安全工程专业工业防毒技术经典课件04有害气体的吸收净化

1、工业防毒技术- 1 -第第4 4章有害气体的吸收净化章有害气体的吸收净化第一节第一节 概述概述 第二节第二节 吸收的基本理论吸收的基本理论第三节第三节 吸收速率方程式吸收速率方程式第四节第四节 吸收流程与操作吸收流程与操作第五节第五节 化学吸收和非等温吸收化学吸收和非等温吸收第六节第六节 吸收设备主要尺寸的计算吸收设备主要尺寸的计算工业防毒技术- 2 -吸收方法广泛用于气态污染物吸收方法广泛用于气态污染物( (特别是无机气体特别是无机气体) )的净化，的净化，它还能同时起它还能同时起除尘作用除尘作用，特别适用于需要同时进行，特别适用于需要同时进行有有害气体净化和除尘害气体净化和除尘的通风排气。

2、的通风排气。 优点优点 效率高，设备简单，一次投资费用相对较低等。效率高，设备简单，一次投资费用相对较低等。广泛地应用于气态污染物控制中。广泛地应用于气态污染物控制中。 缺点缺点 吸收后的液体还需要进行处理，设备易受腐蚀。吸收后的液体还需要进行处理，设备易受腐蚀。工业防毒技术- 3 - 吸收是选用适当的液体和混合气体接触，利用不同的气吸收是选用适当的液体和混合气体接触，利用不同的气体在液体中体在液体中不同的溶解能力不同的溶解能力，除去其中一种或几种组成成分，除去其中一种或几种组成成分的气体处理过程。能够用吸收法净化的有害气体主要有的气体处理过程。能够用吸收法净化的有害气体主要有SOSO2 2、

3、HFHF、H H2 2S S、NONOX X、SiFSiF4 4、HCLHCL、CLCL2 2、NHNH3 3、汞蒸气、酸雾、沥青烟汞蒸气、酸雾、沥青烟和多种组分有机物蒸气。和多种组分有机物蒸气。分类分类：物理吸收物理吸收和和化学吸收化学吸收两类。两类。物理吸收物理吸收没有明显的化学反应，可以认为是一种单纯的物理溶没有明显的化学反应，可以认为是一种单纯的物理溶解过程，例如用水吸收氨。物理吸收是解过程，例如用水吸收氨。物理吸收是可逆可逆的，在解吸时不的，在解吸时不改变被吸收气体的性质。改变被吸收气体的性质。对于高浓度气体，可考虑物理吸收，进而便于物质回收对于高浓度气体，可考虑物理吸收，进而便于物

4、质回收工业防毒技术- 4 -吸收质吸收质 对于吸收操作过程，被吸收的气体对于吸收操作过程，被吸收的气体惰气惰气 气相中其余不被吸收的气体气相中其余不被吸收的气体吸收剂吸收剂 吸收用的液体吸收用的液体富液富液 吸收后的吸收液。富液需要进一步处理，以免造吸收后的吸收液。富液需要进一步处理，以免造 成二次污染成二次污染由于由于情气量和吸收剂量情气量和吸收剂量在吸收过程中可以认为是定值，在吸收过程中可以认为是定值，以它们作为基准来表示浓度，对于计算相当方便以它们作为基准来表示浓度，对于计算相当方便工业防毒技术- 5 -( (一一) )对吸收剂的主要要求对吸收剂的主要要求(1)(1)对吸收质的溶解度要高

5、，具有良好的选择性，对吸收质的溶解度要高，具有良好的选择性，(2)(2)蒸气压低，以减少吸收剂损失或造成新的污染；蒸气压低，以减少吸收剂损失或造成新的污染；(3)(3)无毒性和腐蚀性无毒性和腐蚀性，化学性稳定，难于燃烧，化学性稳定，难于燃烧(4)(4)沸点要高，融点要低；沸点要高，融点要低；(5)(5)价格低廉，来源广；价格低廉，来源广；(6)(6)解吸再生较方便，或能综合利用。解吸再生较方便，或能综合利用。工业防毒技术- 6 -常见的吸收剂常见的吸收剂1.1.水水 水是一种很好的工作介质，符合上面提到的大多数要水是一种很好的工作介质，符合上面提到的大多数要求，是许多吸收过程求，是许多吸收过程

6、( (特别是物理吸收特别是物理吸收) )首先考虑采用的首先考虑采用的一种吸收剂。水既可以直接作吸收剂，也可以用水溶液一种吸收剂。水既可以直接作吸收剂，也可以用水溶液作吸收剂。作吸收剂。 对于对于HClHCl，NHNH3 3等水溶性气体，用水作吸收剂是最经济的。等水溶性气体，用水作吸收剂是最经济的。水对有些物质的溶解度较低，为了提高吸收效果，可加水对有些物质的溶解度较低，为了提高吸收效果，可加入增溶剂。入增溶剂。工业防毒技术- 7 -工业防毒技术- 8 -第二节第二节 吸收的基本理论吸收的基本理论一、气液相组成的表示方法一、气液相组成的表示方法（一）质量分数和摩尔分数（一）质量分数和摩尔分数用用

7、G G表示总质量，用表示总质量，用G GA A、G GB B、G GC C、分别表示该相所含组分分别表示该相所含组分A A、B B、CC的质量，的质量，则各组分的质量分数为则各组分的质量分数为MynMynMynyyynynynynnnyyyGyGyGyCCCBBAACBACCBBAACBACBABAkgCBAnnnCBAnCBACBAGCGBGA,1.,.1.,各组分的摩尔数为总质量为计算基准，则如取的摩尔分数、表示组分的摩尔分数为的摩尔分数，则各组分、该相所含组分分别表示、数，用表示一相含有的摩尔总同理，用。的质量分数，并且和为、分别表示组分、工业防毒技术- 9 -习惯上，液相的摩尔分数用习

8、惯上，液相的摩尔分数用x x表示，气相摩尔分数用表示，气相摩尔分数用y y表示。对理想气体而言，表示。对理想气体而言，气相中组分的摩尔分数的数值就等于它的体积分数值气相中组分的摩尔分数的数值就等于它的体积分数值。气体组分的浓度。气体组分的浓度有时又可用组分的分压表示。根据道尔顿分压定律：有时又可用组分的分压表示。根据道尔顿分压定律：ypvvyppyppiiiiititiiiPiP亦等于它的摩尔分数，）等于它的分压分数，气体分数（组分来说，。所以对于气体中数与摩尔分数数值相当当总压一定时，分压分组分的摩尔分数组分的分压，总压，式中iaa工业防毒技术- 10 -（二）质量浓度和摩尔浓度（二）质量浓

9、度和摩尔浓度某单位体积所含组分的质量或摩尔数，即为质量浓度和摩尔浓度。某单位体积所含组分的质量或摩尔数，即为质量浓度和摩尔浓度。用用VVVVCVBVACBACBACBAnCnCnCGCGCGCCCCCCCCCBBAACBACBA,.的摩尔浓度，则、分别表示组分、的质量浓度，、分别表示、工业防毒技术- 11 -（三）比质量分数和比摩尔分数（三）比质量分数和比摩尔分数某组分的质量或摩尔数与此相中除此组分之外的质量或摩尔数之比。某组分的质量或摩尔数与此相中除此组分之外的质量或摩尔数之比。总压。开尔文温度；气体常数，式中下式表达摩尔浓度之间关系可用与它的分的摩尔分数数等于体积分数，则组对于理想气体，摩

10、尔分之间的关系为摩尔分数与比摩尔分数比质量分数，分吸收，则质量分数与如果吸收操作作为单组为和比摩尔分数则比质量分数摩尔数为组分的质量为，总摩尔数为如某相总质量为ppCyyyYyyYnnYGGYYYnGttiiiiiiiiiiiiiiTRRTyiinGiiinG1,1,工业防毒技术- 12 -已知氨水中氨的质量分数为已知氨水中氨的质量分数为25%25%，求氨的摩尔分数和比摩尔分数？，求氨的摩尔分数和比摩尔分数？工业防毒技术- 13 -二、吸收过程的相平衡关系二、吸收过程的相平衡关系（一）气体在液体中的溶解度（一）气体在液体中的溶解度1 1）吸收过程的气液相平衡）吸收过程的气液相平衡 吸收过程吸收

11、过程 当混合气体与吸收剂接触时，气相中的可吸收组分（吸收质）就当混合气体与吸收剂接触时，气相中的可吸收组分（吸收质）就会向液相进行质量传递，称为会向液相进行质量传递，称为吸收过程吸收过程。 解吸过程解吸过程 伴随吸收过程的同时，还会发生液相中吸收组分反过来向气相逸伴随吸收过程的同时，还会发生液相中吸收组分反过来向气相逸出的质量传递过程，称为出的质量传递过程，称为解吸过程解吸过程。 在一定的温度和压力下，吸收过程的速率和解吸过程的速率最终将会相等，在一定的温度和压力下，吸收过程的速率和解吸过程的速率最终将会相等，气液两相间的质量传递达到动态平衡，简称为气液两相间的质量传递达到动态平衡，简称为相平

12、衡。相平衡。 这时气相中吸收质分压称为这时气相中吸收质分压称为平衡分压平衡分压，液相中所溶解吸收质的浓度称为，液相中所溶解吸收质的浓度称为平平衡溶解度衡溶解度简称溶解度它是吸收的极限又称简称溶解度它是吸收的极限又称最大溶解度最大溶解度，常定义为，常定义为每每100100千克溶剂中溶解气体的千克数。千克溶剂中溶解气体的千克数。工业防毒技术- 14 -由于某组分的溶解度与该组分在气相中的由于某组分的溶解度与该组分在气相中的分压成正比分压成正比，故溶，故溶解度也可用组分在气相中的分压表示。它与气体和溶剂的解度也可用组分在气相中的分压表示。它与气体和溶剂的性质有关，并受温度和压力等的影响。一般来说，性

13、质有关，并受温度和压力等的影响。一般来说，在同温同压的情况下，不同性质的气体在相同溶剂中的溶在同温同压的情况下，不同性质的气体在相同溶剂中的溶解度不同；解度不同；当温度一定时，溶解度随吸收质分压的升高而增大；当温度一定时，溶解度随吸收质分压的升高而增大；气体的溶解度与温度有关，一般来说，随着温度的升高，气体的溶解度与温度有关，一般来说，随着温度的升高，溶解度下降。溶解度下降。工业防毒技术- 15 -（二）亨利定律（二）亨利定律 亨利定律是亨利定律是物理吸收物理吸收过程的气液相平衡规律。在一定温度下，过程的气液相平衡规律。在一定温度下，对总压不高对总压不高( (一般约小于一般约小于5 5l0l0

14、5 5Pa)Pa)的物理吸收，气态吸收的物理吸收，气态吸收质在吸收剂溶液中的溶解度与气相中吸收质的平衡分压成质在吸收剂溶液中的溶解度与气相中吸收质的平衡分压成正比，即：正比，即：亨利定律适用亨利定律适用用于液相浓度非常低的情况物理吸收用于液相浓度非常低的情况物理吸收不适用于不适用于吸收液浓度高的情况化学吸收过程吸收液浓度高的情况化学吸收过程)cfp（工业防毒技术- 16 -1.1.液相浓度以单位体积含溶质的摩尔数表示液相浓度以单位体积含溶质的摩尔数表示，不易溶。值大，气体易容；反之易的量度。它作为判断气体溶解难浓度，为标准大气压时溶液的可视为溶质气体分压力溶解度系数，；度，溶质气体在溶液中的浓

15、；的平衡分压，溶质气体在溶液表面上式中HHPakmolHkmolCPaHCmmpp33/工业防毒技术- 17 -2.2.液相浓度用溶质气体的摩尔分数表示液相浓度用溶质气体的摩尔分数表示3.3.气相浓度用摩尔分数表示气相浓度用摩尔分数表示值大，气体不易溶。值小，气体易溶；尔分数；溶质气体在液相中的摩；亨利系数，式中，EExPaEExp值大，气体不易溶。值小，气体易溶；相平衡常数。尔分数；溶质气体在液相中的摩数表示；的平衡浓度，用摩尔分溶质气体在溶液表面上式中，mxmxyymm 工业防毒技术- 18 -4.4.用比摩尔分数表示用比摩尔分数表示 在吸收过程中，由于惰性气体和吸收剂均为溶质在气、液相中

16、的载体，在吸收过程中，由于惰性气体和吸收剂均为溶质在气、液相中的载体，他们在吸收过程中视为不消耗，因此在计算中常用比摩尔分数表示相他们在吸收过程中视为不消耗，因此在计算中常用比摩尔分数表示相的组成。则亨利定律可以表示为的组成。则亨利定律可以表示为XmmXY)1(1*式中式中 Y Y* *溶质气体在溶液表面上的平衡浓度，用比摩尔分数表示；溶质气体在溶液表面上的平衡浓度，用比摩尔分数表示；XX溶质气体在液相中的比摩尔分数浓度；溶质气体在液相中的比摩尔分数浓度；由于稀溶液中的吸收质浓度很低，上述公式可简化为由于稀溶液中的吸收质浓度很低，上述公式可简化为mXY*工业防毒技术- 19 -（三）亨利定律中

17、几个系数之间的关系（三）亨利定律中几个系数之间的关系HEcHEExHxHCxCCACCMPMPPpmnnmnnnnnmncLcCLCACACAAA1,(333则的相对分子质量，溶剂代替亦可）或用溶剂密度如溶液密度为的摩尔数可忽略不计，在稀溶液中，溶质组分则上式可写成总摩尔浓度，即和溶剂为溶液中溶质组分令气体的摩尔数，即为单位体积溶液中溶质尔浓度溶质气体在溶液中的摩工业防毒技术- 20 -PMPPPpPpyPPtcLtttttHEmmEEmmxypp则由为则溶质气体的分压如总压,工业防毒技术- 21 -三、吸收过程的机理三、吸收过程的机理双膜理论双膜理论 吸收是气态污染物从气相向液相转移的过程吸

18、收是气态污染物从气相向液相转移的过程，涉及气液两，涉及气液两相间的传质，这种过程十分复杂，直接进行研究比较困难。相间的传质，这种过程十分复杂，直接进行研究比较困难。现已提出了一些简化模型及理论来加以描述，比较有影响的现已提出了一些简化模型及理论来加以描述，比较有影响的有双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论等。在这些理论有双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论等。在这些理论中，目前中，目前 以刘易斯（以刘易斯（W.K.LewisW.K.Lewis）和怀特曼（）和怀特曼（W.G.WhitmanW.G.Whitman）提出的提出的双膜理论双膜理论应用较为普遍。应用较为普遍。工业防毒技术- 22 -双膜

19、理论的基本思想双膜理论的基本思想（1 1）相互接触的气）相互接触的气液两相间存在一稳定的相界面，在相界面液两相间存在一稳定的相界面，在相界面两侧的气相和液相中分别存在两侧的气相和液相中分别存在两层滞留膜两层滞留膜，即，即气膜和液膜气膜和液膜，在，在气膜以外的气相称为气膜以外的气相称为气相主体，气相主体，在液膜以外的液相称为在液膜以外的液相称为液相主液相主体体。（2 2）气体的吸收过程包括：）气体的吸收过程包括： 被吸收组分从气相主体通过气膜边界向气膜移动；被吸收组分从气相主体通过气膜边界向气膜移动； 被吸收组分从气膜向相界面移动；被吸收组分从气膜向相界面移动； 被吸收组分在相界面处溶入液相；被

20、吸收组分在相界面处溶入液相； 溶入液相的被吸收组分从气液相界面向液膜移动；溶入液相的被吸收组分从气液相界面向液膜移动； 溶入液相的被吸收组分从液膜向液流主体移动。溶入液相的被吸收组分从液膜向液流主体移动。 工业防毒技术- 23 -（3 3）在相界面处，被吸收组分总是处于）在相界面处，被吸收组分总是处于气液相平衡状态，气液相平衡状态，没有传质阻力存在；在气膜和液膜两滞留层中，被吸收组没有传质阻力存在；在气膜和液膜两滞留层中，被吸收组分靠分靠分子扩散分子扩散作用进行传质，存在气膜阻力和液膜阻力；作用进行传质，存在气膜阻力和液膜阻力；在气相主体和液相主体中，各组分物质充分混合，浓度均在气相主体和液相

21、主体中，各组分物质充分混合，浓度均一，不存在浓度梯度，无扩散阻力存在。因此整个过程的一，不存在浓度梯度，无扩散阻力存在。因此整个过程的传质阻力看成是传质阻力看成是气膜阻力和液膜阻力之和气膜阻力和液膜阻力之和，传质速率取决，传质速率取决于气膜和液膜的分子扩散速率。于气膜和液膜的分子扩散速率。 工业防毒技术- 24 -工业防毒技术- 25 -四、传质过程的机理四、传质过程的机理物质扩散物质扩散吸收质从气相转移到液相的传质过程是借助扩散作用实现的。所以说传质过吸收质从气相转移到液相的传质过程是借助扩散作用实现的。所以说传质过程的基础是物质的扩散，故传质过程又称为扩散过程。程的基础是物质的扩散，故传质

22、过程又称为扩散过程。（一）吸收质（一）吸收质A A通过气膜的稳定扩散通过气膜的稳定扩散假定吸收质假定吸收质A A组分通过惰性气体组分通过惰性气体B B的扩散式不随时间变化的稳定扩散，其的扩散式不随时间变化的稳定扩散，其扩散扩散速率即单位时间经过单位传质面积的物质量速率即单位时间经过单位传质面积的物质量，与组分，与组分A A在扩散方向上的浓在扩散方向上的浓度梯度成正比，其数学表达式为度梯度成正比，其数学表达式为；数，在惰性气体中的扩散系组分的变化率；的浓度沿单位扩散距离表示组分推动力，的浓度梯度，是扩散的组分；的扩散速率，组分hAZAAdZdhkmolAdZmDCmNdCDNABAAAABA/2

23、2工业防毒技术- 26 -负号表示压力的降低组分A向浓度降低的方向扩散。扩散系数D表示物质在介质中的扩散能力。它随温度升高和压力的降低而增大整理可得组分A在相对静止的惰性气体中扩散速率方程式体流动的相对大小。为漂流系数，它反映总；，相中分压的对数平均值在界面处的分压与在气组分；即平衡分压，组分在相界面的分压，；压，组分在气相主体中的分；，气膜厚度，即扩散距离；气体常数，；总压，；数数在惰性气体中的扩散系组分；吸收速率，ppppppppppppppPPpZmpmDmNpppZpDNBmtAtAitAtAitBBiBiBBAiAGtABAAiABmGtABAPaBPAPAmKkmolPaRkPhA

24、hkmolRTlnlnaa/7.8314a101/mm322工业防毒技术- 27 -体流动的相对大小。为漂流系数，它反映总；，相中分压的对数平均值在界面处的分压与在气组分；即平衡分压，组分在相界面的分压，；压，组分在气相主体中的分；，气膜厚度，即扩散距离；气体常数，；总压，；数数在惰性气体中的扩散系组分；吸收速率，ppppppppppppppPPpZmpmDmNpppZpDNBmtAtAitAtAitBBiBiBBAiAGtABAAiABmGtABAPaBPAPAmKkmolPaRkPhAhkmolRTlnlnaa/7.8314a101/mm322当浓度很低时，当浓度很低时， 则上式简化为则上

25、式简化为pptBmppZDNAAGABARTi工业防毒技术- 28 -（二）吸收质（二）吸收质A A通过液膜的稳定扩散通过液膜的稳定扩散液体中分子扩散的速率，是按吸收质液体中分子扩散的速率，是按吸收质A A通过相对静止溶剂的扩散速率计算的，通过相对静止溶剂的扩散速率计算的，CCZDNmCmCmCCZCCCZCCDNmDdCDNAALACACCAALAAiCLCAACAACAACACCkmolAmhAdZi332im2/kmol/kmol/,/化为若为稀溶液，则上式简；，两处浓度的对数平均值在相界面和液相主体中吸收剂；在液相中的摩尔浓度，吸收剂；的摩尔浓度，在相界面和液相主体中组分；，液膜厚度，

26、即扩散距离式中整理后可得；在液体中的扩散系数，组分工业防毒技术- 29 -（三）气体扩散系数的求取（三）气体扩散系数的求取 P125P125页给出的表页给出的表4-74-7是在标态下测得，如果已知在标态下的是在标态下测得，如果已知在标态下的扩散系数扩散系数DODO，则可按下式计算出温度为，则可按下式计算出温度为T T、压强为、压强为p p时的扩散时的扩散系数系数D D的值的值TTpDpD02300工业防毒技术- 30 -第三节第三节 吸收速率方程式吸收速率方程式一、吸收速率方程式一、吸收速率方程式上面分析的气液平衡关系，是在气液两相接触相当长时间之后，吸上面分析的气液平衡关系，是在气液两相接触

27、相当长时间之后，吸收剂所能吸收的最大气体量实际操作时，气液接触的时间是收剂所能吸收的最大气体量实际操作时，气液接触的时间是有限的。所以，必须确定有限的。所以，必须确定单位时间内吸收剂所吸收的气体量，单位时间内吸收剂所吸收的气体量，这个量叫做吸收速率这个量叫做吸收速率。吸收速率方程式是计算吸收设备的基本。吸收速率方程式是计算吸收设备的基本方程式。它反映了吸收过程快慢的程度。方程式。它反映了吸收过程快慢的程度。（一）组分（一）组分A A通过气膜的吸收速率方程式通过气膜的吸收速率方程式根据双膜理论，吸收过程即为吸收质通过两层膜的分子扩散过程，根据双膜理论，吸收过程即为吸收质通过两层膜的分子扩散过程，

28、所以组分所以组分A A通过气膜的分子扩散速率即为其吸收速率。通过气膜的分子扩散速率即为其吸收速率。气相吸收分系数，则或PahkmolRTmkppkNkZDkpPDGAiAGAGGABGBmAB2Gt/RTZ工业防毒技术- 31 -（二）组分（二）组分A A通过液膜的吸收速率方程式通过液膜的吸收速率方程式组分组分A A通过液膜的分子扩散速率即为其吸收速率。通过液膜的分子扩散速率即为其吸收速率。二、吸收总系数和分系数的关系二、吸收总系数和分系数的关系从整个吸收过程看，只要过程是稳定的，从整个吸收过程看，只要过程是稳定的，在两相界面上在两相界面上无积累或消耗，则单位时间、单位相界面上通过气无积累或消

29、耗，则单位时间、单位相界面上通过气膜所传递的物质量，必与通过液膜传递的物质量相膜所传递的物质量，必与通过液膜传递的物质量相等，即吸收速率相等。等，即吸收速率相等。则则。液相吸收分系数，则hkCCkNLAALA/miCCkppNAALAiAGAik工业防毒技术- 32 -的液相传质总系数表示吸收过程总推动力以液相组成式中同理可得的气相传质总系数表示吸收过程总推动力以气相组成式中降上式改写成代入上式为在两相界面在两相主体中亨利定律，即液两相的平衡关系服从在吸收操作中，已知气CCKkkKCCkkCCNppKHkkKppkppNppCCkppNpCCCCkppNAHAHAHHHHALLGLALLGAA

30、AAGLGGAAGLGAAiAAAiLAALAiAGAAiAAAAALAiAGA11111111kkkkkpkiii工业防毒技术- 33 -的液相传质总系数表示吸收过程总推动力以液相组成式中同理可得CCKkkKCCkkCCNAHAHAALLGLALLGAA111k的液相传质总系数表示吸收过程总推动力以液相组成式中CCKAAL工业防毒技术- 34 -若气液两相的组分分别用比摩尔分数Y、X表示，则吸收速率方程式可写成；表示的液相吸收总系数以液相推动力；表示的液相吸收分系数以液相推动力；表示的气相吸收总系数以气相推动力；表示的气相吸收分系数以气相推动力式中XXXXYYYYXXXXNYYYYNAAHH

31、AXAAXAAYAiAYAXAAXAAAYAiAYAKkKkKkKkii；表示的液相吸收总系数以液相推动力；表示的液相吸收分系数以液相推动力XXXXAAXAAXKki；表示的液相吸收总系数以液相推动力XXAAXK工业防毒技术- 35 -为总压。式中为溶液的总摩尔浓度，上式中的度很低时，有如下关系当吸收质在气液两相浓吸收系数之间的关系为分数之差为推动力的各由此可以得出以比摩尔数表示应有气液相组成以比摩尔分符合亨利定律，若吸收过程的平衡关系ptmXKKKpKkkkpkkmkKkkKYLXGtYLXGtYXYXXYY11111m工业防毒技术- 36 -三、影响吸收的因素三、影响吸收的因素有害组分的吸

32、收量，即单位时间的传质量有害组分的吸收量，即单位时间的传质量G G，可用数学式表示，可用数学式表示（一）浓度差的影响（一）浓度差的影响（二）传质面积（二）传质面积F F的影响的影响（三）吸收总系数（三）吸收总系数K K的影响的影响无因次传质推动力，浓度差，或气液相接触表面积垂直于吸收方向的面积吸收总系数，；单位时间的传质量，式中CFKhGCKFG/kmol工业防毒技术- 37 - 在总传质阻力中，若气膜的阻力远远大于液膜阻力，则称为在总传质阻力中，若气膜的阻力远远大于液膜阻力，则称为气气膜控制膜控制；若液膜阻力远远大于气膜阻力则称为；若液膜阻力远远大于气膜阻力则称为液膜控制液膜控制。 根据上面

33、各式分析可知，要提高过程的吸收速率可采取以下根据上面各式分析可知，要提高过程的吸收速率可采取以下措施：措施： 1 1提高气液相对运动速度，以减小气膜和液膜的厚度。提高气液相对运动速度，以减小气膜和液膜的厚度。 2 2增大供液量，降低液相吸收浓度，以增大吸收推动力。增大供液量，降低液相吸收浓度，以增大吸收推动力。 3 3增加气液接触面积。增加气液接触面积。 4 4选用对吸收质溶解度大的吸收剂。选用对吸收质溶解度大的吸收剂。 工业防毒技术- 38 -第四节第四节 吸收流程与操作吸收流程与操作一、吸收与解吸一、吸收与解吸解吸解吸：将已溶解的气体自溶液中释放出来的操作。：将已溶解的气体自溶液中释放出来

34、的操作。解吸方法解吸方法：液体减压是最简单的方法；：液体减压是最简单的方法；加热解吸是最普通的方法；加热解吸是最普通的方法；在惰性气流中解吸。在惰性气流中解吸。二、吸收操作与操作线方程二、吸收操作与操作线方程稳态逆流操作吸收塔的气液组成和流速如图所示，各符号含义如下稳态逆流操作吸收塔的气液组成和流速如图所示，各符号含义如下( (下标下标1 1表示塔底，表示塔底，2 2表示塔顶表示塔顶) )： VV单位时间通过塔的惰性气体的流量，单位时间通过塔的惰性气体的流量，kmolkmolh h； LL单位时间通过塔的吸收剂的流量，单位时间通过塔的吸收剂的流量， kmolkmolh h； YY吸收质在气相中

35、的浓度，以摩尔比表示；吸收质在气相中的浓度，以摩尔比表示；XX吸收质在液相中的浓度，以摩尔比表示。吸收质在液相中的浓度，以摩尔比表示。自塔底通入的混合气体在塔内上升时，与从塔顶流下的吸收剂相接触，两相的浓度不自塔底通入的混合气体在塔内上升时，与从塔顶流下的吸收剂相接触，两相的浓度不断地变化。但通过断地变化。但通过塔的惰性气体量和吸收剂量是不变的塔的惰性气体量和吸收剂量是不变的。在塔内取任一截面在塔内取任一截面m-nm-n，按图所示在虚线范围内计算吸收质的物料衡算，得：，按图所示在虚线范围内计算吸收质的物料衡算，得：工业防毒技术- 39 -工业防毒技术- 40 -三、吸收剂的用量三、吸收剂的用量

36、在吸收塔的设计计算中，气体的处理量、溶质进塔气体的浓度、吸收剂入塔在吸收塔的设计计算中，气体的处理量、溶质进塔气体的浓度、吸收剂入塔的浓度以及分离要求都是规定了的，吸收剂的用量则有待确定。吸收剂的浓度以及分离要求都是规定了的，吸收剂的用量则有待确定。吸收剂的用量是影响吸收操作的重要因素之一，直接影响设备的尺寸和操作费的用量是影响吸收操作的重要因素之一，直接影响设备的尺寸和操作费用。用。当气体处理量一定时，当气体处理量一定时，操作线的斜率操作线的斜率L/VL/V取决于吸收剂的用量取决于吸收剂的用量。参阅图，图中。参阅图，图中比比OCOC曲线是由气液相的平衡关系曲线是由气液相的平衡关系Y Yf(X

37、)f(X)得到的气液相平衡线。直线得到的气液相平衡线。直线ABAB为为吸收塔的操作线。吸收塔的操作线。A(Y2A(Y2、X2)X2)代表塔顶的气液相组成，代表塔顶的气液相组成，B(Y1B(Y1、X1)X1)代表塔代表塔底的气液相组成。底的气液相组成。在操作线在操作线ABAB上任取一点上任取一点D D，代表塔内任一截面的气液相组成，代表塔内任一截面的气液相组成(Y(Y、X)X)。过。过D D点做点做垂线，与平衡线相交于垂线，与平衡线相交于F F点，线段点，线段DFDF的长度表示在此截面处的操作条件下，的长度表示在此截面处的操作条件下，实际的气相浓度实际的气相浓度Y Y与平衡浓度与平衡浓度Y Y*

38、 *之差，即之差，即工业防毒技术- 41 -工业防毒技术- 42 - 同样，过同样，过D D做平行于做平行于X X轴的直线，与平衡线轴的直线，与平衡线OCOC相交于相交于E E点，点，则线段则线段DEDE的长度表示在此截面处的操作条件下，实际的液相的长度表示在此截面处的操作条件下，实际的液相组成与平衡浓度之差，即组成与平衡浓度之差，即 图中与图中与Y1Y1相平衡的液相浓度是相平衡的液相浓度是 ；表示此时吸收；表示此时吸收溶液的浓度已达到与溶液的浓度已达到与Y1Y1平衡的浓度，因此吸收推动平衡的浓度，因此吸收推动力为力为0 0，传质过程终止。，传质过程终止。改变吸收剂的用量，操作线斜率改变吸收剂

39、的用量，操作线斜率L LV V发生变化，因此发生变化，因此图中图中B B点的位置也会发生变化点的位置也会发生变化X1工业防毒技术- 43 -三、吸收剂的用量三、吸收剂的用量吸收剂在单位时间内的消耗量对吸收操作是很重要的工艺数据。当处理气体吸收剂在单位时间内的消耗量对吸收操作是很重要的工艺数据。当处理气体量一定时，往往要根据净化任务的要求确定合理的吸收剂用量。量一定时，往往要根据净化任务的要求确定合理的吸收剂用量。吸收剂的比用量（吸收剂的单位消耗量或液气比）：指处理每吸收剂的比用量（吸收剂的单位消耗量或液气比）：指处理每1kmol1kmol惰性气体惰性气体所需的吸收剂的所需的吸收剂的kmolkm

40、ol数。数。在吸收塔的计算中，需要处理的惰性气体量在吸收塔的计算中，需要处理的惰性气体量V V，气相的初始和终止的浓度，气相的初始和终止的浓度Y1Y1和和Y2Y2以及吸收剂进塔的组成以及吸收剂进塔的组成X2X2，都为过程本身和生产分离要求所决定。，都为过程本身和生产分离要求所决定。根据操作线方程式可得单位惰性气体所需吸收剂的量：根据操作线方程式可得单位惰性气体所需吸收剂的量： 平衡线靠近，则推动力变小。当操作线与平衡线相交时，吸收的推动力为平衡线靠近，则推动力变小。当操作线与平衡线相交时，吸收的推动力为零，液相浓度已与气相的浓度平衡，吸收过程停止，此时吸收剂的用量零，液相浓度已与气相的浓度平衡

41、，吸收过程停止，此时吸收剂的用量最小而吸收液的浓度最高。最小而吸收液的浓度最高。线向作线的斜率变小，操作吸收剂的用量减少，操影响操作线的位置。若就是操作线的斜率。它VLVLXXYY2121工业防毒技术- 44 -若斜率过大，则吸收剂的比用量就大，吸收液的浓度很低，则用来输送若斜率过大，则吸收剂的比用量就大，吸收液的浓度很低，则用来输送吸收剂的费用或用于解吸的费用都要增加。吸收剂的费用或用于解吸的费用都要增加。若斜率过小，则所需的吸收塔就过高，用于建造吸收塔的投资将增加。若斜率过小，则所需的吸收塔就过高，用于建造吸收塔的投资将增加。工业防毒技术- 45 -第五节第五节 化学吸收和非等温吸收化学吸

42、收和非等温吸收一、化学吸收一、化学吸收（一）概述（一）概述 伴有显著化学反应的吸收过程为化学吸收。伴有显著化学反应的吸收过程为化学吸收。化学吸收可以是被溶化学吸收可以是被溶解的气体与吸收剂或溶于吸收剂中的其他物质进行化学反应，解的气体与吸收剂或溶于吸收剂中的其他物质进行化学反应，也可以是两种同时溶进去的气体发生化学反应。如用各种酸溶也可以是两种同时溶进去的气体发生化学反应。如用各种酸溶液吸收液吸收NH3NH3，用碱溶液吸收，用碱溶液吸收SO2SO2、CO2CO2、H2SH2S等过程。等过程。与物理吸收相比，化学吸收过程由于化学反应的发生，使溶液中与物理吸收相比，化学吸收过程由于化学反应的发生，

43、使溶液中吸收质的平衡浓度降低，因而吸收推动力增加，吸收速率和吸吸收质的平衡浓度降低，因而吸收推动力增加，吸收速率和吸收率均增加。收率均增加。净化工程中应用的吸收操作，一般多为化学吸收。若进行的化学净化工程中应用的吸收操作，一般多为化学吸收。若进行的化学反应是可逆的，吸收剂用后仍可解吸回收。反应是可逆的，吸收剂用后仍可解吸回收。工业防毒技术- 46 -( (二）、化学吸收机理二）、化学吸收机理 化学吸收机理比物理吸收的机理复杂。如前所述，物理吸收速化学吸收机理比物理吸收的机理复杂。如前所述，物理吸收速率为吸收组分从气相主体通过气膜到界面和从界面通过液膜率为吸收组分从气相主体通过气膜到界面和从界面

44、通过液膜到液相主体的扩散速率。扩散阻力主要在气膜或液膜。到液相主体的扩散速率。扩散阻力主要在气膜或液膜。对于化学吸收，除考虑扩散速率外，还要考虑化学反应的速率。对于化学吸收，除考虑扩散速率外，还要考虑化学反应的速率。 吸收操作中的化学反应种类很多。对于简单的双分子反应吸收操作中的化学反应种类很多。对于简单的双分子反应A+BA+B一一C C，如果反应产物，如果反应产物仍然保留在液相中，则吸收过程要经历以下五个步骤：仍然保留在液相中，则吸收过程要经历以下五个步骤：(1)(1)组分组分A A从气相主体通过气膜向气液相界面扩散从气相主体通过气膜向气液相界面扩散(2)(2)组分组分A A在液膜向反应带扩

45、散；在液膜向反应带扩散；(3)(3)溶剂中的反应组分溶剂中的反应组分B B从液相主体向反应带扩散从液相主体向反应带扩散(4)(4)组分组分A A和组分和组分B B在反应带中进行化学反应；在反应带中进行化学反应；(5)(5)反应产物反应产物C C从反应带向液相主体扩散。从反应带向液相主体扩散。工业防毒技术- 47 - 被吸收的气体组分被吸收的气体组分A A和吸收剂和吸收剂( (或它的活性组分或它的活性组分) )在液相进在液相进行反应，组分行反应，组分A A的一部分被消耗，导致液相中组分的一部分被消耗，导致液相中组分A A的浓度降的浓度降低。因此，浓度梯度增大，传质的推动力增加，液相吸收速低。因此

46、，浓度梯度增大，传质的推动力增加，液相吸收速率大于物理吸收时的速率。化学反应速度越快，组分率大于物理吸收时的速率。化学反应速度越快，组分A A消耗的消耗的速度也越快，液相中的吸收速率也就越大。当反应速度很大速度也越快，液相中的吸收速率也就越大。当反应速度很大时，组分时，组分A A到达气液相界面就参与反应，这时液膜阻力为到达气液相界面就参与反应，这时液膜阻力为0 0。反之，当反应速度很慢时，化学吸收速率比物理吸收速率快反之，当反应速度很慢时，化学吸收速率比物理吸收速率快得不多，甚至可以忽略不计。得不多，甚至可以忽略不计。工业防毒技术- 48 -（三）、化学反应对吸收的影响（三）、化学反应对吸收的

47、影响化学吸收与物理吸收的比较见图，各符号含义如下：化学吸收与物理吸收的比较见图，各符号含义如下： P PA A吸收组分吸收组分A A在气相主体的分压，在气相主体的分压，PaPa； P PAiAi吸收组分吸收组分A A在相界面处的气相分压在相界面处的气相分压PaPa； ALAL一吸收组分一吸收组分A A在液相主体的浓度；在液相主体的浓度； AiAi吸收组分吸收组分A A在相界面处的液相浓度；在相界面处的液相浓度； BLBL反应组分反应组分B B在液相主体的浓度；在液相主体的浓度；BiBi反应组分反应组分B B在相界面处的液相浓度；在相界面处的液相浓度；Z ZG G气膜厚度，气膜厚度，mmmm；Z

48、LZL液膜厚度，液膜厚度，mmmm。工业防毒技术- 49 -工业防毒技术- 50 - 由图可见，吸收组分由图可见，吸收组分A A从气相主体扩散到气液相界面，其扩从气相主体扩散到气液相界面，其扩散机理与物理吸收没有区别。组分散机理与物理吸收没有区别。组分A A到达相界面后与溶剂中到达相界面后与溶剂中的反应组分的反应组分B B进行化学反应，面进行化学反应，面B B必须从液相主体扩散到界面必须从液相主体扩散到界面或界面附近才能与或界面附近才能与A A相遇。相遇。A A与与B B在什么位置上进行反应取决在什么位置上进行反应取决于反应速率与扩散速率的相对大小。反应进行得越快，于反应速率与扩散速率的相对大

49、小。反应进行得越快，A A消消耗得越快，则耗得越快，则A A抵达气液界面后不用再扩散很远就会消耗干抵达气液界面后不用再扩散很远就会消耗干净；反之，净；反之，A A也可能扩散到液相主体中仍有大部分未能参加也可能扩散到液相主体中仍有大部分未能参加反应。因此化学吸收的液相吸收系数不仅取决于反应。因此化学吸收的液相吸收系数不仅取决于液相的物液相的物理性质与流动状态理性质与流动状态，面且取决于，面且取决于化学反应速度。化学反应速度。工业防毒技术- 51 -化学反应速度不同，对液相吸收系数的影响，即对吸收速率影响不同。化学反应速度不同，对液相吸收系数的影响，即对吸收速率影响不同。 (1)(1)当反应速度很

50、慢，如弱碱当反应速度很慢，如弱碱K2C03K2C03或或NaNa2 2C03C03吸收吸收COCO2 2时，吸收组分时，吸收组分A A进入液相进入液相后与溶剂中的反应组分后与溶剂中的反应组分B B进行缓慢反应进行缓慢反应( (如图如图6565所示所示) )。由于被吸收组分。由于被吸收组分是慢慢被消耗掉的，所以液膜内是慢慢被消耗掉的，所以液膜内A A浓度的变化为一稍向下凹的曲线。浓度的变化为一稍向下凹的曲线。B B也也由于反应消耗了一些，它的浓度在靠近界面处稍有下降。由于反应消耗了一些，它的浓度在靠近界面处稍有下降。A A继续向低浓度继续向低浓度扩散，一直到液相主体并在其中继续进行反应。由于反应

51、慢，总吸收速扩散，一直到液相主体并在其中继续进行反应。由于反应慢，总吸收速率增加得不显著。率增加得不显著。工业防毒技术- 52 -(2)(2)若反应为中等速度，则气相组分若反应为中等速度，则气相组分A A进入液膜后，随反应的进进入液膜后，随反应的进行，浓度逐渐降低直到最后反应完毕。同样，行，浓度逐渐降低直到最后反应完毕。同样，B B的浓度也逐渐的浓度也逐渐降低降低( (如图如图6666所示所示) )。发生化学反应的结果使得液膜厚度由。发生化学反应的结果使得液膜厚度由ZLZL，变成，变成Z1Z1，即液膜厚度减小，吸收速率增加。，即液膜厚度减小，吸收速率增加。工业防毒技术- 53 -(3)(3)若

52、反应速度非常快，例如强碱若反应速度非常快，例如强碱NaoHNaoH溶液吸收溶液吸收CO2CO2时，被吸收时，被吸收组分组分A A进入液相后立即与反应组分进入液相后立即与反应组分B B发生反应，并在液膜内很发生反应，并在液膜内很快反应完毕又称为飞速反应，如图快反应完毕又称为飞速反应，如图7 7所示。所示。工业防毒技术- 54 -组分组分B B的浓度较低时的浓度较低时( (图图67a)67a)，反应在液膜内某处进行，若，反应在液膜内某处进行，若反应在瞬时完成，即发生瞬时反应。这时反应位置上反应在瞬时完成，即发生瞬时反应。这时反应位置上A A和和B B的浓度同时降为的浓度同时降为0 0。反应的位置称

53、为。反应的位置称为反应面反应面，即反应带的厚，即反应带的厚度为度为0 0。组分。组分B B的浓度增大时的浓度增大时(67b)(67b)，则反应面向气液相界，则反应面向气液相界面移动，到达某一临界浓度时反应面与相界面重合，即界面移动，到达某一临界浓度时反应面与相界面重合，即界面处面处p pAiAi和和 BiBi均为均为0 0。表示。表示A A刚从气相主体扩散到界面处便刚从气相主体扩散到界面处便立即反应而消耗干净。立即反应而消耗干净。A A与与B B在反应面相遇前，各自在两膜在反应面相遇前，各自在两膜中扩散时均无消耗，故其浓度变化为直线。组分中扩散时均无消耗，故其浓度变化为直线。组分B B的浓度大

54、的浓度大于临界浓度时于临界浓度时( (图图67c)67c)，相界面处，相界面处 Ai=0 Ai=0 ， BiBi大于大于0 0。反应面仍与相界面重合，液膜阻力为反应面仍与相界面重合，液膜阻力为0 0，吸收速率只决定于，吸收速率只决定于组分组分A A从气相主体扩散到相界面的阻力，成为气膜控制。从气相主体扩散到相界面的阻力，成为气膜控制。工业防毒技术- 55 -二、非等温吸收二、非等温吸收吸收过程多为放热过程，因此一般的吸收均为非等温吸收过程。吸收过程多为放热过程，因此一般的吸收均为非等温吸收过程。吸收过程的热效应主要来源有吸收过程的热效应主要来源有溶解热。被吸收组分溶入吸收剂后产生的溶解热效应，

55、又称溶解热。被吸收组分溶入吸收剂后产生的溶解热效应，又称混合热。混合热。反应热。吸收组分与吸收中活泼组分发生化学反应产生的反反应热。吸收组分与吸收中活泼组分发生化学反应产生的反应热。应热。潜热效应。气相的被吸收组分溶于吸收剂中放出的气化潜热潜热效应。气相的被吸收组分溶于吸收剂中放出的气化潜热效应。效应。工业防毒技术- 56 -第六节第六节 吸收设备主要尺寸的计算吸收设备主要尺寸的计算一、塔型选择一、塔型选择吸收设备类型繁多，就其结构形式和操作方法，可分为两大类：吸收设备类型繁多，就其结构形式和操作方法，可分为两大类：填料塔和板式塔。填料塔和板式塔。选择塔型时，应从实现吸收过程所要求的基本条件以

56、及经济上的合理性出发。为使传选择塔型时，应从实现吸收过程所要求的基本条件以及经济上的合理性出发。为使传质设备有较高的净化效率，应选用质设备有较高的净化效率，应选用生产能力大，阻力小，操作弹性大，以及结构生产能力大，阻力小，操作弹性大，以及结构简单、维修方便的设备。简单、维修方便的设备。选择塔型的一般原则为：选择塔型的一般原则为：(1)(1)根据物料性质特点选型根据物料性质特点选型。对于易起泡沫、腐蚀严重、粘度大、热敏性物料宜选用。对于易起泡沫、腐蚀严重、粘度大、热敏性物料宜选用填料塔，对有悬浮团体颗粒或有淤渣的物料宜用板式塔。填料塔，对有悬浮团体颗粒或有淤渣的物料宜用板式塔。 (2)(2)根据

57、吸收过程特点选型根据吸收过程特点选型。对吸收过程中产生大量热需移出的过程或有其他物料需。对吸收过程中产生大量热需移出的过程或有其他物料需要加入或引出的过程宜用板式塔，对于快速不可逆化学反应的吸收过程，则可用空塔要加入或引出的过程宜用板式塔，对于快速不可逆化学反应的吸收过程，则可用空塔或喷射式吸收塔。或喷射式吸收塔。(3)(3)根据经济上的合理性选型根据经济上的合理性选型。为节省动力消耗，减少金属材料，简化塔内部结构，。为节省动力消耗，减少金属材料，简化塔内部结构，易于制造安装，以及操作时要求压降小，操作规模不大时，则应采用空塔或填料塔；易于制造安装，以及操作时要求压降小，操作规模不大时，则应采

58、用空塔或填料塔；为了强化吸收，提高效率和处理量，以及便于日常维修、清洗等，宜采用板式塔。为了强化吸收，提高效率和处理量，以及便于日常维修、清洗等，宜采用板式塔。工业防毒技术- 57 -工业防毒技术- 58 -工业防毒技术- 59 -喷淋塔工业防毒技术- 60 -工业防毒技术- 61 -喷淋塔工业防毒技术- 62 -工业防毒技术- 63 -工业防毒技术- 64 -工业防毒技术- 65 -工业防毒技术- 66 -二、填料二、填料 填料是填料塔的重要构件，填料是填料塔的重要构件，它的作用是为气液两相提供充分的接触面它的作用是为气液两相提供充分的接触面，并为提高其，并为提高其湍流程度创造条件。湍流程度

59、创造条件。工业填料塔所用的填料，大致可分为工业填料塔所用的填料，大致可分为实体填料和网体填料实体填料和网体填料两大类。两大类。工业填料也可以按填料的堆砌方法分为工业填料也可以按填料的堆砌方法分为乱堆填料和整砌填料乱堆填料和整砌填料。填料的基本特性数据有以下几项：填料的基本特性数据有以下几项：(1)(1)比表面积比表面积a(ma(m2 2m m3 3) )：单位体积填料的表面积。比表面积大则能提供的相接触面积：单位体积填料的表面积。比表面积大则能提供的相接触面积大。大。(2)(2)孔隙率孔隙率c(mc(m3 3m m3 3) )；单位体积填料所具有的自由空间，也称为自由体积。孔隙率；单位体积填料

60、所具有的自由空间，也称为自由体积。孔隙率大则气体通过时的阻力小。大则气体通过时的阻力小。(3)(3)填料个数填料个数n n个个m m3 3) )：每立方米体积中填料的个数。对于乱堆填料来说，：每立方米体积中填料的个数。对于乱堆填料来说，n n是一是一个统计数字，它与塔径、装填方法、使用时间等因素有关。因此各种资料上的填料特个统计数字，它与塔径、装填方法、使用时间等因素有关。因此各种资料上的填料特性参数往往有出入，一般在性参数往往有出入，一般在l0l0一一1515左右。左右。工业防毒技术- 67 - 网体填料网体填料 实体填料实体填料工业防毒技术- 68 - 整砌填料整砌填料 乱堆填料乱堆填料工