第十一节  工业毒物的通风排毒与净化吸收

　　一、通风排毒措施

　　通风按其动力分为自然通风和机械通风；按其范围又可分为局部通风和全面通风。化工行业除尘排毒多系机械通风。这一部分将着重介绍机械通风除尘与排毒。

　　1．局部通风

　　局部通风是指毒物比较集中，或工作人员经常活动的局部地区的通风。局部通风有局部排风、局部送风和局部送、排风三种类型。

　　(1)局部排风

　　局部排风是用于减少工艺设备毒物泄漏对环境的直接影响，采用各种局部排气罩或通风橱。有害物产生时，会立即随空气排至室外。为了防止污染环境或损害风机，有害物质应经过净化、除尘或回收处理后方能向大气排放。

　　(2)局部送风

　　对于厂房面积很大，工作地点比较固定的作业场所，在改善整个厂房的空气环境有困难时，可采用局部送风的方法，使工作场所的温度、湿度、清洁度等局部空气环境条件合于卫生要求。局部送风最好是设有隔离操作室，将风送人室内，以免效果不显著。距送风口三倍直径远处70％是混入的周围空气，五倍直径远处80％是混入的周围空气，所以空气污染的程度会随操作室空间的增加而加大。

　　(3)局部送、排风

　　有时采用既有送风又有排风的通风设施，既有新鲜空气的送入，又有污染空气的排出。这样，可以在局部地区形成一片风幕，阻止有害气体进入室内。这是一种比单纯排风更有效的通风方式。

　　2．全面通风

　　全面通风是用大量新鲜空气将作业场所的有毒气体冲淡至符合卫生要求的通风方式。全面通风多用于毒源不固定，毒物扩散面积较大，或虽实行了局部通风，但仍有毒物散逸点的车间或场所。全面通风只适用于低毒有害气体、有害气体散发量不大或操作人员离毒源比较远的情形。全面通风不适用于产生粉尘、烟尘、烟雾的场所。

　　(1)全面排风

　　为了使室内产生的有害气体尽可能不扩散到邻室或其他区域，可以在毒物集中产生区域或房间采用全面排风。使含毒空气排出，较清洁的空气从外部补充进来，从而冲淡有毒气体。

　　(2)全面送风

　　为了防止外部污染空气进入室内，同时室内有害气体又得到送入的经过滤处理的空气的冲淡，可采用全面送风的方法。这时室内处于正压，室内空气通过门窗被压出室外。

　　(3)全面送、排风

　　在不少情况下，采用全面送风与全面排风相结合的通风系统。这往往用在门窗密闭、自行排风、进风比较困难的场所。

　　3．混合通风

　　混合通风是既有局部通风又有全面通风的通风方式。如，局部排风，室内空气是靠门窗大量补入的。在冬季大量补入冷空气，会使房间过冷，往往要采用一套空气预热的全面送风系统。

　　二、燃烧净化方法

　　有害气体、蒸气或烟尘，通过焚烧使之变为无害物质，称为燃烧净化方法。燃烧净化方法仅适用于可燃或在高温下可分解的有害气体或烟尘。燃烧净化法广泛用于碳氢化合物和有机溶剂蒸气的净化处理。这些物质在燃烧过程中被氧化为二氧化碳和水蒸气。常用的燃烧净化法有直接燃烧、热力燃烧及催化燃烧等。

　　1．直接燃烧

　　对于有害废气中可燃组分浓度较高的情形，可采用直接燃烧的方法做净化处理。在直接燃烧中，有害废气是作为燃料来燃烧的，燃烧温度一般在1100℃以上。完全燃烧的产物是二氧化碳、水蒸气和氮气。

　　直接燃烧的条件是有害废气中可燃组分的浓度应在燃烧极限浓度范围之内。如果有害废气中可燃组分浓度高于燃烧上限，则需另外补充空气再燃烧；如果可燃组分浓度低于燃烧下限，则需补充一定数量的其他辅助燃料，以维持燃烧。

　　2．热力燃烧

　　热力燃烧一般用于处理可燃组分浓度较低的废气。如果有害废气的本底是空气，即含有足够的氧时，废气的一部分可作为辅助燃料的助燃气体；如果废气中的氧含量低于16％，废气只是被焚烧的对象，而不能作为助燃气体。有害组分经燃烧氧化为二氧化碳和水蒸气。废气中可燃组分的焚烧是在一定的温度范围内，在此范围内，不同的温度有不同的净化率。在热力燃烧中，多数物质的反应温度为760～820℃。热力燃烧中辅助燃料的消耗量，就是把全部废气升温至反应温度所需的辅助燃料量。

　　热力燃烧需要辅助燃料燃烧提供热量，这就需要部分废气作为助燃气体，其余部分废气则称为旁通废气。旁通废气与高温燃气湍流混合，以达到反应温度。为了使废气完全燃烧，废气在此高温下，要有一定的驻留时间。如果把全部废气与所需辅助燃料混合，辅助燃料的燃烧热得不到充分利用。所以，务必分流出旁通废气，使之与高温燃气混合。

　　3．催化燃烧

　　催化燃烧是用催化剂使废气中可燃组分在较低温度下氧化分解的方法。适用于含有可燃气体、蒸气的废气的净化，而不适于含有大量尘粒雾滴的废气的净化，也不适于含有催化活性较差的可燃组分的废气的净化。催化燃烧也要先将废气预热，由于反应温度较低，所需辅助燃料也较少。催化燃烧的燃烧产物与热力燃烧完全相同。

　　在工业上，只有铂、钯等少数几种催化剂可用于催化燃烧。催化燃烧不仅依赖于操作条件，而且依赖于催化剂的活性。在催化燃烧炉内，并不是所有的氧化反应都发生在催化剂床层，有相当一部分是发生在混合预热阶段。这两部分氧化所占的比例与废气预热温度、废气中可燃组分的物性、废气流速、催化剂活性、混合预热室的设计有关。废气中可燃有害组分在催化燃烧炉内氧化的总转化率工总，由上述两部分氧化的转化率x_预和x_催决定，可表示为

x_总＝x_预+x_催(1—x_预)

　　应用燃烧净化方法，特别是热力燃烧法，必须考虑热量的回收利用问题。另外要注意防火、防爆及防止回火，采取相应的安全措施。如控制废气中可燃组分浓度不超过爆炸下限的25％，安装阻火器、防爆膜等。

　　三、冷凝净化方法

　　冷凝净化法只适用于蒸气状态的有害物质，多用于回收空气中的有机溶剂蒸气。只有空气中蒸气浓度较高时，冷凝净化法才实用有效。冷凝净化法还适用于处理含大量水蒸气的高湿废气，水蒸气凝结，可有部分有害物溶于凝液中，减少了有害物的浓度。因此，冷凝净化法常用作燃烧、吸附等净化方法的前处理措施。

　　冷凝净化法是把蒸汽从空气中冷却凝结为液体，收集起来加以利用。用冷却法把空气中的蒸汽冷凝为液体，其限度是冷却温度下饱和蒸气压的浓度，而蒸气压随温度的降低而变小，蒸气浓度亦随之变小。所以，气体混合物只有冷却到其露点以下，部分蒸气才会冷凝液化。冷凝净化后，仍有冷却温度下饱和蒸气压浓度的有害蒸气残留在空气中。

　　冷凝净化法有直接法和间接法两种方法。直接法采用接触冷凝器，冷却剂和蒸气直接接触，冷却剂、蒸气、冷凝液混合在一起。接触冷凝器适用于含大量水蒸气的高湿废气，也多用于不回收有害物或含污冷却水不需另行处理的情况。但其用水量大，仍存在废水处理的问题。间接法采用表面冷凝器。表面冷凝器常用的有列管冷凝器、螺旋板冷凝器、淋洒式冷凝器等。表面冷凝器处理量比接触冷凝器小，但耗能小，回收的凝液也纯净。

　　四、吸收和吸附净化方法

　　在第二章“化工操作原理与安全”中，已对吸收作过简略介绍。吸收是在化学工业中用得较多的单元操作，在防毒技术中也有重要应用。气相混合物中的溶质不同程度地溶解于液体，从而被液体所吸收。气相混合物主要由不溶的“惰性气体”和溶质所组成，这样就可以实现气相混合物各组元的选择性溶解。液体溶剂与气相基本上不混溶，即液体挥发性较小，气化到气相中的量很少。一个典型的例子是用水从空气中吸收氨，吸收后再用蒸馏的方法从溶液中回收溶质。废气的吸收净化，是应用吸收操作除去废气中的一种或几种有害组分，以防危害人体及污染环境。

　　在吸收操作中，常应用板式塔使气液更有效地接触，最普通的塔板形式是泡罩板。气体从板上的升气管上升，进入位于升气管上方的泡帽，再从泡帽边沿的槽口流出并鼓泡上升穿过流动的液体。泡罩板可以在很宽的气液流量范围高效率地操作，是一种很常用的气液接触设备，技术上也比较成熟。还有其他形式的鼓泡塔板，如筛板塔板、浮阀塔板、喷淋式塔板等。另外，填料塔也常用于气体和液体连续逆流接触的吸收过程。

　　吸附操作是利用多孔性的固体处理流体混合物，使其中一种或数种组分被吸附在固体表面上，达到流体中组元分离的目的。吸附分离可用于气体的干燥、溶剂蒸气的回收、清除废气中某些有害组分、产品的脱色、水的净化等。

　　吸附是一种固体表面现象，是在相界面的扩散过程。具有较大内表面的固体才具有吸附功能。当被吸附物的分子与固体表面分子间的作用力为分子引力时，称为物理吸附；其作用力为化学反应力时，称为化学吸附。

　　气体吸附可以清除空气中浓度相当低的某些有害物质，是有害物质净化回收的重要手段。有害物质的吸附净化要求吸附剂要有良好的选择性能，以达到有害物质吸附净化的目的；要有相当大的内表面积，以保证吸附剂有较大的吸附量；要有很强的再生能力，以延长吸附剂的使用寿命。常用的吸附剂有活性炭、分子筛、硅胶、各种复合吸附剂等。