第05章吸收净化法.ppt
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1、第五章 吸收法净化气态污染物,气态污染物控制的方法主要有两大类:,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:,吸收,吸 附,冷 凝,催化转化,膜分离,转化法:是使废气中污染物发生某些化学反应,使之转化成无害物质或易于分离的物质,如:,燃烧法,生物处理法,电子束法,概念:吸收法是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度和化学反应活性不同而将混合物分离的一种方法。 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
2、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 混合气体 吸收 吸收剂 (可吸收组分) 解吸 (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; 温度一定时,P总增大,溶解度增大,一定温度下,总压不大时(不超过5105Pa),稀溶液中溶质的溶解度与其在气相中平衡分压成正比:,p*A 气相
3、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/(m3Pa)和Pa。,2、亨利(Henry)定律,典型气体在水中的亨利系数,25时 E (kPa) CO 5.88 106 CO2 1.66 105 H2S 0.552 105 SO2 0.413 104,上述气态物质被水溶解的难易程度?,E越小,该气体越易溶于水。,例:推算温度25,分压为1.013105Pa时,CO2在水中的溶解度(以mol/m3表示),解:利用x=P*/E 查表得25时E=1.66105Kpa,则:,1m3水的物质的量为:5.56104mol
4、,则:,设气态污染物A与吸收液所含组分B发生反应: aA + bB mM + nN,二、化学吸收平衡,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:,1、被吸收组分A 与溶剂相互作用 A(气) A(液)+B(溶剂) M(液) 由亨利定律 A 物理平衡=HAPA* 由化学平衡 A化学消耗
5、=M =K BA物理平衡 故 CA=(1+KB)HAPA*,比较上式发现:由于化学反应使溶解度系数增大至(1+KB)倍。,2、被吸收组分在溶液中离解 A(气) A(液) M+N 则 A物理平衡 =HAPA* A化学消耗=M+=(KA物理平衡 )0.5 CA=A物理平衡 +A化学消耗 =HAPA*+(KHAPA*) 0.5,3、被吸收组分与溶剂中活性组分作用 如碱液吸收二氧化硫。此时活性组分B的浓度在反应前后不能视为不变。 A (气) A(液)+B(液) M(液) 设溶剂中活性组分的初始浓度为CB0,若平衡转化率为x, 则溶液中组分B的平衡浓度为B=CB0(1x),而生成物M的平衡浓度为: M=
6、CB0x, CA=A+xCB0,K=M/(AB)=x/A(1x) 又有A=HAPA*,代入上式得 PA*=x/(KHA(1x) 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 CAxCB0=CB0K1PA*/(1+K1PA*) CB0,又,第二节 吸收速率,1、双膜理论,一、物理吸收速率,2、吸收过程速率 由费克定律可推出: 对于气膜:NA=kAG(PAGPAi) 对于液膜: NA=kAL(CAiCAL) 式中: NA被吸收组分A的传质速率,kmol/(m2s) PAG、PAi 组分A在气相主体和界面处的分压, Pa CAL、CAiA在液相主体和界面处的浓度
7、,kmol/m3 kAG气相传质系数, kmol/(m2sPa) kAL液相传质系数,m/s,总传质速率方程如下: NA=KAG(PAGPA*) NA=KAL(CA*CAL) 其中:,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。,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
8、停滞层仍为有效湿表面,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浆液或Na2CO3溶液吸收,采用吸收法处理气态污染物时,通常采用化学吸收。,二、化学吸收速率,二、化学吸收速率 2、化学吸收过程 气相反应物A从气相主体经气膜向气液相界面传递; 气相反应物A从气液相界面向液相传递; 反应组分在液膜或液相主体内与反应物相遇发生化学反应; 反应生成的液相产物向液相主体扩散,留存于液相,若生成气相产物则向相界面扩散; 气相产物自相界面向气相主体扩散。(与物理吸收过程有何区别?),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
9、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,分类,填料反应器,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。,填料塔结构,拉西环,填料的类型,蜂窝填料,陶瓷波纹填料,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
10、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,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。,3、其它吸收设备,2、喷淋塔 (空塔),用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴,以增大气-液相的接触面积,完成传质过程。比较典型的设备是空心喷洒吸收器和文丘里吸收器
11、。喷淋塔的结构见下图。 在吸收器中,气体通常是自下而上流动,而液体则是由装在塔顶的喷射器呈喇叭状喷洒。当塔体比较高时,可将喷洒器分层放置,也可以采用组合喷洒方式。 空塔结构简单,造价低廉,阻力小,效率较高(90),因此在火电厂烟气湿法脱硫中得到了广泛的应用。,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,
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- 05 吸收 净化
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