第07章气态污染物控制技术1-w

第七章气态污染物控制技术基础(1)气体扩散气体在气相中的扩散气体在液相中的扩散气体吸收吸收机理气液平衡物理吸收化学吸收第一节气体扩散气态污染物脱除过程的单元操作流体输送热量传递质量传递气体扩散过程分子扩散－分子运动引起的湍流扩散－流体质点运动引起的气体扩散气体在气相中的扩散（Gilliland方程）0.540.5AAB0.50.52AABAB111.810[][]TMDMMVVTT－－绝对温度，绝对温度，KKDDABAB－－扩散系数，扩散系数，cmcm22/s/sMM－－气体的摩尔质量气体的摩尔质量－－气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积,,cmcm33/mol/molAA－－气体密度，气体密度，g/cmg/cm33V0.540.5AAB0.50.52AABAB111.810[][]TMDMMVVTT－－绝对温度，绝对温度，KKDDABAB－－扩散系数，扩散系数，cmcm22/s/sMM－－气体的摩尔质量气体的摩尔质量－－气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积,,cmcm33/mol/molAA－－气体密度，气体密度，g/cmg/cm33VTT－－绝对温度，绝对温度，KKDDABAB－－扩散系数，扩散系数，cmcm22/s/sMM－－气体的摩尔质量气体的摩尔质量－－气体在沸点下呈液态时的摩尔体积气体在沸点下呈液态时的摩尔体积,,cmcm33/mol/molAA－－气体密度，气体密度，g/cmg/cm33V气体在气相中的扩散扩散系数物质的特性常数之一P236影响因素：介质的种类温度压强浓度气体在气相中的扩散部分气体在空气中的扩散系数（0oC，101.33kPa）扩散系数的测量Stephan过程22A121ABB1B2Aln(/)2RTLLDPppMt－－液体液体AA的密度，的密度，g/mg/m33LL11－－液体的初始高度，液体的初始高度，cmcmLL22－－液体的最终高度，液体的最终高度，cmcm、、－－分别为分别为LL11、、LL22时空气分压时空气分压tt－－变化时间，变化时间，ssA1B1pB2p22A121ABB1B2Aln(/)2RTLLDPppMt－－液体液体AA的密度，的密度，g/mg/m33LL11－－液体的初始高度，液体的初始高度，cmcmLL22－－液体的最终高度，液体的最终高度，cmcm、、－－分别为分别为LL11、、LL22时空气分压时空气分压tt－－变化时间，变化时间，ssA1B1pB2p气体在液相中的扩散在液相中的扩散系数估算方程扩散系数随溶液浓度变化很大上式只适用于稀溶液0.510BAB0.5AB()7.410MTDVBB－－液体的粘度，液体的粘度，cPcP－－溶剂的缔结因数，水溶剂的缔结因数，水2.62.6，甲醇，甲醇1.91.9，乙醇，乙醇1.51.5，，非缔结如苯、乙醚为非缔结如苯、乙醚为1.01.00.510BAB0.5AB()7.410MTDVBB－－液体的粘度，液体的粘度，cPcP－－溶剂的缔结因数，水溶剂的缔结因数，水2.62.6，甲醇，甲醇1.91.9，乙醇，乙醇1.51.5，，非缔结如苯、乙醚为非缔结如苯、乙醚为1.01.0气体在液相中的扩散（续）某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液）溶解度计算例题P3017-1解：(1)由式7－13得：x=P*/E=500×2％/1.88×105=5.32×10－5摩尔分数由式7－14得：m=y*/x已知：y*=2%（体积）＝0.02m3/22.4×103=8.93×10－7kmol/m3所以：m=y*/x＝8.93×10－7/5.32×10－5=1.68×10－2kmol/m3由式7－18得溶液的平均分子量：Mm=Mx·x+Ms(1－x)=44×5.32×10－5+18(1－5.32×10－5)≈18由式7－17得溶液的总浓度：Ct=ρl/Mm=1000/18=55.56kmol/m3所以溶质的浓度为：C=Ct·x=55.56×5.32×10－5=2.96×10－3kmol/m3由式7－12可求得：H＝C/P*＝2.96×10－3/500×2％＝2.96×10－4kmol/m3用简化公式：H≈ρs/Ms·E=1000/18×1.88×105=2.96×10－4kmol/m3第二节气体吸收吸收机理1.双膜模型（应用最广）假定:界面两侧存在气膜和液膜,膜内为层流,传质阻力只在膜内气膜和液膜外湍流流动,无浓度梯度,即无扩散阻力气液界面上,气液达溶解平衡即:CAi=HPAi膜内无物质积累,即达稳态.双膜理论双膜模型气相分传质速率液相分传质速率总传质速率方程xALAAAAgAA()()yiiNkyyNkppAAAAlAA()()xiiNkxxNkccAA**AAAAAA**AAgAAAlA()()()()yxNKyyNKxxNKppNKcc气液平衡平衡－吸收过程的传质速率等于解吸过程溶解度每100kg水中溶解气体的kg数溶解度是系统的温度和气相组成的函数气液平衡常见气体的平衡溶解度亨利定律亨利定律一定温度下，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比一定温度下，气体溶质的分压与它在溶液中的浓度(摩尔分率)成正比。***/cHpxpEymxHCpEXp**亨利定律（续）亨利系数H、E、m其中H又称为溶解度系数，H是温度的函数，随温度的增加而减小。H的大小反映了气体溶解的难易程度。易则H大、难则H小。E又称为相平衡常数。亨利系数之间的换算SS/()/()HcxEHME吸收系数吸收系数的不同形式传质阻力传质阻力－吸收系数的倒数传质总阻力＝气相传质阻力＋液相传质阻力例：11yyxmKkk传质总阻力＝气相传质阻力＋液相传质阻力例：11yyxmKkk液膜控制（，）难溶气体（稀碱溶液吸收CO2，水吸收O2）1yxmKk1xymkk液膜控制（，）难溶气体（稀碱溶液吸收CO2，水吸收O2）1yxmKk1xymkk气膜控制（，）易溶气体（碱或氨液吸收SO2）1yxmkk11yyKk气膜控制（，）易溶气体（碱或氨液吸收SO2）1yxmkk11yyKk吸收过程的气膜控制与液膜控制气膜阻力和液膜阻力的大小取决于被吸收组分的相平衡常数m和溶解度系数H。对于易溶气体，m很小、H很大，总阻力近似等于气膜阻力，这种情况称为气膜控制。对于难溶气体，m很大、H很小,总阻力近似等于液膜阻力,这种情况称为液膜控制。传质过程吸收系数的影响因素吸收质与吸收剂设备、填料类型流动状况、操作条件吸收系数的获取实验测定；经验公式计算；准数关联计算常用吸收系数经验式水吸收氨（易溶气体吸收）G、L－气、液相空塔流量40.90.39g6.0710kaGL水吸收氨（易溶气体吸收）G、L－气、液相空塔流量40.90.39g6.0710kaGL水吸收CO2（难溶气体吸收）U－喷淋密度，m3/(m2·h)0.96l2.57kaU水吸收CO2（难溶气体吸收）U－喷淋密度，m3/(m2·h)0.96l2.57kaU40.70.250.82gl9.8110;kaGLkaaL水吸收SO2（中等溶解气体吸收）40.70.250.82gl9.8110;kaGLkaaL水吸收SO2（中等溶解气体吸收）界面浓度的计算作图法解析法稀溶液亨利定律+传质方程AAAAAAAAA()()yixiixiyNkyykxxyykxxk物理吸收操作线方程操作线、平衡线和吸收推动力SS1111BB()()LLLLYXYXXYXGGGG物理吸收最小液气比（平衡线上凸）吸收塔的最小液气比S12min*B12()LYYGXXS12minB1max2()LYYGXX物理吸收填料塔高度计算水吸收SO2的平衡线和操作线121200dd()(1)()dd()(1)()TTzyyyizxxxiGyzkayyyLxzkaxxx吸收法净化气态污染物的特点吸收法净化气态污染物，是用适当的吸收剂，从废气中选择性地吸收除去气态污染物以消除污染。这样的吸收过程具有如下特点：所要处理的废气中的气态污染物浓度一般都很低，为了达到排放标准，要求吸收过程具有较高的吸收效率和吸收速度，化学吸收一般能满足这一要求，因此净化废气的吸收，常常是伴有气液相化学反应的吸收过程。废气中气态污染物的成分复杂。例如，燃烧产生的烟气中，除SO2外还含有NOx、CO2、O2和烟尘等。处理它们会给吸收操作带来种种困难，吸收操作是在极不利的条件下进行的。吸收法净化气态污染物的特点（续）需要处理的废气往往是气量大、温度高、压力低，吸收净化这样的废气在技术和经济上尚有不少问题需要研究。吸收了气态污染物的溶液需要处理，否则将造成二次污染。吸收过程中直接得到的或者经过二次处理后再得到的副产品，往往是价格低廉的产品，难于补偿吸收过程的运行费用。化学吸收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化学吸收的四种类型两分子反应中相界面附近液相内A与B的浓度分布化学吸收的气液平衡•平衡浓度计算相平衡与化学平衡的关系化学吸收过程既应服从被吸收组分的气液平衡关系即相平衡关系，也应服从化学平衡关系。在这种情况下，亨利定律仅可适用于被溶解气体没有变化的分子的浓度，而此浓度决定于溶液中进行反应的平衡条件。从化学平衡移动原理的角度就可以理解为什么化学吸收比单一的物理吸收，可以获得较高净化效率和较高反应速度。化学吸收速率吸收速率物理吸收时化学吸收时K1－未发生化学反应时的液相传质分系数－由于化学反应使吸收速率增强的系数相当于选取相同的推动力C,选用不同的传质系数－引入增强系数A1AAl()iNKccAAAAl()iNkCC吸收设备气态污染物吸收净化过程，处理的是一些低浓度气态污染物，且气体量大，因而多选用气相为连续相、液相为分散相、湍流程度较高、相界面大的设备作吸收设备。吸收设备的类型根据气液两相界面形成的原理，吸收设备可以分为三类：①具有固定相界面的吸收设备例如：石英管吸收器，石墨吸收器，列管式湿壁吸收器等。②在气液两相流动过程中形成相界面的吸收设备例如：填料吸收塔，筛板吸收塔，泡沫吸收塔等。③有外部能量引入的吸收设备例如：带有机械搅拌的卧式吸收器，喷洒式吸收器等。吸收设备.常用吸收设备吸收设备喷淋塔吸收设备污染气体入口清洁气体出口循环泵搅拌器氧化空气入口去湿器水洗喷管浆液喷嘴多孔板污染气体入口清洁气体出口循环泵搅拌器氧化空气入口去湿器水洗喷管浆液喷嘴多孔板吸收设备喷淋塔的主要操作、技术要求压力损失通常为100～200Pa／m塔高。空塔气流速度为液滴沉降速度的50％，一般取0.6-1.2m／s。液滴直径一般取0.5-1.0mm液气比一般取0.2～1.0Kg／m3喷淋塔的特点结构简单、压力损失小、操作稳定方便，但效率不高。吸收设备填料塔填料塔吸收设备填料塔的主要操作、技术要求液体喷淋密度＞10m3／(h·m2)；空塔气速一般为0.3～1.5m／s；压降通常为0.15～0.60KPa／m填料，液气比为0.5～2.0Kg／m3；填料塔高度与直径比＞3。塔壁效应液体流经填料层时，有向塔壁汇集的趋向，中心的填料不能充分加湿。克服塔壁效应的方法塔径与填料尺寸比＞8；填料分层（填料层高度太大时），每层为塔径的3倍（拉西环）至8倍（包尔环、鞍型填料）吸收设备湍球塔它是填料塔的一种特殊情况，其填料为在塔内不断湍动的空心和实心小球。主要操作、技术要求支承板的开孔率为0.35～0.45，限位板的开孔率为0.8～0