氮氧化物废气的吸收法净化分析研究 优秀专业论文.docx

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1、氮氧化物废气的吸收法净化分析研究摘要氮氧化物(NO* )是主要的大气污染源之一，对人类和自然生态环境具有极大的危害。本文综述了近年来国内外治理氮氧化物废气的技术方法和研究现状，分析了几种常用方法的主要特点和存在的问题。本文研究了填料塔内碱液吸收氮氧化物废气的气、液相反应机理和规律，包括碱液吸收的气相反应、气相传质、界面平衡和液相反应等，进行了传质理论和强化传质的探讨。通过实验，本文考察了碱液吸收法治理氮氧化物废气的操作条件，主要包括碱液浓度、碱液喷淋密度、温度、氧化度等。实验结果表明:在同等吸收条件下，吸收温度越低，吸收效果越好，在填料塔内氮氧化物的吸收主要发生在填料塔进口端，达到一定高度后，

2、吸收率增加缓慢;当氢氧化钠浓度为3柒 氧化度为50%、液气比为30L/根3时，吸收效果最好。关键词:氮氧化物 碱液 吸收 工艺条件ABSTRACTNitrogen oxides (NOX )are major air pollutants. The prensence of NOX inthe atmosphere represents a serious hazard for the ecosystem. In this paper,several methods of removal of NOX from exhaust gases were reviewed; thecurrent a

3、pplication characteristics and existing problems of these methodswere analyzed.The chemical equilibrium and reaction mechanism of absorption of NOXexhaust gas into alkaline solutions in the Packed column were researched,including Chemical reaction in gas phase, mass transfer in gas phase,equilibrium

4、 in the gas-liquid interface, chemical reaction in liquid phase and soon. The operating conditions of NOx absorption into alkaline solutions wasexplored, the influences of temperature, oxidation ratio of NOx, concentrationof absorbing agent and so on.The experimental results showed that the absoptiv

5、ity of NOX decreasedwith the increase of temperature and the main absoption was happened in theentrance and foreside of the packed column ;the optimum operating conditionswas achieved, as follows :sodium hydroxide concentration was 3%, oxidationratio of NOx was 50%, QL /QG was 30 L / m3.KEY WORD : N

6、itrogen oxides Alkaline solutions AbsorptionOperating conditions第一章 绪论41.1氮氧化物的主要来源4L2氮氧化物对人类的危害及NO*治理的国内外研究现状4L3本文的工作第二章碱液吸收NO*的传质机理52.1 传质理论52.2 吸收速率和增强因子6第三章实验分析81.1 实验目的81.2 2实验装置流程图81.3 仪器与试剂81.4 检测原理91.5 实验方法和步骤93. 6实验数据处理10第四章 实验结果与讨论113.1 碱液浓度对吸收率的影响114. 2温度对吸收率的影响115. 3双氧水对吸收率的影响11第五章总结与展望1

7、2第一章绪论随着人类社会的不断发展，环境污染和防治问题已经引起世界各国的高度重视，可持续发展和创造和谐社会已成为国家的重要议题，化学工业如何实施减少废料、防止污染，向“绿色化工”转化已经成为当今社会关注的焦点，怎样保护环境是21世纪的重要课题之一。L 1氮氧化物的主要来源从总体上看，大气污染是由自然界所发生的自然灾害和人类活动所造成的。自然界的火山活动、闪电和微生物降解蛋白质等过程都会产生大量的氮氧化物，地球上每年由于雷电、森林火灾、火山爆发以及细菌对有机物的分解作用所形成的NOX可达5亿多吨，而由于人类生产和生活活动所产生的NOX约为5千万吨。平常所说的大气污染问题，一般是指人为因素引起的大

8、气污染，其原因大致可分为两大类:一是燃料燃烧，如汽车、飞机、内燃机以及工业炉窑的燃烧，二是工业生产过程，如氮肥厂、有机中间体厂、有色及金属冶炼厂等。1.2氮氧化物对人类的危害及N%治理的国内外研究现状当大气中的污染物质浓度超过大气的自净容量时就会造成大气污染。氮氧化物排放到大气中会对环境造成很大危害。大量排放氮氧化物不仅使城市污染大气中的臭氧浓度增高，也使干净背景大气中的臭氧浓度明显升高。对人类产生很大危害。国外很多国家对NOx的治理技术都已经比较成熟和先进，我国的废气治理工程起步较晚，但是发展迅速。我国去除N%的方法有一些已经得到了开发，还有一些正在研究之中。目前国内外正在研究和较为成熟且有

9、一定优势的方法有燃烧法、吸附法、催化法、吸收法等。1. 3本文的工作首先对废气处理进行了分析介绍，并对吸收法的传质机理进行了理论分析，然后通过实验室研究探索了液体喷淋密度、碱液浓度、氧化度等因素对氮氧化物吸收率的影响，最后通过比较选择了最好的工艺条件，使处理结果达到标准，并为工业设计做了理论基础。第二章碱液吸收NO,的传质机理2.1传质理论对于填料塔过程的研究，目前比较常用的方法是传质速率法，此法可分为很多模型，就其适用性和应用的广泛程度而言，当以双膜理论最为成熟。由于湍流的激烈程度已使主体内物质的浓度趋于一致，但是滞流膜内传质方式将以分子扩散来实现。因此，传质的阻力将由气相主体、气膜、界面、

10、液膜和液相主体等各部分阻力叠加而成，而实际上，阻力将集中在界面两侧的液膜和气膜。对于双组分理想气体混合物，在恒温恒压下，若组分A和组分B在Z方向扩散，两者的偏摩尔体积匕和(恒相等，则两者的传质通量可八和Ng应大小相等方向相反，没有主体流动。此时应服从费克定律，A的通量为:N(l =-Dr(I/1OdZ(2-1)当它是不稳定扩散时，它的即时通量就不恒定了。对微元体作物料恒算，取dZ距离的两个垂直于扩散方向的平面做恒算基准面，则A物质通过该平面的摩尔通量的增值应等于微元体内A物质摩尔浓度的减值争，即dt 8Z(2-2)当稳态扩散时，为常数，即dt A8 8Z2(2-3)对于双膜模型，流体在液膜内是

11、静止的，又是如此之薄，当在膜内建立起稳定的扩散时，时通量为零，即阻=0,所以dtDab = 0(2-4)az2边界条件为：Z=0 处。八(2-5)Z=b处，CA=CA,.+-(CA1-CA,.)(2-6)O和式(2-1)联立，并令NA以趋向界面为正得到：(2-7)同理可得到：Na =- PG(2-8)o KI显然，有 &=%, K=-(2-9)用 g 8RTo/、 k则 Na = KXCAi-CAi) = -(PA-PAi)(2-10)KI由于双膜理论比价简单，其假设具有一定的合理性因此得到了广泛的应用，特别对具有固定传质表面、周围流体又是高度湍流的系统更为适用。2. 2吸收速率和增强因子图2

12、-2为吸收过程中液膜传质的浓度分布示意图，对于物理吸收，组分A在液膜中的溶解速率将服从费克定律，即吸收速率与液膜中的浓度梯度成正比。在浓度分布示意图上，其浓度分布可以用曲线DE来表示，其斜率即为浓度梯度与。液膜中伴有化学反应后，化学反应能够加速组分A在液膜中的扩散，此ax时的浓度变化不再是一条直线，而是一条曲线。而界面D点的扩散速率可由曲线在D点的切线DD的斜率表示。即当x=0时,Na(2-12)图2-2液膜中的浓度梯度示意图显然，A的扩散通量是通过液膜扩散传递的量与在液膜中A和B反应而消耗的量之和。根据传递的连续性，在膜厚3处E点的位置，A向液相主体扩散的速率可由曲线在E点的切线EE的斜率的

13、大小来表示,即当 x = S 时; Na = -DAiEE(2-13)膜中的反应通量二于是，两者反应速率之差即是在膜中反应量的量度。(2-14)我们知道，若扩散系数为恒定值，则浓度梯度就可以间接的表示为吸收速率的量度。化学吸收速率比纯物理吸收速率所增加的倍数，常把它称为增强因子夕,(2-15)由此我们可以看出，化学反应能够降低液膜阻力，并且提高吸收速率。第三章实验分析3.1实验目的目前，大多数生产和应用硝酸的工厂都是用吸收法来控制氮氧化物的排放。然而随着国家对废气排放标准的提高，很多老的工厂的排放浓度达不到国家要求，所以这些工厂就急需技术改造，从而可以继续生产。所以本实验探索一个较好的工艺条件

14、用吸收法处理氮氧化物。3. 2实验装置流程图1.空气压缩机2.闪。钢瓶3.气体混合罐4.吸收塔5.塔釜存储瓶6.循环泵7.吸收液存储罐8.转子流量计9.填料10.采样口 11.氮气钢瓶图3T实验装置流程图如图3T所示，流程为：由空气压缩机、N0钢瓶和N2钢瓶流出的气体经过气阀和流量计后同时进入到混合罐中，经过混合后再流入到填料塔;吸收液由填料塔顶部喷射进入，在填料塔底部有个塔釜存储罐用来收集吸收液，然后由限流阀再进入缓冲槽，最后再由碱液循环泵送入到塔顶进行喷射;采样口用来测量气体的进出口浓度。3. 3仪器与试剂4. 3.1主要实验仪器1 .空气压缩机:最大压力0. 3MPa,最大流量16机/力；2.蠕动泵（循环泵）3.紫外可见分光光度计；4.电子分析天平5 .转子流量计；6,内装125毫升吸收液的多孔玻板吸收管，液柱高度不低于80mm7. CDT型大气采样器；8.托盘天平9.不锈钢丝网填料、气体钢瓶、自制的吸收塔和缓冲槽等。3. 3. 2主要实验试剂L无水