有毒有害气体吸收净化-法-(5)课件

1、有毒有害气体有毒有害气体(qt)吸收净化技术吸收净化技术（第五讲）（第五讲）主讲教师：纪主讲教师：纪 晓晓 峰峰高级培训师、学科带头人、国家级优秀教师高级培训师、学科带头人、国家级优秀教师中国煤炭工业协会培训中心特聘教授中国煤炭工业协会培训中心特聘教授中国石油大学远程教育学院中国石油大学远程教育学院(xuyun)(xuyun)客座教授客座教授国家安全生产监督管理总局培训中心特聘专家国家安全生产监督管理总局培训中心特聘专家人事部、国家安全生产监督管理总局人事部、国家安全生产监督管理总局“653”653”工程讲师团成员工程讲师团成员国家注册高级采矿工程师、国家注册高级安全工程师国家注册高级采矿工程

2、师、国家注册高级安全工程师TelTelE-mailE-mail:第一页，共一百一十八页。 这一讲我们讨论吸收，什么叫吸收操作呢？做有机、无机这一讲我们讨论吸收，什么叫吸收操作呢？做有机、无机(wj)(wj)实验时，我们常用实验时，我们常用洗气瓶洗气瓶，洗去气体中的某个成份。如果要除去含酸的气，洗去气体中的某个成份。如果要除去含酸的气体，我们在洗气瓶中装上碱液。这就是吸收的例子。体，我们在洗气瓶中装上碱液。这就是吸收的例子。 第二页，共一百一十八页。 家庭主妇切洋葱时，常拌有刺眼气体产生。为了减轻刺眼家庭主妇切洋葱时，常拌有刺眼气体产生。为了减

3、轻刺眼伤害，常在旁边放一盆水，可以减轻眼伤害。这就是刺眼气伤害，常在旁边放一盆水，可以减轻眼伤害。这就是刺眼气体溶解体溶解(rngji)(rngji)于水，这就是吸收。于水，这就是吸收。 切洋葱切洋葱(yngcng)(yngcng) 第三页，共一百一十八页。开碳酸开碳酸(tn sun)饮料饮料 当我们打开碳酸当我们打开碳酸(tn sun)(tn sun)饮料瓶口时，就有气体冲出。这是气体的饮料瓶口时，就有气体冲出。这是气体的反溶解，这就是碳酸反溶解，这就是碳酸(tn sun)(tn sun)气的解吸。气的解吸。 第四页，共一百一十八页。焦化厂洗氨塔焦化厂洗氨塔 在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，

4、如在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，如CO,CO2,H2,NH3，苯等气，苯等气体。工厂体。工厂(gngchng)用清水喷淋溶解氨气，将氨气回收为氨水。这就是用清水喷淋溶解氨气，将氨气回收为氨水。这就是吸收。这是工厂吸收。这是工厂(gngchng)的氨洗塔。的氨洗塔。 第五页，共一百一十八页。主要主要(zhyo)内容内容第一节第一节 吸收法概述吸收法概述第二节第二节 吸收过程吸收过程(guchng)基础理基础理论论第第三三节节 吸收装置吸收装置 第六页，共一百一十八页。吸收剂气体(qt)yx界面(jimin)气 相 主 体(zht) 液相主体 相界面气相扩散 液相扩散 yi xi 气体吸收是混合

5、气气体吸收是混合气体中某些组分在气体中某些组分在气液相界面上溶解、液相界面上溶解、在气相和液相内由在气相和液相内由浓度差推动的传质浓度差推动的传质过程。过程。第一节第一节 吸收法概述吸收法概述一、吸收概念一、吸收概念利用适当液体吸收（溶解）气体混合物中的有关组分（有利用适当液体吸收（溶解）气体混合物中的有关组分（有的还发生化学反应），以分离气体混合物的一种操作。的还发生化学反应），以分离气体混合物的一种操作。第七页，共一百一十八页。吸收质或溶质吸收质或溶质( (solute)solute)：混合气体中的溶解组分混合气体中的溶解组分惰性气体惰性气体( (inert gas)inert gas)或

6、载体：或载体：不溶或难溶组分不溶或难溶组分吸收剂吸收剂( (absorbent)absorbent)：吸收操作中所用的溶剂吸收操作中所用的溶剂吸收液吸收液( (strong liquor)strong liquor)：吸收操作后得到的溶液吸收操作后得到的溶液(rngy)(rngy)，主要成分为溶质和溶剂，主要成分为溶质和溶剂。吸收尾气吸收尾气( (dilute gas)dilute gas)：吸收后排出的气体，主吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体和少量的溶质要成分为惰性气体和少量的溶质。第八页，共一百一十八页。二、吸收的目的和依据：二、吸收的目的和依据：目的：目的： 回收或捕获气体混合物中有

7、用物质，制取产品回收或捕获气体混合物中有用物质，制取产品； 除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理。进一步加工处理。依据：气体混合物中各组分依据：气体混合物中各组分(zfn)在溶剂中溶解度在溶剂中溶解度不同不同 例如分离氨气空气的混合物，可选择水例如分离氨气空气的混合物，可选择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最大，而空气做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最大，而空气几乎不溶于水。几乎不溶于水。 第九页，共一百一十八页。气体吸收气体吸收(xshu)(xshu)的工业应用的工业应用净化或精制气体净化或精制气体 例：合成氨工艺中，合成气中的净化

8、脱碳例：合成氨工艺中，合成气中的净化脱碳制取某种气体产品制取某种气体产品(chnpn)的液态产品的液态产品(chnpn) 例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸回收混合气体中所需的组分回收混合气体中所需的组分 例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸回收焦炉气中的氨例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸回收焦炉气中的氨工业废气的制理工业废气的制理 废气中含有二氧化硫、硫化氢、废气中含有二氧化硫、硫化氢、CO2等有害气体的脱除等有害气体的脱除第十页，共一百一十八页。三、溶剂（吸收剂）的选择三、溶剂（吸收剂）的选择 对被分离组分对被分离组分(zfn)（溶质）有（溶质）有

9、较大的溶解度较大的溶解度 对混合气体中其他组分的溶解度要小对混合气体中其他组分的溶解度要小较高较高的选择性的选择性 溶质在溶剂中的溶解度应对溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化温度的变化比较比较敏感敏感，即低温下溶解度大，随着温度升高，溶，即低温下溶解度大，随着温度升高，溶解度应迅速下降解度应迅速下降被吸收的气体容易解吸，溶被吸收的气体容易解吸，溶剂再生方便。剂再生方便。 蒸汽压要低，蒸汽压要低，不易挥发不易挥发减少溶剂在吸收和减少溶剂在吸收和再生过程的损失；避免在气体中引入新的杂质。再生过程的损失；避免在气体中引入新的杂质。第十一页，共一百一十八页。 应有应有较好的化学稳定性较好的化学稳定性以

10、免使用过程以免使用过程中发生变质；中发生变质； 应有应有较低的粘度较低的粘度，不易产生泡沫，不易产生泡沫实现吸实现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离。收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离。 应尽可能满足应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧价廉、易得、无毒、不易燃烧(rnsho)等等经济和安全条件。经济和安全条件。第十二页，共一百一十八页。设设吸收剂吸收剂（或溶剂或溶剂），用），用S S表示；表示；溶质或吸收质溶质或吸收质，以，以A A表示表示；惰性气惰性气（不被吸收的组分）（不被吸收的组分），以，以B B表示。表示。三大三大对对A和和B的溶解度差异要大的溶解度差异要大对对A的溶解度要大的

11、溶解度要大对对A的溶解度在条件改变时变化要大的溶解度在条件改变时变化要大三小三小挥发性小挥发性小粘度小粘度小腐蚀腐蚀(fsh)小小技术经济性技术经济性第十三页，共一百一十八页。四四 物理吸收和化学吸收物理吸收和化学吸收 物理吸收物理吸收：吸收时溶质与溶剂不发生明显：吸收时溶质与溶剂不发生明显(mngxin)的化学反的化学反应，如洗油吸收苯，水吸收应，如洗油吸收苯，水吸收CO2、SO2等。等。 化学吸收化学吸收：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化学反应。如生化学反应。如CO2在水中的溶解度甚低，但若用在水中的溶解度甚低，但若用K2CO3水溶液吸收水溶液

12、吸收CO2，则在液相中发生下列反应：，则在液相中发生下列反应： K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 从而使从而使K2CO3水溶液具有较高的吸收水溶液具有较高的吸收CO2的能力。的能力。*作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足以下条件：作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足以下条件：可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入适当的催化较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入适当的催化剂以加快反应速率。剂以加快反应速率。第十四页，共一百一十八页。原料(yunlio)气AB吸收剂S尾气(wi

13、q)B(含微量A)溶液(rngy)S+A气体吸收的原理吸吸收收塔塔形成两相体系的方法引入一液相（吸收剂） 各组分在吸收剂中溶解度不同。分离物系气体混合物传质原理五、五、 气体吸收的原理和流程气体吸收的原理和流程第十五页，共一百一十八页。气体(qt)吸收的流程吸收吸收(xshu)过过程程吸收过程：溶质(rngzh)溶解于吸收剂中逆流操作解吸过程：溶质从溶液中释放出并流操作气体吸收过程在吸收塔中进行。吸收吸收解吸解吸第十六页，共一百一十八页。第十七页，共一百一十八页。由流程图可见，采用吸收操作实现由流程图可见，采用吸收操作实现(shxin)气体混合物的分离必气体混合物的分离必须解决下列问题：须解决

14、下列问题： 选择选择合适的溶剂合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组份；离组份； 提供提供适当的传质设备适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液两相的接触，使被分离组分得以从气相转移实现气液两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或相反（解吸）；到液相（吸收）或相反（解吸）； 溶剂的再生溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环，即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，一般都要进行使用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环使用

15、。解吸操作，使溶剂再生循环使用。总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个组成部分。组成部分。第十八页，共一百一十八页。气体气体(qt)吸收的实例吸收的实例具有吸收剂再生功能的连续具有吸收剂再生功能的连续(linx)吸收流程吸收流程第十九页，共一百一十八页。气液两相的接触气液两相的接触(jich)方式方式*级式接触：气、级式接触：气、液两相逐级逆流液两相逐级逆流接触传质，两相接触传质，两相的组成的组成(z chn(z chn) )呈呈阶跃变化，如板阶跃变化，如板式塔。式塔。板式板式(bnsh)塔塔第二十页，共一百一十八页。填料填料(ti

16、nlio)塔塔湿壁塔湿壁塔、降膜塔降膜塔微分接触微分接触：气、液两相的浓度呈连续气、液两相的浓度呈连续(linx)变化。变化。规整填料规整填料 塑料丝网波纹填料塑料丝网波纹填料 散装填料散装填料塑料鲍尔环填料塑料鲍尔环填料第二十一页，共一百一十八页。第二节第二节 吸收吸收(xshu)过程基础理论过程基础理论气体气体吸收过程实质吸收过程实质上是上是溶质组分溶质组分自自气相气相通过相界面通过相界面转移转移（迁移）到（迁移）到液相液相的过程。现将气体吸收中的传质过程的过程。现将气体吸收中的传质过程与传热过程相对照来研究两个问题：与传热过程相对照来研究两个问题：(1)、气体吸收过程的推动力气体吸收过程

17、的推动力是什么是什么(shn me)？（传热过程的推？（传热过程的推动力：温差）动力：温差）(2)、若气液两相能充分完全的接触，则、若气液两相能充分完全的接触，则吸收过程的极限吸收过程的极限是是什么？（传热过程的极限：什么？（传热过程的极限：T=t）第二十二页，共一百一十八页。预备知识补充：气液相组成表示方法预备知识补充：气液相组成表示方法1.摩尔摩尔(m r)(m r)分数：混合物中组分分数：混合物中组分A A的物质的量占混的物质的量占混合物总物质的量的分数。合物总物质的量的分数。 对两组分对两组分(A和和B)的混合液，则有：的混合液，则有：式中：式中：nA、nB、n分别表示组分分别表示组分

18、A、组分、组分B和混和混合物的合物的物质的量物质的量kmol 第二十三页，共一百一十八页。2.质量分数：混合物中组分质量分数：混合物中组分(zfn)A的质量占混合的质量占混合物总质量的分数。物总质量的分数。对两组分（对两组分（A和和B）的混合液，则有：）的混合液，则有：式中：式中：mA、mB、m分别表示组分分别表示组分A、组分、组分B和和混合物的质量混合物的质量kg第二十四页，共一百一十八页。3.质量分数和摩尔分数的换算质量分数和摩尔分数的换算(hun sun)(hun sun)关系：关系：（以（以A组分为例）组分为例）第二十五页，共一百一十八页。习惯习惯(xgun)上液相摩尔分数用上液相摩尔

19、分数用x表示，气相摩尔分表示，气相摩尔分数用数用y表示。表示。理想气体，气相中组分的摩尔分数的数值等于理想气体，气相中组分的摩尔分数的数值等于其体积分数值。其体积分数值。由道尔顿分压定律：由道尔顿分压定律： pi=pt*yi 其中：其中：pt-总压；总压；pi-i组分分压；组分分压；yi-i组分摩尔浓组分摩尔浓度度！总压一定时，分压分数与摩尔分数数值相当。！总压一定时，分压分数与摩尔分数数值相当。（P113释惑）释惑）第二十六页，共一百一十八页。（二）质量浓度和摩尔浓度（二）质量浓度和摩尔浓度某单位体积所含组分某单位体积所含组分(zfn)的质量或者摩尔数。的质量或者摩尔数。令：令：CA、CB、

20、CC表示表示A、B、C的质量浓度；的质量浓度；cA、cB、cC表示表示A、B、C的摩尔浓度：的摩尔浓度：VGCii/Vncii/第二十七页，共一百一十八页。（三）比摩尔（三）比摩尔(m r)分数和比质量分数分数和比质量分数某组分的质量或者摩尔数与此项中除此组分外的质量或摩尔某组分的质量或者摩尔数与此项中除此组分外的质量或摩尔数之比。数之比。令某相总质量令某相总质量G，总摩尔数为，总摩尔数为n，i组分的质量为组分的质量为Gi，摩尔，摩尔数为数为ni，则比摩尔分数和比质量分数为，则比摩尔分数和比质量分数为( 、 ):iiiGGGYiiinnnYiYiYiY第二十八页，共一百一十八页。利用摩尔分数、

21、摩尔浓度利用摩尔分数、摩尔浓度(nngd)表示理想气体气体状态方程表示理想气体气体状态方程若吸收若吸收(xshu)操作为单组份吸收操作为单组份吸收(xshu)，质量分数和比，质量分数和比质量分数、摩尔分数和比摩尔分数的关系：质量分数、摩尔分数和比摩尔分数的关系：iiiyyY1iiiyyY1第二十九页，共一百一十八页。一一、吸收吸收(xshu)(xshu)过程中的气液平衡过程中的气液平衡1 平衡分压：在一定条件下，任何气体在某种溶剂中溶平衡分压：在一定条件下，任何气体在某种溶剂中溶解达到平衡时，其在气相中的分压是一定的。解达到平衡时，其在气相中的分压是一定的。2 吸收过程：吸收过程：吸收过程进行

22、的方向与极限取决于溶质吸收过程进行的方向与极限取决于溶质(rngzh)(气体气体)在气在气液两相中的平衡关系。液两相中的平衡关系。P表示在吸收过程中，气相中溶质的实际分压；表示在吸收过程中，气相中溶质的实际分压； p*表示表示平衡分压；平衡分压；pp*时，溶质便由气相向液相转移，吸收时，溶质便由气相向液相转移，吸收pp*时，溶质便由液相向气相转移，即吸时，溶质便由液相向气相转移，即吸 收的逆过程，称为解吸收的逆过程，称为解吸(或脱吸或脱吸)。 Pp*时，处于气液平衡状态时，处于气液平衡状态第三十页，共一百一十八页。第三十一页，共一百一十八页。3 溶解度溶解度气液达到平衡时，吸收剂吸收的气体量已

23、达到最大限气液达到平衡时，吸收剂吸收的气体量已达到最大限度时，每立方米吸收剂能吸收的极限气体量度时，每立方米吸收剂能吸收的极限气体量(即平衡状即平衡状态下液相中吸收质浓度态下液相中吸收质浓度)。 气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。任何气体与液体接触后，都会产生溶解。容易溶解的称为任何气体与液体接触后，都会产生溶解。容易溶解的称为易溶易溶气体气体；不易溶解的称不易溶解的称为难溶气体为难溶气体。易溶和难溶是相对易溶和难溶是相对(xingdu)同一种吸收剂而言。同一种吸收剂而言。第三十二页，共一百一十八页。气体气体(qt)(qt)在液体中的溶解度在液

24、体中的溶解度溶解度曲线：溶解度曲线：在一定在一定(ydng)(ydng)温度、压力下，平衡时溶质在气相和温度、压力下，平衡时溶质在气相和液相中的浓度的关系曲线。液相中的浓度的关系曲线。溶解度/g(NH3)/1000g(H2O)1000500020406080100120pNH3/kPa50 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC120溶解度/g(SO2)/1000g(H2O)250200020406080100pSO2/kPa1501005012050 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC在在相同条件下，相同条件下，NHNH3 3 在水中的溶解度较在水中的溶解度较

25、 SOSO2 2 大得多。大得多。用水作吸收剂时，称用水作吸收剂时，称 NHNH3 3 为易溶气体，为易溶气体，SOSO2 2为中等溶解气体，溶解为中等溶解气体，溶解度更小的气体则为难度更小的气体则为难(winn)(winn)溶气体溶气体( (如如O O2 2 在在 30 30 和溶质的分压为和溶质的分压为 4040kPa kPa 的条件下，的条件下，1 1kg kg 水中溶解的质量仅为水中溶解的质量仅为 0.014 0.014g)g)。 第三十三页，共一百一十八页。1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 pA，atm O 2 CO2 SO2 NH3 0

26、 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10ncA，kmol/m3 O2n=3，CO2n=2，SO2n=1，NH3n=0 几种气体在几种气体在 20水中的水中的溶解度曲线溶解度曲线 难溶体系难溶体系(tx)(tx)溶解度适中溶解度适中(shzhng)(shzhng)体系体系 易溶体系易溶体系(tx)(tx)（1 1）不同气体的溶解）不同气体的溶解度差异很大度差异很大 （2 2）对于稀溶液或）对于稀溶液或极稀溶液，溶解度曲极稀溶液，溶解度曲线近似为直线，即线近似为直线，即AApHc -亨利定律亨利定律pA=723cApA=25.5cApA=0.36cApA=0.0136cA(3)加压、

27、降温加压、降温有有利于吸收操作利于吸收操作第三十四页，共一百一十八页。定义：用来描述定义：用来描述稀溶液稀溶液或（难容气体）在一定温度下，当总或（难容气体）在一定温度下，当总压不高时，互成平衡的气液两相组成之间的关系。压不高时，互成平衡的气液两相组成之间的关系。混合气体总压不高（混合气体总压不高（P5atmP5atm，气相可视作理想气体），气相可视作理想气体）稀溶液（可视作理想稀溶液（可视作理想(lxing)(lxing)溶液溶液 ,x0.05 ,x0.05）由于气液相组成可以采用不同的表示方法，故亨利定律由于气液相组成可以采用不同的表示方法，故亨利定律 有不同的表示形式有不同的表示形式 。

28、气相：气相：p pii，y yi i，Y Yi i液相：液相：x xii，c ci i，X Xi i35二二 亨利亨利(hngl)定律（定律（Henrys law） pi-xi关系关系(gun x) pi-ci关系关系xi-yi关系关系 Xi-Yi关系关系第三十五页，共一百一十八页。（1）基本式）基本式(pe-x)若溶质在气相中的组成以分压若溶质在气相中的组成以分压p表示，在液相中的组成表示，在液相中的组成以以x表示，表示，pe-x溶解度曲线近似可用通过原点的直线溶解度曲线近似可用通过原点的直线(zhxin)表表示，则亨利定律写成如下形式：示，则亨利定律写成如下形式：式中：式中： pe 溶质在

29、气相中的平衡分压，溶质在气相中的平衡分压，kPa； x 溶质在液相中的摩尔分数；溶质在液相中的摩尔分数； E 亨利亨利(hngl)系数，系数，kPa。 Expe 亨利系数的值随物系的特性及温度而异；亨利系数的值随物系的特性及温度而异； E 值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；在同一溶剂值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；在同一溶剂中，难溶气体中，难溶气体 E 值很大，易溶气体值很大，易溶气体 E 值很小；值很小； 物系一定，物系一定，E 值一般随温度的上升而增大；值一般随温度的上升而增大； E 的单位的单位(dnwi)与气相分压的压强单位与气相分压的压强单位(dnwi)一致。一

30、致。第三十六页，共一百一十八页。第三十七页，共一百一十八页。mxyeye：与该液相成平衡的气相中溶质：与该液相成平衡的气相中溶质(rngzh)的摩尔的摩尔分率；分率；x：液相中溶质的摩尔分率；：液相中溶质的摩尔分率；m：相平衡常数，无因次。：相平衡常数，无因次。 （2）yex关系关系(gun x)xPEPpePEm 注意：注意：对于一定的物系，相平衡常数对于一定的物系，相平衡常数m是温度是温度(wnd)及总压及总压的函数。的函数。m值愈小表明该气体的溶解度愈大。温度降低值愈小表明该气体的溶解度愈大。温度降低、总压升高则、总压升高则m值变小，有利于吸收操作。值变小，有利于吸收操作。 mxxPEy

31、e第三十八页，共一百一十八页。在低浓度气体吸收在低浓度气体吸收(xshu)计算中，通常采用基准不变的计算中，通常采用基准不变的摩尔比摩尔比 Y（ 或或 X ）表示组成。表示组成。 由由ye=mx可得以摩尔可得以摩尔(m r)比比表示的相平衡关系表示的相平衡关系 当当 m 趋近趋近(q jn) 1 或当或当 X 很小时很小时yyBAY1的摩尔数气相中惰的摩尔数气相中溶质性组分性组分xxSAX1的摩尔数液相中溶剂的摩尔数液相中溶质XmmXYe)1 (1mXYe（3）YeX关系关系第三十九页，共一百一十八页。当气、液相溶质浓度用其它组成表示当气、液相溶质浓度用其它组成表示(biosh)(biosh)

32、法表示法表示(biosh)(biosh)时，通过浓度换算可得其它形式的亨利定律。时，通过浓度换算可得其它形式的亨利定律。CA 溶质溶质(rngzh)在液相中的摩尔浓度，在液相中的摩尔浓度，kmol/m3；H 溶解度系数；溶解度系数；kmol/(m3 kPa)； HCpAe（4 4）p pe e-C-C关系关系(gun x)(gun x)注意：注意：H是温度的函数，是温度的函数，TH溶解度溶解度不同溶质不同溶质H不同，易溶气体不同，易溶气体H大，难溶气体大，难溶气体H小小第四十页，共一百一十八页。第四十一页，共一百一十八页。定律形式常数含义备注P*=ExE,亨利系数P*,稀溶液中溶质（被吸收组分

33、）平衡分压，x为被吸收组分在液相中的摩尔分数对于一定体系，E是温度的函数，一般，温度上升，E增大，不利于气体吸收。同一溶剂中难溶气体E值大P*=C/HH,溶解度系数C为被吸收溶质的物质的量浓度（ Kmol/m3 ）H为溶解度系数，（kmol/(m3Pa)）,实验测定。H为温度的函数，随温度升高减小，其数值等于平衡分压1大气压时的溶解度同一溶剂中难溶气体H值小E(1/H)*(den/M) den为溶液的密度，M是溶剂A的相对分子质量y*=mxm,相平衡常数，无量纲mE/P,P为气相的总压m为由试验结果算出来的数值。一定物系，它是温度和压强的函数。同一溶剂中难溶气体m值大Y*=mXm同上第四十二页

34、，共一百一十八页。亨利定律既可由液相组成亨利定律既可由液相组成(z chn)(z chn)计算气相组成计算气相组成(z chn)(z chn)，也可由气，也可由气相组成相组成(z chn)(z chn)计算液相组成计算液相组成(z chn)(z chn)。亨利亨利(hngl)定律（定律（Henrys law） *iiiiiiiipyYxcH pxXEmm=*iiiiiiiicpExpym xYm XH=由液相组成由液相组成(z chn)求气相组成求气相组成(z chn)：由气相组成求液相组成：由气相组成求液相组成：亨利定律适用条件：理想溶液或稀溶液（一般亨利定律适用条件：理想溶液或稀溶液（一般

35、5%）, 总压总压101.33KPa。第四十三页，共一百一十八页。亨利亨利(hngl)定律表达式中各系数之间的关系定律表达式中各系数之间的关系EH关系(gun x)Em关系(gun x)Hm关系SEMHpEmmpMHS1第四十四页，共一百一十八页。1atm下，浓度为下，浓度为0.02（摩尔分数）的稀氨水在（摩尔分数）的稀氨水在20时氨的平衡分压为时氨的平衡分压为1.666kPa，其相平衡关系服从亨利，其相平衡关系服从亨利定律定律(dngl)，氨水密度可近似取，氨水密度可近似取1000kg/m3。 求：求：E、 m 、 H 。例：例：第四十五页，共一百一十八页。解：解：Pxp3eS1atm101

36、.3kPa, 0.02 1.666kPa, 1000kg/m已已知知：eepp = ExE=x1.666(1) E 83.3kPa0.02: : 由由 得得：eeeymxyp /PmxxEm=P(2) m 1.666/101.3 0.8190.0283.3 0.819101.3: : 由由 得得：或0.667ssHEM31000(3) kmol/(mkPa)83.3 18第四十六页，共一百一十八页。举例举例(j l)：u例例2-1： 含有含有30%（体积）（体积）CO2的某种混合气与水接触，系统温度为的某种混合气与水接触，系统温度为30，总压为，总压为101.33kPa，试求液相中，试求液相中

37、CO2的平衡的平衡(pnghng)浓度浓度 为若干为若干kmol/m3. 解：解：pi=pyi=101.33 0.3=30.4kPaye , xxe ； 吸收吸收 yxe ；解吸；解吸 过程极限：过程极限： x1max= x1e= y1/m ； y2min= y2e= mx2。 塔高无限塔高无限 过程推动力：过程推动力：y=y-ye；p=p-pe； x=xe-x ；c=ce-c。小小 结结第六十页，共一百一十八页。四、吸收四、吸收(xshu)过程的机理过程的机理双膜理论双膜理论1、 传质过程概念传质过程概念 在含有两个或两个以上组分的混合体系在含有两个或两个以上组分的混合体系(tx)中，中，如

38、果存在浓度梯度，某一组分（或某些组分）如果存在浓度梯度，某一组分（或某些组分）将有高浓度区向地浓度区移动的趋势，该移将有高浓度区向地浓度区移动的趋势，该移动过程称为传质过程。动过程称为传质过程。 第六十一页，共一百一十八页。界面界面气相气相主体主体组分组分组分组分液相液相主体主体（1） 扩散物质从一相的主体扩散到两相界面扩散物质从一相的主体扩散到两相界面(jimin)（单（单相中的扩散）；相中的扩散）；（2） 在界面上的扩散在界面上的扩散(kusn)物质从一相进入另一物质从一相进入另一相（相际间传质）；相（相际间传质）；（3）进入另一相的扩散物质）进入另一相的扩散物质(wzh)从界面向该相的主

39、体扩散（从界面向该相的主体扩散（单相中的扩散）；单相中的扩散）；2 物质传递的三个步骤：物质传递的三个步骤：第六十二页，共一百一十八页。第六十三页，共一百一十八页。第六十四页，共一百一十八页。3双膜理论双膜理论 双膜理论的基本论点（假设）双膜理论的基本论点（假设） （1）气液两相存在一个稳定的相界面，）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，层流，A以分子扩散方式以分子扩散方式(fngsh)通过气膜和通过气膜和液膜。液膜。 （2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。 （3）有效膜以外主体中，充分湍

40、动，溶）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以涡流扩散的形式传质。质主要以涡流扩散的形式传质。第六十五页，共一百一十八页。pAcA pA,i cA,i气气膜膜液液膜膜相界面相界面气相主体气相主体液相主体液相主体传质方向传质方向图图 双膜理论双膜理论示意图示意图溶溶质质A在在气气相相中中的的分分压压溶溶质质A在在液液相相中中的的摩摩尔尔浓浓度度第六十六页，共一百一十八页。第第三三节节 吸收吸收(xshu)装置装置 *吸收装置的作用：吸收装置的作用： 建立和不断更新两相接触表面，使之具有尽可能建立和不断更新两相接触表面，使之具有尽可能大的接触面积大的接触面积和尽可能和尽可能好的流体力学条件好的流体

41、力学条件，以利于，以利于提高吸收速率，减少设备的尺寸，同时，气体提高吸收速率，减少设备的尺寸，同时，气体(qt)通过通过设备的设备的阻力要小，以节省动力消耗阻力要小，以节省动力消耗。第六十七页，共一百一十八页。1 吸收吸收(xshu)设备基本要求：设备基本要求：第六十八页，共一百一十八页。气体吸收设备大致可分为塔器和其他设备。气体吸收设备大致可分为塔器和其他设备。塔器类主要包括喷淋塔塔器类主要包括喷淋塔(俗称空塔俗称空塔)、填料塔、填料塔、板式板式(bnsh)塔、湍球塔、鼓泡塔等；塔、湍球塔、鼓泡塔等；其他设备也很多，如列管式湿壁吸收器、文丘其他设备也很多，如列管式湿壁吸收器、文丘里喷射吸收器

42、、喷洒式吸收器等。里喷射吸收器、喷洒式吸收器等。 第六十九页，共一百一十八页。2 填料填料(tinlio)塔塔1）结构）结构填料塔是气液互成逆流填料塔是气液互成逆流的连续微分接触式塔的连续微分接触式塔型。其结构如图型。其结构如图.在塔体内充填一定高度在塔体内充填一定高度的填料，其下方有支的填料，其下方有支承板，上方为填料压承板，上方为填料压板及液体板及液体(yt)分布装分布装置。气液两相间的传置。气液两相间的传质通常是在填料表面质通常是在填料表面的液体的液体(yt)与气体间与气体间的相界面上进行的。的相界面上进行的。液体分布器液体分布器气体出口气体出口液体入口液体入口塔壳塔壳填料填料液体再分布

43、器液体再分布器支承栅板支承栅板气体入口气体入口液体出口液体出口第七十页，共一百一十八页。第七十一页，共一百一十八页。第七十二页，共一百一十八页。2）填料）填料 （1）对填料的基本要求）对填料的基本要求为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要要求。为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要要求。(1)要有较大的比表面积要有较大的比表面积 单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，用表面积，用表示，单位为表示，单位为m2m3。填料的表面只有被流体的液相所润。填料的表面只有被流体的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。湿，才能构成有效的传质面

44、积。因此，还要求填料有良好的润湿性及有因此，还要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的形状。利于液体均匀分布的形状。(2)要求有较高的空隙率要求有较高的空隙率 单位体积填料所具有的空隙体积称为填料的空单位体积填料所具有的空隙体积称为填料的空隙率隙率，用，用表示，单位为表示，单位为m3m3。一般说填料的空隙率多在。一般说填料的空隙率多在0.450.95范围内，当范围内，当较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性(tnxng)范围较宽。范围较宽。(3)经济、实用及可靠经济、实用及可靠 要求填料单位体积的质量轻、造价低、要求填料单位体积的质量轻

45、、造价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液两相介质都坚固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液两相介质都具有良好的化学稳定性。具有良好的化学稳定性。上述各项条件，未必为各种填料所兼备，在实际应用时，可以上述各项条件，未必为各种填料所兼备，在实际应用时，可以依照具体情况选定。依照具体情况选定。 第七十三页，共一百一十八页。(2) 填料类型填料类型填料的种类很多，大致可分为填料的种类很多，大致可分为实体填料实体填料与与网体填料网体填料两大两大类。类。实体填料包括实体填料包括(boku)(boku)环形填料环形填料( (如拉西环、鲍尔环和阶梯如拉西环、鲍尔环和阶梯环环) )，鞍型填

46、料，鞍型填料( (如弧鞍、矩鞍如弧鞍、矩鞍) )，栅板填料以及波，栅板填料以及波纹填料等以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填纹填料等以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。料。网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍形网、网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍形网、网、波纹网等。网、波纹网等。第七十四页，共一百一十八页。第七十五页，共一百一十八页。3 湍球塔湍球塔湍球塔首先出现于湍球塔首先出现于1959年的美国专利报道，年的美国专利报道，逐步得到发展。目前逐步得到发展。目前它广泛应用于气体及它广泛应用于气体及气液分离工程。气液分离工程。湍球塔又称流化湍球塔又称流化(li hu)填填料塔，实际

47、上是填料料塔，实际上是填料塔的一种特殊结构形塔的一种特殊结构形式。在设计上与普通式。在设计上与普通填料塔没有根本的区填料塔没有根本的区别结构。别结构。第七十六页，共一百一十八页。第七十七页，共一百一十八页。1）结构）结构湍球塔是一湍球塔是一种特殊的种特殊的气气-液液-固三固三相相(sn xin)流流化床化床 。主。主要结构包要结构包括以下六括以下六个部分：个部分：动画动画演示演示第七十八页，共一百一十八页。2）工作原理与流程）工作原理与流程湍球塔是一种高效的传质、吸收设备。湍球塔是一种高效的传质、吸收设备。工作原理：工作原理：当气流通过筛板时，小球当气流通过筛板时，小球(xio qi)在塔内在

48、塔内湍动旋转，相互碰撞，吸收剂自上向下喷淋，湍动旋转，相互碰撞，吸收剂自上向下喷淋，润湿小球润湿小球(xio qi)表面，进行吸收。表面，进行吸收。 工作流程：工作流程：脱硫吸收液从塔顶均匀流下，润湿湍脱硫吸收液从塔顶均匀流下，润湿湍球表面，二氧化硫和空气按一定比例在缓冲瓶球表面，二氧化硫和空气按一定比例在缓冲瓶中充分混合由塔的下部进入湍球塔，在一定气中充分混合由塔的下部进入湍球塔，在一定气流速度下，使湍球处于均匀流态化状态，模拟流速度下，使湍球处于均匀流态化状态，模拟烟气和吸收液在湍球表面逆向接触，发生化学烟气和吸收液在湍球表面逆向接触，发生化学反应，完成传质和吸收过程。净化后的烟气经反应，

49、完成传质和吸收过程。净化后的烟气经除雾后排出湍球塔。除雾后排出湍球塔。第七十九页，共一百一十八页。3）优点、缺点）优点、缺点优点：优点：是气流速度高、处理能力大、设备体积小、吸收效率是气流速度高、处理能力大、设备体积小、吸收效率高。同样气速下，其压降比填料塔小。高。同样气速下，其压降比填料塔小。缺点：缺点：（1）是随小球的运动，有一定程度的是随小球的运动，有一定程度的返混返混，塑料小球不能承，塑料小球不能承受高温，易磨损，需经常更换。受高温，易磨损，需经常更换。 （2）当塔径较大或静止床层较高时，会出现填料球的）当塔径较大或静止床层较高时，会出现填料球的流态流态化不均匀化不均匀现象，有时甚至把

50、球吹到栅板的一隅造成气流现象，有时甚至把球吹到栅板的一隅造成气流短路，从而恶化了传质。此时可将上下栅板之间的空短路，从而恶化了传质。此时可将上下栅板之间的空间用纵向隔板分隔成方形、矩形或扇形的小空间。间用纵向隔板分隔成方形、矩形或扇形的小空间。（3）湍球塔的另一个缺点是）湍球塔的另一个缺点是雾沫夹带严重雾沫夹带严重(ynzhng)，主要原，主要原因是它所使用的气速大因是它所使用的气速大(有时高达有时高达10ms)。这种情况下可。这种情况下可把塔体做成上大下小的锥形，使塔内气体流速到塔顶时逐渐把塔体做成上大下小的锥形，使塔内气体流速到塔顶时逐渐减小到减小到12ms。 第八十页，共一百一十八页。4

51、）适用）适用湍球塔被推荐用于处理湍球塔被推荐用于处理(chl)含颗粒物的气体或含颗粒物的气体或液体以及可能发生结晶的过程。在这种塔中，液体以及可能发生结晶的过程。在这种塔中，由于小球剧烈湍动，不易被固体颗粒堵塞，由于小球剧烈湍动，不易被固体颗粒堵塞，因此，目前有人用于同时除尘、脱硫的试验因此，目前有人用于同时除尘、脱硫的试验中。中。 第八十一页，共一百一十八页。4 板式板式(bnsh)塔塔板式塔，是在塔体内板式塔，是在塔体内设置一层层的板作设置一层层的板作为为(zuwi)气液接触元气液接触元件。件。1）结构）结构 主要由圆柱形壳体、主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降塔板、溢流堰、降液管及受液盘

52、等部液管及受液盘等部件构成。件构成。 板式板式(bnsh)塔的结构塔的结构塔壳体；塔板；溢流堰；塔壳体；塔板；溢流堰；受液盘；降液管受液盘；降液管第八十二页，共一百一十八页。2）工作原理与流程）工作原理与流程 板式塔是在圆柱形壳体内按一定间距水平板式塔是在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下(z shn r xi)流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层，气体则在压强差的持有一定厚度的流动液层，气体则在压强差的推动下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层推动下，自塔底向上依次穿过

53、各塔板上的液层上升至塔顶排出。气液在塔内逐板接触进行质、上升至塔顶排出。气液在塔内逐板接触进行质、热交换，两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。热交换，两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。动画示例动画示例 第八十三页，共一百一十八页。3）塔板类型及结构特点）塔板类型及结构特点（1）塔板上的气液接触元件）塔板上的气液接触元件气液接触元件是使气体通过塔板时将其均匀分散在液层中进气液接触元件是使气体通过塔板时将其均匀分散在液层中进行传质的气体分布行传质的气体分布(fnb)装置。装置。它可采用它可采用塔板上开筛孔塔板上开筛孔(如筛板塔如筛板塔)，或在，或在塔板上开大孔再塔板上开大孔再在孔上覆以具有多种结构在孔上覆以

54、具有多种结构特点的元件的方式特点的元件的方式(如泡罩塔、如泡罩塔、浮阀塔等浮阀塔等)。当气体通过这些元件时，被分散成为许多小股气流，这些当气体通过这些元件时，被分散成为许多小股气流，这些气流在液层中鼓泡，使气液剧烈湍动，形成气液接触界气流在液层中鼓泡，使气液剧烈湍动，形成气液接触界面，促进传质过程的进行。气液接触元件是塔板形式最面，促进传质过程的进行。气液接触元件是塔板形式最基本的特征，也往往作为塔板分类的标志。基本的特征，也往往作为塔板分类的标志。如图所示为三种最典型的气液接触元件所构成的塔板。如图所示为三种最典型的气液接触元件所构成的塔板。第八十四页，共一百一十八页。第八十五页，共一百一十

55、八页。（2）塔板分类）塔板分类塔板可分为有塔板可分为有降液管式塔板降液管式塔板（也称（也称溢流式塔溢流式塔板板或错流式塔板）及或错流式塔板）及无降液管式塔板无降液管式塔板（也（也称穿流式塔板或逆流称穿流式塔板或逆流(nli)式塔板）两类式塔板）两类.在工业生产中，以有降液管式塔板应用最在工业生产中，以有降液管式塔板应用最为广泛为广泛.第八十六页，共一百一十八页。（2）有溢流和无溢流塔板）有溢流和无溢流塔板在塔内，液体在重力作用下由上向下流动，但它在塔板上与气体接在塔内，液体在重力作用下由上向下流动，但它在塔板上与气体接触传质时，可采取有溢流和无溢流两种流动方式触传质时，可采取有溢流和无溢流两种

56、流动方式如图如图所示，在有溢流塔板上，液体由上一块塔板的降液管流所示，在有溢流塔板上，液体由上一块塔板的降液管流到下一块塔板的受液区，然后横向流过塔板，与自塔板小到下一块塔板的受液区，然后横向流过塔板，与自塔板小孔中上升的气流接触传质后，进入此块塔板的降液管中流孔中上升的气流接触传质后，进入此块塔板的降液管中流往下块塔板。在塔板上，气液呈错流方式接触。往下块塔板。在塔板上，气液呈错流方式接触。这种塔板的效率高，具有一定操作弹性，生产上广为应用。这种塔板的效率高，具有一定操作弹性，生产上广为应用。如图如图，在无溢流塔板上，气液两相逆向通过塔板上的小孔，气体在，在无溢流塔板上，气液两相逆向通过塔板

57、上的小孔，气体在塔板上的液层中鼓泡，液体则直接塔板上的液层中鼓泡，液体则直接(zhji)由小孔下落，没有降液管由小孔下落，没有降液管和溢流堰，板上液层高度靠气体托住。塔板上开孔有采用格栅条、和溢流堰，板上液层高度靠气体托住。塔板上开孔有采用格栅条、大直径筛孔等方式。大直径筛孔等方式。这种塔板的鼓泡面积所占的比例大，塔板面积利用率高，结构这种塔板的鼓泡面积所占的比例大，塔板面积利用率高，结构简单，处理能力大，但它的操作弹性较小，生产上采用较少。简单，处理能力大，但它的操作弹性较小，生产上采用较少。 第八十七页，共一百一十八页。第八十八页，共一百一十八页。（1）泡罩塔板：）泡罩塔板： 工业上应用最

58、早的塔板，其结构工业上应用最早的塔板，其结构如图如图所示，它主要由所示，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有 80、 100、 150mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。罩在塔板上为正三角形排列。 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一

59、定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多多(xdu)细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面液两相的传热和传质提供大量的界面 第八十九页，共一百一十八页。第九十页，共一百一十八页。泡罩塔板的优缺点：泡罩塔板的优缺点：优点：优点：是操作弹性较大，塔板不易堵塞是操作弹性较大，塔板不易堵塞(ds

60、)；缺点：缺点：结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。新建塔设备中已很少采用。 第九十一页，共一百一十八页。（2）筛孔塔板简称筛板）筛孔塔板简称筛板如图所示。塔板上开有许多均匀的小孔，孔径如图所示。塔板上开有许多均匀的小孔，孔径一般为一般为38mm。筛孔在塔板上为正三角形。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定定(ydng)厚度的液层。厚度的