《化工环境工程概论》课件 第四章.doc

第四章 化工废气污染控制授课方式：讲课教学目标：使学生了解环境、环境科学、环境保护的相关概念，及当前世界环境问题的严峻形势，进而明确环境保护的重大意义。教学重点：1 环境与环境科学的定义、研究目的、对像及任务等； 2 当前世界环境的主要问题及其发展前景。教学难点：环境污染及其对人体的危害。教学时数：2学时授课内容：第一节 化工废气的来源、分类及特点（35分钟）一、化工废气的来源（5分钟）从各种化工及其有关过程中排放的含有污染物质的气体，统称为化工废气。概括起来，化工废气来源主要有以下几个方面：副反应和化学反应进行不完全所产生的废气。产品加工和使用过程中产生的废气，以及搬运、破碎、筛分及包装过程中产生的粉尘等。生产技术路线及设备陈旧落后，造成反应不完全，生产过程中不稳定，从而产生的分灰尘等。开停车或因操作失误，指挥不当，管理不善造成废气的排放。化工生产中排放的某些气体，在光或雨的作用下发生化学反应，也能产生有害气体。二、化工废气的分类（10分钟）按照所含污染物性质的不同，化工废气可分为三类：第一类为含有无机污染物的化工废气，废气含有SO2、H2S、CO等无机物，主要来自氮肥、磷肥、无机酸、无机盐等制造业；第二类为有机废气，废气中含有苯系物、酚、醛、醇等，主要来自有机原料及合成材料、农药、染料、涂料等行业；第三类为既含无机物与含有有机物的废气，大部分石油炼制和石油化工排放的废气属于这一类。三、化工废气的特点（5分钟）1、种类繁多：由于化学工业行业比较多，加上每一种行业所用的化工原料千差万别，造成化工废气种类繁多。2、组成复杂、具有一定毒性：化工废气中常含有多种复杂的有毒成分，有些还具有“三致”特性（致畸，致癌，致突变）和恶臭。3、污染物浓度高：由于设备陈旧、管理不善、操作水平差等原因，都可能导致原料流失严重，致使废气中污染物浓度过高。4、污染面广、危害性大：我国有6000多个化工企业，其中以中、小型占绝大多数，他们一般都工艺落后、设备力量薄弱，以赚钱为主要目标，能源原料消耗高而治理却很少。5、废气污染物难以治理：化工和石化废气组成复杂，污染物浓度变化大，难以治理。四、化工废气主要污染物目前对环境和人类产生危害的大气污染物约有100种左右。在化工行业中，具有普遍性的污染物有颗粒大气污染物主要可以分为两类，即天然污染物和人为污染物，引起公害的往往是人为污染物，它们主要来源于燃料燃烧和大规模的工矿企业。具有普遍性的污染物有颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、碳氢化合物等。下面介绍几种主要的大气污染物的性质、来源及其危害：1颗粒物颗粒物是指除气体之外的包含于大气中的物质，包含各种各样的固体、液体和气溶胶，其粒范围约为0. 002100m。若按粒子的粒径大小分，可分为总悬浮颗粒物，飘尘和降尘；若按来源和物理性质分，可分为粉尘、烟、飞灰、黑烟和雾。l 总悬浮颗粒物(TSP)：是飘浮在大气中的各种粒子的总称，绝大多数是粒径在100m以下的微小固体颗粒和液粒，是目前大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。主要来源于燃料燃烧时产生的烟尘、生产过程中粉尘以及气态污染物经过复杂物理化学反应在空气中生成的盐类颗粒等。l 降尘：一般指粒径大于10m的粒子，在自身的重力作用会很快沉降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度的指标之一。l 飘尘：能在大气中长期飘浮的悬浮物质称为飘尘。其粒径主要是小于10m的微粒。由于飘尘粒径小，质量轻，能被人直接吸入呼吸道内造成危害；又由于它能在大气中长期飘浮，易将污染物带到很远的地方，导致污染范围扩大，同时在大气中还可以为化学反应提供反应载体。因此，飘尘是从事环境科学工作者所注目的研究对象之一。l 粉尘(dust)：粉尘系指悬浮于气体介质中的小固体粒子，能因重力作用发生沉降。粉尘的粒径范围一般为1200m左右。l 烟(fume)：烟一般指由冶金过程中形成的固体粒子的气溶胶，烟的粒子尺寸很小，一般为0.011m左右。l 飞灰(fly ash)：飞灰是指燃料燃烧产生的烟气飞出的分散较细的灰分。l 黑烟(smoke)：黑烟一般指由燃料产生的能见气溶胶。l 雾（fog)：雾是气体中液滴悬浮体的总称。在工程中，雾一般泛指小液体粒子。2硫化物硫常以二氧化硫和硫化氢的形式进入大气。其中会对环境造成影响的主要硫氧化物，主要是二氧化硫和三氧化硫，也包括三氧化二硫，一氧化硫等。大气中的硫主要有人为排放和天然排放两种主要来源。其中天然2/3的硫来自天然源。其中以细菌活动产生的硫化氢最为主要，硫化氢又会进一步被氧化为SO2；人为源产生的硫氧化物主要是有燃烧含有硫的煤和石油等燃料产生的，此外金属冶炼厂、硫酸厂等也排放相当数量的硫氧化物气体。一般1吨煤中含硫5-50Kg，1吨石油中含硫5-30Kg。主要危害有以下几点：SO2和飘尘具有协同效应，结合起来危害更大；二氧化硫在空气中易被氧化成三氧化硫，遇水蒸汽时形成硫酸雾，导致呼吸道抵抗力减弱，引起上呼吸道发生感染产疾患；SO2是形成酸雨的主要因素；SO2形成的硫酸盐在大气中稳定性好，能飘移至1000km以外，造成区域性污染；在太阳紫外线的照射下，会发生光化学反应，生成SO3和硫酸雾，降低大气能见度。氮氧化物： 是氮的氧化物的总称，包括氧化亚氮，一氧化氮，二氧化氮，三氧化二氮等。 3氮氧化物氮氧化物主要是一氧化氮、二氧化氮，还有一氧化二氮、三氧化二氮、四氧化二氮和五氧化二氮等，造成大气污染的主要是前二者。大气中的氮氧化物主要也有人为排放和天然排放两种主要来源。天然排放的NOx主要来自土壤和海洋中有机物的分解，属于自然界的氮循环过程。认为排放的NOx主要来自重油、汽油、煤炭、天然气等矿物燃料在高温条件下的燃烧。此外生产和使用硝酸的工厂也排放一定数量的氮氧化物。高浓度的氮氧化物呈棕黄色，当含大量氮氧化物的气体排出时，看上去象一条黄龙腾空，故也有人称之为“黄龙”。 氮氧化物对环境的损害作用极大：对人体的损害：一氧化氮会使人的中枢神经受损，引起痉挛和麻痹；二氧化氮是一种刺激性气体，其毒性是一氧化氮的4-5倍，可直接进入肺部，削弱肺功能，损害肺组织，二氧化氮被吸收后变为硝酸与血红蛋白结合变性血红蛋白，可降低血液输送氧气的能力，同时对心、肝、肾和造血器官也有影响；NOx是形成酸雨的主要物质之一；是形成光化学烟雾的重要物质；能与臭氧反应生成NO2和O2，是臭氧浓度降低，导致臭氧层的耗损。碳氢化合物： 是以碳元素和氢元素形成的化合物，如甲烷、乙烷等烃类气体。4碳氢化合物 碳氢化合物包括脂肪族烃、脂环烃、芳香烃。脂肪族烃包括烷、烯、炔烃，在常温下随碳原子多少而呈气态、液态和固态。大气中的碳氢化合物大部分来源于植物的分解，认为排放主要是由广泛应用石油和天然气燃料的不充分燃烧造成的。因此，炼油厂、石油化工厂、以油(气)为燃料的电厂或工业锅炉、汽油机车、柴油机车等是碳氢化合物的重要污染源。碳氢化合物是形成光化学烟雾的主要成分；多环芳烃中有不少物质被认为是致癌物质，经研究和动物试验表明，这些物质中3，4-苯并芘是强致癌物质。5碳氧化合物碳的氧化物： 主要包括一氧化碳和二氧化碳。一氧化碳(CO)是无色、无臭的有毒气体。其化学性质稳定，可以在大气中停留较长时间。CO在一定条件下，可以转变为CO2，然而其转变速率很低。一般城市空气中的CO水平对植物及有关的微生物均无害，但对人类则有害，因为它能与血红蛋白作用生成羧基血红素。实验证明，一氧化碳与血红蛋白的结合能力比氧与血红蛋白的结合能力大200300倍，因此，它能使血液携带氧的能力降低而引起缺氧。CO主要是由含碳物质不完全燃烧产生的，天然源较少。二氧化碳(CO2)是一种无毒的气体，对人体无显著危害作用。在大气污染问题中，CO2所以引起人们的普遍关注，原因在于它能引起全球性环境的演变：如使全球气温逐渐升高，生态系统和气候发生变化等。CO2的人为源主要是矿物燃料的燃烧过程。6含卤素化合物大气中以气态存在的含卤素化合物大致可分为以下三类：卤代烃，其它含氯化合物、氟化物。(1) 卤代烃：大气中卤代烃包括卤代脂肪烃和卤代芳烃。卤代烃的主要人为源如三氯甲烷(CHCl3)、二氯乙烷(CH3CHCl2)、四氯化碳(CCl4)、氯乙烯(C2H3Cl)、氯氟甲烷(CFM)等是重要的化学溶剂，也是有机合成工业的重要原料和中间体。在生产和使用过程中因挥发而进入大气。海洋也排放相当的三氯甲烷。 (2) 其他含氯化合物：大气中含氯的无机物主要是氯气(C12)和氯化氢(HCl)。氯气(Cl2)主要由化工厂、塑料厂、自来水净化厂等产生，火山活动也排放一定量的Cl2。氯化氢主要来自盐酸制造、废水焚烧等。氯化氢在空气中可形成盐酸雾；除硫酸和硝酸外，盐酸也是构成酸雨的成分。(3) 含氟废气：主要是指含HF和SiF4的废气。主要来源于炼铝工业、钢铁工业以及黄磷、磷肥和氟塑料生产等化工过程。氟化氢对人的呼吸器官和眼结膜有强烈的刺激性，长期吸入低浓度的HF会引起慢性中毒。目前在氟污染地区氟对人体健康的危害通常以植物为中间介质，即植物吸收大气中氟并在体内积累，然后通过食物链进入人体产生危害，最典型的是引起牙齿酸蚀的“斑釉齿症”和使骨骼中钙的代谢紊乱的“氟沉着症”。五、化工废气中主要污染物的影响（15分钟）大气中的污染物对环境和人体都会产生很大的影响，可以通过各种途径降到水体、土壤和作物中影响环境，并通过呼吸、皮肤、食物、饮用水等进入人体，对人体的健康和生态环境造成直接的近期或远期的危害。六、大气污染物的治理技术各种生产过程中产生的空气污染物，按其存在状态可分为两大类：其一是气溶胶态污染物，如粉尘、烟尘、雾滴等颗粒状污染物；其二是气态污染物，如SO2、NOx、CO等分子态污染物。前者可利用其质量较大的特点，通过外力的作用，将其分离出来，通常称为除尘；后者则要利用污染物的物理性质和化学性质，通过采用冷凝、吸收、吸附、燃烧、催化等方法进行处理。第二节 除尘技术（40分钟）一、粉尘的特性（20分钟）粉尘本身固有的各种物理、化学性质叫做粉尘特性。粉尘具有许多不同的特性，与防尘方法关系最密切的有颗粒尺寸和密度，此外还有比电阻率、粘附性、粒子形状、亲水性、腐蚀性、磨损性、爆炸性、毒性等等。1粒子大小粉尘的颗粒大小不同，不但对人体和环境的危害不同，而且对粉尘的吸捕方法以及除尘器的除尘机理和性能都有很大影响，所以，粒径是粉尘的最基本特性之一。粉尘的粒径是表征粉尘颗粒大小的代表性尺寸。对球形尘粒来说，是指它的直径。实际的尘粒大多是不规则的，一般也用“粒径”来衡量其大小，然而此时的尘粒只能根据赋予的定义用某一个有代表性的尺寸作为它的粒径。同一粉尘按不同定义所得的粒径，不但数值不同，应用场合也不一样。因此，在使用粉尘粒径时，必须了解所采用的粒径含义。在选取粒径测定方法时，除需考虑方法本身的精度、操作难易及费用等因素外，还应特别注意测定的目的和应用场合。几种常用的粉尘粒径：有投影粒径（用显微镜法直接观测时测得的粒径为投影粒径。根据定义不同，分为定向粒径、定向面积等分粒径和投影圆等值粒径）；斯托克斯粒径（指与被测尘粒密度相同、沉降速度相同的球形粒子直径）；空气动力粒径（指与被测尘粒在空气中的沉降速度相同、密度为1g/cm3的球形粒子直径）。斯托克斯粒径和空气动力粒径是除尘技术中应用最多的两种粒径。粉尘经常是由大小不同的粒子所组成，为了表示出其中各种粒径粒子的多少，通常以各种粒径的粒子在全部粒子中的分级分率来说明，粉尘的粒径分布(也称粒径的频率分布)叫做分散度，可用分级分布曲线表示，分级分布曲线是表示每种粒径的粒子占全部粒子总数的分率f与其粒子的粒径x之间的关系，即f曲线，又称为频率分布曲线。另外，粒子的组成情况也可以用积分分布曲线的形式表示，他反映大于某粒径的尘粒占全部尘粒的分率R与此粒径x之间的关系，即R曲线。又称为累积分布曲线。见图4-2。粉尘的分散度高，即表示小粒径粉尘占的比例大，反之则小。粉尘的分散度不同，对人体的危害以及除尘机理和所采取的除尘方式也不同。因此，掌握粉尘的分散度是评价粉尘危害程度，评价除尘器性能和选择除尘器的基本条件。2尘粒的密度尘粒的密度对于重力除尘及离心除尘等装置的性能有很大影响。尘粒的密度有视密度和真密度之分。自然堆积状态下单位体积粉尘的质量称为视密度或堆积密度(或称容积密度)（堆积密度是指包括粉尘粒子内部空隙和粉体粒子之间气体空间在内的粉体密度，用符号b表示），它与粉尘的贮运设备和除尘器灰斗容积的设计有密切关系；密实状态下单位体积粉尘的质量称为真密度（粉尘的真密度是指将吸附在粉尘粒子凹凸表面、内部空隙以及粒子之间的空气排除以后测得颗粒自身的密度，用符号p表示），它对机械类除尘器(如重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器)的工作和效率具有较大的影响。例如，对于粒径大、真密度大的粉尘可以选用重力沉降室或旋风除尘器，而对于真密度小的粉尘，即使粒径较大也不宜采用这种类型的除尘器。粉尘的视密度比真密度要小得多，粉尘间隙的体积占总体积的分率成为空隙率（）（是指粉尘之间的空隙体积与包含空隙和粉体在内的总体积之比）。空隙率大则视密度小，视密度与真密度相差越大，粉尘也越容易飞扬。b=（1-）p可见，对同一种粉尘而言，bp。如硅酸盐水泥尘（0.791m），其p3.12 kg/cm3，b1.50 kg/cm3；煤燃烧产生的飞灰粒子（0.75.6m），其p2.20 kg/cm3，b1.07 kg/cm3。对一定种类的粉尘，p为定值，而b则随而变化。值与粉尘种类、粒径、充填方式等因素有关。粉尘越细，吸附的空气就越多，则值愈大；在挤压或振动过程中充填，值减小。3尘粒的电阻率粉尘的电阻率对电除尘器和过滤除尘装置的效率有很大的影响，最有利的电捕集范围为10421010cm。当粉尘的比电阻不利于电除尘器捕尘时，需要采取措施来调节粉尘的比电阻，使其处于适合电捕集的范围。改变尘粒电阻率的常用方法有：调节温度：一般温度越高则电阻越大；加入水分：如采取喷雾增湿，加湿后尘粒导电率增加而电阻率降低；添加化学药品：添加化学药品可调节尘粒电阻，如在烟气中加入导电添加剂三氧化硫，可降低粉尘的电阻。二、除尘效率及压力损失（10分钟）从含尘气流中将粉尘分离出来并加以捕集的装置称为除尘装置或除尘器。除尘装置的主要性能是用除尘效率和压力损失来表示。除尘器效率是评价除尘器性能的重要指标之一。含尘气体通过除尘器时所捕集的粉尘量占进入除尘器的粉尘总量的百分数称为除尘器全效率，以表示。它是指除尘器从气流中捕集粉尘的能力，常用除尘器总除尘效率，分级除尘效率、通过率等表示。1总除尘效率的计算（1）根据除尘器进口、出口管道内烟气的流量和烟尘浓度计算已知气体进除尘装置时的含尘流量为s1（g/s），气体含尘浓度为c1（g/m3），除尘装置出口的含尘流量为s2（g/s），气体含尘浓度为c2（g/m3），则除尘器除尘总效率（eta艾塔）为：如果除尘器进口处的气体流量为Q1（m3/s），出口处的气体流量为Q2（m3/s），则除尘器除尘总效率也可表示为： 若除尘器完全密闭，稳态等温操作，则进出除尘器的气体量不变，即Q1Q2时，则上式可变为：（2）根据除尘器进口或出口管道内烟气流量、烟尘浓度和除尘器灰斗收集的尘量计算 式中：Mc除尘器灰斗收集的尘量，kg/h。（3）两级除尘时总效率的计算采用二级除尘时，其总效率可按下式计算： 式中：1、2分别为第一级、第二级除尘器的除尘效率，%应当注意，两个型号相同的除尘器串联运行时，由于它们处理粉尘的粒径不同，1和2是不相同的。2分级除尘效率的计算总除尘效率是除尘器在一定运行工况下对某种特性粉尘的总捕集效果。但是，对粒径分布不同的粉尘和同一特性粉尘中不同粒径的粒子，除尘器的具有不同的除尘效率。例如有的旋风除尘器处理40m以上的粉尘时，效率接近100%，处理5m以下的粉尘时，效率会下降到40%左右。因此，只给出除尘器的全效率对工程设计是没有意义的，必须同时说明试验粉尘的真密度和粒径分布或该除尘器的应用场合。要正确评价除尘器的除尘效果，必须按粒径标定除尘器效率，这种效率称为分级效率，用i表示，i表示粒径的大小。一般粒径越大，则去除越容易，分级率越高；而粒径越小，捕集越困难，分级除尘效率也越低。（1）根据除尘器的进口烟尘和除尘器收尘中某一粒级的频率密度来计算式中：分级效率，%；fc，fi除尘器灰斗收入尘和进口尘某一级的频率密度，%。（2）根据除尘器的进、出口烟尘某一粒级的频率密度来计算 式中：f0除尘器出口尘的某一级的频率密度。（3）分级效率的表示方法： 式中：d粒径，m；和m为由实验确定的系数，分级效率i随和m值的增大而提高。（3）透过率P。一些除尘器的除尘效率非常高，可达99以上，总效率的变化难以判断除尘效果及排放对环境效应的影响，有时用从除尘器中逃逸的粉尘质量与进入的粉尘质量之比的质量分数，即透过率P来表示： (423)如两台除尘器的除尘效率分别为99.9和99.0，则前者P0.1，后者P1.0，后者的透过率为前者的10倍。（4）除尘器串联运行的除尘总效率。设1，2，n分别为第1，2，n级除尘器的除尘效率，则n级除尘器串联后的总除尘效率为： (424)3除尘效率与处理烟气量的关系此外，每一种形式的除尘装置，都有一个标准的处理气体量QH，高于或低于此值都会影响除尘效率；气体的含尘浓度对于除尘效率也有影响。各种形式的除尘器都具有各自的特点，为了发挥不同类型除尘器的优点，实际上常常采用组合的方式，将低效率的除尘装置放在前面高效率的除尘装置放在后面。如将几台同类型的除尘装置串联使用，则总除尘效率可用下式计算： 总1（1i）n式中：总总除尘效率；1第一级装置的除尘效率；2从第一级装置排出的粉尘，在第二级装置内的除尘效率；n除尘装置的个数。4压力损失除尘器压力损失是指除尘器气体进出口压强差，单位Pa，即指含尘气体通过除尘器的阻力，为除尘器的重要性能之一，其值当然越小越好。压力损失的来源有：气体的黏滞性、器壁的粗糙度、气体在除尘器内流动时产生的涡流等。其计算多由经验和半经验式来确定： W2.7310-5QP式中：W耗电量，kWh；Q气体流量，m3/h；P压力损失，Pa。三、各种尘粒爆炸浓度的下限（10分钟）某些尘粒在气体中达到一定的浓度就可能引起爆炸。对于一定的物质来说，颗粒越小，则表面积越大，那么表面能也就越大。由于粉尘具有这么高的表面能，同大块的物料相比，它就很容易发生物理变化或化学变化将其能量释放出来。所以，这些平时看起来微不足道的细小粉尘一遇适宜的条件，与空气充分混合，遇火后，它就会迅速地发生激烈的燃烧反应，在瞬间放出巨大的能量，这样一个令人惧怕的事面粉爆炸也就随之发生。不光是面粉，凡是易燃烧的粉尘如可可、软木、木材、轻橡胶、皮革、塑料，以及几乎所有的有机化合物和各种无机材料如硫、铁、镁、钴等的粉尘，如果这些粉尘在空气中达到一定的浓度时，只要一遇到明火，即使是星星之火，也会引起一场轩然大波发生剧烈的爆炸，而且有时这些细尘的爆炸也决不亚于炸弹的破坏作用。四、除尘装置1除尘装置的分类除尘器按照除尘的主要机理，习惯上可分为以下四类。（1）机械式除尘器：它是在质量力(重力、惯性力、离心力)的作用下，使粉尘与气流分离沉降的装置，通常分为三类：重力除尘器（重力沉降室）、惯性力除尘器（惯性分离器）、离心力除尘器（旋风除尘器）。其中最简单、廉价、易于操作维修的便是重力沉降室。重力沉降室是利用重力沉降作用使粉尘从气流中分离的装置，如图4-1所示，图中L、H、B分别为沉降室的长、高、宽。当含尘气流进入后，由于流通面积扩大，流速下降，尘粒借本身重力作用以沉降速度vs向底部缓慢沉降，同时以气流在沉降室内的水平速度vo继续向前运动。如果气流通过沉降室的时间大于或等于尘粒从顶部沉降到底部所需的时间，则具有沉降速度为vs的尘粒能够全部沉降。重力沉降室一般能捕集4050m以上而不宜捕集20m以下的尘粒，它的除尘效率低，一般仅为40-70，且设备庞大。但压力损失小，p50150Pa，且结构简单，投资少，使用方便，维护管理容易，适用于颗粒粗、净化密度大、磨损强的粉尘。一般作为多级净化系统的预处理。惯性除尘器是利用惯性力作用使粉尘从气流中分离的装置，其工作原理是以惯性分离为主，同时还有重力和离心力的作用。惯性除尘器一般分为回转式和碰撞式两类，阻挡物用档板、槽形条等，其结构示意图见图42。图中，(a)和(c) 分别为回转式和百叶窗式，其原理都是因含尘气流发生回转，尘粒靠惯性力作用后直接进入下部灰斗中。(b)和(d)均为碰撞式，当粉尘借惯性力撞击到挡板上后，惯性力消失，尘粒依靠重力作用落入灰斗。含尘气流的流速越高，方向转变角度越大，转弯次数越多，惯性除尘器的除尘效率越高。但流动阻力也相应增大，一般为3001000Pa。由于气流转弯次数有限，并且考虑压力损失不宜过高，一般除尘效率不高。如果采用湿式惯性除尘器，即在挡板上淋水形成水膜，可以提高除尘效率。惯性除尘器适用于非粘结性和非纤维性粉尘的去除，以免堵塞。宜用于净化密度和颗粒直径较大的金属或矿物粉尘。常用于除尘系统的第一级，捕集1020m以上的粗尘粒。另一种设备是旋风除尘，旋风除尘器是利用旋转气流的离心力使粉尘从含尘气流中分离的装置。旋风除尘器的结构简单，运行方便，效率适中(8090)，阻力约1000Pa左右，适于净化密度较大、粒度较粗（10m）的非纤维性粉尘，应用最为广泛，在多级除尘系统中作为前级预除尘。旋风除尘器一般由筒体和锥体，进气管和排气管及密封灰斗组成，结构如图47所示。由进气口切向进入的含尘气流沿筒体内壁从上向下做旋转运动，到达锥体底部的回流区后转而向上，在中心区旋转上升，最后经排气管向外排出。一般将沿外圈向下旋转的气流称为外旋流，而将中心旋转向上的气流称为内旋流，两者的旋转方向相同。由于实际气体具有粘性，外旋流是旋转向下的准自由涡流，同时有向心的径向运动；内旋流是旋转向上的强制涡流，同时有离心的径向运动。旋转气流中的尘粒依靠离心力向外移动，达到筒体内壁后在气流和重力的共同作用下，沿壁面落入灰斗。旋风除尘器设备简单、占地小、效率高、适合处理较高浓度烟气，但是压力损失大、不适于腐蚀性气体。（2）湿式（洗涤式）除尘器：在除尘设备内水通过喷嘴喷成雾状，当含尘烟气通过雾状空间时，因尘粒与液滴之间的碰撞、拦截和凝聚作用，尘粒随液滴降落下来。这种除尘设备构造简单、阻力较小、操作方便。其突出的优点是除尘设备内设有很小的缝隙和孔口，可以处理含尘浓度较高的烟气而不会导致堵塞。又因为它喷淋的液滴较粗，所以不需要雾状喷嘴，这样运行更可靠，喷琳式除尘设备可以使用循环水，直至洗液中颗粒物质达到相当高的程度为止，从而大大简化了水处理设施。这种除尘设备除尘效率高、不受温度湿度限制，它的缺点是设备体积比较庞大，需用水量比较多，有污水二次污染，。也称湿式洗涤器，包括各种喷雾洗涤器、旋风水膜除尘器和文丘里洗涤器等。（3）电除尘器：静电分离是利用静电力，使粉尘从气体中分离而得到净化的方法，可用于分离0.11.0m之间的低速粒子。粒子的静电分离有两种形式：一种是自身带电粒子在捕尘体上发生的电力沉降，如粉尘粒子在机械加工、粉碎、筛分、输送等过程常带上电荷，当粉尘与捕尘体双方所带电荷相反，其强度足以使粒子离开其流动路线时，则有可能使它被附近的捕尘体吸引捕获。这种分离方式主要发生在洗涤器和过滤式除尘器中，液体雾化过程及滤料常带有电荷。但是，粒子或捕尘体自身所带电荷是有限的。另一种则是含尘气流通过电晕放电的高压电场时，颗粒荷电，从而在电场力（库仑力）作用下，使荷电粒子在集尘电极上发生的电力沉降。这种分离方式主要用于电力除尘器，其除尘机理如图43所示。静电分离是在针状电极和平板状电极(圆筒形)之间通过较高的直流电压，使之产生电场和发生电晕放电。针状电极称为放电电极，又称电晕电极，为负极；接地的平板状电极称为集尘极，为正极。在电场的作用下，运动的自由电子在两极之间形成了微弱电流。电压越高，电场强度越大，电晕极附近自由电子的运动速度越快。高速运动的自由电子撞击中性气体分子使之电离，产生大量正、负离子和自由电子，使极间电流(电晕电流)急剧增大，在电晕极附近发生电晕放电，形成了电晕区。正离子与针状电极立即中和消失。负离子和自由电子受电场力的作用向集尘电极移动，移动时与粉尘粒子碰撞接触而结合在一起，使尘粒荷电。带负电荷的粉尘在电场力的驱动下向集尘极转移，最后附着在集尘极上而与气流分离。电除尘有干法清灰和湿法清灰两种型式。其特点是除尘效率高(特别是湿法清灰)，压力损失小，能耗低，但消耗钢材多（电除尘设备的主体结构是钢结构，全部由型钢焊接而成），投资高。适用于处理低浓度气体。（4）过滤式除尘器：它是利用含尘气流体通过多孔滤料层或网眼物体进行分离的装置，包括颗粒层过滤器等、袋式过滤器。这类除尘器的特点是除尘效率很高，袋式除尘器的效率可高达99.9以上，但流动阻力也很大，能耗高。过滤式除尘器中最常用的袋式滤尘器，对直径1m颗粒的去除率多接近100，它使含尘气体，通过悬挂在袋室上部的织物过滤袋而被除去，这种方法效率高，操作方便，适应于含尘浓度低的气体；其缺点是维修费高，不耐高温高湿气流。以上是按除尘器的主要除尘机理进行分类，但在实际的除尘器中，为了提高除尘效率，往往采用多种除尘机理。此外，还按除尘器是否用水而分为干式除尘器与湿式除尘器两类。此外，还有一类叫做声波除尘器，高频声压波会引起颗粒强烈振动、碰撞并结合在一起，波除尘器可用于沉降室或旋风分离器中以加速液体或固体颗粒的分离。3除尘装置的选择和组合作为除尘器的性能指标，通常有下列六项：含尘气体的处理量、除尘效率、压力损失、设备投资及运行费用、占地面积及设备可靠性和使用寿命等。前三者属于技术性指标，后三项属于经济指标。设计或选用除尘器时，要综合这些指标，但是不可能使每一项都达到。在选择除尘器时，要根据气体污染源的具体要求来选择除尘方案和除尘装置。根据含尘气体的特性，可以从以下几方面考虑除尘装置的选择和组合。（1） 若尘粒粒径较小，几微米以下粒径占多数时，应选用湿式、过滤式或电除尘式等；若粒径较大时，以10m以上粒径占多数时，可用机械除尘器。（2） 若气体含尘浓度较高时，可用机械除尘；若含尘浓度低时，可采用文丘里洗涤器；若气体的进口含尘浓度较高，而又要求气体出口的含尘浓度低时，则可采用多级除尘器串联的组合方式除尘，现用机械式除尘器除去较大的尘粒，再用电除尘或过滤式除尘器等，去除较小粒径的尘粒。（3） 对于黏附性强的尘粒，最好采用湿式除尘器，不宜采用过滤式除尘器也不宜采用静电除尘器。（4） 如采用电除尘器，尘粒的电阻率应在1041011m范围内。另外，电除尘器只适用于500以下的情况。（5） 气体的温度增高，黏性将增大，流动时的压力损害增加，除尘效率也会下降。但温度太低，低于露点温度（露点温度是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。）时，易有水分凝出，使尘粒易黏附于滤布上造成堵塞。（6） 气体的成分中如含有易燃易爆的气体时，应先将该气体去除后再除尘。总之，除尘设备的选择应综合考虑大气环境质量要求、排放标准、设备性能效率、尘的特性等方面因素，合理的选择出即经济又有效的除尘装置。第五章 化工废气污染控制授课方式：讲课教学目标：使学生了解环境、环境科学、环境保护的相关概念，及当前世界环境问题的严峻形势，进而明确环境保护的重大意义。教学重点：1 环境与环境科学的定义、研究目的、对像及任务等； 2 当前世界环境的主要问题及其发展前景。教学难点：环境污染及其对人体的危害。教学时数：2学时授课内容：第三节 气态污染物的治理技术（35分钟）化学工业所排放废气中的主要气态污染物有二氧化硫、氮氧化物，氟化物及各种有机气体等。目前处理气态污染物的主要方法有吸收、吸附、催化转化、冷凝和燃烧等。一、吸收法 1原理及分类吸收：是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中的溶解度的不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程。例如从工业废气中去除二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、硫化氢（H2S）以及氟化氢（HF）等有害气体。吸收法操作简单、技术成熟、适用性强。分类：气体吸收可分为物理吸收和化学吸收。（1）物理吸收：溶解的气体与溶剂或溶剂中的某种成分之间不产生明显的化学反应的吸收过程，仅仅是被吸收的气体组分溶解于液体的过程。例如用水吸收醇类和酮类物质。（2）化学吸收：溶解的气体与溶剂或与溶剂中的某种成分产生明显的化学反应的吸收过程。反应速度快，物质发生变化。从废气中去除气态污染物多用化学吸收法。例如用碱液吸收烟气中的SO2，用水吸收NOX等。在溶剂中所发生的化学反应有可逆和不可逆之分。吸收效率的大小取决于溶剂中有效组分和气体的浓度、溶质和溶剂的反应速率，以及体系的温度和压力。因此化学吸收比较复杂，涉及往往借助于中间试验或实验室数据。2吸收液在吸收法中，选择合适的吸收液至关重要，是处理效果好坏的关键。有化学反应的吸收和单纯的物理吸收相比，前者吸收速率较大。（1）吸收液的选择应考虑以下因素：对有害组分的溶解度尽量大，而对其余组分应尽量小；其蒸气压应尽量低，减少其蒸发损失；不采用腐蚀性介质；黏度要低，比热容不大，不起泡；尽可能无毒、难燃，化学稳定性好，冰点要低；来源充足，价格低廉，易再生重复使用；使用中有利于有害组分的回收利用。（2）用于吸收气态污染物质的吸收液有下列几种：a.水，用于吸收易溶的有害气体，当废气中有害物质含量很低时，水的吸收效率很低。b.碱性吸收液，用于吸收那些能够和碱起化学反应的有害酸性气体，如SO2、NOX、H2S、等。常用的碱吸收液有：氢氧化钠、氢氧化钙、氨水等。c.酸性吸收液，可以增加有害气体在稀酸中的溶解度或发生化学反应。如一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）气体能够在稀硝酸中溶解，而且其溶解度比在水中高得多。d.有机吸收液，用于有机废气的吸收，如洗油、聚乙醇醚、冷甲醇、二乙醇胺都可作为吸收液，并能够去除一部分酸性气体，如H2S、CO2等。3吸收塔吸收法中所用的吸收设备主要作用是使气液两相充分接触，以便很好的进行传递；提供大的接触面积，接触界面易于更新，最大限度的减少阻力和增大推动力。吸收装置主要是塔式容器，应满足下列基本要求：气液接触面大，接触时间长；气液之间扰动强烈，吸收效率高；流动阻力小，工作稳定；结构简单，维修方便，投资和运行维修费用低；具有抗腐蚀和防堵塞能力。常用的吸收装置有填料塔、板式塔、喷淋塔、湍流塔、和文丘里吸收器等。（1）填料塔填料塔的基本型式如图419所示，填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒（如上图所示），底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。吸收剂从塔顶经液体分布器均匀地喷淋到填料上，并沿填料表面流下，从塔底排除。废气从塔底送入，与吸收剂在填料层内充分接触，废气中污染物浓度逐渐降低。填料塔属于连续接触式气液传质设备。填料种类很多，如拉西环、鲍尔环、鞍形、波纹填料等，通常采用陶瓷、塑料、金属等材料。填料塔直径一般不超过800mm，空塔气速一般为0.31.5m/s，单层填料层高度在35m之下，压降通常为400600Pa/m，液气比为0.52.0kg/kg，液体喷淋密度在10m3/(hm2)以上。填料塔由于结构简单、气液接触效果好，压降较小而被广泛应用。不足之处是填料容易堵塞、损失大，检修不方便。 （2）板式塔板式塔内装有若干层塔板，吸收液自塔顶向下流动，并在塔板上保持一定厚度的液层，气体从塔底向上逐级穿过塔板，以鼓泡状态或喷射状态与液体相互接触，进行传质、传热及化学反应，如图420所示。塔板的结构形式有多种，如孔板、筛板、错流式、穿流式、气液并流式（气、液同方向流动）等，板上设有溢流堰，以保持约30mm厚度的液层。操作中合适的气液比例非常重要，气量过大，则气速过高，穿过筛孔时会以连续相通过塔板液层，吸收效率降低；气量过小或液流量过大，会导致液体从筛孔泄漏，降低吸收效率。筛孔孔径一般为38mm，开孔率为515，空塔气速为1025m/s，穿孔气速约为4.512.8m/s，每层塔板的压降约为8002000Pa。与填料塔相比，板式塔空塔速度较高，处理能力大，但压降损失也较大。优点是结构简单、气体处理量大，缺点是安装要求严格、气量急剧变化时不能操作、压力损失较大。（3）喷淋塔喷淋塔内既无填料也无塔板，又称为空心吸收塔。液体由塔顶进入，经过安装在塔内各处的喷嘴，被喷成雾状或雨滴状。而气体由塔底部进入，在上升过程中与吸收液充分接触，使液体吸收气体中的污染物，而吸收后的吸收液由塔底流出，净化后的气体由塔顶流出。基本型式如图4-12（a）所示。喷淋塔空塔气速一般为为1.56m/s，塔内压降为250500Pa，液气比较小，适用于极快或快速反应的化学吸收过程。其特点是结构简单，压降低，不易堵塞，气体处理能力较大，投资费用低；但占地面积大，效率较低，常用于规模较大的锅炉烟气湿法脱硫以及作预冷却器。二、吸附法1原理及分类吸附是一种固体表面现象。它是利用多孔性固体吸附剂处理气态污染物，使其中的一种或几种组分，在固体吸附剂表面，在分子引力或化学键力的作用下，被吸附在固体表面，从而达到分离的目的。将具有吸附作用的固体物质称为吸附剂，被吸收的物质被称为吸附质。吸附法具有分离效率高、能回收有效组分、设备简单，操作方便，易于实现自动控制等优点，而在处理气态污染物领域也得到了应用。根据吸附过程中吸附剂和吸附质之间作用力的不同，可将吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由固体吸附剂分子与气体分子间的静电力或范德华力引起的，两者之间不发生化学作用，是一种可逆过程。化学吸附是由于固体表面与被吸附分子间的化学键力所引起，两者之间结合牢固，不易脱附。该吸附需要一定的活化能，故又称活化吸附。物理吸附的特点：吸附剂与吸附质之间不发生化学反应；吸附过程进行较快，参与吸附的各相之间迅速达到平衡；物理吸附是一种放热过程，相当于被吸附气体的升华热，一般为20KJ/mol左右；吸热过程可逆，无选择性。化学吸附的特点：吸附剂与吸附质之间发生化学反应，并在吸附剂表面生成一种化合物；化学吸附过程一般进行缓慢，需要很长时间才能达到平衡；化学吸附也是一种放热过程，但比物理吸附热大得多，相当于化学反应热，一般在84417KJ/mol之间；具有选择性，常常是不可逆的。在实际吸附过程中，物理吸附与化学吸附往往同时发生，但以某一种吸附为主。在低温下，主要是物理吸附，而在较高的温度下，就可能转为化学吸附为主。吸附过程：吸附的全过程可分为外扩散、内扩散、吸附和脱附四个过程。外扩散过程是吸附剂外围空间的气体吸附质分子扩散到吸附剂表面的过程，是吸附全过程的第一步；内扩散过程是吸附质分子进入吸附剂微孔中并扩散到内表面的过程；吸附过程是经过外扩散和内扩散到达吸附剂内表面的吸附质分子被吸附在内表面的过程；脱附过程是部分被吸附的分子离开吸附剂的内表面和外表面，并反扩散到气相主体的过程。吸附剂再生：当吸附速度和脱附速度相等时，就达到了吸附平衡。此时，被吸附物质的量不再增加，可以认为吸附剂失去了吸附能力。为使吸附剂恢复吸附能力，必须使吸附质从吸附剂上解脱下来，这种过程称为吸附剂的再生。再生的方法一般有：加热解吸再生（变温吸附）。等压下，一般吸附容量随温度升高而减少，故可在低温下吸附，然后在高温加热下吹扫脱附；降压或真空解吸（变压吸附）。恒温下，吸附容量随压力降低而减少，则可采用加压吸附，减压或真空下脱附；溶剂置换再生（变浓度吸附）。对不饱和烯烃类等某些热敏性吸附质，可以采用亲合力较强的解吸溶剂进行置换，使吸附质脱附，然后加热，使吸附剂再生。并利用吸附质与解吸剂之间的沸点不同，采用蒸馏的方法分离。吸附法的全过程因该包括吸附和吸附再生的全过程。2吸附剂吸附剂的选择要求：工业吸附剂应具备的条件为：具有巨大内表面积、较大的吸附容量的多孔性物质；对不同的气体分子具有很强的吸附选择性；吸附快且再生特性良好；具有足够的机械强度，对酸、碱、水、高温的适应性；用于物理吸附时要有化学稳定性。价格低廉，来源广泛。吸附剂的种类很多，可分为天然和合成吸附剂。常用的固体吸附剂有骨炭、硅胶、矾土（氧化铝）、沸石、焦炭和活性炭等。（1）活性炭。活性炭是常用的吸附剂。是由煤、石油焦、木材、果壳等各种含炭物质，在低于773K温度下炭化后再用水蒸气进行活化处理得到。它的颗粒形状有柱状、球状、粉末状等。由于活性炭的疏水性，主要用于吸附湿空气中的有机溶剂、恶臭物质，以及烟气中的S02、NOx或其它有害气体。具有比表面积大、吸附及脱附快，性能稳定，耐腐蚀等优点，但具有可燃性，使用温度一般不超过200。（2）硅胶。硅胶是将硅酸钠溶液（水玻璃）用酸处理后得到硅酸凝胶，再经水洗、干燥脱水制得的坚硬多孔的粒状无晶形氧化硅。硅胶具有很强的亲水性，它吸附的水分量可达自身质量的50，吸湿后吸附能力下降，因此常用于含湿量较高气体的干燥脱水、烃类气体回收，以及吸附干燥后的有害废气。（3）活性氧化铝。活性氧化铝是由氧化铝的水合物在严格控制的升温条件下，加热脱水便制成多孔结构的活性氧化铝，具有良好的机械强度。可用于气体和液体的干燥，石油气的浓缩、脱硫、脱氢，以及含氟废气的治理。（4）分子筛。分子筛是一种人工合成沸石，具有立方晶体的硅酸盐，属于离子型吸附剂。因其孔径整齐均匀，内表面积大，吸附能力较强。因分子筛能选择性地吸附直径小于某个尺寸的分子，因此有很强的吸附选择性。分子筛被广泛的用于废气治理中的脱硫、脱氮、含汞蒸气净化及其他有害气体的吸附。通常，污染物分子较小的选用分子筛，分子较大应选用活性炭或硅胶；对无机污染物宜用活性氧化铝或硅胶，对有机蒸气或非极性分子则用活性炭。3吸附设备用于净化气态污染物的吸附设备，与废水处理中的设备相同，可分为固定床、移动床和流化床三种。 （1）固定床吸附器 固定床吸附器分为立式、卧式两种。还可按照吸附器的形状分为方形、圆形。固定床结构简单，操作方便，使用历史最长，应用最广。立式固定床吸附器如图423所示，多为圆柱形立式结构，内置格板或孔板，其上放置吸附剂颗粒，吸附剂固定不动。废气由格板之下通入，向上从颗粒层穿过，净化后的气体由吸附器上部排出。立式固定床适用浓度高、气体量小的废气，对于浓度低、气体量大的废气可采用卧式固定床。如果只有一台吸附器，需经吸附脱附干燥冷却的循环，吸附间歇进行。一般可采用两台或更多的固定床轮换进行吸附与再生操作，当一台吸附器正在进行吸附时，另一台同时进行脱附、干燥与冷却。（2）移动床吸附器 吸附剂由塔顶进入吸附器，依次经过吸附段、精馏段、解吸段，进入塔底的卸料装置，并以一定的流速排出，然后由升扬鼓风机输送至塔顶，再进入吸附器，重新开始上述的吸附循环。固体吸附剂由上向下移动，而需净化的气体从吸附段底部进入，由下向上流动，逆流接触后，从吸附段的顶部排出。移动床吸附器的特点是：处理器量大；适用于稳定、连续、量大的气体净化；吸附和脱附连续完成，吸附剂可以循环使用；动力和热量消耗大，吸附剂磨损大。（3）流化床吸附器 当气体已很小的流速从下向上穿过吸附剂床层时，固体颗粒静止不动。随着气体流速的逐渐增大，固体颗粒会慢慢的松动，但仍然保持互相接触，床层高度也没有明显变化，这种情况便是固定床操作。随着气速的继续增大，颗粒作一定程度的移动，床层膨胀，高度增加，称为临界流化态。当气速大于临界气速时，颗粒便悬浮于气体之中，并上下浮沉，这便是流化状态。流化床吸附器全塔分为吸附部分和再生部分。上段为吸附部分，废气从管口以一定的速度进入锥体，气体通过筛板向上流动，将吸附剂吹气，在吸附阶段完成吸附过程。吸附后气体进入扩大段，由于气体流速减低，固体吸附剂又回到吸附段，而净化后的气体从出口排出。下段为再生部分，用热气流进行加热再生，再生后的吸附剂用空气提升至吸附塔顶进行循环使用。 当使用一个床层不能达到净化要求时，可以使用多床层来实现。优点是可处理大气量废气、流化床体积较小、吸附和再生工艺连续进行；缺点是碳粒径机械磨损造成吸附剂损失。三、催化净化方法1. 原理及分类催化净化是在催化剂作用下，将废气中气态污染物转化为无害物质排放，或者转化成其他更易除去的物质的净化方法。这种方法可直接将有害物质转变为无害的物质，可以避免二次污染，而且简化操作过程。能够用催化法进化的气态污染物有SO2、H2S、HC（碳氢化合物）、CO、苯、甲苯和NOx等。催化转化法有催化氧化法和催化还原法两种。催化氧化法是使有害气体在催化剂的作用下，与空气中的氧发生化学反应，转化为无害气体的方法。如废气中的SO2在催化剂(V2O5)作用下可氧化为SO3，用水吸收变成硫酸而回收，再如各种含烃类、恶臭物的有机化合物的废气均可通过催化燃烧的氧化过程分解为H2O与CO2向外排放。催化还原法是使有害气体在催化剂的作用下，与还原性气体发生化学反应，转化为无害气体的方法。如废气中的NOx在催化剂(铜铬) 作用下与NH3反应生成无害气体N2和H2O。催化转化法等具有效率高，操作简单等优点。这种方法的关键是选用合适的催化剂。缺点是催化剂价格较高，气体的预热需要一定的额外的能量，增加了燃料的耗费2. 催化剂催化剂(或称触媒)是指能够改变化学反应速度和方向而本身又不参与反应的物质。在废气净化中，一般使用固体催化剂，它主要由活性组分、助催化剂及载体组成。活性组分是催化剂的主体，是起催化作用的最主要组分，要求活性高且化学惰性大。金属以及他们的氧化物等常用作气体净化催化剂，如铂(Pt)、钯(Pd)，钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu），锌（Zn）等。根据活性组分不同，催化剂可分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂。两大类。助催化剂虽然本身无催化作用，但它与活性组分共存时却可以提高活性组分的活性、选择性，稳定性和寿命。固体催化剂表面一般只有20-30nm的催化剂能起催化作用，为节约催化剂，提高催化剂的活性、稳定性和机械强度，通常把催化剂附载在有一定比表面积的惰性物质上，这种惰性支承物就称为载体。常用的载体有氧化铝、硅藻土、铁矾土、氧化硅、分子筛、活性碳和金属丝等，其形状有粒状、片状、柱状、蜂窝状等。例如，SO2催化氧化为SO3时，催化剂的活性组分是V2O5，载体用SiO2，并加入助催化剂K2SO4或Na2O以提高催化剂的活性。催化剂活性会随着使用时间增加而缓慢下降，即寿命缩短，主要原因有：高温下长期使用的催化剂，使活性中心被粉尘覆盖或碳沉积使催化剂表面被沾污，减少催化剂的比表面积而使活性下降；由于存在少量或微量的、来源于催化剂生产过程中、废气中以及反应中的某些外来杂质，如砷(As)、硫、铅等，它们与活性中心有较强的亲和力，结合生成络合物不再分解，则使催化剂的活性和选择性迅速下降而产生中毒现象；由于腐蚀、磨损、蒸发等导致活性组分损耗也使催化剂活性缓慢下降。应采取针对措施避免催化剂活性迅速下降，尽可能延长其使用寿命。3. 催化转化装置常用的气固催化装置有固定床和流化床两类催化反应器。固定床是净化气态污染物的主要催化反应器，其基本形式如图4-26所示。反应器圆筒下部装有孔板，孔板和催化剂层上部各铺厚20300mm的石英砂，上层石英砂可以避免气流直接冲击摧化剂，下层石英砂防止细小催化剂被气流携带。预热后的气体从反应器顶部进入，经均气板均匀通过床层进行反应后由底部引出。由于反应器内没有热交换装置，除了筒壁的散热，筒体与外界无热交换，故称绝热反应器。它适用于反应过程热效应小、允许温度波动大的反应体系。一般废气中气态污染物的浓度低，故反应放热量小，因此可适用。如果反应体系的反应热量大，可将几个单层床串联使用，但需在两个单层床之间设置换热器，或在多层单床反应器的各反应层之间加装换热器。换热器可将反应温度控制在合适的范围内。反应气体需要外部热源进行预热后进入反应器，才能维持稳定的床层温度。固定床结构简单、造价低廉、体积小、空间利用率高、催化剂耗量少。床中静止的催化剂不易磨损、寿命长，并可严格控制气体的停留时间。但固定床传热性能差，床内温度分布不匀；催化剂更换不便。固定床的另一种型式是径向反应器。将催化剂装载于空心圆柱状空间，反应气体沿径向流动通过催化剂床层，这样可以增大气体流通截面积，减小床层阻力。四、催化燃烧1原理及分类燃烧法是通过热氧化燃烧或高温分解的原理，将废气中的可燃有害成分转化为无害物质的方法，又称为焚化法。例如含烃废气在燃烧中被氧化为无害的CO2和H2O。燃烧法分为直接燃烧和催化燃烧两类。直接燃烧法是将各种可燃的有害组分当作燃料直接燃烧，从而达到净化目的。该方法只能用于净化可燃有害组分浓度较高或燃烧热值较高的气体。这对于流量大、有机组分含量低的废气，不仅需要增添燃料，而且要在高温下处理，故不常用。催化燃烧是指在催化剂存在下，废气中可燃组分能在较低的温度下进行燃烧。催化燃烧法与直接燃烧法相比较有许多优点： 起燃温度低。含有机物质的废气在通过催化剂床层时，能在较低温度下迅速完全氧化分解成CO2和H2O，能耗小，甚至在有些情况下还能回收净化后废气带走的热量；适用范围广。催化燃烧可以适用于浓度范围广、成分复杂的几乎所有含烃类有机废气及恶臭气体的治理，例如有机硫化物、氮化物、烃类、有机溶剂、酮类、醇类、醛类和脂肪酸类等；基本上不产生二次污染。因为有机物氧化后分解成CO2和H2O，且净化率一般都在95以上，此外，低温燃烧能大量减少NOx的生成。催化燃烧的主要缺点是催化剂费用高。2燃烧装置燃烧法工艺简单、操作方便，而且有机废气浓度越高越有利，并能回收热能。但处理可燃组分含量低的废气时，需要预热耗能。直接燃烧法处理废气时，浓度较高的废气可采用窑炉等设备进行燃烧，甚至可以通过一定装置将废气引入锅炉进行燃烧。在石油和化工行业中，主要是“火炬燃烧。”它将废气直接通入烟囱，在烟囱末端进行燃烧。对于不完全燃烧，可以在烟囱顶部喷入蒸气加以消除。催化燃烧法燃烧的装置是具有换热结构的催化剂反应器，废气通过已达起燃温度的催化床层，迅速发生氧化反应。采用燃烧法时，还必须注意控制燃烧的温度和时间，不然，有机物会碳化成颗粒，以粉尘的形式随烟气排出，造成二次污染。五、冷