大气污染控制工程_气态污染物控制技术基础详解
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第七章 气态污染物控制技术基础
▪ 教学内容: ▪ 气体吸收 ▪ 气体吸附 ▪ 气体催化净化 ▪ 教学重点: ▪ 掌握气体吸收、吸附和催化的基本原理和过程 ▪ 了解常用吸收剂、吸附剂和催化剂的特性 ▪ 教学重点: ▪ 初步学会设计吸收塔、吸附床和催化转化器
学时数：8学时
§1气体吸收
一、吸收机理
双膜理论
（平衡线上凸）
吸收塔的最小液气比
三、物理吸收
▪ 填料塔高度计算
zT dz
(
G
)
y1
dy
0
kya y2 (1 y)( y yi )
zT dz (
L
)
x1
dx
0
kxa x2 (1 x)( xi x)
水吸收SO2的平衡线和操作线
四、化学吸收
▪ 化学吸收的优点
➢ 溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的溶质 量增多
▪ 1.双膜模型
➢ 气相分传质速率
NA ky ( y A yAi )
NA kg ( p A pAi )
➢ 液相分传质速率
NA kx ( x Ai xA )
xAL
NA kl (c Ai cA )
➢ 总传质速率方程
NA Ky ( y A yA* )
NA
K
Ag
(
p
A
p* A
)
NA Kx (xA* xA )
NA
K
Al
(c* A
cA )
2.渗透模型
➢假定:
每个微表面元与气体接
触时间都为
界面上微表面元在暴露
时间内的吸收速率是变
化的
气液界面 流体微元
液体主相
3.表面更新模型
➢假定:
各表面微元具有不同的暴露时间,t=0- 各表面元的暴露时间(龄期)符合正态分布
4. 其它模型
➢表面更新模型的修正 ➢基于流体力学的传质模型 ➢界面效应模型
ky
kx
Ky ky
易溶气体（碱或氨液吸收SO2）
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）
kga 6.07 104 G0.9L0.39 G、L－气、液相空塔流量
水吸收CO2（难溶气体吸收） kla 2.57 U 0.96 U－喷淋密度，m3/(m2·h)
水吸收SO2（中等溶解气体吸收）
kgaຫໍສະໝຸດ Baidu 9.81 104 G0.7L0.25; kla a L0.82
界面浓度的计算
▪ 作图法
N A k y ( yA yAi ) kx (xAi xA )
▪ 参数换算
H c /(x E)
H S /(MS E)
吸收系数
➢ 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：
1 1 m Ky ky kx
➢ 液膜控制（
m1
kx ky
，1
Ky
m
kx
）
难溶气体（稀碱溶液吸收CO2，水吸收O2）
➢ 气膜控制（1 m ，1 1 ）
－由于化学反应使吸收速率增强的系数
➢ 相当于选取相同的推动力C, 选用不同的传质系数 －引入增强系数
吸收设备
喷淋塔
填料塔
污染气体 入口
搅拌器
吸收设备
清洁气体 出口
水洗喷管
循环泵 氧化空气 入口
去湿器 浆液喷嘴
多孔板
yA yAi kx
xA xAi
ky
解析法
➢稀溶液亨利定律+传质方程
三、物理吸收
▪ 操作线方程
Y
LS GB
X
(Y1
LS GB
X1)
L G
X
(Y1
L G
X1)
▪ 操作线、平衡线和吸收推动力
三、物理吸收
▪ 最小液气比
(
LS GB
)
min
Y1 Y2
X
* 1
X2
(
LS GB
)
min
Y1 Y2 X1max X 2
➢ 液膜扩散阻力降低 ➢ 填料表面的停滞层仍为有效湿表面
两分子反应中相界面附近液相内A与B的浓度分布
化学吸收的气液平衡
• 平衡浓度计算
化学吸收速率
▪ 吸收速率
➢ 物理吸收时 ➢ 化学吸收时
NA kA (CAi CAl )
N A K1(cAi cAl )
K1－未发生化学反应时的液相传质分系数
气液界面 流体微元
液体主相
二、气液平衡
▪ 平衡－吸收过程的 传质速率等于解吸 过程
▪ 溶解度
➢ 每100kg水中溶解 气体的kg数
➢ 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
▪ 教学内容: ▪ 气体吸收 ▪ 气体吸附 ▪ 气体催化净化 ▪ 教学重点: ▪ 掌握气体吸收、吸附和催化的基本原理和过程 ▪ 了解常用吸收剂、吸附剂和催化剂的特性 ▪ 教学重点: ▪ 初步学会设计吸收塔、吸附床和催化转化器
学时数：8学时
§1气体吸收
一、吸收机理
双膜理论
（平衡线上凸）
吸收塔的最小液气比
三、物理吸收
▪ 填料塔高度计算
zT dz
(
G
)
y1
dy
0
kya y2 (1 y)( y yi )
zT dz (
L
)
x1
dx
0
kxa x2 (1 x)( xi x)
水吸收SO2的平衡线和操作线
四、化学吸收
▪ 化学吸收的优点
➢ 溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的溶质 量增多
▪ 1.双膜模型
➢ 气相分传质速率
NA ky ( y A yAi )
NA kg ( p A pAi )
➢ 液相分传质速率
NA kx ( x Ai xA )
xAL
NA kl (c Ai cA )
➢ 总传质速率方程
NA Ky ( y A yA* )
NA
K
Ag
(
p
A
p* A
)
NA Kx (xA* xA )
NA
K
Al
(c* A
cA )
2.渗透模型
➢假定:
每个微表面元与气体接
触时间都为
界面上微表面元在暴露
时间内的吸收速率是变
化的
气液界面 流体微元
液体主相
3.表面更新模型
➢假定:
各表面微元具有不同的暴露时间,t=0- 各表面元的暴露时间(龄期)符合正态分布
4. 其它模型
➢表面更新模型的修正 ➢基于流体力学的传质模型 ➢界面效应模型
ky
kx
Ky ky
易溶气体（碱或氨液吸收SO2）
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）
kga 6.07 104 G0.9L0.39 G、L－气、液相空塔流量
水吸收CO2（难溶气体吸收） kla 2.57 U 0.96 U－喷淋密度，m3/(m2·h)
水吸收SO2（中等溶解气体吸收）
kgaຫໍສະໝຸດ Baidu 9.81 104 G0.7L0.25; kla a L0.82
界面浓度的计算
▪ 作图法
N A k y ( yA yAi ) kx (xAi xA )
▪ 参数换算
H c /(x E)
H S /(MS E)
吸收系数
➢ 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：
1 1 m Ky ky kx
➢ 液膜控制（
m1
kx ky
，1
Ky
m
kx
）
难溶气体（稀碱溶液吸收CO2，水吸收O2）
➢ 气膜控制（1 m ，1 1 ）
－由于化学反应使吸收速率增强的系数
➢ 相当于选取相同的推动力C, 选用不同的传质系数 －引入增强系数
吸收设备
喷淋塔
填料塔
污染气体 入口
搅拌器
吸收设备
清洁气体 出口
水洗喷管
循环泵 氧化空气 入口
去湿器 浆液喷嘴
多孔板
yA yAi kx
xA xAi
ky
解析法
➢稀溶液亨利定律+传质方程
三、物理吸收
▪ 操作线方程
Y
LS GB
X
(Y1
LS GB
X1)
L G
X
(Y1
L G
X1)
▪ 操作线、平衡线和吸收推动力
三、物理吸收
▪ 最小液气比
(
LS GB
)
min
Y1 Y2
X
* 1
X2
(
LS GB
)
min
Y1 Y2 X1max X 2
➢ 液膜扩散阻力降低 ➢ 填料表面的停滞层仍为有效湿表面
两分子反应中相界面附近液相内A与B的浓度分布
化学吸收的气液平衡
• 平衡浓度计算
化学吸收速率
▪ 吸收速率
➢ 物理吸收时 ➢ 化学吸收时
NA kA (CAi CAl )
N A K1(cAi cAl )
K1－未发生化学反应时的液相传质分系数
气液界面 流体微元
液体主相
二、气液平衡
▪ 平衡－吸收过程的 传质速率等于解吸 过程
▪ 溶解度
➢ 每100kg水中溶解 气体的kg数
➢ 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