气态污染物控制技术基础知识

第二节 气体吸收
吸收机理
1.双膜模型（应用最广）
➢假定: 界面两侧存在气膜和液膜,膜内为层流, 传质阻 力只在膜内 气膜和液膜外湍流流动,无浓度梯度, 即无扩散 阻力 气液界面上,气液达溶解平衡 即:CAi=HPAi 膜内无物质积累,即达稳态.
双膜理论
双膜模型
➢ 气相分传质速率
NA ky ( y A yAi )
气态污染物控制技术基础知识
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
第Fra Baidu bibliotek节 气体扩散
气态污染物脱除过程的单元操作
➢ 流体输送 ➢ 热量传递 ➢ 质量传递
气体扩散过程
➢分子扩散－分子运动引起的 ➢湍流扩散－流体质点运动引起的
气体扩散
气体在气相中的扩散（Gilliland 方程）
DAB
1.8104
T0.5
0.5
[VA
V0B.5]2
MA [ 1
A MA
1 ]0.5 MB
T－绝对温度，K DAB－扩散系数，cm2/s M－气体的摩尔质量 V －气体在沸点下呈液态时的摩尔体积,cm3/mol
A－气体密度，g/cm3
气体在气相中的扩散
扩散系数
➢ 物质的特性常数之一 P236 ➢ 影响因素：
介质的种类 温度 压强 浓度
➢ 液相分传质速率 NA kg( p A pAi )
NA kx(x Ai xA)
NA kl(cAi cA)
x AL
➢ 总传质速率方程
NAKy(yAyA *) NAKA g(pAp* A)
NAKx(xA *xA) NAKA l(c* AcA)
气液平衡
平衡－吸收过程的传质速率等于解吸过程
溶解度
p * EX p* C
H
亨利定律（续）
亨利系数
H、E、m
其中 H 又称为溶解度系数，H 是温度的函数，随温度 的增加而减小。H 的大小反映了气体溶解的难易程度。 易则 H 大、难则 H 小。 E 又称为相平衡常数。 亨利系数之间的换算
H c/(x E)
H S /(MS E)
吸收系数
➢ 气 膜 控 制 （ 1 m ， 1 1）
k y k x K y k y
易 溶 气 体 （ 碱 或 氨 液 吸 收 S O 2 ）
吸收过程的气膜控制与液膜控制
气膜阻力和液膜阻力的大小取决于被吸收组分 的相平衡常数 m 和溶解度系数 H。
对于易溶气体，m 很小、H很大，总阻力近似 等于气膜阻力，这种情况称为气膜控制。
➢ 吸收系数的不同形式
传质阻力
➢ 传质阻力－吸收系数的倒数
➢ 传 质 总 阻 力 ＝ 气 相 传 质 阻 力 ＋ 液 相 传 质 阻 力
例 ：
11 m K y k y k x
➢ 液 膜 控 制 （ k m x k 1 y， K 1 y k m x）
难 溶 气 体 （ 稀 碱 溶 液 吸 收 C O 2 ， 水 吸 收 O 2 ）
p B1 、p B 2 － 分 别 为 L 1、 L 2时 空 气 分 压
t－ 变 化 时 间 ， s
气体在液相中的扩散
在液相中的扩散系数
➢ 估算方程
DAB
7.41010
(MB)0.5T 0.5
BVA
B－液体的粘度，cP －溶剂的缔结因数，水2.6，甲醇1.9，乙醇1.5，
非缔结如苯、乙醚为1.0
➢ 扩散系数随溶液浓度变化很大 ➢ 上式只适用于稀溶液
气体在液相中的扩散（续）
某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液）
溶解度计算例题
P301 7-1 解：(1) 由式7－13得：x = P*/E = 500×2％/1.88×105=5.32×10－5
摩尔分数 由式7－14得：m = y*/x 已知：y* = 2%（体积）＝0.02m3/22.4×103 = 8.93×10－7 kmol/m3 所以：m = y*/x ＝ 8.93×10－7 / 5.32×10－5 = 1.68×10－2 kmol/m3 由式7－18得溶液的平均分子量： Mm = Mx ·x + Ms(1－x) = 44 × 5.32×10－5 +18(1－5.32×10－5) ≈18 由式7－17得溶液的总浓度：Ct = ρl/ Mm = 1000/18 = 55.56 kmol/m3 所以溶质的浓度为：C = Ct ·x = 55.56× 5.32×10－5 = 2.96×10－3 kmol/m3 由式7－12可求得：H＝C/ P*＝2.96×10－3/ 500×2％＝2.96×10－4 kmol/m3 用简化公式：H≈ρs/ Ms·E = 1000/18×1.88×105 =2.96×10－4 kmol/m3
水 吸 收 C O 2 （ 难 溶 气 体 吸 收 ） k l a 2 .5 7 U 0 .9 6 U － 喷 淋 密 度 ， m 3 / ( m 2 · h )
水 吸 收 SO 2（ 中 等 溶 解 气 体 吸 收 ）
kga9.81104G0.7L0.25;klaaL0.82
界面浓度的计算
气体在气相中的扩散
部分气体在空气中的扩散系数（0oC，101.33kPa）
扩散系数的测量
Stephan过程
D AB
RT P ln( pB1 /
pB2 )
A1 MA
L
2 2
L
2 1
2t
A1－ 液 体 A 的 密 度 ， g/m 3
L1－ 液 体 的 初 始 高 度 ， cm L2 － 液 体 的 最 终 高 度 ， cm
对于难溶气体，m 很大、H 很小,总阻力近似 等于液膜阻力, 这种情况称为液膜控制。
传质过程
吸收系数的影响因素
➢ 吸收质与吸收剂 ➢ 设备、填料类型 ➢ 流动状况、操作条件
吸收系数的获取
➢ 实验测定；经验公式计算；准数关联计算
常用吸收系数经验式
水 吸 收 氨 （ 易 溶 气 体 吸 收 ） k g a 6 .0 7 1 0 4 G 0 .9 L 0 .3 9 G 、 L － 气 、 液 相 空 塔 流 量
➢ 每100kg水中溶解气体的kg数 ➢ 溶解度是系统的温度和气相组成的函数
气液平衡
常见气体的平衡溶解度
亨利定律
亨利定律 ➢ 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 c H p* x p*/E y* m x ➢ 一定温度下，气体溶质的分压与它在溶液中的浓度(摩 尔分率)成正比。