第05章吸收净化法

时，小球在塔内湍动旋转，相互碰撞，吸收剂自上向下喷 淋，多为逆流吸收操作。
湍球塔采用的小球通常由聚乙烯、聚丙烯或发泡聚苯 乙烯等塑料制作，也有采用不锈钢的。
湍球塔的优点：气速高，处理能力大，吸收效率高， 不易被固体颗粒堵塞。
缺点是阻力较高，塑料小球不能承受高温，使用寿 命短，需经常更换。
2、喷淋塔 （空塔）
填料反应器 分类
板式反应器
1、填料床反应器塔 逆流式填料塔应用最多。吸收剂自塔顶向下喷淋，
均匀地流经填料层，气体从塔底被送入，沿填料间空 隙上升，填料的润湿表面作气液接触的传质表面。
常用的填料有拉西环、鲍尔环、鞍形填料等。
填料塔优点：结构简单、便于制造，气液接触良好， 耐腐蚀等。
缺点：当烟气中含有悬浮颗粒时，填料容易堵塞， 清理检修时填料损耗大。
aA + bB
mM + nN
气态污染物A在溶液中的转化过程：
aA（气）
aA（液）+ bB
mM + nN
体系中主要存在气液平衡和化学平衡
气态污染物的总净化量
[A]净化=[A]物理平衡+[A]化学消耗 其中
[A]物理平衡=HAP*A [A]化学消耗：在达到化学平衡时，根据化学平衡常
数K和反应前后某种反应物浓度的变化可以求 出生成物浓度，再由化学反应方程式即可求出 [A]化学消耗。 下面讨论几种特殊情况：
温度一定时，P总增大，溶解度增大
2、亨利（Henry）定律
一定温度下，总压不大时（不超过5×105Pa），稀 溶液中溶质的溶解度与其在气相中平衡分压成正比：
c A H A PA*
PA* E A x A
p*A —气相组分A的平衡分压，Pa cA—液相中组分A的浓度，mol/m3 xA — 溶质在液相中的摩尔分数; HA、E — 亨利系数，单位分别为mol/(m3·Pa)和Pa。
烟气温度高，污染物溶解度降低，对吸收不利，降温 可提高吸收效率。 冷却烟气方法： 1、设置间接冷却器； 2、直接增湿冷却； 3、用预洗涤塔除尘增湿降温。 综合考虑高温烟气冷却到333K左右适宜。
（三）结垢和堵塞 吸收净化过程产生一些固体物质，导致结垢和堵塞。
喷淋塔
二、吸收流程
（1）逆流流程：气液分别由两端逆向流动进入吸收装置 的流程称为逆流流程。逆流流程在实际应用中较多，如 火电厂湿法烟气脱硫中大多数工艺都采用逆流吸收塔。 （2）并流流程：气液由同一端、按同一方向流动而进入 吸收装置的流程称为并流流程。并流流程在实际应用中 较少。 （3）错流流程：气体沿水平方向进入吸收装置，吸收液 自上而下喷淋，在吸收装置中呈交叉状。
吸收液
吸收液 气体
吸收液 气体
气体
逆流型
并流型
错流型
吸收流程
三、 吸收设备设计
1、吸收剂用量
Ls GB
min
Y1 Y2
X
* 1
X2
若为低浓度气体吸收，且溶液为稀溶液，则
Ls GB
min
y1 y2 x1* x2
y1 y2 y1 / m x2
LS过大，有利于吸收。但动力消耗↑，吸收剂再生费 用↑，造成大量废水。
化率为x， 则溶液中组分B的平衡浓度为[B]=CB0(1－x)，而生
成物M的平衡浓度为： [M]=CB0x， CA=[A]+xCB0
又
K=[M]/([A][B])=x/[[A](1–x)] 又有[A]=HAPA*，代入上式得
PA*=x/(KHA(1–x)) 若物理溶解量与化学溶解量相比可忽略，令
K1=KHA，表征带有化学反应的气液平衡，得 CA≈xCB0=CB0K1PA*/(1+K1PA*) ＜CB0
H＝
Ls
xB 2
dX B
Ls
CBL2
dCBL
b xB1 N A a b C I CBL1 N A a
第二节 吸收工艺的配置
一、吸收剂的选择
(1) 吸收剂应对溶质组分有较大的溶解度，而对混合气 体中的其它组分溶解度甚微，否则不能实现有效的分 离。
(2)吸收剂在吸收污染物后形成的富液应成为副产品或 无污染液体，或是易处理及再生利用的物质。
力； 3、增大气液接触面积； 4、选用对吸收质溶解度大的吸收剂。
二、化学吸收速率
1、化学吸收的优点
溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的 溶质量增多
液膜扩散阻力降低 填料表面的停滞层仍为有效湿表面
采用吸收法处理气态污染物时，通常采用化学吸收。
• 湿式脱硫：石灰/石灰石洗涤烟气脱硫 • 干法脱硫：喷雾干燥烟气脱硫：SO2被雾化的Ca(OH)2浆
1、被吸收组分A 与溶剂相互作用 A（气）
A（液）+B（溶剂） 由亨利定律
M（液）
[A] 物理平衡=HAPA* 由化学平衡
[A]化学消耗=[M] =K [B][A]物理平衡 故
CA=（1+K[B]）HAPA*
比较上式发现：由于化学反应使溶解度系数增大 至（1+K[B]）倍。
2、被吸收组分在溶液中离解 A（气）
x 1.013 105 6.102 104 1.66 108
1m3水的物质的量为：5.56×104mol，则：
nA x (nA n水 ) 6.102 104 5.56 104 33.9mol
c 33.9mol / m3 0.0339mol / L
二、化学吸收平衡
设气态污染物A与吸收液所含组分B发生反应：
特点：优点：效率高、设备简单、一次投资相 对较低等；缺点：产生废液、设备易受腐蚀。
分类：
物理吸收 化学吸收
一般来说，化学反应的存在能提高反应速度，并使
吸收的程度更趋于完全。结合大气污染治理中所净
化治理的废气，具有气量大，污染物浓度低等特点，
实际中多采用化学吸收法。
第一节 吸收平衡
一、物理吸收平衡 1、气体组分在液相的吸收
LS过小，不利于吸收。不能达到要求。 根据实际经验，一般取：L=(1.1～2.0)Lmin。
Ls：单位时间通过任一截面单位面积 的吸收剂流量, kmol/(m2·s) GB：单位时间通过任一截面单位面 积惰性气体流量, kmol/(m2·s) Y1，Y2：入口和出口混合气体中吸 收质与惰性气体的摩尔比
X2：入口液相中吸收质与吸收剂的摩尔比 X1*：吸收液与进口Y1平衡时吸收质与吸收剂的摩尔比
例：在20℃，1.013×105Pa条件下，填料塔中用水洗涤含 8%SO2的烟气。要求净化后塔顶排气中SO2浓度降至1%， 净化烟气量为300m3/h。计算逆流吸收过程所需最小液流 量。（已知E=0.355×104kPa ）
(3) 在操作温度下，吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要 小，以减少吸收剂的损失量。
(4) 吸收剂的粘度越低，越有助于吸收过程的进行。 (5) 其它 应尽可能无毒性、无腐蚀性、不易起泡、价
廉易得，且化学性质稳定。
二、工艺流程设置中的其它问题
吸收法净化气态污染物的工艺配置应考虑以下问题：
（一）烟气除尘 废气含烟尘，吸收前应除去烟尘。 湿式除尘最好，冷却和除尘作用兼备。 （二）烟气的预冷却
填 料 塔 结 构
填料的类型
拉西环
陶瓷波纹填料
蜂窝填料
2、板式反应器
操作时，气体从下而上通过塔板上的各种孔眼，气液 在筛板上交错流动，通过气体的鼓泡进行吸收。气液可以 进行逐级的多次接触。 塔板主要有筛孔板和泡罩板两种
筛孔板式塔
3、其它吸收设备
1、湍球塔 塔内筛板上装有空心或实心小球。气流高速通过筛板
动力学控制：传质速率＞＞化学反应速率
控制步骤 扩散控制：传质速率＜＜化学反应速率
动力学与扩散同时控制
气膜：教材中公式（5-20）
传质速率 的表示
相界面：亨利定律 液膜（过程稳定时）：（5-29）
第三节 吸收设备与设计
一、吸收设备
对吸收设备的要求 （1）气液有效接触面积大 （2）气液湍动程度高 （3）设备的压力损失小 （4）结构简单，易于操作和维修 （5）投资和操作费用低
总传质速率方程如下：
NA=KAG(PAG–PA*)
NA=KAL(CA*–CAL)
其中：
11
1
K AG k AG k AL H A
1 1 HA K AL k AL k AG
PA*=CAL/HA
CA*=HAPAG
气膜控制：气膜阻力»液膜阻力
物理吸收类型 液膜控制：气膜阻力«液膜阻力
提高物理吸收过程吸收速率的措施： 1、提高气液相对运动速度，以减小气膜和液膜的厚度； 2、增大供液量，降低液相吸收质浓度，以增大吸收推动
混合气体 （可吸收组分）
吸收 解吸
吸收剂 （液相）
溶解度：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相等时气体溶质在液相中的含 量称为该气体的平衡溶解度，在同一系统中随温度 的升高而减小，随压力的增大而增大。
气-液相平衡关系曲线 又称溶解度曲线
气体的溶解度与温度有关，多数气体的溶解度随温度 的升高而降低；
第二节 吸收速率
一、物理吸收速率
1、双膜理论
吸收质从气相主体湍流扩散 气膜表面分子通过气膜扩散 相界面 分子通过液膜扩散 液膜表面湍流扩散 液相主体
2、吸收过程速率 由费克定律可推出：
对于气膜：NA=kAG(PAG–PAi)
对于液膜： NA=kAL(CAi–CAL) 式中：
NA—被吸收组分A的传质速率，kmol/(m2·s) PAG、PAi —组分A在气相主体和界面处的分压， Pa CAL、CAi—A在液相主体和界面处的浓度，kmol/m3 kAG—气相传质系数， kmol/(m2·s·Pa) kAL—液相传质系数，m/s
第五章 吸收法净化:
➢ 分离法：是利用污染物与废气中其它组分的 物理性质的差异使之从废气中分离出来，如：