Condensation

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揮發性有機物
(Volatile Organic Compounds, VOCs )
• 有各種不同定義
• 在台灣,「揮發性有機物空氣污染管制及排放標準」中對VOC的
定義為:
指在一大氣壓下,測量所得初始沸點在攝氏二百五十度以下
有機化合物之空氣污染物總稱。但不包括甲烷、一氧化碳、
二氧化碳、二硫化碳、碳酸、碳酸鹽、碳酸銨、氰化物或硫
氰化物等化合物。
• USEPA defines a volatile organic compound (VOC) as “any compound
of carbon, excluding carbon monoxide, carbon dioxide, carbonic acid,
metallic carbides or carbonates, and ammonium carbonate, which
participates in atmospheric photochemical reactions.”
• 通常指在常溫下其蒸氣壓大於0.01psi (0.0007atm, 70Pa),且其沸
點小於260℃的有機液體和固體。
揮發性有機物
• 自然排放主要來自植物排放,少數則來自採煤區、
油田天然氣及自然火災等
• 植物會排放VOC,因此稱為VOC的生物源(biogenic
emission)。生物源所排放的VOC包含萜烯(terpene)、
異戊二烯(isoprene) 等,由植物與樹木所產生之萜烯
分子可彼此結合而產生瀰漫在森林區之藍霧( blue
haze )。生物排放源的特性除了與植物的種類有關
外,另一方面它們的排放量與光合作用、日光強度
及大氣溫度有密切關係。一般而言,生物排放源的
影響在夏天午後的時段最為顯著。
• 人為排放的揮發性有機物其來源相當龐雜,若以行
業別觀點加以分類,則可分成工業、商業、住宅、
車輛等
• 若依其排放特性加以區分,則可歸納為不完全燃燒、
製程排放、油品揮發、溶劑使用及生物作用等五大
類
VOC對健康與環境的影響
• 有些VOC具有惡臭,會造成心理的不適。
• 大氣環境中由於 VOCs 具有滲透、脂溶及
揮發等特性,故極易經由皮膚接觸及呼吸
系統而對人體造成危害,其侵害人體的對
象主要為皮膚、呼吸系統、腎、肝、中樞
神經系統等,且部分揮發性有機化合物已
被列為致癌物,例如苯等有機溶劑。
• VOCs 均具化學活性,是臭氧的前趨物,
在陽光照射下,會與氮氧化物反應,產生
光化學煙霧。
• 當VOCs濃度過高,容易在封閉性空間或作
業環境中產生火災爆炸。
碳氫化合物(Hydrocarbon, HC)
• 只含碳和氫原子
• 甲烷在大氣中反應較慢,排除甲烷後其他
大氣中的碳氫化合物稱為非甲烷碳氫化合
物(non-methane hydrocarbon, NMHC),
NMHC代表參與大氣中光化學反應的碳氫化
合物。
• 甲烷加上NMHC稱為總碳氫化合物(Total
Hydrocarbon, THC)
NMHC
• 種類很多,因來源而異。
• 自然界植物釋放的萜烯類化合物約佔全球NMHC總量的65% ,
比人為排放量還要大,最主要的天然排放物是異戊二烯
(isoprene)和單萜烯(monoterpene) 。
• 人為排放主要來自不完全燃燒、製程排放、油品揮發、溶
劑使用及生物作用等。
• 可分為 :
– 飽和 (單鍵, C-C)
– 不飽和 (雙鍵/三鍵, C = C)
• 不飽和碳氫化合物反應較快。
• 是都市光化學煙霧的前趨物。
• 揮發性的NMHC其碳原子數通常小於12 。
Methane (CH4)
• 大氣中含量最多的碳氫化合物
• 與OH的反應性低,性質穩定。
• 對都市或區域性的光化學煙霧
影響較小。
• 可影響全球大氣化學過程。
• 是重要的溫室氣體。
• 大氣平均濃度約1.75 ppmv 。
• 工業革命以來大氣中濃度逐漸
增加。
Sources:
天然排放源:濕地、湖泊、下水道的厭氣分解,稻田,動物
腸胃發酵等。
人為排放源: 煤、石油、天然氣開採,天然氣輸送,汽車
排氣等。
含氧碳氫化合物(Oxyhydrocarbons)
• 包含:
– Aldehydes (C=O)
– Acids (-COOH)
– Alcohols (-OH)
– Ketones (CO)
– Ethers (C-O-C)
– Esters (R-CO-OR’)
• 來源:
– 工商業使用: 黏著劑溶劑等
– 燃燒的副產品
– 大氣光化學反應產物
Chlorofluoro HCs (CFCs)
•
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•
Trichlorofluoromethane (CFCl3): CFC-11
Dichlorodifluoromethane (CF2Cl2): CFC-12
Trichlorotrifluoroethane (C2Cl3F3): CFC-13
Characterized by
– Low reactivity
– Low mammalian toxicity
– Strong thermal absorption properties
– Good solvent properties
Halogenated HCs
• Most halogenated HCs have tropospheric sinks
• CFCs have no tropospheric sinks.
• Atmospheric Lifetimes
CH3Cl, CH3Br
CH3CCl3
CCl4
CFCl3
CF2Cl2
~ 1 year
~ 6.3 years
~ 40 years
~ 75 years
~ 111-170 years
• Concentrations vary spatially, with highest in source regions
over the northern hemisphere.
• Concentrations in both the troposphere and stratosphere
have been increasing until the early 1990s.
VOC 控制
• Control by prevention
– Substitution
– Process modification
– Leakage control (tank, gas station, seal, …)
• Control by concentration and recovery
– Condensation
– Adsorption
– Absorption
• Control by oxidation
– Combustion (incineration)
– Biological oxidation
Condensation
• Cooling the air stream to a low enough
temperature that most VOC are condensed as
liquid and then separated from the gas stream.
• 濃度較高 (> 5000ppmc), 流量較小或間歇性
(<50m3/min).
• 常與其他方法併用
• 要達到很高效率較為困難
1-2 pass shell-and-tube condenser
Example 10.9
We wish to treat an air stream containing 0.005 mol fraction (0.5%,
5000ppm) toluene(甲苯), moving at a flow rate of 1000scfm at
100℉ and 1atm, so as to remove 99% of toluene by cooling,
condensation, and phase separation, as sketch in Fig. 10.8. To what
temperature must we cool the air stream?
注意: 課本10.3式有錯
Simplified flowchart of a two-stage refrigeration
system for organic vapor recovery
What is the maximum ortho-xylene removal efficiency possible in a refrigeration-type
indirect contact condenser operating at -45.6 ℃ and 760 mm Hg if the inlet
concentration is 10,000ppm?

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