吸收法净化气态污染物总结

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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:
废气 吸收液 净气
污水
塔型选择原则:
1、根据物性:
物料系统易起泡沫,宜用填料塔;
有悬浮物残渣的物料或易结垢的物料,易用板式塔中大孔 径筛板塔,泡罩塔;
高粘性物料,易用填料塔; 腐蚀性物料,易用板式塔中的结构简单的无溢流筛板塔; 对于处理过程是放热的,宜用板式塔。
塔型选择原则:
2、根据操作条件:
扩散系数随介质的种类、温度、压强 及浓度的不同而变化。
气体扩散速率实验示意图
液态污染物A通过气 体B的扩散
液体表面的 下降距离
实验中,用水浴维持管子 温度与空气相同
液态污来自百度文库物A
实验测定的气体扩散速率计算式
2 A1 L2 L RT 2 1 P ln( pB1 / PB 2 ) M A 2t
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
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。
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
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])
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。
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。
* A
M(液)
cA [ A] 1 K [ B]
被吸收组分在溶液中离解
A(气)
K
A(液)
M+ + N[M ] k[ A]
[M ][N ] K 且[M ] [ N ] [ A]
* * C A H A PA kH A PA
被吸收组分与溶剂中的活性组分作用
A(气)
两分子反应中相界面附近液相内A与B的浓度分布
伴有化学反应的吸收速率
aA(气) bB(液) rR(液)
1、气膜传质仍可按与物理吸收的模 式计算; 2、在气液相界面上,组分A仍处于 平衡状态,可用亨利定律来描述;
伴有化学反应, 组分A浓度降低 加快,吸收速率 大大提高。
3、在液膜中,组分A的吸收不同于物理吸收,它一 面进行物理扩散,一面进行化学反应,若在液膜中未 反应完,还要进一步转移到液相主体中继续进行。
* 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)。
▼溶质进入溶剂后因化学反应而消耗,单位体积溶剂能 容纳的溶质量增多,表现在平衡关系上为溶液的平衡 分压降低,从而使吸收推动力增加。 ▼如果反应进行的很快,使气体刚进入气液相界面就被 消耗殆尽,则溶质在液膜中的扩散阻力大大降低,甚 至为零,导致总吸收系数增大,吸收速率提高。 ▼填料表面有一部分液体停滞不动或流动很慢,在物理 吸收中这部分液体往往被溶质饱和不能再进行吸收, 但在化学吸收中,则要吸收多得多的溶质才能达到饱 和。
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。
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:
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。
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)
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
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
4、成本低廉,来源广泛。 波纹环、整砌环等。
个体填料
塑料鲍尔环
散堆填料
拉西环
金属鲍尔环
聚丙烯阶梯环
组合填料
斜管蜂窝填料
规整填料
陶瓷波纹填料
整砌填料 斜管填料
特别填料
分子筛 立体弹性填料
塔壁效应、 “干填料现象”
1、液体喷淋密度在10m3/cm2以上,要求尽量喷淋均匀; 2、塔径/填料尺寸之比大于8;
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:
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
(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

2.6
甲醇
1.9
乙醇
1.5

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。
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 )
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
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
化学吸收:化学反应活性不同
用Na2CO3吸收SO2
用稀H2SO4吸收NH3
氨气----水系统
吸 收
解 吸
吸收质
吸收剂
常见气体在水中的平衡溶解度
8.1.1物理吸收平衡--亨利定律
当总压不高(一般在5×105Pa)时,在 一定温度下,稀溶液中溶质的溶解度与气相中 溶质的平衡分压成正比。
pi * Ei xi
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);
ZG-气膜厚度,m。 pAG、pAi-分别是吸收质在气相主体和相界面上的分压,Pa;
kAG-以( pAG-pAi )为推动力的气相分传质系数,kmol/(m2.s.Pa)。
物理吸收速率
液膜
DAL NA (C Ai C AL ) k AL (C Ai C AL ) ZL
NA-吸收质传质速率, kmol/(m2.s);
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