性炭吸附v二、吸附容量二、吸附容量利用波拉尼曲线估算v三、多组分吸附三、多组分吸附过程各组分均等吸附于各组分均等吸附于活性炭上活
19、性炭上挥发性强的物质被挥发性强的物质被弱的物质取代弱的物质取代四、活性炭的吸附热四、活性炭的吸附热v物理吸附物理吸附吸附热凝缩热+润湿热估算式nqma吸附热，吸附热，kJ/kg炭炭吸附蒸气量吸附蒸气量,m3/kg炭炭常数，表常数，表10-16qa,m n吸附热，吸附热，kJ/kg炭炭吸附蒸气量吸附蒸气量,m3/kg炭炭常数，表常数，表10-16qa,m n7生物法控制生物法控制VOCS污染污染v一、生物法控制一、生物法控制VOCS污染原理污染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二、生物法处理VOCS工艺v 工艺工艺生物洗涤塔（悬浮生长系统）生物洗涤塔（悬浮生长系统）生
20、物滴滤塔生物滴滤塔生物滴滤塔生物滴滤塔v生物膜内降解的数学模型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d0dNray2e2d0dcacDyKc生物滴滤塔生物滴滤塔v液膜内传递的数学模型液膜内传递的数学模型vVOCs降解简化模型降解简化模型22s22()1cycDryz0hggh0h22cghexpCO CO 1exp()iiifLk K WzccQJKfLk K WzR cQJK生物过滤塔（附着生长系统）生物过滤塔（附着生长系统）111mhmmh (n 1,n0)11lnln (n 1)(n0)nnniiibK KznnvbK zvbK zvK传质模型生物降解模型VOCs降解模型1
21、11mhmmh (n 1,n0)11lnln (n 1)(n0)nnniiibK KznnvbK zvbK zvK传质模型生物降解模型VOCs降解模型传质模型生物降解模型VOCs降解模型生物过滤塔生物过滤塔三、生物法工艺比较三、生物法工艺比较第第10章章 挥发性有机物污染控制小结挥发性有机物污染控制小结v1.要求了解要求了解VOCs性质和来源，性质和来源，v2.理解和掌握理解和掌握VOCs污染的控制措施污染的控制措施v燃烧法控制燃烧法控制VOCs的原理的原理v洗涤法控制洗涤法控制VOCs的原理的原理v冷凝法控制冷凝法控制VOCs的原理的原理v吸附法控制吸附法控制VO Cs的原理的原理v生物法控制生物法控制VOCs污染的原理污染的原理v习题习题：2、4、8
