第七章吸收法凈化氣體污染物

01吸收基本原理02吸收塔的計(jì)算03化學(xué)吸收04吸收設(shè)備05吸收氣體污染物的工藝配置第一節(jié)吸收基本原理利用吸收劑將混合氣體中的一種或多種組分有選擇地吸收分離過(guò)程稱作吸收。具有吸收作用的物質(zhì)稱為吸收劑，被吸收的組分稱為吸收質(zhì)，吸收操作得到的液體稱為吸收液或溶液，剩余的氣體稱為吸收尾氣。物理吸收是指在吸收過(guò)程中不發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，單純是被吸收組分溶于液體的過(guò)程，如用水吸收

氣體。化學(xué)吸收是指吸收過(guò)程中發(fā)生明顯化學(xué)反應(yīng)，如用氫氧化鈉溶液吸收

，用酸性溶液吸收

氣等。吸收進(jìn)行時(shí)，吸收解吸同時(shí)進(jìn)行，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，氣液兩相達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)氣相中吸收質(zhì)的分壓稱為平衡分壓，液相中所溶解的吸收質(zhì)濃度稱為平衡濃度，簡(jiǎn)稱溶解度。如果吸收過(guò)程不發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，稱為物理吸收；如果吸收質(zhì)與吸收劑由于化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致吸收，稱為化學(xué)吸收。在一定溫度下，當(dāng)壓力不高時(shí)，對(duì)于稀溶液的吸收符合亨利定律，即吸收質(zhì)在液體中的溶解度與氣相中的平衡分壓成正比，表達(dá)式為C=Hp一、氣液平衡—亨利定律（1）在氣液兩相接觸面（界面）附近，分別存在著不發(fā)生對(duì)流作用的氣膜和液膜，被吸收組分必須以分子擴(kuò)散方式連續(xù)通過(guò)此兩薄膜，因此傳質(zhì)速率主要決定于分子擴(kuò)散。假設(shè)

兩膜均呈滯留狀態(tài)，即使氣液兩相主體都呈湍流時(shí)，仍可認(rèn)為界面上此兩層薄膜是滯留。（2）滯留膜的厚度隨各相主體的流速和湍流狀態(tài)而變，流速越大，膜厚度越薄。但一般認(rèn)為膜的厚度極小，在膜中和相界面上無(wú)溶質(zhì)的積累，故吸收過(guò)程可以看做是固定膜的固定擴(kuò)散。（3）在界面上氣液兩相呈平衡狀態(tài)，即液相的界面濃度是和在界面處的氣相組成呈平衡狀態(tài)的飽和濃度，亦可理解為在相面上無(wú)擴(kuò)散阻力。（4）在兩相主體中吸收質(zhì)的濃度均勻不變，僅在薄膜中發(fā)生濃度變化，兩相薄膜中的濃度差就等于膜外的氣液兩相的平均濃度差。二、吸收過(guò)程——雙膜理論二、吸收過(guò)程——雙膜理論

三、吸收速率方程一、物料恒算第二節(jié)吸收塔的計(jì)算（1）在Y-X圖上，吸收操作線必須處于平衡線之上

。(2)操作線與平衡線之間的距離反映了吸收推動(dòng)力的大小。(3)操作線與平衡線不能相交或相切。液氣比的確定，須滿足下列三個(gè)原則：(l）操作液氣比必須大于最小液氣比。(2）就填料塔而言操作液體的噴淋密度（即每平方米的塔截面上每小時(shí)的噴淋量(m3／m2·h）應(yīng)大于為充分潤(rùn)濕填料所必須的最小噴淋密度，一般為3～4(m3／m2·h)，此時(shí)設(shè)備的阻力較小。8-4填料塔的流體力學(xué)特征（雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)）(3）操作液氣比的選定應(yīng)盡可能從設(shè)備投資和操作費(fèi)用兩方面權(quán)衡考慮，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的要求。二、最佳氣液比的確定(l）填料塔內(nèi)的流體力學(xué)特性填料塔內(nèi)氣液兩種流體逆向流動(dòng)時(shí)具有一定的特性，即假定給液量保持不變，在逆流情況下，氣體的流速達(dá)到一定值時(shí)，就發(fā)生所謂液體的泛濫現(xiàn)象，此時(shí)液體停止下降，且開(kāi)始隨同上逸的氣體被吹出塔外，此時(shí)氣體的流速稱為“泛點(diǎn)”。(2）液泛速度三、填料塔塔徑和阻力計(jì)算(3）塔徑和阻力計(jì)算【例7-l】某礦石焙燒爐排出爐氣冷卻至加20℃后，送入填料吸收塔中用水洗滌，去除其中的SO2。已知操作壓力為101.325kPa，爐氣的體積流量為2000m2/h，爐氣的混合分子量為32.16，洗滌水耗量為L(zhǎng)′=45200kg/h，吸收塔選用填料為：①25mm×25mm×2.5mm亂堆瓷拉西環(huán)；②50mm瓷矩鞍填料，若取空塔流速為液泛流速的70%，試分別求出所需的塔徑及每米填料的壓強(qiáng)降。(4)填料層高度的計(jì)算【例7-2】空氣和氨的混合物在直徑為0.8m的填料塔中，用水吸收其中所含氨的99.5%,每小時(shí)所送入的混合氣體量為1400kg，混合氣體的總壓力為101.3Pa，其中氨的分壓為1.333Pa，所用的氣液比為最小值的1.4倍，操作溫度（20℃）下的平衡關(guān)系為Ye＝0.75X，總體積吸收系數(shù)KY·a=088kmol／m3·s，求每小時(shí)的溶劑水用量與所需的填料層高度。伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收稱為化學(xué)吸收。化學(xué)吸收從理論上講大體可分為五個(gè)連續(xù)步驟：溶質(zhì)A從氣流主體通過(guò)氣膜到達(dá)界面的擴(kuò)散；溶質(zhì)A在液膜中的擴(kuò)散；溶劑中反應(yīng)組分B在液膜中的擴(kuò)散；組分A和B在反應(yīng)區(qū)（帶）的化學(xué)反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)（帶）到液相主體的擴(kuò)散。第三節(jié)化學(xué)吸收一、

傳質(zhì)控制時(shí)的濃度分布和傳質(zhì)速度（1）液相中伴有極慢化學(xué)反應(yīng)的情況(2）液相中伴有中速化學(xué)反應(yīng)的情況二、動(dòng)力學(xué)控制時(shí)吸收傳質(zhì)的分析【例7-3】某含氮的混合氣體流量Q為60kmol/h，其中氮的分壓為0.06atm（絕對(duì)）、要求出口處分壓降至0.01atm，用硫酸含量為0.6atm/m3的吸收劑進(jìn)行吸收凈化，要求出口硫酸濃度為0.45kmol/m3，假設(shè)kAG=0.37kmol/m2·h·atm，工作總壓力為1atm（絕對(duì)），逆流吸收處理，試計(jì)算回收塔的吸收塔。

（設(shè)kAL=0.004m2/h,溶解度系數(shù)h=75/mol/m2·atm）（1atm=101.325kPa）第四節(jié)吸收設(shè)備吸收設(shè)備應(yīng)滿足以下基木要求：氣液之間應(yīng)有較大的接觸面積和一定的接觸時(shí)間；氣液之間擾動(dòng)強(qiáng)烈，吸收阻力低，吸收效率高；氣流通過(guò)時(shí)的壓力損失小，操作穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作維修方便，造價(jià)低廉；應(yīng)具有相應(yīng)的抗腐蝕和防堵塞能力：填料塔的形式：

有立式、臥式、并流、逆流、單層、多層等。構(gòu)造主要包括：

塔體、塔填料和塔內(nèi)件三大部分。一、填料塔1、工業(yè)填料塔所用的填料．可分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料兩大類。2、實(shí)體填料有拉西環(huán)．鮑爾環(huán)、鞍形、波紋填料。3、塔填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)重要的環(huán)節(jié)之一。一般要求塔填料具有較大的通量，較低的壓降，較高的傳質(zhì)效率和強(qiáng)度，同時(shí)操作彈性大，性能穩(wěn)定，能滿足物系的腐蝕性、污堵性、熱敏性等特殊要求，便于塔的拆裝．檢修，并且價(jià)格要低廉。為此填料應(yīng)具有較大的比表面積，較高的空隙率，結(jié)構(gòu)要敞開(kāi)，死角空隙小，液體的再分布性能好，填料的類型、尺寸、材質(zhì)要選擇適當(dāng)。32二、湍流塔湍流塔，其特點(diǎn)是加大氣速使塔內(nèi)的填料處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，塔內(nèi)設(shè)有開(kāi)孔率較大的篩板，篩板上放置一定數(shù)量的輕質(zhì)小球，氣流通過(guò)篩板時(shí)，小球隨之湍流旋轉(zhuǎn)。相互碰撞，吸收劑自上而下噴淋潤(rùn)濕小球表面進(jìn)行吸收，由于氣、液、固三相接觸，小球表面的液膜不斷更新。增大了吸收推動(dòng)力，提高了吸收效率。球料一般以聚乙烯或聚丙烯制作，具有較好的耐磨、耐溫、耐腐性能。湍球塔的空塔氣速一般為2～6m/s，保證小球湍動(dòng)。小球之間不斷碰撞磨擦，表面經(jīng)常自動(dòng)清刷，不會(huì)迅成堵塞，通常每段塔的阻力約為40～120mmH2O(1mmH2O=9.8Pa)。

湍流塔的特點(diǎn)是風(fēng)速高，處理能力大，體積小，吸收效率高；缺點(diǎn)是由于小球的湍動(dòng)，在每一段內(nèi)有一定程度的返混，所以只話用于傳質(zhì)單元數(shù)（段數(shù)）不多的過(guò)程。例如不可逆化學(xué)吸收和溫差較恒定的降溫過(guò)程，、另外塑料小球不能承受高溫、壽命短，需經(jīng)常更換。34三、篩板塔板式塔廠泛用于氣體吸收、除塵、降溫、干燥等操作。塔內(nèi)裝有若千層塔板，液休靠重力自塔頂流向塔底，并在塔板上保持住一定的液層，氣體以鼓泡或噴射形式穿過(guò)板上液層，在塔板上氣液相互接觸進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱。在氣體凈化中篩板塔應(yīng)用較多。

篩板塔內(nèi)設(shè)有多層篩板，氣休亦從下而上經(jīng)篩孔進(jìn)入篩板上的液層，通過(guò)氣體的鼓泡進(jìn)行吸收，因此也常稱謂“鼓袍塔”，為了使篩板上液層厚度保持均勻，提高吸收效率，篩板上設(shè)有湍流堰、以保持篩板上液層厚度，一般為30mm。35操作中必須保持適當(dāng)?shù)臍庖罕壤拍苷７€(wěn)定，氣量過(guò)大，則氣流穿過(guò)篩孔后猛烈將液體推開(kāi)，以連續(xù)相迅速通過(guò)塔板液層，形成氣體短路，并發(fā)生嚴(yán)重的霧抹夾帶理象．壓降增大；氣量過(guò)小或液流量過(guò)大，會(huì)引起液體從篩孔泄漏，吸收效率降低。篩孔孔徑一般為3～8mm，對(duì)于含懸浮物的液體