氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)概要

1、第七章 氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)建議學(xué)時(shí)數(shù)： 8 學(xué)時(shí)（自學(xué)）教學(xué)重點(diǎn) 掌握氣體擴(kuò)散、氣體吸收、吸附和催化的基本原理和過(guò)程 了解常用吸收劑、吸附劑和催化劑的特性教學(xué)難點(diǎn) 學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)吸收塔、吸附床和催化轉(zhuǎn)化器教學(xué)內(nèi)容1. 氣體擴(kuò)散2. 氣體吸收3. 氣體吸附4. 氣體催化凈化吸收凈化法：是利用廢氣中各混合組分在選定的吸收劑中溶解度不同，或者其中某一 種或多種組分與吸收劑中活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 達(dá)到將有害物從廢氣中分離出來(lái)， 凈化廢 氣的目的的一種方法。吸收（1）物理吸收：較簡(jiǎn)單，可看成是單純的物理溶解過(guò)程。如：水吸收HCL CQ等。吸收限度取決于氣體在液體中的平衡濃度；吸收速率主要取決于污染物從氣

2、相轉(zhuǎn)入液相 的擴(kuò)散速度。（2） 化學(xué)吸附：吸收過(guò)程中組分與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如：堿液吸收CQ、SQ等；酸 液吸收 NH3 等。吸收限度同時(shí)取決于氣液平衡和液相反應(yīng)的平衡條件；吸收速率同 時(shí)取決于擴(kuò)散速度和反應(yīng)速度。異同點(diǎn)： 同：兩類(lèi)吸收所依據(jù)的基本原理以及所采用的吸收設(shè)備大致相同。 異：一般來(lái)說(shuō)， 化學(xué)反應(yīng)的存在能提高反應(yīng)速度， 并是吸收的程度更趨于完全。結(jié)合大氣污 染治理工程中所需凈化治理的廢氣， 具有氣量大， 污染物濃度低等特點(diǎn)， 實(shí)際中多采用化學(xué) 吸收法。本章涉及內(nèi)容： 吸收的基本原理（復(fù)習(xí)）主要討論物理吸收； 化學(xué)吸收； 吸收法凈化SQ廢氣； 吸收法凈化其它廢氣。7-1 吸收的基本理

3、論吸收過(guò)程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)入液相的傳質(zhì)過(guò)程?？扇芙M分在氣液兩相中的濃度距 離操作條件下的平衡愈遠(yuǎn)， 則傳質(zhì)的推動(dòng)力越大， 傳質(zhì)速率也越快， 因此我們按氣液兩相的 平衡關(guān)系和傳質(zhì)速率來(lái)分析吸收過(guò)程，掌握吸收操作的規(guī)律。一、氣液平衡亨利定律1 氣體在液體中的溶解度氣體的溶解度是在100Kg水中溶解氣體的千克數(shù)。在恒定的T、P下，使一定量吸收劑與混合氣體充分接觸后，氣、液兩相最終可達(dá)平衡,此時(shí)v吸收=v解吸，這時(shí)c = f P其中：c可溶氣體在溶液中的濃度（即平衡濃度或飽和濃度），Kg/m3;p*被吸收氣體在溶液面上的分壓（稱(chēng)平衡分壓或飽和分壓），Kpa。結(jié)合書(shū)P187，圖7-1 （幾種常見(jiàn)氣體

4、 SQ、NH、HCL在水中的平衡溶解度）可知： 不同性質(zhì)的氣體在同一溫度和壓力下的溶解度不同； 氣體的溶解度與溫度有關(guān)，多數(shù)氣體的溶解度隨溫度的升高而降低；2. 溫度一定時(shí)，Pe增大，溶解度增大。亨利定律（相平衡方程式）從圖7-1中又看出，對(duì)于稀溶液，在較低壓力下，x p是通過(guò)原點(diǎn)的直線，但在壓力偏高時(shí)與直線偏差很大，這樣在較低壓力下，我們就可用“亨利定律”來(lái)表示。對(duì)于非理想 溶液，當(dāng)總壓不高（一般不超過(guò) 5x 105Pa）時(shí)，溫度一定，稀溶液中溶質(zhì)的溶解度與氣相中溶質(zhì)的平衡分壓成正比，即：C二Hp *或：y*二mx上式中H、E、m均稱(chēng)為亨利系數(shù)， 但其單位不同。若c取mol/m3, p*取P

5、a,則H mol/m3 - Pa; x取摩爾分?jǐn)?shù)（無(wú)量綱），p*取Pa,則E Pa; y* , x分別為溶質(zhì)在氣相、液相中的摩爾分?jǐn)?shù) 時(shí)，m無(wú)量綱，又稱(chēng)相平衡常數(shù)。3. 亨利定律參數(shù)的換算（自學(xué)）重點(diǎn)：H E看書(shū)P188,表7-2給出部分氣體不同溫度水溶液的亨利系數(shù)。說(shuō)明幾點(diǎn)：（1 ）以E表示的亨利系數(shù)；（2）隨溫度升高，E增大；（3） 通過(guò)比較E,我們可以判斷那些氣體易溶于水，E越小，該氣體越易溶 于水。例題：例1 :見(jiàn)書(shū)P189,例7.1 ,（自學(xué)）設(shè)題的目的：如何由已知壓強(qiáng)、溫度下，某種氣體在水中的溶解度數(shù)據(jù)，求算亨利系 數(shù)。解題思路：（1）首先求算出p*與x對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)組；（2）繪制p*

6、 x曲線；（3）有原點(diǎn)作平衡曲線的切線，其斜率即亨利系數(shù)E；（4）結(jié)合圖指出該溶液服從亨利定律的濃度范圍。例2 :見(jiàn)書(shū)P190,例7.2，推算溫度25C，分壓為1.013 x 105Pa時(shí)，CO在水中的溶解 度。解：利用X=p/ 由書(shū)中表7-2查得E=1.66 x 105Kpa，則：1.013 1051.66 108= 6.102 10,997 6102 104由附錄7查得25 C下，水的 p L=977Kg/m3 ,又 M c=44 ,于是溶 解度：*Mcox+Ms(1-x)二4取6.10210+1816.1021/ )= 0-0337mo/m （參考書(shū)中推導(dǎo)得到的公式 7.9 ）4. 傳質(zhì)

7、吸收過(guò)程的判斷亨利定律是吸收工藝操作的理論基礎(chǔ)之一，它說(shuō)明了根據(jù)溶質(zhì)、溶劑的性質(zhì)在一定溫 度和壓力下，溶質(zhì)在兩相平衡中的關(guān)系。（1）根據(jù)相平衡的概述，可以判斷氣液接觸時(shí)溶質(zhì)的傳質(zhì)方向，即溶質(zhì)是由氣相傳到 液相（被吸收），還是從液相傳到氣相（被解吸）?，F(xiàn)以一傳質(zhì)設(shè)備來(lái)說(shuō)明傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行。y1、y2分別表示進(jìn)、出口氣相中溶質(zhì)的濃度；X1、X2分別表示進(jìn)、出口液相中溶質(zhì)的濃度；X2*、y2*分別表示進(jìn)、出口氣、液相中溶質(zhì)的平衡濃度。A排氣y2、y2*傳質(zhì)設(shè)備進(jìn)液X1排液 X2、X2*氣液兩相在傳質(zhì)設(shè)備中相接觸，就會(huì)發(fā)生質(zhì)量傳遞，系統(tǒng)將會(huì)自發(fā)地向平衡狀態(tài)變化。若測(cè)得yyi*，則該組分將被溶液吸收一一吸

8、收過(guò)程；若測(cè)得yyi*，則該組分將從溶液中解吸出來(lái)一一脫吸過(guò)程。同理：XXi *脫吸過(guò)程。（2）用相平衡方程式還能確定吸收（或解吸）過(guò)程進(jìn)行的限度，從而提出合理的工藝設(shè)計(jì)要求。仍結(jié)合上面?zhèn)髻|(zhì)設(shè)備示意圖，根據(jù)相平衡方程式有：X2*= y 1/my2*=m x 1因此可以判定無(wú)論塔的效率多高或塔身多長(zhǎng)，其所得吸收液中該組分的組成X2不可能超過(guò)X2*，即：X2 y2*=m X1，這樣就可以依據(jù)進(jìn)氣濃度（組成）和進(jìn)液濃度（組成）利用相平衡方程式計(jì)算出最終吸收濃度和最終排放廢氣的極限濃度。化學(xué)吸收的氣液平衡亨利定律只適用于常壓或低壓下的稀溶液，而且吸收質(zhì)（被吸收組分）在氣相與溶劑中的分子狀態(tài)應(yīng)相同，若被

9、溶解的氣體分子在溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則此時(shí)亨利定律只適用于溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的那部分吸收質(zhì)分子的濃度，而該濃度決定于液相化學(xué)反應(yīng)的平衡條件。氣體溶于液體中，若發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則被吸收組分的氣液平衡關(guān)系應(yīng)既服從相平衡關(guān) 系，又應(yīng)服從化學(xué)平衡關(guān)系。即有：理平衡A化學(xué)平衡(1)為討論方便，設(shè)備吸收組分 A與溶液中所含的組分 B發(fā)生相互反應(yīng)：（通式）aAgaA| bB = cC dD有關(guān)系式（前提：被吸收組分濃度及各反應(yīng)組分濃度較低）亨利定律關(guān)系式：AHapA 化學(xué)平衡關(guān)系式：k = C D AaBFIa 】=將（4）代入（2）得:PaHaCFbFBk(2)(3)(4)(5)下面從幾種具體的情況來(lái)討論化

10、學(xué)吸收的氣液平衡關(guān)系:1. 被吸收組分與溶劑的相互作用Ag反應(yīng)式表示為:Al B Ml被吸收組分A進(jìn)入液相后的總濃度 G可寫(xiě)成:cA - AM 丨（7-1）其化學(xué)平衡常數(shù)k=起廣社A(7-2 )于是有:Ca(7-3 )又若是稀溶液吸收，則遵循亨利定律，即有A=HaFA*，代入（9-3 ）,于是有:*PaCaH A 1 K B 1在稀溶液中，B很大可視為常數(shù)，且（7-4 ）k不隨濃度變化，故1+kB可視為常數(shù)，此時(shí),p；二ca，即形式上服從亨利定律，但不同的是=1 kl.B I,表明溶解度系數(shù)較 HA增大了( 1+kB)倍，結(jié)果使過(guò)程有利于氣體組分A的吸收。有代表性的：用水吸收氨氣2. 被吸收組

11、分在溶液中離解設(shè)反應(yīng)產(chǎn)物的解離反應(yīng)式為：Agki(7-5 )5吸收平衡時(shí)，離解常數(shù)為:AgB k M k，K A_當(dāng)溶液中無(wú)相同離子存在時(shí)，K+=A -，于是有：kiA(7-6 )被吸收組分A在溶液中的總濃度為物理溶解量與離解溶解量之和，即：Ca 二 AM AI AMki Ml(7-7 )對(duì)式(9-1 )、( 9-5 )、( 9-7 )和組分的物料平衡方程式聯(lián)解得：(7-8 ) 2CA kA j kA 4CA kA_21 k B 1式中:kAk1kB 11 k B 1(7-9 )將(9-8 )代入亨利定律式，則:(7-10)PA =2 Jb 1h 2Ca kA -、kA 4Ca kA 1由此可

12、見(jiàn)，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物有解離的化學(xué)吸收過(guò)程，相平衡方程式與氣相組分 A在吸收液中總濃度Ca為非線性關(guān)系。3. 被吸收組分與溶劑中活性組分作用這種吸收過(guò)程的吸收液中含有未被反應(yīng)的氣體組分A,活性組分B和惰性溶劑，實(shí)際環(huán)境工程中多數(shù)采用此吸收過(guò)程，如反應(yīng)式：AgAl Bl Ml設(shè)溶劑中活性組分 B的起始濃度為 C0,反應(yīng)達(dá)平衡后，轉(zhuǎn)化率為R,則溶液中活性組分 B的濃度B= cB 1 - R，而生成物 m的平衡濃度為 M= c；r0由化學(xué)平衡關(guān)系得平衡常數(shù):（7-11）k M cBrr=A IB ACB 1 R = Al 一 R又亨利定律A=HaR*，得:PA =RH Ak 1 - R(7-12 )若物理溶

13、解量可忽略不計(jì)，則由上式可得:*cmw 洛HAkPr 令1=HAk,于是CA = CB*KP*1 HAkP*(7-13)變換為:Ca 二CBk；A 1(7-14)由此可見(jiàn)：溶液的吸收能力 CA*隨Pa*增大而增大，溶液的吸收能力CA*隨k增大而減小。溶液的吸收能力還受活性組分起始濃度CB0的限制，C* CB（只能趨近于而不能超過(guò)）三、氣相中的分壓和溫度對(duì)化學(xué)吸收和物理吸收的影響不同：溫度增大，壓力增大可改善化學(xué)吸收過(guò)程（化學(xué)吸收）；溫度降低，壓力增大可改善液體中污染物的溶解度（物理吸 收）。吸收過(guò)程的物料平衡（一）物料平衡與操作線方程1. 物料平衡是吸收設(shè)備計(jì)算的基礎(chǔ)在一般吸收操作中，應(yīng)用逆流

14、原理可提高溶劑的使用效率，獲得最大的分離效果，所以在此重點(diǎn)討論逆流操作的物料平衡。另外，在吸收操作中，由于在氣、液兩相間有物質(zhì)傳遞，通過(guò)全塔的氣液流量都在隨時(shí)變化。液體因不斷吸收可溶組分，其流量不斷增大；與此相反，氣體流量也不斷減少。氣液流量作為變量，以它們?yōu)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)是不方便的。然而純吸收劑和惰性氣體這兩種載體的流量是不變的，所以在吸收設(shè)計(jì)中， 通常是采用載體流量作為運(yùn)算的基準(zhǔn)，這時(shí)氣液濃度就以摩爾分子比來(lái)表示。 逆流吸收時(shí)，塔內(nèi)氣液流量和 組成變化情況見(jiàn)右圖。參數(shù)加下標(biāo)“ 1”代表濃端；參數(shù)加下標(biāo)“ 2”代表稀端。圖中各符號(hào)的意義如下： G表示單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積的惰性氣體

15、的量，Kmol/（m2 h）;Kmol/(m2 h);(Kmol吸收質(zhì)/Kmol惰(Kmol吸收質(zhì)/Kmol吸Ls 表示單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積純吸收劑的量，Y、Yi、丫2分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)臍庀嘟M成, 性氣體）；X 、X、X2分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)囊合嘟M成, 收劑）。對(duì)全塔進(jìn)行物料衡算有：GB 丫, -丫2二LS X, -X2（7-15 ）若就任意截面與塔底間進(jìn)行物料衡算有:Gb Yi -丫 丄 Xi -X(7-16)LSLS或亍仁勺（7-17）rLy在YX圖上作式（7-17 ）的圖線為一條直線，直線斜率為L(zhǎng)/G,截距為 Y1_X1 i,IG丿直線的兩端分別反

16、映了塔底（丫1, X1）和塔頂（Y X2）的氣液兩相組成。此直線上任一點(diǎn)的 丫、X都對(duì)應(yīng)著吸收塔中某一截面處的氣液相組成。吸收操作線斜率L/G稱(chēng)為吸收操作的液氣比，物理含義為處理單位惰性氣體所消耗的純吸收劑的量。說(shuō)明塔內(nèi)氣液濃度變化情況，更重要的是通過(guò)氣液情況與平衡關(guān)系的對(duì)比，確定吸收推動(dòng)力，進(jìn)行吸收速率計(jì)算，并可確定吸收劑的最小用量，計(jì)算出吸收劑的操作用量。3.操作線與平衡線間的關(guān)系，要掌握以下三個(gè)方面：（1） 在Y X圖上，吸收操作線必須處于平衡線之上。解釋?zhuān)簭奈召|(zhì)氣相角度分析，由于吸收過(guò)程是可溶組分有氣相溶于液相的過(guò)程，所以可溶組分在氣相中的濃度必定大于其在液相的和氣相相平衡的濃度；否

17、則就成為工業(yè)廢水處理中的吹脫”處理，而變成一個(gè)解吸過(guò)程。（2） 操作線與平衡線之間的距離反映了吸收推動(dòng)力的大小如對(duì)操作線上任一點(diǎn) M截交操作線和平衡線的垂直線段就等于推動(dòng)力（ Y-Y* ）,而截 交此同一點(diǎn)的水平線段等于推動(dòng)力（ X*-X ）,這就是說(shuō)，在任一塔截面上，氣相中可溶組分 的濃度比與液相平衡濃度相對(duì)應(yīng)氣相平衡濃度大的愈多，則吸收推動(dòng)力愈大。(3) 平衡線與操作線不能相交或相切假如兩者相交，就意味著在塔的某一截面處吸收推動(dòng)力等于零，因此為達(dá)到一定的濃 度變化，需兩相的接觸時(shí)間為無(wú)限長(zhǎng)，因而需要的填料層高度為無(wú)限大，這種操作情況是不可能實(shí)現(xiàn)的。4. 低濃度氣體吸收操作線方程式G 表示單

18、位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積的混合氣體摩爾流量，Kmol/(m2 s);L表示單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積吸收液摩爾流量，Kmol/(m 2 s);y、yi、y2分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)幕旌蠚怏w中溶質(zhì)的摩爾分率，(Kmol溶質(zhì)/Kmol混合氣體)；x 、Xi、X2分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)奈找褐腥苜|(zhì)的摩爾分率，(Kmol溶質(zhì)/Kmol吸收液)。當(dāng)yi10%寸，在溶液內(nèi)的濃度也很低，則Y y, X x(因?yàn)閄=x/(1-x) , Y=y/(1-y)而且通過(guò)塔內(nèi)任意截面混合氣體量近似于惰性氣體量，即G- GB,同理L - Ls，代入公式(7-17 ),有:(7-18)L-x2

19、G 2此即稱(chēng)為低濃度氣體吸收操作線方程式，表明對(duì)于低濃度氣體的吸收，在xy坐標(biāo)上繪出的操作線基本上也成直線，其斜率為L(zhǎng)/G。(二)最小(最佳)氣液比的確定對(duì)于一定的氣液體系，當(dāng)溫度、壓力一定時(shí)，平衡關(guān)系全部確定，也就是平衡線在YX圖上的位置是確定的，而操作線的位置則是由操作條件來(lái)決定的。在吸收塔設(shè)計(jì)中要處 理的廢氣流量、進(jìn)出塔氣體溶質(zhì)濃度(即G G、丫1、Y2)均由設(shè)計(jì)任務(wù)而定，吸收劑的種類(lèi)和進(jìn)塔濃度X2由設(shè)計(jì)者決定。因此，只有吸收劑用量Ls及出塔溶液中吸收質(zhì)濃度 x是待機(jī)算的。根據(jù)物料衡算，Ls與X之中只有一個(gè)是獨(dú)立的未知量，通常在計(jì)算中先確定Ls值,則X便隨之而定了。由于 G屬已知條件，因

20、而可通過(guò)確定操作線斜率 Ls/Gb (液氣比)來(lái)確 疋Ls。1. 如何確定 Ls/G B?( Ls/G B)min的提出。(a)(b)圖7-6吸收塔的氣液比結(jié)合圖9-6 (a)可見(jiàn)，由于X2、丫2已知，即A點(diǎn)(X Y2)位置一定，從A點(diǎn)按斜率Ls/Gb 引直線終于縱坐標(biāo)為 Y的某點(diǎn)即為吸收操作線。當(dāng)減少吸收劑流量 Ls時(shí)，Ls/G b下降，即操作線斜率變小，出塔吸收液濃度X減小，如AC- AB- AD線變化趨勢(shì)所示。當(dāng)塔底操作點(diǎn)D與平衡線相交時(shí)，X與丫1成平衡，這時(shí)理論上吸收液所能達(dá)到的最高濃度，以X*表示，此操作線對(duì)應(yīng)的液氣比稱(chēng)為最小液氣比，以(LS/GB) min表示。最小液氣比可用作圖法

21、求取，具體作法分兩種情況：(1) 吸收平衡線下凹，如圖 7-6 (a)所示。由Y=Y作水平線與平衡線相交，交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為Xi*，由全塔的物料平衡計(jì)算可得：Y -丫2X1 -X2(7-19)吸收平衡線上凸，如圖9-6 (b)所示。當(dāng)氣液比(Ls/Gb)減少到操作線與平衡線相切，盡管塔底兩相濃度( X、Yi)未達(dá)到平衡，但切點(diǎn)處達(dá)到 平衡，此時(shí)的氣液比即為(LS/G B)min。理論上吸收液的最大濃度為該切線和 Y=Y水平線交點(diǎn)D的橫坐標(biāo)Ximax，此時(shí)最小氣液比計(jì)算式為：G b min(7-20 )2. 實(shí)際設(shè)計(jì)中氣液比的確定必須滿(mǎn)足下列三個(gè)原則：(1) 操作液氣比必須大于最小液氣比；(2)

22、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，m/m2h)應(yīng)大于為充分潤(rùn)濕填料所必需的最小噴淋密度，一般為 3-432m/m h，此時(shí)設(shè)備的阻力較小。(3) 操作氣液比的選定應(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。解釋?zhuān)簭脑O(shè)備投資和操作費(fèi)用間矛盾開(kāi)展。一方面選擇較大的噴淋量，操作線的斜率增大， 傳質(zhì)推動(dòng)力增大，有利于吸收的操作， 可減少設(shè)備的尺寸和投資；另一方面增大吸收劑用量，動(dòng)力消耗增大，X1降低，對(duì)需回收吸收劑的操作來(lái)說(shuō)，增加了溶液再生的困難，操作費(fèi)用增 力口。兩方面綜合得出氣液比的最佳值。首先要求Lmin,然后確定吸收劑操作用量L,在選用一

23、個(gè)合適的 L/G，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，取：L=(1.1-2.0)L min。通過(guò)上述分析，可利用操作線圖，結(jié)合考慮吸收液用量來(lái)確定吸收液最終濃度和吸收器尺寸等參數(shù)，從而選擇最佳操作條件。四、伴有化學(xué)吸收的吸收動(dòng)力學(xué)(一) 雙膜理論關(guān)于氣液兩相的物質(zhì)傳遞理論，隨著工業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，目前已有許多學(xué)說(shuō)， 諸如“雙膜理論”(又稱(chēng)“滯留膜理論”)，“溶質(zhì)滲透理論”，“表面更新理論”等，但在解釋吸收過(guò)程 機(jī)理時(shí)，目前仍以雙膜理論為基礎(chǔ)，其應(yīng)用也最廣泛。該理論是劉易斯(WK Lewis )和懷特曼(W- gWhiamar)提出的，它不僅適用于分析物理吸收過(guò)程，也可用來(lái)分析伴有化學(xué)反 應(yīng)的化學(xué)吸收過(guò)程。結(jié)合雙膜理論

24、示意圖解釋說(shuō)明“雙膜理論”基本論點(diǎn)。界面氣膜液膜PaCapPap氣相主體液相主體11CaZg乙圖7-7雙膜理論示意圖直線表示雙膜理論模型兩相中濃度分布；虛線表示擴(kuò)散邊界層理論模型兩相中濃度分 布?；菊擖c(diǎn)：（1）在氣液兩相接觸時(shí)，兩相間有個(gè)相界面。在相界面附近兩側(cè)分別存在一層穩(wěn) 定的滯留膜層（不發(fā)生對(duì)流作用的膜層）一一氣漠和液膜。（2）氣液兩個(gè)膜層分別將各項(xiàng)主體流與相界面隔開(kāi)，滯留膜的厚度隨各項(xiàng)主體的 流速和湍流狀態(tài)而變，流速愈大，膜厚度愈薄。氣液相質(zhì)量傳遞過(guò)程是：吸收質(zhì)從氣相主體-湍流擴(kuò)散氣膜表面分子通過(guò)氣膜擴(kuò)散相界面分子銅鼓液膜擴(kuò)散?液膜表面-湍流擴(kuò)散 液相主體直至達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡為止。（3）

25、在界面上，氣液兩相呈平衡態(tài)，即液相的界面濃度和界面處的氣相組成呈平 衡的飽和狀態(tài)，也可理解為在相界面上無(wú)擴(kuò)散阻力；（4）在兩相主體中吸收質(zhì)的濃度均勻不變，因而不存在傳質(zhì)阻力，僅在薄膜中發(fā) 生濃度變化；存在分子擴(kuò)散阻力，兩相薄膜中的濃度差等于膜外的氣液兩相 的平均濃度差。通過(guò)上述分析可以看出傳質(zhì)的推動(dòng)力來(lái)自可溶組分的分壓差和在溶液中該組分的濃度 差，而傳質(zhì)阻力主要來(lái)自氣膜和液膜。（二）吸收傳質(zhì)速率方程吸收速率：氣體吸收質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位界面而被吸收劑吸收的量。根據(jù)雙膜理論，在穩(wěn)定吸收操作中，吸收質(zhì)的通量（從氣相主體傳遞到界面）等于吸收質(zhì)的通量（從界面?zhèn)鬟f到液相主體）。即：吸收速率（吸收指通過(guò)

26、氣膜）=吸收速率（吸收質(zhì)通過(guò)液膜）Na 二 kG P - P = kl Ci -C1.吸收傳質(zhì)速率方程一般表達(dá)式：傳質(zhì)速率 =傳質(zhì)推動(dòng)力x傳質(zhì)系數(shù)或：傳質(zhì)速率=傳質(zhì)推動(dòng)力/傳質(zhì)阻力，顯然：傳質(zhì)系數(shù) =1/傳質(zhì)阻力由于傳質(zhì)推動(dòng)力表 示方法有多種，因而傳質(zhì)速率方程也有多種表示方法。（1）氣相分傳質(zhì)速率方程分傳質(zhì)速率方程式：描述從一相主體流至氣液兩相接觸表面或從兩相接觸表面至另一 相主體流的傳質(zhì)方程式。設(shè)組分是濃度為y的氣相傳遞到濃度為 Xa的液相中，如圖9-8所示。氣相 P 液相XAL圖9-8 氣液兩相間的傳質(zhì)過(guò)程圖PP為相界面，OC為平衡線若以Pa PAi或yA yAi為氣相傳質(zhì)推動(dòng)力，則氣相分

27、傳質(zhì)速率方程式為：Na 二 ky yA - yAi( 7.42)N A - kG PA _ PAi( 7.43)式中：Pa、PAi分別表示吸收質(zhì) A在氣相主體和相界面上的分壓，Pa；y a、yAi分別表示吸收質(zhì) A在氣相主體和相界面上的摩爾分率；ky以yA-yAi為推動(dòng)力的氣相分傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/( s);c2kG以PA- PAi為推動(dòng)力的氣相分傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/(m s Pa)kG二DaGz其中Dag吸收質(zhì)在氣相中的分子擴(kuò)散數(shù)，Kmo/m s KPaZG為氣液厚度,m。(2) 液相分傳質(zhì)速率方程以XAi XA或CAi G為液相傳質(zhì)推動(dòng)力，則液相分傳質(zhì)方程：Na = kx XAi -Xa(

28、7.44 )Na 二燈 CAi -Ca(7.45 )式中：XAi、Xa分別表示吸收質(zhì) A在液相主體和相界面上的摩爾分率；3C Ai、CA分別表示吸收質(zhì) A在液相主體和相界面上的摩爾濃度，Kmol/m ;kx以xAi -XA為推動(dòng)力的液相分傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/ (m s);kL以CAi -Ca為推動(dòng)力的液相分傳質(zhì)系數(shù)，m/s。kDALZ其中Dal吸收質(zhì)A在液相中的分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；ZL為液膜厚度，m。(3 )總傳質(zhì)速率方程無(wú)論氣相分傳質(zhì)速率方程，還是液相分傳質(zhì)速率方程，為計(jì)算NA都必須知道kG（ky）、kL（kx）及相界面上的平衡關(guān)系。這樣，這些方程式的實(shí)用價(jià)值大大減少，因此，有必要推導(dǎo)

29、出總傳質(zhì)速率方程。以一個(gè)相的虛擬濃度與另一相中該組分平衡濃度的濃度差為總傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力，則 分別得到穩(wěn)回收過(guò)程的氣相和液相總傳質(zhì)速率方程式。氣相總傳質(zhì)速率方程式：Na =kAG Pa - PA（ 7.46）Na = ky yA - yA（7.47 ）液相總傳質(zhì)速率方程式：Na 七 CA -Ca（ 7.48）Na =kx xA -Xa（7.49 ）式中：kAG以Pa Pa*為推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/ （mb s Pa）;ky以yA yA*為推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/ （ va s）;P*與液相主體中吸收質(zhì)濃度CA成平衡的氣相虛擬分壓，Pa；yA*與液相主體中吸收質(zhì)濃度xa成平

30、衡的氣相虛擬分壓，Pa;kAL以Ca* CA為推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，m/s;kx以Xa* x a為推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/ （mf s）;Xa*與氣相中吸收質(zhì)濃度yA成平衡的液相虛擬濃度；Ca* 與氣相中吸收質(zhì)分壓Pa成平衡的液相中吸收質(zhì)的摩爾濃度，Kmol/m3。2. 傳質(zhì)系數(shù)應(yīng)注意傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)推動(dòng)力相對(duì)應(yīng)。對(duì)前面公式9.42 , 9.44 , 9.47和氣液界面上平衡關(guān)系式y(tǒng)Ai=m XAi進(jìn)行數(shù)學(xué)聯(lián)解，即可得到氣相總傳質(zhì)系數(shù)與氣液相傳質(zhì)分系數(shù)的關(guān)系式， 即：其中: mAiXAi -m*x丫知y*(7.51 )XAi -xXAi _x(7.50 )同理可得液相總傳質(zhì)系數(shù)與氣、

31、液相傳質(zhì)分系數(shù)的關(guān)系式，即:(7.52 )其中：m二 yyAi =yyAi( 7.53)y _ yAi x* -X4mo mAi（學(xué)生自己看書(shū)P199,表7-3列出各種形式的傳質(zhì)速率方程及傳質(zhì)系數(shù)間的換算關(guān)系,一下）。3. 界面濃度的確定氣液界面上氣相濃度和液相濃度難以用取樣分析法確定，常用作圖法和解析法求算。（1）作圖法已知?dú)庖合鄠髻|(zhì)分系數(shù) kx、ky,和某一界面氣液相主體中組分A的濃度Xa、yA,則通過(guò)該點(diǎn)（沁、yA）作斜率為-k x/ ky的直線，與平衡線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)即為界面濃度（xaz yAi）。解釋?zhuān)海ńY(jié)合推導(dǎo)及圖示）穩(wěn)定傳質(zhì)過(guò)程滿(mǎn)足：N A - ky yA - yAii；二 k

32、x XAi-Xa(7.54 )所以：kx _A - yAi(7.55 )kyXa fiXa _XAi(7.55 )其中XA、yA易測(cè)得，若kx、ky已知，則上式在 XA、yA坐標(biāo)系中是一條通過(guò)點(diǎn)（XA、yA） 而斜率為-kx/ k y的直線。（2）解析法聯(lián)立方程組：kx _ yA - yAikyXA-XAiyAi =mAiXAi求解可得 XAi、yAi。書(shū)P200,例7.3，自學(xué)3. 吸收控制步驟 因?yàn)閭髻|(zhì)阻力為傳質(zhì)系數(shù)的倒數(shù)，所以式7.50 （針對(duì)氣相）：1 Ky為總阻力；ky為在氣相主體中的傳質(zhì)阻力；kx為在液相Ky kykx主體中的傳質(zhì)阻力。圖9-9界面濃度的確定同理，式7.52針對(duì)液相

33、，同樣如此。正好體現(xiàn)：根據(jù)“雙膜”理論，氣體吸收傳質(zhì)過(guò) 程的總阻力等于氣相傳質(zhì)阻力和液相傳質(zhì)阻力之和。結(jié)合式9.50，式9.52我們發(fā)現(xiàn)：在總阻力中，每一項(xiàng)的阻力所占的分?jǐn)?shù)，不僅取決于kx和ky值，而且還取決于相平衡常數(shù)平均值m若m，m 定，m大小直接影響不同相中傳質(zhì)阻力分?jǐn)?shù)。現(xiàn)分三種情況進(jìn)行討論吸收控制步驟：溶質(zhì)在吸收劑中的溶解度很大，從而（1） 對(duì)于易溶氣體組分（結(jié)合式7.50）m很小，m/kx可以忽略。所以 ：，即有Ky kyK y ： ky屬于氣膜傳質(zhì)過(guò)程控制。（2）對(duì)于難溶氣體組分（結(jié)合式7.52）1彳艮大，有一 .mky mky可忽略，則有即有Kx :“ kx，屬于液膜傳質(zhì)過(guò)程控制

34、。（3）對(duì)于中等溶解度的氣體組分m值適中時(shí)，氣液兩相傳質(zhì)阻力都不可忽略，受氣液膜傳質(zhì)過(guò)程控制總之，在選擇設(shè)備形式及確定操作條件時(shí)，應(yīng)特別注意減小傳質(zhì)阻力，以提高傳質(zhì)速 率。補(bǔ)參考郭靜編，P114,表8-1 控制因素舉例氣膜控制液膜控制雙膜控制H2O吸收NHHkQ或弱堿吸收CQH2Q吸收SQH2O吸收HCLH2Q吸收CL2HbQ吸收丙酮堿液或氨水吸收SQHbQ吸收Q濃硫酸吸收NQ濃硫酸吸收SQHbQ吸收H2弱堿吸收HkS（三）伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收速率（略講）1 伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收速率方程化學(xué)吸收比物理吸收具有更快的吸收速率，這是因?yàn)楸晃諝怏w組分與吸收劑或吸收劑中活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所致。化學(xué)反應(yīng)

35、降低了被吸收氣體組分在液相中的游離濃度，相應(yīng)地增大了傳質(zhì)推動(dòng)力和傳質(zhì)系數(shù)，從而加快了吸收過(guò)程的速率。每單位接觸面積的氣液間化學(xué)反應(yīng)吸收速率方程可用下式表示：N 二 kL CAi Cal（9.56 ）式中：kL 未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)液相傳質(zhì)分系數(shù)，亦即物理吸收的液相傳質(zhì)分系數(shù)，m/h;3 由于化學(xué)反應(yīng)使吸收速率增強(qiáng)的系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)增強(qiáng)系數(shù)，其單位無(wú)量綱；3C Ai氣液界面未反應(yīng)的氣體溶質(zhì)的濃度，Kmol/m ;Cal在液相中未反應(yīng)的氣體溶質(zhì)的濃度，Kmol/m3，通常是假定在液相中達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)下求出，反應(yīng)為可逆反應(yīng)時(shí)，即化學(xué)平衡常數(shù)k為無(wú)窮時(shí)，其值為零。（補(bǔ)）增強(qiáng)系數(shù)：由于化學(xué)吸收增大傳質(zhì)推動(dòng)力和傳

36、質(zhì)系數(shù)，致使吸收過(guò)程的速率增強(qiáng)。為了表明其增強(qiáng)的程度，弓I入“增強(qiáng)系數(shù)”的概念。所謂增強(qiáng)系數(shù)就是與物理吸收比較，由于 化學(xué)反應(yīng)而使傳質(zhì)系數(shù)或推動(dòng)力增加的倍數(shù)。反應(yīng)吸收速率增強(qiáng)系數(shù)是與反應(yīng)級(jí)數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)、化學(xué)平衡常數(shù)、液相中各組分 的濃度、 擴(kuò)散系數(shù)、 液相的流動(dòng)狀態(tài)等諸多因素相關(guān)的較為復(fù)雜的一個(gè)系數(shù)。 一般通過(guò)聯(lián)立 方程組函數(shù)式， 用分析法求解較困難， 只有在具有某簡(jiǎn)單形式給出若干假定時(shí)， 應(yīng)用膜模型、 溶質(zhì)滲透膜模型和表面更新模型及其它理論才有可能求得解析解或近似解，以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)得數(shù)值求解。本書(shū)以膜模型理論進(jìn)行討論。 （略提） 7-2 吸收設(shè)備及計(jì)算一、吸收設(shè)備液體吸收過(guò)程是在塔器內(nèi)進(jìn)

37、行的。為了強(qiáng)化吸收過(guò)程，降低設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用， 要求吸收設(shè)備滿(mǎn)足以下基本要求：（ 1） 氣液之間應(yīng)有較大的接觸面積和一定的接觸時(shí)間；（ 2） 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；（ 3） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作維修方便，造價(jià)低廉；（ 4） 應(yīng)具有相應(yīng)的抗腐蝕和防堵塞能力。 所以，正確地選擇吸收設(shè)備的型式是保證經(jīng)濟(jì)有效地分離或凈化廢氣的關(guān)鍵。分類(lèi)：目前，工業(yè)上常用的吸收設(shè)備的類(lèi)型主要有表面吸收器、鼓泡式吸收器、噴灑 吸收器三大類(lèi)。在每一大類(lèi)中還根據(jù)吸收器的結(jié)構(gòu)，氣液兩相接觸方式的不同再分成 多種型式的吸收器。這將在每一大類(lèi)吸收設(shè)備介紹中給預(yù)必要的闡述。1表面

38、吸收器凡能使氣液兩相在接觸表面（靜止液面或流動(dòng)的液膜表面）上進(jìn)行吸收操作的設(shè)備均 屬表面吸收器。有水平液面的表面吸收器、液膜吸收器、填料吸收器和機(jī)械膜式吸收器。 2鼓泡式吸收器鼓泡式吸收器中氣體以氣泡形式分散于液體吸收劑中。形式很多，基本上分為以下幾 類(lèi)：連續(xù)鼓泡式吸收器、板式吸收器、活動(dòng)（浮動(dòng)）填料吸收器（湍球塔） 、液體機(jī)械攪拌 吸收器。主要吸收設(shè)備有板式塔（如泡罩塔、篩板塔、浮閥塔等） ，湍球塔（即活動(dòng)填料塔） 等。3噴灑吸收器該吸收器中液體以液滴形式分散于氣體中。分為三類(lèi)：空心（噴嘴式）噴灑吸收器、 高器速并流噴灑吸收器、 機(jī)械噴灑吸收器。 主要吸收設(shè)備有噴灑吸收塔、 噴射吸收塔和文丘

39、 里吸收塔等。參考書(shū)P204,表9-4列出了幾種主要吸收設(shè)備類(lèi)型及特點(diǎn)。（解釋?zhuān)└敿?xì)的參考林肇信主編大氣污染控制工程 。二、吸收設(shè)備的設(shè)計(jì)（一）吸收設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)和步驟1設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù) 單位時(shí)間內(nèi)所處理的氣體流量； 氣體的組成成分； 被吸收組分的吸收率或凈化后氣體的濃度； 使用何種吸收液； 吸收操作的工作條件，如工作壓力、操作溫度等。其中多數(shù)情況下是設(shè)計(jì)者選定的，但是確定時(shí)要考慮到經(jīng)濟(jì)效益，取最佳條件。2設(shè)計(jì)步驟（ 1） 吸收劑的選擇：吸收劑性能的優(yōu)劣是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一。要求： 對(duì)溶質(zhì)的溶解度大，以提高吸收速度并減少吸收劑的需用量； 對(duì)溶質(zhì)的選擇性好，對(duì)溶質(zhì)組分以外的其它組分的溶

40、解度要很低或基本不吸 收；揮發(fā)性低，以減少吸收和再生過(guò)程中吸收劑的揮發(fā)損失； 操作溫度下吸收劑應(yīng)具有較低的粘度， 且不易產(chǎn)生泡沫，以實(shí)現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好 的氣流接觸狀況； 對(duì)設(shè)備腐蝕性小或無(wú)腐蝕性，盡可能無(wú)毒； 要考慮到價(jià)廉， 易得， 化學(xué)穩(wěn)定性好， 便于再生， 不易燃燒等經(jīng)濟(jì)和安全因素。大氣污染治理工程中，常見(jiàn)氣態(tài)污染物與適宜的吸收劑的組合見(jiàn)表9-5，書(shū)P208,結(jié)合表中內(nèi)容，說(shuō)明以下幾點(diǎn)：a. 水是常用的吸收劑。常用于凈化煤氣中的CO和廢氣中的SQ、HF SF4以及去除NH 和 HCL等。優(yōu)點(diǎn)：加壓和低溫下吸收，降壓和升溫下解吸，價(jià)廉易得，流程設(shè)備簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：凈化效率低，設(shè)備龐大，動(dòng)力消耗大

41、。b. 堿金屬鈉、鉀、銨或堿土金屬鈣、鎂等的溶液，也是很有效的吸收齊嘰它們能與氣態(tài)污染物SQ、HCL HF、NQx等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而吸收能力大大增加，凈化效率高，液氣 比低。例如用水或堿液凈化氣體中的H2S時(shí)，理論值可推算出：HS在PH=9的堿液中的溶解度為PH=7的中性水的50倍；H2S在PH=10的堿液中的溶解度為 PH=7的中性水的500倍。缺點(diǎn)：化學(xué)吸收流程長(zhǎng)，設(shè)備較多，操作也較復(fù)雜，吸收劑價(jià)格較貴，同時(shí)由于吸收 能力強(qiáng)，吸收劑不易再生。（2）溫度和壓力： 通常溫度降低， 壓力升高， 則氣體溶解度增大。 實(shí)際中， 要考慮加壓、 冷卻所需的費(fèi)用及工藝上造成的經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。（3）確定吸收

42、劑的用量根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，LS=（1.1 2）GB（LS/G B）min；對(duì)于低濃度氣體的吸收，L=（1.12）G（L/G） min。（ 4）根據(jù)物料平衡、 相平衡、 傳質(zhì)速率方程式和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式確定吸收設(shè)備主要尺 寸。（5）壓損的計(jì)算 （二）填料塔的設(shè)計(jì)（伴有化學(xué)吸收過(guò)程） 1 . 填料的選擇作用：可為氣液傳質(zhì)提供良好的傳質(zhì)條件?；疽螅?具有較大的比表面積和良好的潤(rùn)濕性； 有較高的孔隙率（多在 0.45-0.95 ）； 對(duì)氣流的阻力較??； 填料的尺寸要適當(dāng)，通常不應(yīng)大于塔徑的 1/10 1/8； 耐腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度大，造價(jià)低，堆積密度小，穩(wěn)定性好等。書(shū)P209,表9-6 （提供）幾種填料的

43、特性數(shù)據(jù)。2. 液泛氣體于填料塔的壓降液泛氣速： 是填料塔正常操作氣速的上限。 當(dāng)空氣氣速超過(guò)液泛氣速時(shí)， 填料塔持液量 迅速增加，壓降急劇上升，氣體夾帶液沫嚴(yán)重，填料塔的正常操作被破壞。填料塔的壓降影響動(dòng)力消耗和正常操作費(fèi)用。 影響壓降和液泛氣速的因素很多， 主要有 填料的特性、氣體和液體的流量及物理性質(zhì)等。Eckert ）等人提出的填料塔壓降、液泛和各目前工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的是?？颂兀ǚN因素之間的關(guān)聯(lián)圖。見(jiàn)書(shū)P210,圖9-12，填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖。3. 填料塔塔徑的計(jì)算D取決于處理的氣體量Q和適宜的空塔氣速 uo,即:(9.68 )D一一塔徑， m Q處理氣量， m/s ;

44、uo空塔氣速， m/s。Q定時(shí)，如果空塔氣速小，塔徑就大，則動(dòng)力消耗少，但設(shè)備投資高；如果空塔氣速大，塔徑就小，則動(dòng)力消耗大，但設(shè)備投資少。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)： 由ut確定，uo=O.660.80 u t,其中ut為液泛速率。 有關(guān)手冊(cè)中查得。另外需注意，由上式算出的塔徑應(yīng)進(jìn)行圓整，按照國(guó)內(nèi)壓力公稱(chēng)直徑 (JB115373), 1m,間隔為100mm 1m 間隔為 200mm4 .最小吸收劑用量 Lsmin的計(jì)算設(shè)化學(xué)反應(yīng)的方程式為：A bB C，作物料衡算有：GB CG1-CG2 十 CB1b_C B2 Ls C A1 _ C A2(9.69 )對(duì)于快速反應(yīng)與瞬間反應(yīng)，Ls CA1 -CA2可忽略

45、不計(jì)，吸收最小用量相當(dāng)于OE時(shí)的吸收劑用量，即:Lsmin_ GB CG1 - CG2 bCB2(9.70 )式中：01、CA2-分別為氣體入口與出口處溶液中組分A的摩爾濃度，Kmol/m3;CB1、CB2-分別為氣體入口與出口處溶液中組分B的摩爾濃度，Kmol/m3;CG1、Cg2分別為氣體入口與出口處氣體中組分A的摩爾濃度，Kmol/m3。P211,例 9.4 :逆流操作的填料塔中，用清水吸收混合氣中的氨?；旌蠚饬髀蕿?卄300Kmol/m h,某氨含量y1=5%出塔凈化器含量y2=0.1% (均為摩爾分率)。操作條件下氣液平衡關(guān)系服從亨 利定律，y=1.2x，實(shí)際液氣比為最小液氣比的 2

46、倍，試計(jì)算清水用量和出塔氨水濃度 X1。 解：屬于低濃度氣體吸收，且氣液平衡關(guān)系服從亨利定律，則：最小液氣比：丄 二 y1 一 y2 = 0.05 一 001 =1.182 丿min2 _x0.05 0m 21.2清水用量：L=2GGmJ2 300 1.1708Kmol/(m2 h)出塔氨水濃度：x1 = -y1 一 y2 x2 = 0.05 一 0.001 0 = 0.0208 = 2.08%L2 1.18G總評(píng)：題型較簡(jiǎn)單，要求各公式的含義必須明確。5.伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收塔塔高的計(jì)算9-13現(xiàn)討論有化學(xué)反應(yīng)的氣液逆流接觸型吸收塔的計(jì)算，吸收塔內(nèi)的濃度變化，如圖所示。設(shè)在液相內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)為A

47、 vB E A =/v = kCACB不可逆二級(jí)反應(yīng)。23已知：Cal=0,氣液相的摩爾流率為 GL （ Kmol/m h）; p l為吸收液的密度，Kmol/m ; L/ p l為吸收液的體積流率，m/m2h。首先對(duì)吸收塔任意界面作塔上部的物料平衡，則得下式：-Pa2 =CB2 _ Cb(9.71)亦為塔的操作線方程。（推導(dǎo)過(guò)程略）塔高可按下式計(jì)算:GheaP% dPA% Pa - PAi(9.74a)Z VLaLCB1 dCbCB2兀幾種情況:（1）傳質(zhì)過(guò)程受氣相阻力控制時(shí)，即Z，In也KG aPPA2(9.74b)FAi=0，則:(9.75)(2)傳質(zhì)過(guò)程受液相阻力控制時(shí),FA i=PA

48、，CAi=CA*= P a/H，9.74b 中 Qi 可根據(jù)操作線關(guān)系由Cb求知，由于3也用CB關(guān)聯(lián)式表示，采用圖解積分法對(duì)9.74b進(jìn)行塔咼計(jì)算。（3）氣液兩相傳質(zhì)阻力均不可忽略（氣液兩相傳質(zhì)阻力均存在）時(shí),kGPa - FAi二kLCAi關(guān)系成立，依此，以塔內(nèi)不同的B分別求出相應(yīng)的PAi,再根據(jù)式9.74a計(jì)算出塔高Z。Z,相應(yīng)計(jì)算方 化學(xué)反應(yīng)級(jí)數(shù)可按擬一級(jí)反應(yīng)或近似地按瞬時(shí)反應(yīng)用解析法求解塔高 法如下：a. 快速不可逆擬一級(jí)反應(yīng)吸收（滿(mǎn)足塔底3丫 10 3 a條件）。 結(jié)合P213,相應(yīng)部分講解說(shuō)明即可！7-3 吸收法凈化 SO2 尾氣序：有各類(lèi)污染源排放大氣的氣態(tài)污染物種類(lèi)繁多， 由于

49、本課的課時(shí)所限， 不能一一介紹其 控制工藝，在本節(jié)及下節(jié)中只就用吸收法凈化幾種主要?dú)鈶B(tài)污染物的工藝給予必要的介紹。 一概述國(guó)外防治 SO2 污染的方法主要有：清潔生產(chǎn)工藝、采用低硫燃料、燃料脫硫、燃料固硫 及煙氣脫硫等。其中，煙氣脫硫居主要地位。含硫的礦物燃料（主要是煤） ，燃燒后產(chǎn)生的 SO煙氣排出，其中SO含量達(dá)到3.5%以上，便可以采用一般接觸法，制HSQ的流程進(jìn)行反應(yīng)，既可控制 SO2 對(duì)大氣的污染，又可回收硫磺，這里著重討論的是低濃度（含量在3.5%以下） SO2 的控制和回收技術(shù)，即所謂煙道脫硫HGP（Hue Gas Desulfurization） 流程，亦有書(shū)將排煙中去除 SQ

50、的技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)排煙脫硫”（Flue Gas Desulfurizatio n）。目前煙氣脫硫方法有一百多種，可用于工業(yè)上的僅有十幾種。用于工業(yè)裝置上的排煙脫硫應(yīng)注意以下幾個(gè)原則：（ 1）工藝原理及流程應(yīng)簡(jiǎn)單，裝置緊湊，易于操作和管理；（ 2）具有較高的脫硫效率，能長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)濟(jì)效果好，節(jié)省人力，占地面積??；（ 3）脫硫過(guò)程中不產(chǎn)生二次污染物，回收產(chǎn)物應(yīng)無(wú)二次污染；（ 4）脫硫用的吸收劑價(jià)格便宜且又易獲得；（ 5）在工藝方法選擇上應(yīng)盡可能考慮到回收有用的硫資源。煙氣脫硫：1. 按應(yīng)用脫硫劑的形態(tài)分 a） 干法脫硫： 采用粉狀或粒狀吸收劑、 吸附劑或催化劑； b） 濕法脫硫：采用液體吸收劑洗滌煙氣

51、，以除去SQ2。2. 優(yōu)缺點(diǎn)：干法：優(yōu) 凈化后煙氣溫度降低很多，從煙囪向大氣排出時(shí)易擴(kuò)散，無(wú)廢水問(wèn)題；缺 脫硫率低。濕法：優(yōu) 脫硫率高，易操作控制；缺 存在廢水后處理問(wèn)題， 煙氣經(jīng)洗滌處理后， 煙氣溫度降低較多， 不利于高煙囪 排放擴(kuò)散稀釋?zhuān)自斐晌廴?，目前?shí)際中廣泛使用的是濕法，因?yàn)镾O酸性氣體，采用堿液吸收。（2）按煙氣脫硫生成物是否回收分a）拋棄法：用堿或堿金屬氧化物與SQ起反應(yīng)產(chǎn)生硫酸鹽或亞硫酸鹽而作為廢料拋棄；b）回收法（再生法）：堿與SQ反應(yīng)，其產(chǎn)物通常是 S或 H2 S Q4 ，而堿液循環(huán)使用，只需補(bǔ)充少量損失的堿。拋棄法：優(yōu) 費(fèi)用低，方便；缺 存在固體廢物的堆放問(wèn)題。回收法：優(yōu)

52、 綜合利用 S 資源，避免產(chǎn)生固體廢物；缺 費(fèi)用普遍高于拋棄法。（ 3）按凈化原理（工藝過(guò)程原理）分為： 吸收法（多為濕法） 、吸附法（多為干法）和催化轉(zhuǎn)化法（干法）等。書(shū) P217 表 9-8 簡(jiǎn)單列出了幾種主要煙氣脫硫方法及特點(diǎn)。表 9-9 列出了目前火電廠、 鍋爐煙氣、冶煉廠、 硫酸廠、 鋼廠尾氣等常用的脫硫方 法。吸收法是煙氣脫硫方法中的主要方法之一， 本節(jié)將主要介紹吸收法在鍋爐煙氣及工藝尾 氣脫硫S中的應(yīng)用。二燃煤鍋爐煙氣脫硫工藝此類(lèi)煙氣主要特點(diǎn)：含塵量大，溫度較高，SQ濃度低，氣量大；因而鍋爐煙氣脫S工藝中加有除塵，調(diào)溫等于處理過(guò)程。目前應(yīng)用較多的方法有：石灰 /石灰石法、氧化鎂法、鈉堿法、氨吸收法、亞硫酸鈉法、檸 檬酸鈉法等。下面主要介紹石灰/石灰法和氧化鎂法。 鈉堿法的工藝流程與石灰/石灰石法相 似，再次不再介紹。（一）石灰/石灰石法石灰石是最早作為廢氣脫 S的吸收劑之一，目前應(yīng)用較普遍的是濕式石灰/石灰石-石膏法,改進(jìn)的石灰/石灰石法和噴霧干燥法，最初采用的是干式拋棄法；投資和運(yùn)行費(fèi)用低，但存 在脫S率低，增加除塵設(shè)備的負(fù)荷等缺點(diǎn)，近年來(lái)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向濕式洗滌法和噴霧干燥法。1濕式石灰/石灰石-石膏法利用石灰或石灰石漿液作為洗滌液吸收凈化煙道氣中的SQ并副產(chǎn)石膏。優(yōu)點(diǎn)：吸收劑價(jià)廉易得；副產(chǎn)物石