大气污染处理工程吸收法净化气态污染物

1、大气污染控制工程大气污染控制工程 吸收法净化气态污染物 根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理 溶解度或化学反应活性不同而将混合物分离 的一种方法 优点：效率高、设备简单、一次投资费用相 对较低 缺点：需要对吸收后的液体进行处理、设备 易受腐蚀 第五章 吸收法净化气态污染物 物理吸收：利用气体混合物在所选择的溶剂中溶解 度的差异而使其分离的吸收过程 化学吸收：伴有显著化学反应的吸收过程。该法使 吸收过程推动力增大，阻力减少，吸收 效率提高，可处理低浓度气态污染物 针对实际工程问题常具有废气量大、污染物浓 度低、气体成分复杂和排放标准要求高等特点，大 多采用化学吸收法。 本章学习内容： 吸收平衡

2、 吸收速率 吸收设备与设计 吸收工艺的配置 吸收净化法的应用 第一节 吸收平衡 物理吸收平衡 化学吸收平衡 一、物理吸收平衡 吸收过程：当混合气体与吸收剂接触时，气 相中的可吸收组分向液相进行质量传递的过 程。 解吸过程：伴随吸收过程发生的液相中吸收 组分反过来向气相逸出的质量传递过程。 一、物理吸收平衡 ：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最终将会相等， 气液两相间的质量传递达到动态平衡。平衡 时，液相中吸收组分的量称为该气体的平衡 溶解度，简称溶解度。溶解度是吸收的最大 限度。 一、物理吸收平衡 几种常见气体污染物水中溶解度曲线 在系统压力不太高，温度不太低以及 溶解气

3、体组分又不与液体起化学反应的情况下， 难溶气体的溶解平衡可近似认为遵循亨利定律， 对中溶和易溶气体在液相溶解浓度较低时也可近 似认为遵从亨利定律。在实际的废气处理时也经 常用亨利定律进行计算。 2.2.亨利定律亨利定律 一、物理吸收平衡 * aaa phc aa * a xep 二、化学吸收平衡 为了加快净化速率、提高净化效率，实 际气态污染物净化过程通常采用化学吸收法。 此时，气体溶于液体中，且与液体中某组分 发生化学反应，被吸收组分既遵从相平衡关 系又遵从化学平衡的关系。 二、化学吸收平衡 则气态污染物a在溶液中的转化过程可表示为： 设气态污染物a与吸收液中所含组分b发生 如下反应： 二、

4、化学吸收平衡 气态污染物的总溶解量由液相物理吸收 量和化学反应消耗量两部分组成: 化学消耗物理平衡净化 aaa 其中a物理平衡可采用前面介绍的亨利定律近似 计算，而a化学消耗可根据化学平衡进行计算。 由亨利定律有： * aa aph 物理平衡 由化学平衡有： ba nm k ba nm 二、化学吸收平衡 二、化学吸收平衡 由于吸收组分既遵从相平衡关系又遵从化 学平衡的关系，式中a就是a物理平衡，在已 知化学平衡常数k 及反应前后反应物b的浓度 变化的情况下可求出生成物m、n的浓度，再由 化学反应式可求出a化学消耗及a净化。 二、化学吸收平衡 1.被吸收组分a与溶剂互相作用 水对氨的吸收过程就属

5、于这种情况。这种 情况下气态污染物a在溶液中的转化过程的通式 可表示为： 二、化学吸收平衡 * aa aph ma a c bamk 吸收前m=0，被吸收组分a从气相溶入液相 后，与溶剂b进行化学反应生成m，最后达到平 衡，此时组分a进入溶剂的总浓度： a c a a a c bkh p )1 ( 1 * 在a的稀溶液中，溶剂b的浓度很大，b可 视为常数，且k 也为常量，此时（1+kb）近似 为常数，对比亨利定律,溶解度系数是无化学作 用时的（1+kb）倍。 二、化学吸收平衡 * aaa )b1 (pkhc 2.2.被吸收组分在溶液中离解被吸收组分在溶液中离解 二、化学吸收平衡 用水吸收h2s

6、时，h2s会进一步解离成 为h+和hs-。对于这种情况组分a在溶液中 的转化过程为： 二、化学吸收平衡 ma a c a nm k 当溶液中没有同离子存在时，则m+=n- amk aa a kc 二、化学吸收平衡 由气液相平衡得到进入溶液中a的总浓度 ： * aa * aaa phkphc a c 二、化学吸收平衡 3.3.被吸收组分与溶剂中活性组分作用被吸收组分与溶剂中活性组分作用 废气治理中用含亚硫酸铵、亚硫酸氢铵、 碳酸钠和亚硫酸钠等溶液吸收烟气中二氧化 硫就属于这种情况。对于这种情况，组分a 在溶液中的转化过程为： 二、化学吸收平衡 这种情况和第一种情况的差别在于活性 组分b的浓度在反

7、应前后不能认为不变。设 溶剂中活性组分b的初始浓度为 ，若平 衡转化率为 ，则溶液中组分b的平衡浓度 为 ，而生成物m的平衡浓度 为 。 b0 c x )1 (b b0 xc xc b0 m 二、化学吸收平衡 由化学平衡关系式有 1 aba m x x k 将气液平衡关系 代入得： )1 ( a * a xhk x p * aa pha 二、化学吸收平衡 进入溶液中a的总浓度： 0b * a1 * a1 0ba 1 c pk pk cxc 0 * a1 * a1* aa0ba 1 a b c pk pk phxcc ，它表征了带化学反应气液平衡的特征。 若物理溶解量与化学溶解量相比可忽略不 计

8、，则： a1 hkk 二、化学吸收平衡 随着 的增加，组分a在液相内的溶解度 变大，但无论怎样 增大，式中右端第二个因 子 总是小于1的。 在此种反应类型情况下，对纯粹的化学吸收 而言，a组分的溶解度的最大值 不超过吸收活 性组分的初始浓度值。 * a p * a c * a p * a1 * a1 1pk pk * a c 第二节 吸收速率 物理吸收速率 化学吸收速率 一、物理吸收速率 吸收是气态污 染物从气相向液相 转移的过程，对于 吸收机理以双膜理 论应用较为普遍 气膜、液膜、 气 相主体、 液相主 体。 双膜理论模型 一、物理吸收速率 传质过程： 被吸收组分从气相主体通过气膜边界向气膜

9、 移动； 被吸收组分从气膜向相界面移动； 被吸收组分在相界面处溶入液相； 溶入液相的被吸收组分从气液相界面向液膜 移动； 溶入液相的被吸收组分从液膜向液相主体移 动。 一、物理吸收速率 在稳态吸收操作中，从气相主体传递到界 面吸收质的通量等于从界面传递到液相主体的 通量，在界面上无吸收质的积累和亏损。 )()( aagagaag g ag aii ppkpp z d n 对于气膜： 对于液膜： )()( alaalala l al a cckcc z d n ii 一、物理吸收速率 组分a在界面位置处于气液平衡状态： 稳定吸收过程的总传质速率方程式： )( 11 * aagag aalag *

10、 aag a ppk hkk pp n )( 1 al * aal ag a al al * a a cck k h k cc n ii phc aaa 或： 一、物理吸收速率 aalagag 111 hkkk ag a alal 11 k h kk a al * a h c p aga * a phc 一、物理吸收速率 在总传质阻力中，若气膜的阻力远远大于 液膜阻力，则称为气膜控制；若液膜阻力远远 大于气膜阻力，则称为液膜控制。 提高物理吸收速率可采取以下措施： （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，降低液相吸收浓度，以增 大吸收推动力。 （3）增加气液接

11、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 吸收速率方程 典型特定情况 二、化学吸收速率 1.1.吸收速率方程吸收速率方程 二、化学吸收速率 液相中a的浓度变化 (a)物理吸收 (b)化学吸收 二、化学吸收速率 化学吸收过程： 气相反应物a从气相本体通过气膜向气-液相 界面传递。 气相反应物a自气-液相界面向液相传递。 反应物a在液膜或液相主体中与b发生反应 (视反应速率的快慢而定)。 反应生成的液相产物留存在液相中(如有气 相产物生成则向相界面扩散)。 气相产物自相界面通过气膜向气相本体扩散。 二、化学吸收速率 化学吸收法净化气态污染物质一般要 求吸收剂在吸收条件下的蒸

12、气压很低或趋于 零，化学反应只在液相内发生。 在吸收过程中，当传递速率远大于化学 反应速率时，实际的过程速率取决于后者， 称为动力学控制；反之，如果化学反应速率 很快，而传质速率很慢，过程速率主要取决 于传质速率的大小，称为扩散控制。 二、化学吸收速率 对化学吸收而言，气膜的传质速率仍可 按与物理吸收相同的公式表示。在气液界面 处，组分a仍处于平衡状态，可用亨利定律 描述。 在液膜中的情况，化学吸收和物理吸收 却很不相同。对于化学吸收，组分a按分子 扩散从气膜扩散至界面溶解后，在液膜内一 面进行扩散，一面与吸收剂组分b进行化学 反应，若在液膜内未反应完还要转移至液相 主体中进行。 二、化学吸收

13、速率 组分b不断地从液相主体扩散到界面附 近并与a相遇。a与b在什么位置进行反应取 决于反应速率与扩散速率的相对大小。反应 进行得愈快，a消耗愈快，则a抵达气液界面 后扩散不远便会消耗干净。反之，如果a与b 反应较慢，a可能扩散到液相主体仍有大部 分未能参加反应。 二、化学吸收速率 化学吸收的速率不但取决于液相的物理 性质与流动状态，也取决于化学反应速率。 但是由于液相中有化学反应的存在，组分a 的浓度ca降低加快，这意味着液膜厚度薄， 液膜阻力减小，从而使过程吸收速率提高。 二、化学吸收速率 在过程稳定的情况下，仍可采用费克定 律来描述液膜中的吸收情况： 若已知组分a在界面处的液相浓度梯度，

14、 就可利用上式求得液膜内的过程速率。在液 膜内对组分a作物料衡算可得到液相浓度分 布规律及梯度。 0 a ala d d z z c dn 二、化学吸收速率 在液膜内离界面z 处，取一厚度为dz的微 元，对气体a在微元体内进行物料衡算： a扩散入微元的通量-a扩散出微元的通量=a在微元的反应量 zrz z c c z d z c dd)()d d d ( d d d d a a aal a al 整理得： )( d d a 2 a 2 al r z c d 二、化学吸收速率 同理对b作物料衡算有： )()( d d ab 2 b 2 bl r a b r z c d 反应动力学方程： 联解上述

15、公式可以获得总速率方程。 由于化学动力学方程一般比较复杂，大多数 情况下只能给出数值解，但对一些特殊情况有解 析解。 ),( baa ccfr 二、化学吸收速率 2.2.典型特定情况典型特定情况 用吸收法处理气态污染物时，化学吸 收剂一般能与被吸收组分发生极快的化学反 应；或其用量大大过量，以致其液相中浓度 几乎不变，这时可看成拟一级反应。以下分 别针对这两种典型的特定情况进行讨论。 二、化学吸收速率 (1) 极快速不可逆化学反应吸收过程极快速不可逆化学反应吸收过程 典型的气液相反应： 二、化学吸收速率 0, 0 ab ii cc ab n a b n 二、化学吸收速率 进行极快反应时气液相的

16、浓度分布 kpbl cc 二、化学吸收速率 过程的速率方程： )( 11 bl al bl a agag alaag bl al bl a ag a c d d bh a pk khk c d d bh a p n 与物理吸收相比，传质阻力未变，但推动力 增加，因此提高了过程的吸收速率。 二、化学吸收速率 由上式和气膜传质方程可求出相界面处 的a组份分压： agala blal al bl agag a kkh ck d d b a pk p i i pa 二、化学吸收速率 令式中 ，此时求出的 ，称为临 界浓度，用 表示： 0 a i p ag al ag bl al 0blkp p k k

17、 d d a b cc ai p 在这种情况下，实际的吸收液浓度小于临界浓 度，即 bl c kp c kpbl cc 二、化学吸收速率 当由气相扩散至界面的吸收组分a的扩散通量 与由液相扩散至界面的b物质的扩散通量恰好 符合化学计量关系时，物质a与物质b在界面 上刚好反应完全。此时反应面r与相界面p重 合，且在此位置。0, 0 aba iii pcc 进行极快反应时气液相的浓度分布 kpbl cc 二、化学吸收速率 实际的吸收液浓度等于临界浓度，即。 吸收过程总速率等于物质a从气相扩散到相界面上 的速率，也等于物质b从液相扩散到相界面的速率 的 倍。即过程总速率方程式为 或 二、化学吸收速率

18、 b a agaga pkn kpbl cc blblba ck b a n b a n 二、化学吸收速率 当由液相扩散至界面的b物质的量超过由气 相扩散至界面的吸收组分a反应所需的量时， 相界面上的a物质被耗尽，b物质过剩，此时 反应面也与相界面p重合，在相界面上也有 ，但。0 ai p 0, 0 biai cc kpbl cc 二、化学吸收速率 进行极快反应时气液相的浓度分布 二、化学吸收速率 实际的吸收液浓度大于临界浓度。物质a 从气相扩散到相界面上的速率是整个过程的 控制速率，即过程总速率方程式为： agaga pkn 例5-1 用硫酸溶液从氨吸收塔回收气体混合物中的 氨，试计算塔底和

19、塔顶的吸收速率na2和na1。已知：气 体混合物中氨的分压进口处为5000pa，出口处为1000pa， 吸收剂中h2so4的浓度进口处为0.6kmol/m3，出口处为 0.5 kmol/m3，气液两相逆流接触，气体加入量 g=45kmol/h，kag=3.510-6kmol/(m2pah)， kal=0.005m/h，亨利系数：h=7.510-4kmol/(m3pa)， 总压p=1105pa(绝对压力)，dal=dbl。 二、化学吸收速率 424423 so)(nhsohnh2 3 1 3 3 5 1ag al bl al ag kp kmol/m6 . 0kmol/m35. 0 kmol/m

20、10001 005. 0 1035. 0 5 . 0 bl c p d d k k a b c 解：硫酸吸收氨的反应为瞬间化学反应 故 b/a=0.5 在塔顶处： 在塔底处： 塔顶： 二、化学吸收速率 3 1bl1ag kmol/m6 . 0,1000cpap 3 2bl2ag kmol/m5 . 0,5000cpap 3 2 3 3 5 ag2 bl al al ag kp2 kmol/m5 . 0kmol/m75. 1 kmol/m50001 005. 0 1035. 0 5 . 0 bl c p d d k k a b c 故 计算得： 塔底： 二、化学吸收速率 )hkmol/(m003

21、5. 0)hkmol/(m1000105 . 3 226 1agag1a pkn 1a n h)kmol/(m0115. 0 h)kmol/(m 005. 01075 1 1035. 0 1 5 . 0 10755 . 0 1 5000 11 2 2 55 5 ala ag bl al bl a ag 2a khk c d d hb a p n 故 计算得： 二、化学吸收速率 2a n 二、化学吸收速率 拟一级不可逆反应的吸收过程 rbarba bl c ara ckr 液相中有中等速率的化学反应且cbl为常数时的浓度分布 二、化学吸收速率 二、化学吸收速率 由于反应速度不是很快，吸收组分b与

22、被 吸收组分a可同时存在，化学反应在整个液膜 区域进行，这与快速反应的情况不同。 ara ckr 将代入 得： 边界条件：z =0 时，； z =zl 时，。 a 2 a 2 al d d r z c d 0 d d ar 2 a 2 al ck z c d i cc aa ala cc 由得： 根据上述微分方程,并令 得液膜内a的浓度分布： 二、化学吸收速率 )sinh( )(sinh)sinh( l laal a z zzczc c i 0 a ala d d z z c dn al r d k )cosh( )tanh( )sinh( )cosh( )sinh( )(cosh)cosh(

23、 d d l al a l al l allaal 0 l laal al 0 a ala z c c z d z czcd z zzczc d z c dn i i z i z 二、化学吸收速率 二、化学吸收速率 cosh 1 aaalali cckn 式中包含有不确定参数，故将气膜传质分 速率公式与亨利定律式代入式中，消去。 tanh l z i ca i ca 二、化学吸收速率 ) cosh ( * a agaga p pkn alaagag 111 khkk 化学吸收速率方程式： 二、化学吸收速率 也称为增大因子，反映了化学吸收速率与 物理吸收速率之比。与物理吸收比较，由于 1，过程阻

24、力减小，同时由于cosh 1， 过程推动力增大，因此使得化学吸收的总吸 收速率大于物理吸收速率。 称为膜内转化系数： 2 大传质速率通过界面可能进行的最 化学反应速率液膜内可能进行的最大 i i ck zck k dk k d d k z aal lar 2 al alr 2 al al al r 2 l 2 )()( -关系图 二、化学吸收速率 3 10 二、化学吸收速率 cosh1,1 该式与物理吸收速率公式相同。从物理意义 上讲，膜内转化系数小，即意味着化学反应速率 占整个吸收速率的比例小，因此吸收过程可近似 看成物理吸收。 )( 11 1 * aga alaag a pp khk n

25、二、化学吸收速率 2 alral 2 al alr alal dkk k dk kk alra agag 111 dkhkk 二、化学吸收速率 22 . 0 , alaag khk agag kk 吸收设备 吸收设备选择 吸收设备设计 第三节 吸收设备与设计 对吸收设备的要求： 气液有效接触面积大 气液湍流程度高 设备的压力降损失小 结构简单，易于操作和维修 投资及操作费用低 一、 吸收设备 吸收设备的分类 按气液相接触形态可分为： 气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡反应器、 搅拌鼓泡反应器和板式反应器 液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和 文氏反应器等（它们主要用于含尘气流的除 尘，但在某些

26、特定场合，也可用于处理气态 污染物） 液体以膜状运动与气相进行接触的填料反应 器和降膜反应器等 一、 吸收设备 按气液分散形式可分为： 气相分散、液体连续，如板式塔 液相分散、气相连续，如喷淋塔、填料塔 气液相同为分散相，如文丘里吸收器 一、吸收设备 工程中用于净化气态污染物的吸收设备最常 用的是填料塔，其次是板式塔。此外还有喷 淋塔和文丘里吸收器等。 气-液反应器的形式 （a）填料床反应器；(b)板式反应器；(c)降膜反应器；(d)喷雾反应器； (e)鼓泡反应器；（f）搅拌鼓泡反应器；(g)喷射或文氏反应器 一、吸收设备 1.1.填料床反应器填料床反应器 在填料床反应器中，一般气液逆流操作。

27、混合气 体由塔底进入，自下而上穿过填料层，从塔顶排出； 吸收剂由塔顶通过液体分布器均匀喷淋到填料层中， 沿填料表面向下流动，直至从塔底排出塔外。它具 有操作适应性好、结构简单、能耐腐蚀等优点，广 泛用于带有化学反应的气体净化过程。填料对塔的 性能影响很大，常用的填料有拉西环、鲍尔环、鞍 形填料等。 一、吸收设备 2.2.板式塔反应器板式塔反应器 板式塔反应器中液体与气体分段逆流接触。 吸收液从塔顶进入，借重力流到下一块板，最后 从塔底排出。气体向上通过塔板中的各种孔眼， 然后鼓泡穿过液体，分离泡沫后到上面的另一塔 板，在这一过程中有害气体扩散至气液接触面进 入液相被除去。 一、吸收设备 二、吸

28、收设备的选择 吸收设备的基本要求: 强化吸收过程，提高处理效率，降低设备的投资 和运行费用。 若反应速率很快，过程属扩散控制，要求所选择 的吸收设备能产生高的气液湍动和大的气液接触面积， 以降低气膜的传质阻力，增大传质面积，从而提高吸 收效率，如喷雾塔、填料塔、文丘里吸收器和板式塔 等。 若化学反应速率很低，过程属动力学控制，要求 所选择的吸收设备具有持液量大，气液接触时间长的 特点，以使较慢的化学反应有足够的空间和时间进行 反应。宜选用鼓泡塔、鼓泡搅拌釜等吸收设备。 几种主要形式化学吸收设备的特性及其适用范围 形式 相界面积 液相体积 （m2.m-3) 气液比 液相所占 体积分率 液相体积

29、膜体积 /(m3.m-3) 适用范围 喷雾塔 1200 19 0.05 210 2 的极快反应和快 反应 填料塔 1200 11.5 0.08 10100 板式塔 1000 5.67 0.15 40100 0.22中速反应和 慢反应，也适用于气 相浓度高，气液比小 的快反应 鼓泡 搅拌釜 200 0.111 0.9 150800 鼓泡塔 20 0.0204 0.98 400010000 0.2 的极慢反应 部分吸收过程的膜控制情况 二、吸收设备的选择 气膜控制 液膜控制 气、液膜控制 1.水或氨水吸收氨 2.浓硫酸吸收三氧化硫 3.水或稀盐酸吸收氯化氢 4.酸吸收5%氨 5.碱或氨水吸收二氧化

30、硫 6.氢氧化钠溶液吸收硫化氢 7.液体的蒸发或冷凝 1.水或弱碱吸收二氧化碳 2.水吸收氧气 3.水吸收氯气 1.水吸收二氧化碳 2.水吸收丙酮 3.浓硫酸吸收二氧化氮 4.碱吸收硫化氢 三、吸收设备设计 吸收剂用量 塔径的计算 填料层高度的计算 1.1.吸收剂用量吸收剂用量 吸收剂用量取决于适宜的液气比，而适宜的 液气比是由设备费和操作费两个因素决定的。工 程中，一般取最小液气比的1.12.0倍，即： 三、吸收设备设计 2 * 1 21 min b s xx yy g l 2.2.塔径计算塔径计算 处理气量qv根据实际的工业过程而定，空 塔气速 一般由填料塔的液泛速率 确定。 通常取： =

31、（0.600.75） 。 )m( 4 0 v t v q d 三、吸收设备设计 0 v f v 0 v f v 3.3.填料层高度计算填料层高度计算 对于如下化学计量方程式进行的化学吸收过程 a（g）+b b（l） r r（l） 每吸收1mol组分a要消耗bmol的反应组分b， 对填料塔进行物料恒算： 三、吸收设备设计 填料塔物料衡算图 三、吸收设备设计 设 ls、gs分别是除吸收组分b以外的液相惰性 组分流量和除被吸收组分a以外的气相惰性组分流 量mol/(m2s)；ya1、ya2分别是塔顶和塔底组分a 的气相浓度mol(组分a)/mol(气相惰性组分)；xb1、 xb2分别是塔顶和塔底组分

32、b的液相浓度mol(组分 b)/mol(液相惰性组分)；l、g分别是液相和气相的 总流量mol/(m2.s) ；ci、ct分别是液相中惰性组分 浓度和液相总浓度(mol /m3 ) ；pi、p分别是气相中 惰性组分分压和气相总压(pa) 。则有： 三、吸收设备设计 积分上式，得任一截面处组分ya与xb的关系： hanxl b ygdd 1 d absas 三、吸收设备设计 )()( b2b1 s a2a1s xx b l yyg 填料层高度h为： 三、吸收设备设计 b2 1b bl2 bl1 2a 1a 2ag ag1 a bl i s a bs a ag i s a a s dd dd x

33、x c c y y p p an c bc l an x b l h an p p g an y gh 通常，气态污染物的浓度很低，化学吸附 剂的浓度也不高，即pip , cict ,故将其带入上 式得： 三、吸收设备设计 ag2 ag1 bl1 bl2 a bl t s a ags dd p p c c an c bc l an p p g h 例5-2 用一逆流操作的填料塔将某一尾气中的有害组分 从0.1的含量降低到0.02，试计算以下几种情况下吸收 塔的填料层高度h。用纯水吸收，已知使用这种填料时， kaga=320mol(hm3kpa)；kal a0.1/h。亨利常数ha 0.08 m

34、ol/(pam3)，液气流量分别为l=7105 mol/（m2h）， g=1105mol/（m2h），总压p=1105pa，液体总摩尔浓 度ct=56000mol/m3；水中加入组分b进行瞬间快速化学反 应，组分b浓度较高，cbl=800mol/m3，化学计量式化学计量式a+bc。 其余情况同，且其余情况同，且dal=dbl；使用低浓度吸收剂 cbl=32mol/m3，其余同、；使用中等浓度吸收剂 cbl=128mol/m3，其余同、。 三、吸收设备设计 解：吸收系统见下图。 三、吸收设备设计 3 al1 5 ag2 5 ag1 mol/m0 pa100pa101%1 . 0 pa20pa10

35、1%02. 0 c p p 积分得： 带入已知 故操作线方程为： 三、吸收设备设计 (1) 这种情况下为物理吸收过程，作吸收塔物料衡算有： al t ag ddc c l p p g )( al2al t ag1ag cc cg pl pp al 5 55 ag 56000101 101107 20cp 6 . 108. 0 agal pc 物理吸收的总传质阻力为： pa)/molm(h13.128 pa)/molm(h 08. 01 . 0 1 10320 1 111 3 3 3 alaagag akhakak 三、吸收设备设计 故pa)mmol/(h8 . 7pa)mmol/(h0078.

36、 0 33 ag ak 填料层高度： 将操作线方程带入上式，利用已知条件得： 三、吸收设备设计 m513m 08. 0/ )6 . 108. 0( d 0078. 0101 101 100 20 agag ag 5 5 pp p h ag2 ag1 ag2 ag1 ag2 ag1 aalag ag ag * aagag agag / d )( dd p p p p p p a hcp p akp g ppak p p g an p p g h 三、吸收设备设计 （2）对于瞬间快速反应的吸收过程，将物料衡算式变为： 临界浓度： )( bl2bl1 t ag1ag cc bgc lp pp )80

37、0( 10156000 101107 20 bl 5 55 ag cp agbl 08. 06 .801pc 操作线方程： agag bl al la ga bk 2 . 3 pp d d ak ak bc 33 bl2 mol/m6 .793mol/m10008. 06 .801c 在塔顶： 在塔底： 可见在整个填料塔内，故吸收过程属气膜控制， 填料层高度h为: 三、吸收设备设计 ag2 ag1 100 20 ag a 5 5 agag ag m03. 5 32. 0 d 101 101d p p p p pak p p g h 3 1 33 bk1 mol/m800mol/m64mol/m

38、202 . 3 bl cc 3 2 33 bk2 mol/m6 .793mol/m320mol/m1002 . 3 bl cc bkbl cc (3)对于瞬间快速反应的吸收过程cbl较低的情况： 物料衡算式仍与(2)相同，只是：， 因而有：， 所以 在塔顶： 在塔底： 三、吸收设备设计 临界浓度： agag bl al al ag bk 2 . 3pp d d ak ak bc 3 bl2 mol/m32c agbl 08. 06 .33pc 33 bl2 mol/m6 .25mol/m10008. 06 .33c 3 bl1 33 bk1 mol/m32mol/m64mol/m202 . 3

39、cc 3 bl1 33 bk2 mol/m6 .25mol/m320mol/m1002 . 3cc 可见在整个塔内，填料层高度为： 三、吸收设备设计 m4 .24 d 08. 0/ )08. 06 .33( 08. 01 . 0 1 32. 0 1 101 101 11 / dd ag 100 20 agag 5 5 aalag ablag ag p a ag ag2 ag1 ag2 ag! p pp hakak hcp p p g an p p g h p pp bkbl cc (4)对于瞬间快速反应吸收过程，cbl较适中的情况。 作物料衡算得操作线方程为： 故 而临界浓度： 在塔顶： 在塔

40、底： 可见，在塔的上部，属气膜控制，反应发生在 相界面；在塔的底部。 填料塔在处分为上下两段： 此时有： 故此时的 三、吸收设备设计 agbl 08. 06 .129pc 33 bl2 mol/m6 .121mol/m)10008. 06 .129(c agbk 2 . 3 pc 3 bl1 33 bk1 mol/m128mol/m64mol/m202 . 3cc 3 bl2 33 bk2 mol/m6 .121mol/m320mol/m1002 . 3cc blbk cc blbk cc bkbl cc agag 2 . 308. 06 .129pp 3 blag mol/m4 .126,p

41、a5 .39cp 带入已知条件得： 从这个例题中可看出，采用化学吸收方法能显著降低填 料层高度，且吸收剂的用量对填料层高度也有显著影响。 三、吸收设备设计 因此填料层高度为： 100 5 .39 aal ag ablag ag 5 .39 20 agag ag 1 1 / d hak ak hcp dp p g pak p p g h m91. 6m)78. 413. 2(h 吸收剂的选择 工艺流程设置中的其它问题 第四节 吸收工艺的配置 吸收剂的选择原则： 对污染有良好的吸收能力与选择性 在吸收污染物后形成的富液应成为副产品或 无污染液体，或易处理和可再生利用的物质 吸收剂蒸气压要低，不易起

42、泡，热化学稳定 性好，黏度低，腐蚀性小 价廉易得 一、吸收剂的选择 常见气态污染物与适宜的吸收剂 一、吸收剂的选择 污染物适宜的吸收剂污染物适宜的吸收剂 氯化氢水、氢氧化钙氨水、硫酸、硝酸 氟化氢水、碳酸钠苯酚氢氧化钠 二氧化硫氢氧化钠、亚硫酸钠、氢氧化钙有机酸氢氧化钠 硫化氢二乙醇胺、氨水、碳酸钠硫醇次氯酸钠 氯气氢氧化钠、亚硫酸钠 二、工艺流程设置中的其它问题 1.1. 除尘除尘 有时采取在吸收塔前增设预洗涤塔，采取将 吸收置于预洗涤塔之上，两塔合为一体，下段为 预洗段，上段为吸收段；有时采用文丘里类型 的洗涤器，既除尘，又吸收气态污染物。 2.2.烟气的预冷却烟气的预冷却 冷却烟气的方法

43、有： （1）在低温省煤器中间接冷却 （2）直接增湿冷却，即采用水直接喷入烟气 管道中增湿降温 （3）用预洗涤塔(或预洗涤段)除尘增湿降温 烟温过高，不利于吸收操作过程；烟温过低， 将带来热交换器面积、冷却负荷太大等问题。 一般只将高温烟气冷却到333k左右较为适宜。 二、工艺流程设置中的其它问题 3.3.结垢和堵塞结垢和堵塞 弄清结垢的机理、影响结垢和造成堵塞的因素， 然后有针对性地从工艺设计、设备结构、操作 控制等方面着手解决。 工艺操作上，控制溶液或料浆中水分的蒸发量， 控制溶液ph，控制溶液中易于结晶物质不要过 饱和，保持溶液有一定的晶种，严格除尘，控 制进入吸收系统的尘量。 设备结构上

44、设计或选择不易结垢和堵塞的吸收 器。 二、工艺流程设置中的其它问题 4.4.除雾除雾 在吸收塔内易存在生成“雾”的问题，雾不 仅是水分，它还是一种溶有气态污染物的盐溶液。 任何漏到烟囱部分的雾，实际上就是把污染 物排入到大气，雾气中所含液滴的直径主要在 1060m之间，一般小于10m的液滴不会产 生，因而工艺上要对吸收设备提出除雾的要求。 二、工艺流程设置中的其它问题 二、工艺流程设置中的其它问题 5.5.气体再加热气体再加热 在处理高温烟气的湿式净化中，烟气在洗涤中 被冷却增湿，如果排入大气后，在一定的气象条件 下，将发生“白烟”。白烟没有充分稀释之前如果 回到地面，容易出现较高浓度的污染。

45、 防止白烟发生的措施： 吸收净化后的烟气与一部分未净化的高温烟气混合， 以降低混合气的湿度和升高混合气的温度。 设置尾部燃烧炉，在炉内燃烧天然气或重油，产生 12731373k的高温燃烧气，再与净化气混合。 吸收法在烟气脱硫中的应用 吸收法净化含氮氧化物废气 吸收法净化含氟废气 第五节 吸收净化法的应用 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 1.1.石灰石石灰石/ /石灰石灰- -石膏法烟气脱硫石膏法烟气脱硫 最早实现工业化应用 目前实用业绩最多的单项技术 优点：技术成熟、运行状况稳定、原材料石 灰石分布极广、成本低廉 在世界上应用烟气脱硫装置最多的美、德、 日三国中，石灰石/石灰-石膏法装置分别占8

46、0%、 90%、75%以上。 反应原理: 吸收： ca(oh)2+so2 caso31/2h2o+ 1/2h2o caco3+so2+1/2h2o caso31/2h2o+co2 caso31/2h2o+so2+1/2h2o ca(hso3)2 氧化： 2caso31/2h2o+o2+3h2o 2caso42h2o ca(hso3)2+1/2o2+h2o 2caso42h2o+so2 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 石灰（石灰石）-石膏法的工艺流程 烟气在冷却塔内用水洗涤降低温度并增 湿，同时除去大部分的烟尘。冷却后的烟气 进入两级串联的吸收塔用石灰浆液洗涤脱硫， 然后经过除沫、升温由烟囱排放。

47、吸收后的 含亚硫酸钙和硫酸钙的混合浆液经过氧化， 得到的石膏浆料经离心过滤和洗涤得成品石 膏。 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 石灰石-石膏法烟气脱硫工艺流程简图 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 1-锅炉； 2-电除尘器； 3-待净化烟气；4-净化 烟气；5-气-气换热器； 6-吸收塔；7-持液槽； 8-除雾器；9-氧化用空 气；10-工艺过程用水； 11-粉状石灰石； 12-工 艺过程用水；13-粉状石 灰石贮仓；14-石灰石中 和剂贮箱；15-水力漩流 分离器；16-皮带过滤机； 17-中间贮箱； 18-溢流 贮箱；19-维修用塔槽贮 箱；20-石膏贮仓； 21- 溢流废水； 22-石膏 石灰

48、石-石膏烟气脱硫系统 系统组成：石灰石制备系统、吸收塔、烟气再热 系统、脱硫风机、石膏脱水装置、石膏贮存装置、 废水处理系统 吸收剂：石灰石储藏量丰富，便宜，是最常用的 吸收剂。一般要求石灰石粉90通过325目筛 (44m)或250目筛(63m)，并且caco3含量大于 90。 吸收塔：系统的核心装置，要求气液接触面积大， 气体的吸收反应良好，压力损失小，并且适用于 大容量烟气处理。 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 烟气脱硫吸收塔类型 （a）喷雾塔；（b）填料塔；（c）气泡喷射反应器；（d）双回路塔 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 烟气再加热： 烟气经过湿法fgd系统洗涤后，温度降 至5060，已

49、低于露点，为了增加烟囱排 出烟气的扩散能力，减少可见烟团的出现， 许多国家规定了烟囱出口的最低排烟温度。 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 2. 2. 海水烟气脱硫工艺海水烟气脱硫工艺 利用海水的天然碱度来脱除烟气中so2 的一种湿法烟气脱硫法。 该技术基本不产生废弃物，具有技术 成熟、工艺简单、系统运行可靠、脱硫效 率高和投资运行费用低等特点。 烟气中的so2与海水接触主要发生以下反应： so2(g)+h2o h2so3 h+hso3- hso3- h+so32- so32-+ 1/2o2 so42- h+与海水中的碳酸盐发生以下反应： co32-+ h+ hco3

50、- hco3-+h+ h2co3 co2 +h2o 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 flnktflnkt-hydro-hydro海水脱硫工艺流程示意图 1-烟囱； 2-buf风机； 3-吸收塔； 4-泵； 5-氧化空气吹入装置 6-氧化反应槽； 7-中和反应槽 主要由烟气系统、供排 海水系统、海水恢复系 统等组成。 从锅炉排出的烟气经除尘器除尘后，通过 ggh冷却降温，以提高吸收塔内的so2吸收效率， 并防止塔的内体受到热破坏，塔的内体最大限 度地采用较便宜的防腐材料和轻质填料。冷却 后的烟气从塔底送入吸收塔，在吸收塔中与由 塔顶均匀喷洒的纯海水(利用电厂循环冷却水

51、) 逆向充分接触混合，海水将烟气中so2吸收生成 亚硫酸根离子。净化后的烟气，通过ggh升温后， 经高烟囱排入大气。 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 吸收so2后的海水进入曝气池，在曝气 池注入大量的海水和空气将so2氧化成硫 酸根离子，至其水质恢复后又流入大海。经 脱硫而流回海洋的海水，其硫酸盐成分只稍 微提高，当离开排放口一定距离后，这种浓 度的差异就会消失。 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 3.3.氨法烟气脱硫氨法烟气脱硫 氨是一种良好的碱性吸收剂，其碱性强于钙基 吸收剂。用氨吸收烟气中的so2是气液或气气相反应， 反应速率快，吸收剂利用率高，吸收设备体积可大 大减小。另外，其脱硫副产品硫酸

52、铵在某些地区可 作为农用肥料。该法脱硫效率高，对烟气条件变化 适应性强，整个系统不产生废水或废渣，能耗低， 对安全运行有高可靠性和适用性，因而其应用呈上 升趋势。 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 氨法烟气脱硫工艺主要由吸收过程和结晶过 程组成。在吸收塔中，烟气与氨水吸收剂逆向接 触，so2与氨反应生成亚硫酸铵和硫酸氢铵： so22nh3h2o (nh4)2so3 (nh4)2so3so2+h2o2nh4hso3 在吸收塔底槽，亚硫酸铵被充入的强制氧化 空气氧化为硫酸铵： (nh4)2so3 + 1/2o2 = (nh4)2so4 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 氨法烟气脱硫工艺流程图 1-烟囱； 2-buf风机； 3-吸收塔； 4-喷射器； 5-脱水机； 6-干燥机； 7-过滤器； 8-硫酸铵结晶器 一、吸收法在烟气脱硫中的应用 4. 喷雾干燥法脱硫喷雾干燥法脱硫 喷雾干燥脱硫是20世纪70年代中期在美 国和欧洲发展起来的。该技术在美国的燃煤 电站上得到商业应用始于1980年，如今在fgd 市场中列第二位。在燃低