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1、第十章 挥发性有机物污染掌握教学目的 通过本章的学习，使同学们了解VOCs 性质和来源，理解和把握VOCs 污染的掌握措施， 包括燃烧法掌握VOCs、洗涤法掌握 VOCs、冷凝法掌握 VOCs、吸附法掌握 VO Cs、生物法掌握 VOCs 污染。教学重点 本章重点介绍各种VOCs 污染掌握教学难点 冷凝法掌握VOCs 污染，生物法掌握VOCs 污染 教学方法及手段 课堂讲授课外作业学时安排4 学时教学内容(1)蒸汽压与蒸发；(2)VOCs 污染预防；(3)燃烧法掌握VOCs 污染；(4)洗涤法掌握VOCs污染；(5)冷凝法掌握VOCs 污染；(6)吸附法掌握VOCs 污染；(7)生物法掌握VO
2、Cs 污染第一节 蒸气压与蒸发一、蒸气压蒸气压是推断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据。液体或固态物质的蒸汽压大小与温度有关。温度越高，蒸气压越大。空气中VOCs 的含量低，可视为抱负气体，可用拉乌尔定律估算混合气体中VOCs 的含量。拉乌尔定律：py = xiiiP式中：y 气相中i 组分的摩尔分数(对抱负气体体积%/100)； x 液体中i 组分的摩尔分ii数：p 纯组分i 的蒸气压； P总压。i为了计算气液平衡体系的有关多数，在热力学中，通常选用克劳修斯克拉佩龙(ClausiusClapyron)方程：lg p = A - BT(10-2)式中：p与液相平衡的气体蒸气压，mmHg；T系
3、统温度，K；A 和 B由试验确定的阅历常数。通常情形下，试验数据可以用安托万(Antoine)方程更好地表示：lg p = A -B(10-3)(t + C )式中：t温度，；A、B 和C阅历常数。二、挥发与溶解在实际应用中大局部有机物均置于与大气相通的容器内，因此，简洁发生汽化，进人大气环境， 引起污染。局部有机物(如乙烷、丙烷、丁烷)在室温时的蒸气压大于大气压，会猛烈沸腾，因此，此类 物质必需加压密闭保存，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，加剧大气环境的污染。在美国VOCs 的排放中，80%来自于溶剂使用、运输和VOCs 储存过程中。大局
4、部VOCs 微溶于水，可以通过简洁的相分别和滗析法去除局部VOCs。但是，由于去除VOCs的水中仍旧含有少量溶解性碳氢化合物。因此，必需经进一步处理方可排入市政排水管网或受纳水体。由于极性的VOCs 除了食有C、H 元奈外，还含布N、O 元素(醇、醚、醛、颐、经基酸、酯、胺等)， 比只含C、H 元素的非极性VOCs 更易溶于水，溶解性能的差异，使气体中的极性 VOCs 更易通过洗涤而被去除，但是，溶解于水中的 VOCs 则更难除去。一样分子量时，极性有机物的溶解度是非极性有机物的 100 多倍。在同族有机物，溶解度随分子量的增加而削减。其次节 VOCs 污染预防VOCs 掌握技术可分为两类：防
5、止泄漏为主的预防性措施：替换原材料；转变运行条件；更换设备等末端治理为主的掌握性措施一、VOCs 替代承受无毒或低毒原材料代替或局部代替有机溶剂，做到不排或少排有害的 VOCs 是削减这类污染的有效途径。从油基油漆、涂料和油墨到水基油漆、涂料、油墨的转变显著削减了 VOCs 的排放。但由于水基油漆、涂料和油墨的质量较差，制约了他们的使用。替代通常只能削减而不能完全消退VOCs 的排放。引进压缩大然气、液化石油气或丙烷代替汽油作为发动机燃料，是削减 VOCs 排放的另一种替代形式，由于压缩气体燃料在生产、压缩、计量、燃烧过程中产生的VOCs 排放比汽油少。为削减VOCs 的排放，还应改善油品质量
6、，取消低辛烷值汽油，改进汽油的燃烧性能。二、工艺改革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：回收利用放空气体三、泄漏损耗及掌握1. 充入、呼吸和排空损耗操作损耗：当 VOCs 溶液在充入容器或沉着器中导出时，由于温度和气压的变化，VOCs 气体逸出。充入、呼吸和排空导致的VOCs 排放可按下式计箕：VOCs 排放=容器排出的空气-VOCs 混合物体积混合物中 VOCs 浓度m= DVrii式中：m 组分 i 的排放量，kg； 容器中排出的空气-VOCs 混合物中组分i 的浓度，kg/m3；i浓度 可表示为：iir = yi MiVm , g式中：
7、M 组分 i 的摩尔质量；y 顶空空气中 VOCs 的摩尔分率；V混合气体的摩尔ii体积。m,g=mx p MPx p MiDiiiiiiVPRTRT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，夜晚吸进呼吸、充入和排空损耗可通过在容器出口附加的真空压力阀也叫蒸气保护阀来掌握。当通过的压力差异较小时，阀门是关闭的。当充入、倒空或温度与压力有较大变化时引起明显的蒸气流出、流入，阀门会自动翻开。2. 汽油的转移和呼吸损耗VOCs 的挥发主要取决于有机物质的蒸气压和分子量。对于纯组分(如对苯)而言，分子量是常数， 蒸气压是温度的简洁函数。而对 VOCs 混合物(如汽油)而言，
8、液态有机物汽化时蒸气的蒸气压和分子量都变化，挥发量是温度、分子量和蒸气压的函数。第三节 燃烧法掌握 VOCs 污染用燃烧方法将有害气体、蒸气、液体或烟尘转化为无害物质的过程称为燃烧法净化，亦称燃烧法。适用于可燃或高温分解的物质；对化工、喷漆、绝缘材料等行业的生产装置中所排出的有机废气，广泛承受燃烧净化的手段；可以用来消退恶臭；不能回收有用物质，但可回收热量。一、VOCs 燃烧转化原理及燃烧动力学1. 燃烧反响C H+12.25O8CO +8.5HO+QCH +7.5O6CO+3HO+QHS+1.5OSO +HO+Q817222662222222燃烧热： 每摩尔燃料燃烧时所放出的热量，单位为KJ
9、/mol。燃烧化学反响方程式是进展物料衡算、热量衡算及设计燃烧装置的依据。2. 燃烧动力学VOCs 燃烧反响速率，即单价时间浓度削减量，可以表示为：dc- VOCsdt= v = k cncmVOCsO2(10-7)多数状况下，氧气的浓度远远高于VOCs 浓度，式(10-7)可表示为：v = -dcVOCsdt= kcnVOCs(10-8)式中：v燃烧速率；k燃烧动力学速率常数；cVOCsVOCs 的浓度；n反响级数。对多数化学反响，动力学速率常数k 和温度T 之间的关系由阿累尼乌斯方程表示：K=A.exp(-E/RT)式中：K反响速度常数；A频率因子，单位与 K 一样；E活化能,kJ/mol
10、；R气体常数，kJ/(K.mol)；T确定温度，K。由例 10-5 可以看出：当燃烧温度低于 538时，所需燃烧时间太长，实际上是不行行的；随着燃烧温度的提高，完全燃烧所需的停留时间快速削减，当燃烧温度到达 760时，所需燃烧时间从 174h 减小为 0.2s，燃烧方法变得可行。苯的 k 值很低，说明苯是最难燃烧的物质之一；苯有最高的E 值，进而说明随着T 的增加 k 以最快的速度增加。对一级动力学反响而言，燃烧时间于起始VOCs 浓度无关，对非一级反响(n1)而言，去除给定百分比的污染物质所需时间与VOCs 起始浓度相关，可通过试验来测定k 值。3. 燃烧与爆炸当混合气体中含有的氧和可燃组分
11、在肯定的浓度范围内，某一点被燃着时产生的热量，可以连续引燃四周的混合气体，此浓度范围就是燃烧极限浓度范围。当燃烧在一有限空间内快速集中则形成爆炸。因此，对于混合气体的组成浓度而言，可燃的混合气体就是爆炸性混合气体，燃烧极限浓度范围，也就是爆炸极限浓度范围。对于空气而言，氧的体积百分含量为 21%，因此只要确定空气中可燃组分的浓度即可，该极限范围有上限和下限两个值。空气中可燃组分低于下限时，燃烧产生的热量缺乏以引燃四周混合气体，因 而，不能连续燃烧，也不会引起爆炸；空气中可燃组分高于爆炸上限时，由于氧气缺乏也不能引起爆 炸。多种可燃物与空气混合时，其爆炸极限范围近似由下式求得；= -c100ma
12、bmc+ c12+ . + ci式中，c 混合气体的爆炸极限；c i 组分的爆炸极限；a、b、m各组分的百分含量。mi二、燃烧工艺1. 直接燃烧亦称为直接火焰燃烧，它是把废气中可燃有害组分当作燃料直接燃烧。因此，该方法只适用于净化含可燃有害组分浓度较高的废气，或者用于净化有害织分燃烧时热值较高的废气，由于只有燃烧时放出的热量能够补偿散向环境中的热量时，才能保持燃烧区的温度，维持燃烧的持续。多种可燃气体或多种溶剂蒸气混合存在于废气中时，只要浓度值适宜，也可以直接燃烧。假设可燃组分的浓度高于燃烧上限，可以混入空气后燃烧；假设可燃组分的浓度低于燃烧下限，则可以参加肯定数量的关心燃料(如自然气等)维持
13、燃烧。直接燃烧的设备包括一般的燃烧炉、窑，或通过某种装置将废气导入锅炉作为燃料气进展燃烧。直接燃烧的温度一般需在 1100左右，燃烧的最终产物为CO2，H2O 和N2。直接燃烧法不适于处理低浓度废气。在石油炼制厂及石油化丁厂，火炬常常作为产气装置及反响尾气装置，以及开、停工和事故处理时的安全措施，但由于物料平衡、生产治理和回收设备不完善等缘由，有时也将加工油气和燃料气体排放到火炬进展燃烧。火炬燃烧不仅产生了大量有害气体、烟尘及热辐射而危害环境，而且造成有用燃料气的大量损失。因此，应尽量削减和预防火炬燃烧。具体方法包括：设置低压石油气回收设施， 对系统及装置放空的低压气尽量加以回收利用；在工程设
14、计上以及实际生产中搞好液化石油气和高压石油气管网的产需平衡；提高装置及系统的平稳操作水平，健全治理制度；承受燃烧效率高、能耗低的火炬燃烧器(火炬头)。2. 热力燃烧热力燃烧用于可燃有机物质含量较低的废气的净化处理。这类废气中可燃有机组分的含量往往很 低，本身不能维持燃烧。因此，在热力燃烧中，被净化的废气不是作为燃烧所用的燃料，而是在含氧 量足够时作为助燃气体，不含氧时则作为燃烧的对象。在进展热力燃烧时一般是需燃烧其他燃料(如煤气、自然气、油等)，把废气温度提高到热力燃烧所需的温度，使其中的气态污染物进展氧化，分解成为 CO2，H2O 和 N2 等，热力燃烧所需温度较直接燃烧低，在540820即
15、可进展。为使废气温度提高到有害组分分解温度，热力燃烧过程需用关心燃料燃烧来供热。但关心燃料不能直接与全部要净化处理的废气混合，那样会使混合气中可燃物的浓度低于燃烧下限，以致不能维持燃烧。假设废气以空气为主，即含有足够的氧，就可以用局部废气使关心燃料燃烧，使燃气温度到达1370左右，用高温燃气与其余废气混合到达热力燃烧的温度。这局部用来助燃关心燃料的废气叫助燃废气，其余局部废气叫旁通废气。假设废气以惰性气体为主，即废气缺氧，不能起助燃作均，则需要用空气助燃，全部废气均作为旁通废气。热力燃烧的过程可分为三个步骤：关心燃料燃烧供给热量；废气与高温燃气混合到达反响温度；在反响温度下，保持废气有足够的停
16、留时间，使废气中可燃的有害组分氧化分解到达净化排气的目的。在热力燃烧中，废气中有害的可燃组分经氧化生成CO2 和 H2O，但不同组分燃烧氧化的条件不完全一样。对大局部物质来说，在温度为740820，停留时间为 0.l0.3s 即可反响完全；大多数碳氢化合物在 590820即可完全氧化，而CO 和浓的碳烟粒子则需较高的温度和较长的停留时间。因此，温度和停留时间是影响热力燃烧的重要因素。此外，高温燃气与废气的混合也是热力燃烧的关键，在一 定的停留时间内假设不能混合完全，就会导致有些废气没有上升到反响温度就已逐出反响区外，因而 不能得到抱负的净化效果。在供氧充分的状况下，反响温度、停留时间、湍流混合
17、构成了热力燃烧的必要条件。不同的气态污染物，在燃烧炉中完全燃烧所需的反响温度和停留时间不完全一样。热力燃烧可以在专用的燃烧装置中进展，也可以在一般的燃烧炉中进展。进展热力燃烧的专用装 置称为热力燃烧炉，其构造应满足热力燃烧时的条件要求，即应证获得 760以上的温度和 0.5s 左右的接触时间，这样才能保证对大多数碳氢化合物及有机蒸气的燃烧净化。热力燃烧炉的主体构造包括两 局部：燃烧器，其作用为使关心燃料燃烧生成高温燃气；燃烧室，其作用为使高温燃气与旁通废气湍 流混合到达反响温度，并使废气在其中的停留时间到达要求。按所使用的燃烧器的不同，热力燃烧炉 分为配焰燃烧系统与离焰燃烧系统两大类。配焰燃烧
18、系统的热力燃烧炉使用配焰燃烧器。配焰炉中的火焰间距一般为30cm，燃烧室的直径为60300 cm。配焰燃烧器是将燃烧配布成很多小火焰，布点成线。废气被分成很多小股，分别围绕这很多小火焰流过去，使废气与火焰充分接触，这样可以使废气与高温燃气在短距离内即可快速到达完全 的湍流混合，配焰方式的最大缺点是简洁造成熄火。配焰燃烧器主要有火焰成线燃烧器、多烧嘴燃烧 器、格栅燃烧器等多种型式。离焰燃烧器系统的热力燃烧炉使用离炽燃烧器，在离焰炉中，关心燃料在燃烧器中燃烧成火焰产 生高温燃气，然后再在炉内与废气混合到达反响温度。燃烧与混合两个过程是分开进展的。虽然在大 型离焰炉中可以设置 4 个以上的燃烧器，但
19、对大局部废气而言，它们并不与火焰“接触”，仍是依靠高温燃气与废气的混合，这是离焰燃烧炉不易熄火的主要缘由。离焰燃烧炉的长径比一般为 26，为促进废气与高温燃气的混合，一般应在炉内设置档板。离焰炉的优点是可用废气助燃，也可用外来废气助 燃，因此对于含氧量低于 16%的废气也适用；对燃料种类的适应性强，可用气体燃料，也可用油作燃料；可以依据需要调整火焰的大小。在使用一般锅炉等进展热力燃烧时应留意：废气中所要净化的组分应当几乎全部是可燃的，不燃组分如无机烟尘等在传热面上的沉积将会导致锅炉效率的降低所要净化的废气流量不能太大，过量低温废气的引入会降低热效率并增加动力消耗；废气中的含氧量应与锅炉燃烧的需
20、氧量相适应， 以保证充分燃烧，否则燃烧不完全所形成的焦油等将污染炉内传热面。3. 催化燃烧催化燃烧实际上为完全的催化氧化，即在催化剂作用下，使废气中的有害可燃组分完全氧化为CO2和 H O。由于绝大局部有机物均具有可燃烧性，因此催化燃烧法已成为净化含碳氢化合物废气的有效2手段之一。又由于很大一局部有机化合物具有不同程度的恶臭，因此催化燃烧法也是消退恶臭气体的有效手段。催化燃烧法已成功地应用于金属印刷、绝缘材料、漆包线、炼焦、油漆、化工等多种行业中净化有机废气。特别是在漆包线、绝缘材料、印刷等生产过程中排出的烘干废气，因废气温度和有机物浓度较高，对燃烧反响及热量回收有利，具有较好的经济效益，因此
21、应用广泛。与其他种类的燃烧法相比，催化燃烧法具有如下特点：催化燃烧为无火焰燃烧，安全性好；要求 的燃烧温度低(大局部烃类和CO 在 300450 之间即可完成反响)，故关心燃料消耗少；对可燃组分浓度和热值限制较小；为使催化剂延长使用寿命，不允许废气中含有尘粒和雾滴。用于催化燃烧的催化剂多为贵金属 Pt、Pd，这些催化剂活性好，寿命长，使用稳定。目前稀土催化剂的争论已取得肯定成效。国内巳研制使用的催化剂有：以 A1 O 为载体的催化剂，此载体可作成23蜂窝状或粉状等，然后将活性组分负载其中，现已使用的有蜂窝陶瓷钯催化剂、蜂窝陶瓷铂催化剂、蜂窝陶瓷非贵金属催化剂、 -A1 O 粒状铂催化剂、 -A
22、1 O 稀土催化剂等；以金属作为载体的催化剂，2323可用镍铬合金、镍铬镍铝合金、不锈钢等金属作为载体，已经应用的有镍铬丝蓬体球钯催化刘、铂钯/ 镍 60 铬 15 带状催化剂、不锈钢丝网钯催化剂以及金属蜂窝体的催化剂等。针对不同的废气，可以来用的催化燃烧工艺有分建式与组合式两种。在分建式流程中，预热器、 换热器、反响器均作为独立设备分别设立，其间用相应的管路连接，一般应用于处理气量较大的场合； 组合式流程将加热、换热及反响等局部组合安装在同一设备中，即所谓催化燃烧炉。流程紧凑，占地 小，一般用于处理气量较小的场合。不管承受何种工艺形式，其流程的组成具有如下共同的持点；进入催化燃烧装置的气体首
23、先要经过预处理，除去粉尘、液滴及有害组分，避开催化床层的堵塞和催化剂的中毒。进入催化床层的气体温度必需要到达所用催化剂的起燃温度，催化反响才能进展。因此，对于低于起燃温度的进气，必需进展预热使其到达起燃温度。气体的预热方式可以承受电加热也可以来用烟道气加热，目前应用较多的为电加热。催化燃烧反响放出大量的反响热，燃烧尾气温度较高，对这局部热量必需回收。4. 燃烧工艺性能燃烧法适合于处理浓度较高的 VOCs 废气，一般状况下去除率均在 95%以上。直接燃烧法虽然运行费用较低，但出于燃烧温度高，简洁在燃烧过程中发生爆炸，并且铺张热能产生二次污染，因此目 前较少承受；热力燃烧法通过热交换器回收了热能，
24、降低了燃烧温度，但当 VOCs 浓度较低时，需参加关心燃料，以维持正常的燃烧温度，从而增大了运行费用；催化燃烧法由于承受热交换、预热器、 催化剂等措施使燃烧温度显著降低，从而降低了燃烧费用，但出于催化剂简洁中毒，因此对进气成分 要求极为严格，不得含有重金属、尘粒等易引起催化剂中毒的物质，同时催化剂本钱高，使得该方法 处理费用较高。第四节 吸取洗涤法掌握 VOCs 污染溶剂吸取法承受低挥发或不挥发性溶剂对 VOCs 进展吸取，再利用 VOCs 分子和吸取剂物理性质的差异进展分别。吸取效果主要取决于吸取剂的吸取性能和吸取设备的构造特征。一、吸取工艺及吸取剂1. 吸取工艺含 VOCs 的气体由底部进
25、入吸取塔，在上升的过程中与来自塔顶的吸取剂逆流接触而被吸取，被净化后的气体由塔顶排出。吸取了 VOCs 的吸取剂通过热交换器后，进入汽提塔顶部，在温度高于吸取温度或(和)压力低于吸取压力时得以解吸，吸取剂再经过溶剂冷凝器冷凝后进入吸取塔循环使用。解 吸出的VOCs 气体经过冷凝器、气液分别器后以纯VOCs 气体的形式离开汽提塔，被进一步回收利用。该工艺适用于VOCs 浓度较高、温度较低和压力较高的场合。2. 吸取剂吸取剂必需对被去除的 VOCs 有较大的溶解性；假设需回收有用的VOCs 组分，则回收组分不得和其他组分互溶；吸取剂的蒸气压必需相当低，假设净化过的气体被排放到大气，吸取剂的排 放量
26、必需降到最低；洗涤塔在较高的温度或较低的压力下，被吸取的 VOCs 必需简洁从吸取剂中分别出来，并且吸取剂的蒸气压必需足够低，不会污染被回收的 VOCs；吸取剂在吸取塔和汽提塔的运行条件下必需具有较好的化学稳定性及无毒无害性；吸取剂分子量要尽可能低(同时需考虑低吸取剂蒸气压的要求)，以使吸取力量最大化。二、吸取设备用于 VOCs 净化的吸取装置，多数为气液相反响器，一般要求气液有效接触面积大、气液湍流程度高，设备的压力损失小，易于燥作和修理。目前工业上常用的气液吸取设备有喷洒塔、填料塔、板 式塔、鼓泡塔等。其中在喷洒塔、填料塔中，气相是连续相，而液相是分散相，其特点是相界面积大， 所需气液比亦
27、较大。在板式塔、鼓泡塔中，液相是连续相而气相为分散相。VOCs 吸取净化过程，通常污染物浓度相对较低、气体量大，因而选用气相为连续相、湍流程度较高、相界面大的如填料塔、 湍球塔型较为适宜。填料塔的气液接触时间、气液比均可在较大范围内调整，且构造简洁，因而在 VOCs 吸取净化中应用较广。1. 液气比液气比既是重要的操作参数，也是重要的设计参数。它影响操作条件下的气液平衡(即操作线的斜率)， 也影响吸取过程的经济性。2. 塔径填料塔直径打算于气体的体积流量与空塔气速，前者由生产条件打算，后者则在设计时规定。在 气体处理量肯定的条件下，气速大则塔径小，又由于传质系数提高，可使填料层的总体积削减，因
28、而 设备费可降低；气速大则阻力大，使操作费提高。气速又不能过于靠近液泛点，否则生产条件稍有波 动，操作就不稳定。因此，在设计时应充分考虑填料层的压力降、液泛气速、载液气速及其他一些水 力性能 。气体流速一般掌握在液泛气速的75%以内。液泛速度可由半阅历方程计算或用关联图查得。3. 塔高填料层高度由传质单元数和传质单元高度推算。依据阅历，对工业用吸取塔，传质单元高度可取 为 l.51.8m。假设算出的高度大大则要分成假设干段，每段高度一般不宜超过6m。填料尺寸也影响填料层高度的分段。对拉西环，每段填料层高度可为塔径的3 倍，对鲍尔环及鞍形填料为 56 倍。第五节 冷凝法掌握 VOC 污染 s利用
29、物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压这一性质，承受降低温度、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彻(如 VOCs)冷凝并与废气分别。该法特别适用于处理废气体积分数在 10-2 以上的有机蒸气。冷凝法在理论上可到达很高的净化程度，但是当体积分数低于 10-6 时，须实行近一步的冷冻措施，使运行本钱大大提高，所以冷凝法不适宜处理低浓度的有机气体，而常作为其他方法净化高浓度废气的前处理，以降低有机负荷，回收有机物。如焦化厂用冷凝法 回收沥青烟以消退污染；炼油厂、油毡厂氧化沥青尾气亦先用冷凝法回收油，然后再送去燃烧净化。 此外，高湿度废气也可用冷凝法使水蒸气冷凝，以削减气
30、体量。一、冷凝原理物质在不同的温度和压力下，具有不同的饱和蒸气压。对应于废气中有害物质的饱和蒸气压下的温度，称为该混合气体的露点温度。也就是说，在肯定压力下，某气体物质开头冷凝消灭第一个液滴 时的温度，即为露点温度，简称为露点。因此，混合气体中有害物质的温度必需低于露点，才能冷凝 下来。在衡压下加热液体，液体开指消灭第一个气泡时的温度，简称泡点。冷凝温度一般在露点和泡 点之间，冷却温度越接近泡点，则净化程度越高。通常也可用压缩法使气态有害物质在临界温度和临 界压力下变成液态，从而除去或回收有害物质，但由于费用较高，目前使用较少。二、气态污染物的冷凝分别1. 相平衡常数(m)相平衡常数是指在定温
31、度和压力下，汽液两相到达平衡时，任意组分 i 在气相中的分子分数 yi与在液相中的分子数xi当气液平衡时：之比，即yi xm =if 0gf 0gf Pyii= f0gigigy = f 0g xiilili则有m =gililf0igig或 m =ilil10-11fPi式中：f 0，f 0分别是纯组分 i 在液相中的逸度和在指定温度和风力下的气相逸度； , iligilig分别是纯组分i 在液相和气相的活度系数； 纯组分i 的逸度系数。i逸度:它代表了体系在所处的状态下，分子逃逸的趋势，也就是一本物质迁移时的推动力或逸散力量。它的单位与压力单位一样。逸度系数(或活度系数):表征真实气体(或
32、真实溶液)与抱负气体(或抱负溶液)偏差的特性值,而借以表征实际气体(或实际溶液)对抱负气体(或抱负溶液)的校正压力(或校正浓度)。它是化学热力学和化工争论计算中不行缺少的重要数据之一,特别在气液相平衡争论领域内更为重要。m 是平衡物系的温度、压力及组成的含数，由试验测定。就VOCs 掌握而言，可作如下简化计算： 常压下，如由轻质烃组成的混合物系，因组分的物理化学性质比较接近，可视为完全抱负系统。此时 =1，f 0=p 0， =1，所以:iiliilm = p 010-12iP完全抱负系统的相平衡常数仅与温度、压力有关，而与溶液的组成无关。通过指定温度下的饱和蒸气压p 和总压P 即可算出平衡常数
33、Ki。i*常压下，物系中组分的分子构造差异较大，如水和烷烃、醇、醛、酮、酸等组成的物系，此时气il Pp 0g相可视为抱负气体混合物， =1，f 0=p 0，而液体则为非抱负溶液， 1，所以有m =i。iiliil该类物系的m 值不仅与温度、压力有关，还与溶液组成有关(i与物系的组成有关)。当 1，溶i液产生正偏差； 1，溶液产生负偏差。这类物系的相常数平衡Ki 比完全抱负系统的简单。i中压下，气相为真实气体，当物系分子构造相近时，液相可视为抱负溶液，气相可视为真实气体的理露点和泡点温度的计算2. 露点和泡点温度的计算(1)露点温度的计算设气体混合物中含有多种组分。其组成为y ，y ，y ，y
34、 ，则有ny= 112inii =1假设系统压力为P 时的露点温度为f，查表得各组分的平衡常数K ，K ，K ，K ，12in与此气体混合物相平衡的液滴x 为：iyyyyx=1 ,x 1K21=2 ,., x Ki2=i ,., x Kni=n(10-13)Kn且液滴中各组分之和应等于 1，即nxii =1= 1，如nxii =1 1，则重假设露点温度，并进展计算，直至nxii =1= 1，此时所对应的温度即为露点。(2)泡点温度的计算假设系统压力为 P 时的泡点温度为 t，查表得各组分的平衡常数 K ，K ，K ，K ，与此液体混合物相平衡的气相组成为y ，i12inni =1y= Ki1x
35、 +K12x +. + Kx2nn= 1(10-14)与露点温度的计算过程一样，以ni =1y是否等于 1 来推断假设温度是否正确。i三、VOCs 的冷凝液化率f 指冷凝后冷凝液的量占进料VOCs 量的摩尔分率，则有：fB/F(10-15)冷凝器中物料衡算方程：FB+D(10-16)式中：B冷凝液排出摩尔流率，kmol/h；F进料 VOCs 摩尔流率，kmol/h；D未凝气中VOCs 排出流率，kmol/h。将式(10-15)代入式(10-16)得：F(1-f)F+fF(10-17)对 i 组分作物料平衡：F zi = (1 - f )F yi + f F xi整理得： zi = (1 - f
36、 ) yi + f xi(10-18)依据气液平衡关系yi = mi xi ，并将该式代入式(10-18)得：(10-19)y =zi=zi mi(10-20)i(1 - f )m + fimim (1 - f ) + fi冷凝时所移出的热量Q 可由热量衡算得到：cQ= F ncH Z - DniiH y - Bnh xiiii(10-21)i =1i =1i =1式中：H 组分i 的气相焓；h 组分i 的液相焓。ii有了Q ，就可利用热交换方程求得冷凝器的换热面积，利用热平衡方程求得所需冷却或冷冻介质c的流量。四、冷凝类型和设备1. 接触冷凝指在接触冷凝器中，冷凝气体与冷却介质(通常承受冷水
37、)直接接触而使气体中的 VOCs 组分得以冷凝，冷凝液与冷却介质以废液的形式排出冷却器。接触冷凝有利于强化传热，但冷凝液需进一步处理。常用的接触冷凝设备有喷射器、喷淋塔、填料塔和筛板塔。2. 外表冷凝也称间接冷却，冷却壁把冷凝气与冷凝液分开，因而冷凝液组分较为单一，可以直接回收利用。常用的间接冷凝设备有列管冷凝器、翅管空冷冷凝器、淋洒式冷凝器以及螺旋板冷凝器等。3. 冷凝系统的设计计算（1） 冷凝系统设计变量在脱除效率和出口浓度给定的状况下，冷凝系统设计中所需的关键设计变量是冷凝温度。冷凝器的脱除效率依靠于排放流中各组分的性质和浓度。例如，高沸点 (即低挥发性)的 VOCs 比低沸点的VOCs
38、，更易冷凝。到达给定的脱除效率(或出口浓度)所需要的温度取决于气液平衡条件下VOCs 的蒸气压。对于给定的 VOCs，只要给定了脱除效率，冷凝所需要的温度就可以依据它的蒸气压-温度来确定。冷却剂则可依据所需要的冷凝温度选择。（2） 冷凝系统设计变量确实定冷凝温度估算对于一给定的脱除效率，出口VOCs 的分压可由式(10-24)计算：p760c10-6(1-0.01)/l-(10-8c)(10-24)outin,gin,g式中：p冷凝器压力恒定且处于大气压状况下出口气流中VOCs 的分压，mmHg；脱除out效率，%；c进口气流中VOCs 的体积分数，10-6。in,g在气液平衡条件下，VOCs
39、 的分压等于它在平衡温度下的蒸气压。因此，通过确定到达气液相平衡的温度，便可得出冷凝温度T。依据所需冷凝温度，可选定冷凝剂的类型。con冷凝器的热负荷为到达某一脱除水平而必需从VOCs 气体中取出的热量。通过 VOCs 的冷凝热、VOCs 及气体的显热变化进展计算冷凝器的热负荷。被冷凝的VOCs 的摩尔数M入口气流中VOCs 的摩尔数M -出口气流中VOCs 的摩尔数MinoutM (q/22.4)1c103M(q/22.4)10311-(c10-6)P/(P-P)(10-25)inin,goutin,gvaporvapor式中：qVOCs 的气体流量，m3/min；P气体的压力，mmHg；P
40、气流中VOCs 蒸气vapor压，P=Pvapor，mmHg。out确定 VOCs 的蒸发热(H)：典型状况下，蒸发量是随温度而转变的。利用柯克斯气压图所示的蒸气压温度数据，对蒸气压和温度进展回归则可确定H。计算被冷凝的VOCs 的焓(H)变化(基于 1min)：HN 1H+C(T -T)conconmpecon计算末被冷凝的VOCs 的焓(H)变化(基于 1min)：HN1C(T -T)unconuncono,mpecon计算不能冷凝的蒸气(空气)的焓(H)变化(基于 1min)：H(q/22.4)-NC(T -T)noconnoconi,mpairecon式中：N冷凝的VOCs 的摩尔流量
41、；Nm进口气流中所含VOCs 的摩尔流量；Ni,m出o,m口气流中所含 VOCs 的摩尔流量；T 出口气流温度；T冷却温度；C 在 T T温度范econpecon围内VOCs 的平均比热；C在 T T温度范围内空气的平均比热。pairecon冷凝器的热负荷Hload： Hload1.160(Hcon+Huncon+H nocon)(10-26)冷凝器尺寸：典型状况下，依据冷凝器系统总的热负荷和总的热传递系数来估量它的尺寸大小， 而总的热传递系数是依据气体流和冷却剂各自的热传递系数来估算的。对于气体流、冷却剂和拟承受的具体的管壳系统，可依据它们各自的物理化学性质准确估算其各个系数。由于在这里不行
42、能作如此具体的介绍，所以用于总的热传递系数估算的值都足一种偏保守的估算值。可用下式估算冷凝器所要求的热传递面积：AH/UTDT=(T - Tec,o) - (Tcon- T)c,i(10-27)conloadLMLMln (Te- Tc,o) - (Tcon- T)c,i式中：Acon冷凝器(热交换器)外表积； U总的传热系数； T对数平均温度差；LMT冷凝剂入口温度：T一冷凝剂出口温度，c,ic,o冷凝剂流量：从气体中提取的热量被传递到冷凝剂，可依据能量平衡原理，计算冷凝剂的流量：q H/C(T-T ) (10-28)cloadp,cc,oc,i式中；q 冷凝剂的流量；C在 T至T温度范围内
43、冷凝剂的平均比热。cp,cc,oc,i第六节吸附法掌握 VOCs 污染污染一、吸附工艺含 VOCs 的混合气体先去除颗粒状污染物后，再经过调压器调整压力，然后进入吸附床进展吸附净化，净化后的气体排入大气环境。当吸附床 I 内的活性炭饱和后，通过阀门转换至吸附床进展吸附。向吸附床I 通入蒸气进展脱附，解吸出来的蒸气(空气)混合物冷凝后由浓缩器、分别器进展分别，脱附后的活性炭用热空气枯燥后循环使用，一般可重复使用五年。该法适用于处理中低浓度 VOCs 尾气， 吸附效果取决于吸附剂性质，VOCs 种类、浓度、性质和吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素。在一般状况下，不饱和化合物比饱和化合物吸附更完全，环状化合物比直链构造的物质更易被吸附。争论说明，活性炭吸附VOCs 性能最正确，缘由在于其他吸附剂(如硅胶、金属氧化物等)具有极性， 在水蒸气共存条件下，水分子和吸附剂极性分子进展结合，从而降低/吸附剂吸附性能，而活性炭分子 不易与极性分子相结合，从而提高了吸附 VOCs 力量。但是，也有局部 VOCs 被活性炭吸附后难以再从活性炭中除去，对于此类VOCs，不宜承受活性炭作为吸附剂，而应选用其他吸附材料。二、吸附容量对工程应用而言，吸附容量直接打算了吸附质在吸附床中的停留时间和吸附设备的规模。通过吸附试验可得到吸附质在指定吸附剂中的吸附容量曲线。