有毒有害气体吸收净化法5课件

有毒有害气体(qìtǐ)吸收净化技术

（第五讲）主讲教师：纪晓峰高级培训师、学科带头人、国家级优秀教师中国煤炭工业协会培训中心特聘教授中国石油大学远程教育学院(xuéyuàn)客座教授国家安全生产监督管理总局培训中心特聘专家人事部、国家安全生产监督管理总局“653”工程讲师团成员国家注册高级采矿工程师、国家注册高级安全工程师Tel：E-mail:第一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)

这一讲我们讨论吸收，什么叫吸收操作呢？做有机、无机(wújī)实验时，我们常用洗气瓶，洗去气体中的某个成份。如果要除去含酸的气体，我们在洗气瓶中装上碱液。这就是吸收的例子。

第二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)

家庭主妇切洋葱时，常拌有刺眼气体产生。为了减轻刺眼伤害，常在旁边放一盆水，可以减轻眼伤害。这就是刺眼气体溶解(róngjiě)于水，这就是吸收。

切洋葱(yángcōng)

第三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)开碳酸(tànsuān)饮料当我们打开碳酸(tànsuān)饮料瓶口时，就有气体冲出。这是气体的反溶解，这就是碳酸(tànsuān)气的解吸。

第四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)焦化厂洗氨塔

在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，如CO,CO2,H2,NH3，苯等气体。工厂(gōngchǎng)用清水喷淋溶解氨气，将氨气回收为氨水。这就是吸收。这是工厂(gōngchǎng)的氨洗塔。

第五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)主要(zhǔyào)内容第一节吸收法概述第二节吸收过程(guòchéng)基础理论第三节吸收装置第六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)吸收剂气体(qìtǐ)yx界面(jièmiàn)气相主体(zhǔtǐ)

液相主体相界面气相扩散液相扩散yixi气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在气相和液相内由浓度差推动的传质过程。第一节吸收法概述一、吸收概念利用适当液体吸收（溶解）气体混合物中的有关组分（有的还发生化学反应），以分离气体混合物的一种操作。第七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分惰性气体(inertgas)或载体：不溶或难溶组分吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的溶剂吸收液(strongliquor)：吸收操作后得到的溶液(róngyè)，主要成分为溶质和溶剂。吸收尾气(dilutegas)：吸收后排出的气体，主要成分为惰性气体和少量的溶质。第八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)二、吸收的目的和依据：目的：①回收或捕获气体混合物中有用物质，制取产品；②除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理。依据：气体混合物中各组分(zǔfèn)在溶剂中溶解度不同例如分离氨气＋空气的混合物，可选择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最大，而空气几乎不溶于水。

第九页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)气体吸收(xīshōu)的工业应用净化或精制气体例：合成氨工艺中，合成气中的净化脱碳制取某种气体产品(chǎnpǐn)的液态产品(chǎnpǐn)例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸回收混合气体中所需的组分例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸回收焦炉气中的氨工业废气的制理废气中含有二氧化硫、硫化氢、CO2等有害气体的脱除第十页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)三、溶剂（吸收剂）的选择①对被分离组分(zǔfèn)（溶质）有较大的溶解度②对混合气体中其他组分的溶解度要小—较高的选择性③溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即低温下溶解度大，随着温度升高，溶解度应迅速下降—被吸收的气体容易解吸，溶剂再生方便。④蒸汽压要低，不易挥发—减少溶剂在吸收和再生过程的损失；避免在气体中引入新的杂质。第十一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)⑤应有较好的化学稳定性—以免使用过程中发生变质；⑥应有较低的粘度，不易产生泡沫—实现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离。⑦应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧(ránshāo)等经济和安全条件。第十二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)设吸收剂（或溶剂），用S表示；溶质或吸收质，以A表示；惰性气（不被吸收的组分），以B表示。三大对A和B的溶解度差异要大对A的溶解度要大对A的溶解度在条件改变时变化要大三小挥发性小粘度小腐蚀(fǔshí)小技术经济性第十三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)四物理吸收和化学吸收①物理吸收：吸收时溶质与溶剂不发生明显(míngxiǎn)的化学反应，如洗油吸收苯，水吸收CO2、SO2等。②化学吸收：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化学反应。如CO2在水中的溶解度甚低，但若用K2CO3水溶液吸收CO2，则在液相中发生下列反应：

K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3从而使K2CO3水溶液具有较高的吸收CO2的能力。**作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足以下条件：

可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用

较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入适当的催化剂以加快反应速率。第十四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)原料(yuánliào)气A＋B吸收剂S尾气(wěiqì)B(含微量A)溶液(róngyè)S+A气体吸收的原理吸收塔形成两相体系的方法引入一液相（吸收剂）

各组分在吸收剂中溶解度不同。分离物系气体混合物传质原理五、气体吸收的原理和流程第十五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)气体(qìtǐ)吸收的流程吸收(xīshōu)过程吸收过程：溶质(róngzhì)溶解于吸收剂中逆流操作解吸过程：溶质从溶液中释放出并流操作气体吸收过程在吸收塔中进行。吸收解吸第十六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)吸收操作(cāozuò)流程：第十七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)由流程图可见，采用吸收操作实现(shíxiàn)气体混合物的分离必须解决下列问题：①选择合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组份；②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或相反（解吸）；③溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环使用。总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个组成部分。第十八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)气体(qìtǐ)吸收的实例具有吸收剂再生功能的连续(liánxù)吸收流程第十九页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)气液两相的接触(jiēchù)方式**级式接触：气、液两相逐级逆流接触传质，两相的组成(zǔchénɡ)呈阶跃变化，如板式塔。板式(bǎnshì)塔第二十页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)填料(tiánliào)塔湿壁塔、降膜塔微分接触：气、液两相的浓度呈连续(liánxù)变化。规整填料塑料丝网波纹填料

散装填料塑料鲍尔环填料第二十一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第二节吸收(xīshōu)过程基础理论气体吸收过程实质上是溶质组分自气相通过相界面转移（迁移）到液相的过程。现将气体吸收中的传质过程与传热过程相对照来研究两个问题：(1)、气体吸收过程的推动力是什么(shénme)？（传热过程的推动力：温差）(2)、若气液两相能充分完全的接触，则吸收过程的极限是什么？（传热过程的极限：T=t）第二十二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)预备知识补充：气液相组成表示方法1.摩尔(móěr)分数：混合物中组分A的物质的量占混合物总物质的量的分数。

对两组分(A和B)的混合液，则有：

式中：nA、nB、n分别表示组分A、组分B和混合物的物质的量kmol第二十三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)2.质量分数：混合物中组分(zǔfèn)A的质量占混合物总质量的分数。对两组分（A和B）的混合液，则有：式中：mA、mB、m分别表示组分A、组分B和混合物的质量kg第二十四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)3.质量分数和摩尔分数的换算(huànsuàn)关系：（以A组分为例）第二十五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)习惯(xíguàn)上液相摩尔分数用x表示，气相摩尔分数用y表示。理想气体，气相中组分的摩尔分数的数值等于其体积分数值。由道尔顿分压定律：

pi=pt*yi其中：pt-总压；pi-i组分分压；yi-i组分摩尔浓度！总压一定时，分压分数与摩尔分数数值相当。（P113释惑）第二十六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)（二）质量浓度和摩尔浓度某单位体积所含组分(zǔfèn)的质量或者摩尔数。令：CA、CB、CC表示A、B、C的质量浓度；cA、cB、cC表示A、B、C的摩尔浓度：第二十七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)（三）比摩尔(móěr)分数和比质量分数某组分的质量或者摩尔数与此项中除此组分外的质量或摩尔数之比。令某相总质量G，总摩尔数为n，i组分的质量为Gi，摩尔数为ni，则比摩尔分数和比质量分数为(、):第二十八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)利用摩尔分数、摩尔浓度(nóngdù)表示理想气体气体状态方程若吸收(xīshōu)操作为单组份吸收(xīshōu)，质量分数和比质量分数、摩尔分数和比摩尔分数的关系：第二十九页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)一、吸收(xīshōu)过程中的气液平衡1平衡分压：在一定条件下，任何气体在某种溶剂中溶解达到平衡时，其在气相中的分压是一定的。2吸收过程：吸收过程进行的方向与极限取决于溶质(róngzhì)(气体)在气液两相中的平衡关系。P表示在吸收过程中，气相中溶质的实际分压；p*表示平衡分压；

p＞p*时，溶质便由气相向液相转移，吸收

p＜p*时，溶质便由液相向气相转移，即吸

收的逆过程，称为解吸(或脱吸)。

P＝p*时，处于气液平衡状态第三十页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第三十一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)3溶解度

气液达到平衡时，吸收剂吸收的气体量已达到最大限度时，每立方米吸收剂能吸收的极限气体量(即平衡状态下液相中吸收质浓度)。气体吸收的平衡关系指气体在液体中的溶解度。任何气体与液体接触后，都会产生溶解。容易溶解的称为易溶气体；不易溶解的称为难溶气体。易溶和难溶是相对(xiāngduì)同一种吸收剂而言。第三十二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)气体(qìtǐ)在液体中的溶解度溶解度曲线：在一定(yīdìng)温度、压力下，平衡时溶质在气相和液相中的浓度的关系曲线。溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)]1000500020406080100120pNH3/kPa50oC40oC30oC20oC10oC0oC120溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]250200020406080100pSO2/kPa1501005012050oC40oC30oC20oC10oC0oC在相同条件下，NH3在水中的溶解度较SO2大得多。用水作吸收剂时，称NH3为易溶气体，SO2为中等溶解气体，溶解度更小的气体则为难(wéinán)溶气体(如O2在30℃和溶质的分压为40kPa的条件下，1kg水中溶解的质量仅为0.014g)。第三十三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)难溶体系(tǐxì)溶解度适中(shìzhōng)体系

易溶体系(tǐxì)（1）不同气体的溶解度差异很大（2）对于稀溶液或极稀溶液，溶解度曲线近似为直线，即-----亨利定律pA=723cApA=25.5cApA=0.36cApA=0.0136cA(3)加压、降温有利于吸收操作第三十四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)定义：用来描述稀溶液或（难容气体）在一定温度下，当总压不高时，互成平衡的气液两相组成之间的关系。混合气体总压不高（P<5atm，气相可视作理想气体）稀溶液（可视作理想(lǐxiǎng)溶液,x<0.05）由于气液相组成可以采用不同的表示方法，故亨利定律有不同的表示形式。气相：pi，yi，Yi液相：xi，ci，Xi35二亨利(hēnglì)定律（Henry’slaw）pi-xi关系(guānxì)

pi-ci关系xi-yi关系Xi-Yi关系第三十五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)（1）基本式(pe-x)

若溶质在气相中的组成以分压p表示，在液相中的组成以x表示，pe-x溶解度曲线近似可用通过原点的直线(zhíxiàn)表示，则亨利定律写成如下形式：式中：pe—溶质在气相中的平衡分压，kPa；x—溶质在液相中的摩尔分数；E—亨利(hēnglì)系数，kPa。亨利系数的值随物系的特性及温度而异；E值的大小代表了气体在该溶剂中溶解的难易程度；在同一溶剂中，难溶气体E值很大，易溶气体E值很小；物系一定，E值一般随温度的上升而增大；E的单位(dānwèi)与气相分压的压强单位(dānwèi)一致。第三十六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第三十七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)ye：与该液相成平衡的气相中溶质(róngzhì)的摩尔分率；x：液相中溶质的摩尔分率；m：相平衡常数，无因次。

（2）ye~x关系(guānxì)注意：对于一定的物系，相平衡常数m是温度(wēndù)及总压的函数。m值愈小表明该气体的溶解度愈大。温度降低、总压升高则m值变小，有利于吸收操作。第三十八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)在低浓度气体吸收(xīshōu)计算中，通常采用基准不变的摩尔比Y（或X）表示组成。由ye=mx可得以摩尔(móěr)比表示的相平衡关系当m趋近(qūjìn)1或当X很小时（3）Ye~X关系第三十九页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)

当气、液相溶质浓度用其它组成表示(biǎoshì)法表示(biǎoshì)时，通过浓度换算可得其它形式的亨利定律。CA

——溶质(róngzhì)在液相中的摩尔浓度，kmol/m3；H——溶解度系数；kmol/(m3kPa)；（4）pe-C关系(guānxì)注意：①H是温度的函数，T↑→H↓→溶解度↓②不同溶质H不同，易溶气体H大，难溶气体H小第四十页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第四十一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)定律形式常数含义备注P*=ExE,亨利系数P*,稀溶液中溶质（被吸收组分）平衡分压，x为被吸收组分在液相中的摩尔分数对于一定体系，E是温度的函数，一般，温度上升，E增大，不利于气体吸收。同一溶剂中难溶气体E值大P*=C/HH,溶解度系数C为被吸收溶质的物质的量浓度（Kmol/m3

）H为溶解度系数，（kmol/(m3Pa)）,实验测定。H为温度的函数，随温度升高减小，其数值等于平衡分压1大气压时的溶解度同一溶剂中难溶气体H值小E＝(1/H)*(den/M)den为溶液的密度，M是溶剂A的相对分子质量y*=mxm,相平衡常数，无量纲m＝E/P,P为气相的总压m为由试验结果算出来的数值。一定物系，它是温度和压强的函数。同一溶剂中难溶气体m值大Y*=mXm同上第四十二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)亨利定律既可由液相组成(zǔchénɡ)计算气相组成(zǔchénɡ)，也可由气相组成(zǔchénɡ)计算液相组成(zǔchénɡ)。亨利(hēnglì)定律（Henry’slaw）

由液相组成(zǔchénɡ)求气相组成(zǔchénɡ)：由气相组成求液相组成：亨利定律适用条件：理想溶液或稀溶液（一般<5%）,总压<101.33KPa。第四十三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)亨利(hēnglì)定律表达式中各系数之间的关系E~H关系(guānxì)E~m关系(guānxì)H~m关系第四十四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)1atm下，浓度为0.02（摩尔分数）的稀氨水在20℃时氨的平衡分压为1.666kPa，其相平衡关系服从亨利定律(dìnglǜ)，氨水密度可近似取1000kg/m3。

求：E、m、H。例：第四十五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)解：第四十六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)举例(jǔlì)：例2-1：含有30%（体积）CO2的某种混合气与水接触，系统温度为30℃，总压为101.33kPa，试求液相中CO2的平衡(pínghéng)浓度为若干kmol/m3.解：pi=pyi=101.33×0.3=30.4kPa<101.33kPa,故亨利定律适用。

而

查表4-4知30℃时CO2在水中亨利系数E=1.88×105kPa，溶液密度按纯水密度计ρ=1000kg/m3于是，

第四十七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)三亨利(hēnglì)定律的应用

平衡关系描述的是吸收过程中气液两相接触传质(chuánzhì)的极限状态，而实际上，由于在吸收塔中气液两相的接触时间有限，很难达到平衡状态。因此，根据气液两相实际组成与相应条件下平衡组成的比较，可以判断传质进行的方向确定传质推动力的大小指明传质过程所能达到的极限

第四十八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)1判断(pànduàn)传质进行的方向

设某瞬时，气相中溶质的实际组成(zǔchénɡ)为y，溶液中溶质的实际组成为x。若传质方向由气相到液相进行(jìnxíng)吸收过程若传质方向由液相到气相进行解吸过程第四十九页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线上方，则体系将发生从气相到液相的传质(chuánzhì)，即吸收过程。yxoy*=f(x)Pyxy*x*释放溶质吸收溶质第五十页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线下方，则体系将发生从液相到气相的传质(chuánzhì)，即解吸过程。yxoy*=f(x)Qyxy*x*释放溶质吸收溶质第五十一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)结论：若系统气、液相浓度(y,x)处于平衡线上，则体系从宏观上讲将不会(bùhuì)发生相际间的传质，即系统处于平衡状态。yxoy*=f(x)Ryxy*x*第五十二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)2确定(quèdìng)传质的推动力以气相表示(biǎoshì)的传质推动力以液相表示(biǎoshì)的传质推动力传质的推动力示意图y*=mx第五十三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)3指明传质(chuánzhì)进行的极限对于(duìyú)逆流吸收塔液相出口(chūkǒu)最大组成气相出口最低组成X2X1Y1Y2第五十四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)1氨-水的相平衡方程Y*=0.94X。若让Y=0.06的含氨混合气与X=0.1的氨水接触，则将发生

（吸收(xīshōu)还是解吸）；2若让Y=0.1的含氨混合气与X=0.06的氨水接触，则将发生

（吸收还是解吸）。练习(liànxí)&作业第五十五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)3某系统温度为10℃，总压101.3kPa，试求此条件下在与空气充分接触(jiēchù)后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？4在总压101.3kPa，温度30℃的条件下,SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问：1）SO2的传质方向；2）其它条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向；3）其它条件不变，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔分率差表示的传质推动力。第五十六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)5在P=1000kPa，T=25℃下，含CO2

y=0.06的空气(kōngqì)与含CO2为0.1g/L的水溶液接触问：(1)将发生吸收还是解吸？(2)如气体(qìtǐ)与水溶液逆流接触，空气中的CO2含量最低可能降到多少？第五十七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)

吸收的目的(mùdì)和依据？

（溶解度差异(chāyì)）小结工业吸收过程气液接触的方式(fāngshì)有几种？

根据溶解度曲线判断低温高压有利于_____（吸收or解吸），为什么？

吸收过程的极限是什么？（级式接触和微分接触）（吸收）（气液相平衡）第五十八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)亨利定律适用的条件？

温度与亨利系数E、H、m的关系(guānxì)？

亨利系数哪个与压力有关？Pe=ExPe=Hcye=mxm=E/P（t↑→E↑H↑m↑→溶解度↓；P↑→m↓,H、E不变）小结第五十九页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)

过程方向(fāngxiàng)：

y>ye,x<xe；吸收y<ye,x>xe；解吸过程极限：x1max=x1e=y1/m；y2min=y2e=mx2。塔高无限

过程推动力：△y=y-ye；△p=p-pe；△x=xe-x；△c=ce-c。小结第六十页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)四、吸收(xīshōu)过程的机理—双膜理论1、

传质过程概念在含有两个或两个以上组分的混合体系(tǐxì)中，如果存在浓度梯度，某一组分（或某些组分）将有高浓度区向地浓度区移动的趋势，该移动过程称为传质过程。

第六十一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)界面气相主体组分组分液相主体（1）

扩散物质从一相的主体扩散到两相界面(jièmiàn)（单相中的扩散）；（2）

在界面上的扩散(kuòsàn)物质从一相进入另一相（相际间传质）；（3）进入另一相的扩散物质(wùzhì)从界面向该相的主体扩散（单相中的扩散）；2物质传递的三个步骤：第六十二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第六十三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第六十四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)3．双膜理论

双膜理论的基本论点（假设）

（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩散方式(fāngshì)通过气膜和液膜。

（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。

（3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以涡流扩散的形式传质。第六十五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)pAcA

pA,i

cA,i气膜液膜相界面气相主体液相主体传质方向图双膜理论示意图溶质A在气相中的分压溶质A在液相中的摩尔浓度第六十六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第三节吸收(xīshōu)装置**吸收装置的作用：建立和不断更新两相接触表面，使之具有尽可能大的接触面积和尽可能好的流体力学条件，以利于提高吸收速率，减少设备的尺寸，同时，气体(qìtǐ)通过设备的阻力要小，以节省动力消耗。第六十七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)1吸收(xīshōu)设备基本要求：第六十八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)气体吸收设备大致可分为塔器和其他设备。塔器类主要包括喷淋塔(俗称空塔)、填料塔、板式(bǎnshì)塔、湍球塔、鼓泡塔等；其他设备也很多，如列管式湿壁吸收器、文丘里喷射吸收器、喷洒式吸收器等。第六十九页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)2填料(tiánliào)塔1）结构填料塔是气液互成逆流的连续微分接触式塔型。其结构如图.在塔体内充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方为填料压板及液体(yètǐ)分布装置。气液两相间的传质通常是在填料表面的液体(yètǐ)与气体间的相界面上进行的。液体分布器气体出口液体入口塔壳填料液体再分布器支承栅板气体入口液体出口第七十页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第七十一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第七十二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)2）填料

（1）对填料的基本要求为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要要求。

(1’)要有较大的比表面积单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，用σ表示，单位为m2／m3。填料的表面只有被流体的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。因此，还要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的形状。

(2’)要求有较高的空隙率

单位体积填料所具有的空隙体积称为填料的空隙率，用ε表示，单位为m3／m3。一般说填料的空隙率多在0.45～0.95范围内，当ε较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性(tánxìng)范围较宽。

(3’)经济、实用及可靠要求填料单位体积的质量轻、造价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液两相介质都具有良好的化学稳定性。上述各项条件，未必为各种填料所兼备，在实际应用时，可以依照具体情况选定。第七十三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)(2)填料类型填料的种类很多，大致可分为实体填料与网体填料两大类。实体填料包括(bāokuò)环形填料(如拉西环、鲍尔环和阶梯环)，鞍型填料(如弧鞍、矩鞍)，栅板填料以及波纹填料等以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍形网、θ网、波纹网等。第七十四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第七十五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)3湍球塔湍球塔首先出现于1959年的美国专利报道，逐步得到发展。目前它广泛应用于气体及气液分离工程。湍球塔又称流化(liúhuà)填料塔，实际上是填料塔的一种特殊结构形式。在设计上与普通填料塔没有根本的区别结构。第七十六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第七十七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)1）结构湍球塔是一种特殊的气-液-固三相(sānxiānɡ)流化床。主要结构包括以下六个部分：动画演示第七十八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)2）工作原理与流程湍球塔是一种高效的传质、吸收设备。工作原理：当气流通过筛板时，小球(xiǎoqiú)在塔内湍动旋转，相互碰撞，吸收剂自上向下喷淋，润湿小球(xiǎoqiú)表面，进行吸收。工作流程：脱硫吸收液从塔顶均匀流下，润湿湍球表面，二氧化硫和空气按一定比例在缓冲瓶中充分混合由塔的下部进入湍球塔，在一定气流速度下，使湍球处于均匀流态化状态，模拟烟气和吸收液在湍球表面逆向接触，发生化学反应，完成传质和吸收过程。净化后的烟气经除雾后排出湍球塔。第七十九页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)3）优点、缺点优点：是气流速度高、处理能力大、设备体积小、吸收效率高。同样气速下，其压降比填料塔小。缺点：（1）是随小球的运动，有一定程度的返混，塑料小球不能承受高温，易磨损，需经常更换。

（2）当塔径较大或静止床层较高时，会出现填料球的流态化不均匀现象，有时甚至把球吹到栅板的一隅造成气流短路，从而恶化了传质。此时可将上下栅板之间的空间用纵向隔板分隔成方形、矩形或扇形的小空间。（3）湍球塔的另一个缺点是雾沫夹带严重(yánzhòng)，主要原因是它所使用的气速大(有时高达10m／s)。这种情况下可把塔体做成上大下小的锥形，使塔内气体流速到塔顶时逐渐减小到1～2m／s。第八十页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)4）适用湍球塔被推荐用于处理(chǔlǐ)含颗粒物的气体或液体以及可能发生结晶的过程。在这种塔中，由于小球剧烈湍动，不易被固体颗粒堵塞，因此，目前有人用于同时除尘、脱硫的试验中。第八十一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)4板式(bǎnshì)塔板式塔，是在塔体内设置一层层的板作为(zuòwéi)气液接触元件。1）结构主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成。板式(bǎnshì)塔的结构１－塔壳体；２－塔板；３－溢流堰；４－受液盘；５－降液管第八十二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)2）工作原理与流程板式塔是在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下(zìshànɡérxià)流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层，气体则在压强差的推动下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气液在塔内逐板接触进行质、热交换，两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。动画示例第八十三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)3）塔板类型及结构特点（1）塔板上的气液接触元件气液接触元件是使气体通过塔板时将其均匀分散在液层中进行传质的气体分布(fēnbù)装置。它可采用塔板上开筛孔(如筛板塔)，或在塔板上开大孔再在孔上覆以具有多种结构特点的元件的方式(如泡罩塔、浮阀塔等)。当气体通过这些元件时，被分散成为许多小股气流，这些气流在液层中鼓泡，使气液剧烈湍动，形成气液接触界面，促进传质过程的进行。气液接触元件是塔板形式最基本的特征，也往往作为塔板分类的标志。如图所示为三种最典型的气液接触元件所构成的塔板。第八十四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第八十五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)（2）塔板分类塔板可分为有降液管式塔板（也称溢流式塔板或错流式塔板）及无降液管式塔板（也称穿流式塔板或逆流(nìliú)式塔板）两类.在工业生产中，以有降液管式塔板应用最为广泛.第八十六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)（2）有溢流和无溢流塔板在塔内，液体在重力作用下由上向下流动，但它在塔板上与气体接触传质时，可采取有溢流和无溢流两种流动方式如图所示，在有溢流塔板上，液体由上一块塔板的降液管流到下一块塔板的受液区，然后横向流过塔板，与自塔板小孔中上升的气流接触传质后，进入此块塔板的降液管中流往下块塔板。在塔板上，气液呈错流方式接触。

这种塔板的效率高，具有一定操作弹性，生产上广为应用。如图，在无溢流塔板上，气液两相逆向通过塔板上的小孔，气体在塔板上的液层中鼓泡，液体则直接(zhíjiē)由小孔下落，没有降液管和溢流堰，板上液层高度靠气体托住。塔板上开孔有采用格栅条、大直径筛孔等方式。

这种塔板的鼓泡面积所占的比例大，塔板面积利用率高，结构简单，处理能力大，但它的操作弹性较小，生产上采用较少。第八十七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第八十八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)（1）泡罩塔板：工业上应用最早的塔板，其结构如图所示，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有80、100、150mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多(xǔduō)细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面第八十九页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第九十页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)泡罩塔板的优缺点：优点：是操作弹性较大，塔板不易堵塞(dǔsè)；缺点：结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。

第九十一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)（2）筛孔塔板简称筛板如图所示。塔板上开有许多均匀的小孔，孔径一般为3～8mm。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定(yīdìng)厚度的液层。操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而进行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。第九十二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第九十三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)筛板优缺点：优点：是结构简单、造价(zàojià)低，板上液面落差小，气体压降低，生产能力大，传质效率高。缺点：是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。第九十四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)（3）浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。浮阀的类型很多，国内常用的有F1型、V-4型及T型等。浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个(yīɡè)可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90°，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。动画实例第九十五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)浮阀塔板的优缺点：优点：是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率(xiàolǜ)较高。缺点：是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。第九十六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)（4）喷射型塔板上几种塔板，气体是以鼓泡或泡沫状态和液体接触，当气体垂直向上穿过液层时，使分散形成的液滴或泡沫具有一定向上的初速度。若气速过高，会造成较为严重的液沫夹带，使塔板效率下降，因而(yīnér)生产能力受到一定的限制。喷射型塔板包括：（a）舌型塔板

舌型塔板在塔板上冲出许多舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与板面成一定的角度，有18°、20°、25°三种（一般为20°），舌片尺寸有50×50mm和25×25mm两种。舌孔按正三角形排列，塔板的液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管，降液管截面积要比一般塔板设计得大些。如下图。第九十七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)操作时，上升的气流沿舌片喷出，其喷出速度可达20～30m/s。当液体流过每排舌孔时，即被喷出的气流强烈扰动而形成液沫，被斜向喷射(pēnshè)到液层上方，喷射(pēnshè)的液流冲至降液管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一层塔板。第九十八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第九十九页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)舌型塔板的优缺点：优点是：生产能力大，塔板压降低，传质效率较高；缺点是：操作弹性较小，气体喷射作用易使降液管中的液体(yètǐ)夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。第一百页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)（b）浮舌塔板与舌型塔板相比，浮舌塔板的结构特点是其舌片可上下(shàngxià)浮动。浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理能力大、压降低、操作弹性大等优点，特别适宜于热敏性物系的减压分离过程(动画演示)。第一百零一页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)5）板式(bǎnshì)塔的分类有降液管式板式塔主要分为以下几种类型：泡罩塔筛板塔浮阀塔第一百零二页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第一百零三页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)5喷洒(pēnsǎ)吸收器1）空心喷洒吸收器：此种吸收器亦称为喷嘴式喷洒吸收器，也即喷淋塔。下图为几种空心喷洒吸收器的示意图。气体通常(tōngcháng)自下而上运动。液体则由装在塔顶的喷洒器呈喇叭状垂直向下喷洒或与水平面成一定角度喷洒。当塔体较高时，常将喷洒器分层放置。喷洒方向可以是自上而下地直喷或斜喷。也可采取自下而上地喷洒或组合喷洒式。第一百零四页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)第一百零五页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)空心喷洒式吸收器的优缺点：优点：是结构简单、选价低廉、具有很低的流体压降，并能用于吸收被玷污严重的气体缺点：效率(xiàolǜ)低。空心喷洒吸收器中的两相接触表面积与喷淋密度成正比，如果喷洒密度太低，其工作状态是不能令人满意的。因此，此喷洒吸收器通常采用液体循环流程，使喷淋密度一般不低于10～20m3／(m2·h)。第一百零六页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)2）高气速并流式喷洒吸收器这类吸收器大致又可分为(fēnwéi)三类：第一类，液体喷洒出来时是以液流或液膜的方式流动的，这一类吸收器的工作体积通常是有文丘里管的式样，因此这类吸收器常称做文丘里吸收器。第一百零七页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)文丘里吸收器

文丘里吸收器是近代(jìndài)高效率吸收器之一。通常用在高温烟气的降温和除尘上，也用在有害气体的洗涤上，其结构如图所示，它是由收缩管、喉管和扩散管组成的第一百零八页，共一百一十八页。有毒有害气体吸收净化-法-(5)文丘里洗涤器的工作原理是