第8章 吸收法净化气态污染物

第8章
吸收法净化气态污染物
吸收平衡 吸收速率 吸收设备及设计 吸收法应用

什么叫吸收？
吸收是根据气体混合物中各组分在 液体溶剂中物理溶解度差异或者化学反 应活性的不同，将污染物从气相中分离 出来的一种方法。
8.1 吸收平衡
吸收的划分：
物理吸收：物理溶解度差异
用水吸收氨气
用水吸收氯化氢
1 pi * Ci Hi
y* m x
亨利定律的适用条件
气体近似为理想气体，液体可看成理想液 体（稀溶液）； 系统的压力不太高（一般在5×105Pa ）， 温度为常压或低压； 吸收质在气相中的分子状态与在液相中的 相同； 气体组分与液体不起化学反应。

8.1.2化学吸收平衡
CBL CKP －－－适用① CBL CKP
－－－适用②
CBL CKP －－－适用③
8.3 吸收设备与设计
在气体净化中，吸收装置一般有三种：
填料塔 板式塔 湍球塔
酸雾吸收塔
填料塔
填料塔
塔内填料的作用：
提供足够大的传 质面积，使气液两相 充分接触，同时又不 能造成过大的阻力。 填料是填料塔的 核心，直接关系到操 作性能的好坏。
8.2 吸收机理
气体的质量传质过程
分子扩散
扩散过程
湍流扩散 分子扩散：物质在静止的或垂直于浓度梯度方向作 层流流动的流体中传递，是由分子运动引起的， 称为分子扩散。 湍流扩散：物质在湍流流体中传递，除了由于分子 运动外，更主要的是由于流体中的质点的运动而 引起的，称为湍流扩散。
气体在气相中扩散
气态污染物A 通过隋性气体B运动，用扩散系数DAB表示：
DAB
ρA1－气体A的密度，g/cm3。
L1－液体的初始速度，cm；
L2－液体的最终速度，cm； pB1、pB2－分别为L1和L2时的空气分压；
t－变化时间，s；
气体在液体中的扩散
气态污染物A 通过液体B的扩散系数DAB：
D AB 7.4 10 10
( M B ) 0.5 T
BV
0.6 A
气膜控制，宜用填料塔，液膜控制，宜用板式塔 ； 液气比较小时，易用板式塔；
伴有化学反应且反应速度不快时，易用板式塔；
塔径小于800mm时，宜用填料塔，塔径较大时，宜用 填料塔；
吸收剂选择原则：
优点：结构简单，气液接触 好，压力损失小。 缺点：当废气中含有悬浮物 时，易堵塞，检修费用较高。
填料的基本要求：
1、较大的比表面积，良 好的湿润性能； 个体填料：
拉西环、鲍尔环、 2、较大的空隙率，较小 阶梯环、矩形环、 的阻力，较宽的操作范围； 鞍环等。
3、足够的机械强度，重 量轻，耐腐蚀； 组合填料：
DAB 1.8 10
4
T 0.5 [V
0.5 A
V
0.5 B
]2 A
MA
1 1 0.5 [ ] MA MB
修正的 吉里兰 方程
T－绝对温度，K； DAB－扩散系数，cm2/s； M－气体的靡尔质量；
V－气体在沸点下呈液态时的摩尔体积，cm3/mol； ρA－气体的密度，g/cm3。
优点：气流速度高，处理 能力大，不易堵塞； 缺点：小球寿命短，需经 常更换，操作费用较大。
废气 吸收液
湿流体 填料
污水
板式塔
筛板：开孔率：6%～25% 空塔气速：1.0 ～2.5m/s 气体通过筛板气速：4.5 ～12.8m/s 液体流量：1.5 ～3.8m3/(m2.h) 压力损失：每块板0.8 ～2.0kPa 优点：处理能力大，压降 小，造价低； 缺点：操作条件要求高， 负荷范围窄，小孔易堵塞。
双膜理论
四、传质推动力： 1、在气膜内推动力为： 2、在液膜内推动力为：
PAG PAi
CAi CAL
物理吸收速率
气膜
DAG NA ( PAG PAi ) k AG ( PAG PAi ) ZG
NA－吸收质传质速率， kmol/(m2.s)；
DAG－吸收质A在气相中的分子扩散系数， kmol/(m.s.Pa)；
DAL－吸收质A在液相中的分子扩散系数， m2/s；
ZL－液膜厚度，m。 CAL、CAi－分别是吸收质在液相主体和相界面处的浓度， kmol/m3；
kAL－以（ CAi－CAL）为推动力的液相分传质系数， m/s 。
总传质速率方程
N A K AG (PAG P )
* A
N A K AL (C CAL )
相界面 反应面
N A k AG PAG
极快速不可逆反应－－－－③ A<B
P/C 气相主体 气膜 液膜 液相主体
PAG
C Ri
C BL
C Bi
C RL
CAi 0, CBi 0
相界面 反应面
N A k AG PAG
反应类型判定
临界浓度：
CKP CBL
PAi 0
b DAL k AG PAG a DBL k AL
界面浓度
作图法
N A k y ( yA yAi ) kx ( xAi xA )
y A y Ai kx x A x Ai ky
解析法
y Ai mAi x Ai
A组分在气相中 的摩尔分数用y 表示； A组分在 液相中的摩尔分 数用x表示.
界面浓度的确定
吸收系数
气相总传质系数与气、液相传质分系数之间的关系
3、分段时，每段高度在3～5米以下，或根据手册推荐来选 择（填料不同）；
4、填料塔空塔气速范围：0.3 ～1.5m/s；
5、压力损失范围：0.15 ～ 0.60kPa/m；
6、液气比范围：0.5 ～2.0kg/kg。
湍球塔
净气
填料小球的基本要求：
质轻，耐磨损，耐高温。 （聚乙烯、聚丙烯或发泡 聚苯乙烯等塑料制成）
1 1 m K y k y kx
y Ai y * m x Ai x
液相总传质系数与气、液相传质分系数之间的关系
1 1 1 K x m ky k x
y y Ai m * x x Ai
控制步骤
气膜控制 扩散控制 控制 动力学控制
液膜控制
化学吸收

化学反应对吸收的影响
双膜理论
二、气体的吸收过程： 1、被吸收组分从气相主体通过气膜边界向气膜移动； 2、被吸收组分从气膜向相界面移动； 3、被吸收组分在相界面处溶入液相； 4、溶入液相的被吸收组分从相界面向液膜移动； 5、溶入液相的被吸收组分从液膜向液相主体移动。
双膜理论
三、传质阻力 1、在相界面处，气液处于平衡状态，无传质阻力存 在； 2、在气膜和液膜中，被吸收组分靠扩散作用进行传 质，存在气膜阻力和液膜阻力； 3、在气相主体和液相主体中，各组分充分混合，浓 度均一，无浓度梯度，无扩散阻力； 4、整个过程的传质阻力等于气膜阻力与液膜阻力之 和； 5、传质速率取决于气膜和液膜的分子扩散速率。
K
A（液） + B（液）
K
M（液）
cB 0 x [M ] x [ A][B] [ A]cB 0 (1 x) [ A](1 x)
R p K (1 x) H A
* A
c A xcB 0 cB 0
* kPA * 1 kPA
小于1
cB0－活性组分的初始浓度； x－反应达到平衡后的转化率。
(cm 2 / s )
μ B－液体粘度； β－溶剂的缔结因数。
缔合溶剂
非缔合溶剂
溶剂
Β
水
2.6
甲醇
1.9
乙醇
1.5
苯
1.0
乙醚
1.0
吸收理论－－－双膜理论
双膜理论
一、相互接触的气－液两相之间存在一稳定
的相界面，在相界面两侧分别存在两层滞留 膜，即气膜和液膜，气膜以外为气相主体，
液膜以外为液相主体。
* A
速率 推动力/ 阻力
cA＊－与气相中A组分分压成平衡关系的液相中吸收质的摩尔浓度，kmol/m3；
PA*－与液相主体中吸收质浓度成平衡关系的气相虚拟分压，Pa；
KAL－以（ CA* －CAL）为推动力的气相总传质系数， kmol/(m2.s.Pa)； KAG－以（ pAG－pA* ）为推动力的气相总传质系数， kmol/(m2.s)。
CA=[A]物理平衡+[A]化学消耗
▼被吸收组分与溶剂相互作用； ▼被吸收组分在溶液中离解； ▼被吸收组分与溶剂中的活性组分作用。
被吸收组分与溶剂相互作用
A（气）
K
A（液） + B（溶剂）
c A [ A] [M ] K [ A][B] [ A][B]
cA p H A (1 K [ B])
PAG PAi
C Ai
C Ri
C BL
C RL
CAi 0, CBi 0
相界面
反应面
N A K AG ( PAG
a DBL CBL ) bH A DAL
极快速不可逆反应－－－－② A=B
P/C 气相主体 气膜 液膜 液相主体
PAG
C Ri
C BL
C RL
CAi 0, CBi 0
伴有化学反应的吸收速率的表达方式：
物理吸收速率： N A 化学吸收速率：
K AL (C CAL ) K ALCA
* A
1、N A K ALC A K AL (CA )
'
2、N A K AL CA K ALCA
'
极快速不可逆反应－－－－① A>B
P/C 气相主体 气膜 液膜 液相主体