第5章 有害气体净化原理及装置

如果溶质在气液两相中的组成均以摩尔分数表示：
y mx
*
y*——平衡状态下气相中吸收质平衡浓度。
m —— 相平衡常数。
X—— 溶质在液相中的摩尔分数
注意：亨利定律的不同表示方式和系数的单位、换算方法。
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
*
mX Y 1 (1 m) X
Y mX
5.2吸收与吸附原理
5.2.2吸收过程的机理
• 吸收的理论：双膜理论
① YA和XA分别是气液相
主体浓度。
② Y*i和X*i分别是相界面
上气相和液相浓度， 平衡浓度Y*i=mX*i
③ 气相动力YA –Y*i克服 气膜阻力，从a到b ④ 液相动力XA –X*i克服 液膜阻力，从b’到c’
亨利定律
5.2吸收与吸附原理
溶质A溶 解速度 平衡分压, pA* 摩尔分数, yA 摩尔比， YA 相际动态平衡
…….
气体
液体
饱和浓度 质量浓度，A 物质的量浓度，cA 摩尔分数，xA 摩尔比，XA
溶质挥 发速度
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
• 吸收质分压力
• 定义：当溶液中吸收了某种气体后，由于分子扩散会在溶 液表面形成一定的分压力。其大小和溶液中该吸收质浓度 有关。
5.1 有害气体净化方法概论
• 2）吸附法 • 吸附操作是通过多孔固体 物质与某一混合组分体系 （气体或液体）接触，有 选择地使体系中的一种或 多种组分附着于固体表面， 从而实现特定组分分离的 操作过程。
5.1 有害气体净化方法概论
• 3）燃烧法 • 燃烧是一种放热发光的化学反应，也就是化学能转变成 热能的过程。利用废气中某些污染物可以氧化燃烧的特 性，将其燃烧变成无害物的方法。
5. 1 有害气体净化方法概述
5.2 5.3 5.4
吸收与吸附原理
吸收与吸附装置 其他气体净化方法
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础 1.物理吸收 2.化学吸收 特点： 特点： 1）一般没有明显化学 1.伴随明显的化学反应（有 反应，可以看做单纯物 新物质生成） 理溶解（NH3溶于水）。 (2NaOH+SO2=NaSO3+H2 O) 2）一般可逆，溶解过 程不改变被吸收气体的 2.效率比物理吸收高，常采 性质。 用化学吸收方法。
5.2吸收与吸附原理
5.2.3吸附原理和特性
• 吸附特性 • 静活性：吸附剂在吸附一定 量的气体后，会达到饱和， 达到饱和时单位质量吸附剂 所吸附的气体量。 • 动吸附：气体经过固定的吸 附层，从开始吸附到气体出 外处出现吸附质为止，单位 质量吸附剂平均系的气体量。
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
• 1、摩尔分数 • 定义：气相或液相中某一组分的摩尔数与该混合 气体或溶液的总摩尔数之比
，
nA xA n
组分A的摩尔分数
，
组分A的物质的量 混合物的总物质的量
当混合物为气液两相体系时，常以x表示液相中的
摩尔分数，y表示气相中的摩尔分数
5.2吸收与吸附原理
标准状态下活性炭对单一气体的吸附量
• 同一个吸附剂对不同的气体吸附量与该气体的沸点成 正比，气体的沸点越高越容易吸附。 • 活性炭 是应用最为广泛的吸附剂。是由煤或木质原料加
工得到的产品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、 秸秆等都可以加工成黑炭，经活化后制成活性炭。 • 炭化：把原料热解成炭渣，温度：200～600℃ • 活化：形成发达的细孔。两种办法: 气体法：通入水蒸气，温度在800～1000℃； 药剂法：加入氯化锌、硫酸、磷酸等。 • 比表面积：500 ～ 1700 m2/g
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
• 基本概念：吸收质被吸收剂吸收的过程。 • 在吸收操作中，被吸收气体称为吸收质，气相中不参 与吸收的气体称为惰气，吸收用的液体为吸收剂。
• 浓度的表示方法 • 基本概念：摩尔数：6.0221415 × 1023个。 • 它的正式的定义是0.012kgC12中包含的C12的原子的 数量。 • 作用：1mol任何粒子，以g为单位时，数值上等于其 相对分子质量。
• 气体在溶剂中的溶解度随着温度的升高是降低的，因此， 亨利系数E是增大的。 • 气体在各种条件下的亨利系数E通常可以在手册中查到。
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
典型气体在水中的亨利系数 25℃时 E (kPa/mol) CO 5.88 106
CO2
H2S
1.66 105
0.552 105
• 吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相的过程——解吸
• 吸附过程发生在“气-固”或“液-固”非均相界面
5.2吸收与吸附原理
5.2.3吸附原理和特性
• 按作用力性质分类：物理吸附和化学吸附 • 物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德华
力（静电引力）所引起的，也称为范德华吸附。
• 吸附热较小（放热过程，吸附热在数值上与冷凝热相 当），可在低温下进行； • 过程是可逆的，易解吸； • 相对没有选择性，可吸附多种吸附质；
• 该分压力的大小，表示吸收质返回气相的能力，也可以说 是反抗吸收的能力。 • 当气相中吸收质分压力等于液面上的吸收质分压力时，气 液达到平衡，把这时气相中吸收质的分压力称为该液相浓 度下的平衡分压力。
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
• 一定的温度和压力下，气液两相处于平衡状态时，液相吸 收质浓度与气相的平衡分压力之间存在着一定的函数关系
xNH 3
0.25 na 17 0.26 n 0.25 0.75 17 18
摩尔比 xNH 3
0.25 na na 17 0.352 n na nb 0.75 18
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
• 吸收的气液平衡关系：特定条件下溶质A溶解速 度和溶质挥发速度相等，此时相际动态平衡
SO2
0.413 104
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
如果溶质的溶解度用物质的量浓度表示，则亨利定律可写为：
C P H
*
p* —— 溶质在气相中的平衡分压，kPa； C —— 溶质A在液相中的物质的量浓度，kmol/m3 ；
H —— 溶解度系数，kmol/(m3. kPa) 。
• 相对分子质量越大，分子引力越大，吸附量越大；
• 可形成单分子吸附层或多分子吸附层 。
5.2吸收与吸附原理
5.2.3吸附原理和特性
• 按作用力性质分类：物理吸附和化学吸附 • 化学吸附：又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间发生 化学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间化学键作 用力的大小。
• 如石灰吸附CO2 → CaCO3
5Hale Waihona Puke 1 有害气体净化方法概论• 6）非平衡等离子体法 • 利用气体放电形法形成非平衡等离子体，可以分 解气态污染物，并从气流中分离出微粒。
5.1 有害气体净化方法概论
• 7）光催化转化法 • 定义：基于光催化剂，在紫外线照射下，具有的 氧化还原能力而净化污染物。 • 适合：室内挥发性污染物。
CONTENTS
• 几乎不溶解的组分——惰性组分
• 吸收后得到的溶液——吸收液
• 吸收后的气体——净化气
5.2吸收与吸附原理
5.2.2吸收过程的机理
• 吸收的理论
• 吸收过程是一种典型的由气相向液相的传质过程，一
般可分解为三个基本步骤：
① 溶质由气相主体传递至两相界面，即气相内的传递； ② 溶质在两相界面由气相溶解于液相，即相际传递； ③ 溶质由界面传递至液相主体，即液相内的传递。
5.2吸收与吸附原理
5.2.2吸收过程的机理
吸收速率方程式
5.2吸收与吸附原理
5.2.3吸附原理和特性
• 原理：吸附操作是通过多孔固体物质与某一混合组分 体系（气体或液体）接触，有选择地使体系中的一种 或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离 的操作过程。 • 单位质量吸附剂具有的总表面积（㎡/kg），称为吸 附剂的—比表面积（越大越好） • 被吸附到固体表面的组分——吸附质 • 吸附吸附质的多孔固体——吸附剂 • 吸附质附着到吸附剂表面的过程——吸附
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
• 亨利（Henry）定律： • 稀溶液条件下，温度一定，总压不大时， • 气体溶质的平衡分压和溶解度成正比：
P Ex
*
p* —— 溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x —— 溶质在液相中的摩尔分数；
E —— 亨利系数，kPa/mol。
• 亨利系数E越大，说明气体越难以溶解于溶剂。
*
当溶液浓度很低时，X很小，：
Y*——平衡状态下气相中吸收质平衡浓度kmol（吸收质）/kmol （堕气）。
m —— 相平衡常数。
X—— 溶质在液相中的摩尔分数kmol（吸收质）/kmol（吸收剂）
m值越小越容易吸收，m值越大越难吸收。
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
m值的作用
1.判断吸收的难易程度 2.判断吸收已经进行到什么程度
方法：已知吸收质起始浓度XA，查图 表找到平衡浓度Y*，与被吸收气体的 起始浓度Y相比。△Y越大，吸收越容 易。 △Y越小吸收越难。
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
5.2吸收与吸附原理
5.2.1吸收过程的理论基础
5.2吸收与吸附原理
5.2.2吸收过程的机理
• 吸收是混合气体分离最常用的操作方法之一。
工业通风与除尘
郑州工商学院 赵鲁炎
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