吸收法净化污染物

第七章吸收法净化气体污染物

01吸收基本原理02吸收塔的计算03化学吸收04吸收设备05吸收气体污染物的工艺配置第一节吸收基本原理利用吸收剂将混合气体中的一种或多种组分有选择地吸收分离过程称作吸收。具有吸收作用的物质称为吸收剂，被吸收的组分称为吸收质，吸收操作得到的液体称为吸收液或溶液，剩余的气体称为吸收尾气。物理吸收是指在吸收过程中不发生明显的化学反应，单纯是被吸收组分溶于液体的过程，如用水吸收

气体。化学吸收是指吸收过程中发生明显化学反应，如用氢氧化钠溶液吸收

，用酸性溶液吸收

气等。吸收进行时，吸收解吸同时进行，经过一段时间，气液两相达到动态平衡。此时气相中吸收质的分压称为平衡分压，液相中所溶解的吸收质浓度称为平衡浓度，简称溶解度。如果吸收过程不发生明显的化学反应，称为物理吸收；如果吸收质与吸收剂由于化学反应导致吸收，称为化学吸收。在一定温度下，当压力不高时，对于稀溶液的吸收符合亨利定律，即吸收质在液体中的溶解度与气相中的平衡分压成正比，表达式为C=Hp一、气液平衡—亨利定律（1）在气液两相接触面（界面）附近，分别存在着不发生对流作用的气膜和液膜，被吸收组分必须以分子扩散方式连续通过此两薄膜，因此传质速率主要决定于分子扩散。假设

两膜均呈滞留状态，即使气液两相主体都呈湍流时，仍可认为界面上此两层薄膜是滞留。（2）滞留膜的厚度随各相主体的流速和湍流状态而变，流速越大，膜厚度越薄。但一般认为膜的厚度极小，在膜中和相界面上无溶质的积累，故吸收过程可以看做是固定膜的固定扩散。（3）在界面上气液两相呈平衡状态，即液相的界面浓度是和在界面处的气相组成呈平衡状态的饱和浓度，亦可理解为在相面上无扩散阻力。（4）在两相主体中吸收质的浓度均匀不变，仅在薄膜中发生浓度变化，两相薄膜中的浓度差就等于膜外的气液两相的平均浓度差。二、吸收过程——双膜理论二、吸收过程——双膜理论

三、吸收速率方程一、物料恒算第二节吸收塔的计算（1）在Y-X图上，吸收操作线必须处于平衡线之上

。(2)操作线与平衡线之间的距离反映了吸收推动力的大小。(3)操作线与平衡线不能相交或相切。液气比的确定，须满足下列三个原则：(l）操作液气比必须大于最小液气比。(2）就填料塔而言操作液体的喷淋密度（即每平方米的塔截面上每小时的喷淋量(m3／m2·h）应大于为充分润湿填料所必须的最小喷淋密度，一般为3～4(m3／m2·h)，此时设备的阻力较小。8-4填料塔的流体力学特征（双对数坐标）(3）操作液气比的选定应尽可能从设备投资和操作费用两方面权衡考虑，以达到最经济的要求。二、最佳气液比的确定(l）填料塔内的流体力学特性填料塔内气液两种流体逆向流动时具有一定的特性，即假定给液量保持不变，在逆流情况下，气体的流速达到一定值时，就发生所谓液体的泛滥现象，此时液体停止下降，且开始随同上逸的气体被吹出塔外，此时气体的流速称为“泛点”。(2）液泛速度三、填料塔塔径和阻力计算(3）塔径和阻力计算【例7-l】某矿石焙烧炉排出炉气冷却至加20℃后，送入填料吸收塔中用水洗涤，去除其中的SO2。已知操作压力为101.325kPa，炉气的体积流量为2000m2/h，炉气的混合分子量为32.16，洗涤水耗量为L′=45200kg/h，吸收塔选用填料为：①25mm×25mm×2.5mm乱堆瓷拉西环；②50mm瓷矩鞍填料，若取空塔流速为液泛流速的70%，试分别求出所需的塔径及每米填料的压强降。(4)填料层高度的计算【例7-2】空气和氨的混合物在直径为0.8m的填料塔中，用水吸收其中所含氨的99.5%,每小时所送入的混合气体量为1400kg，混合气体的总压力为101.3Pa，其中氨的分压为1.333Pa，所用的气液比为最小值的1.4倍，操作温度（20℃）下的平衡关系为Ye＝0.75X，总体积吸收系数KY·a=088kmol／m3·s，求每小时的溶剂水用量与所需的填料层高度。伴有化学反应的吸收称为化学吸收。化学吸收从理论上讲大体可分为五个连续步骤：溶质A从气流主体通过气膜到达界面的扩散；溶质A在液膜中的扩散；溶剂中反应组分B在液膜中的扩散；组分A和B在反应区（带）的化学反应；反应产物从反应区（带）到液相主体的扩散。第三节化学吸收一、

传质控制时的浓度分布和传质速度（1）液相中伴有极慢化学反应的情况(2）液相中伴有中速化学反应的情况二、动力学控制时吸收传质的分析【例7-3】某含氮的混合气体流量Q为60kmol/h，其中氮的分压为0.06atm（绝对）、要求出口处分压降至0.01atm，用硫酸含量为0.6atm/m3的吸收剂进行吸收净化，要求出口硫酸浓度为0.45kmol/m3，假设kAG=0.37kmol/m2·h·atm，工作总压力为1atm（绝对），逆流吸收处理，试计算回收塔的吸收塔。

（设kAL=0.004m2/h,溶解度系数h=75/mol/m2·atm）（1atm=101.325kPa）第四节吸收设备吸收设备应满足以下基木要求：气液之间应有较大的接触面积和一定的接触时间；气液之间扰动强烈，吸收阻力低，吸收效率高；气流通过时的压力损失小，操作稳定；结构简单，制作维修方便，造价低廉；应具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力：填料塔的形式：

有立式、卧式、并流、逆流、单层、多层等。构造主要包括：

塔体、塔填料和塔内件三大部分。一、填料塔1、工业填料塔所用的填料．可分为实体填料和网体填料两大类。2、实体填料有拉西环．鲍尔环、鞍形、波纹填料。3、塔填料的选择是填料塔设计重要的环节之一。一般要求塔填料具有较大的通量，较低的压降，较高的传质效率和强度，同时操作弹性大，性能稳定，能满足物系的腐蚀性、污堵性、热敏性等特殊要求，便于塔的拆装．检修，并且价格要低廉。为此填料应具有较大的比表面积，较高的空隙率，结构要敞开，死角空隙小，液体的再分布性能好，填料的类型、尺寸、材质要选择适当。32二、湍流塔湍流塔，其特点是加大气速使塔内的填料处于运动状态，塔内设有开孔率较大的筛板，筛板上放置一定数量的轻质小球，气流通过筛板时，小球随之湍流旋转。相互碰撞，吸收剂自上而下喷淋润湿小球表面进行吸收，由于气、液、固三相接触，小球表面的液膜不断更新。增大了吸收推动力，提高了吸收效率。球料一般以聚乙烯或聚丙烯制作，具有较好的耐磨、耐温、耐腐性能。湍球塔的空塔气速一般为2～6m/s，保证小球湍动。小球之间不断碰撞磨擦，表面经常自动清刷，不会迅成堵塞，通常每段塔的阻力约为40～120mmH2O(1mmH2O=9.8Pa)。

湍流塔的特点是风速高，处理能力大，体积小，吸收效率高；缺点是由于小球的湍动，在每一段内有一定程度的返混，所以只话用于传质单元数（段数）不多的过程。例如不可逆化学吸收和温差较恒定的降温过程，、另外塑料小球不能承受高温、寿命短，需经常更换。34三、筛板塔板式塔厂泛用于气体吸收、除尘、降温、干燥等操作。塔内装有若千层塔板，液休靠重力自塔顶流向塔底，并在塔板上保持住一定的液层，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层，在塔板上气液相互接触进行传质、传热。在气体净化中筛板塔应用较多。

筛板塔内设有多层筛板，气休亦从下而上经筛孔进入筛板上的液层，通过气体的鼓泡进行吸收，因此也常称谓“鼓袍塔”，为了使筛板上液层厚度保持均匀，提高吸收效率，筛板上设有湍流堰、以保持筛板上液层厚度，一般为30mm。35操作中必须保持适当的气液比例，才能正常稳定，气量过大，则气流穿过筛孔后猛烈将液体推开，以连续相迅速通过塔板液层，形成气体短路，并发生严重的雾抹夹带理象．压降增大；气量过小或液流量过大，会引起液体从筛孔泄漏，吸收效率降低。筛孔孔径一般为3～8mm，对于含悬浮物的液体