第07章气态污染物控制技术1w

27十二月2023第07章气态污染物控制技术1w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）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=8.93×10－7

kmol/m3所以：m=y*/x＝8.93×10－7/5.32×10－5=1.68×10－2

kmol/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=2.96×10－3

kmol/m3由式7－12可求得：H＝C/P*＝2.96×10－3/500×2％＝2.96×10－4

kmol/m3用简化公式：H≈ρs/Ms·E=1000/18×1.88×105=2.96×10－4

kmol/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xAL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。

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界面浓度的计算作图法解析法稀溶液亨利定律+传质方程物理吸收操作线方程操作线、平衡线和吸收推动力物理吸收最小液气比（平衡线上凸）吸收塔的最小液气比物理吸收填料塔高度计算水吸收SO2的平衡线和操作线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0.8～0.9；填料的静止床层高为0.2～0.3m；小球应质轻、耐磨、耐腐蚀、耐高湿，直径为25～40mm。空塔气速一般为2－6m／s。湍球塔的优缺点

优点：气流速度高、处理能力大，设备体积小，吸收效率高。缺点：有一定程度的返混，阻力大，小球的材质存在问题。旋流板塔旋流板塔简介

旋流板塔（专利号ZL94210374.2）是浙江大学谭天恩教授为首的研究小组发明的一种高效、节能的专利传质设备，适宜于进行快速吸收、洗涤、增减湿、气体直接传热、除雾、除尘等操作过程。自70年代问世以来在环保、石油、化工、轻工、冶金等行业得到普遍的重视和应用。近年来更是成为烟气脱硫除尘和工业废气治理领域的一朵奇葩，创造了巨大的社会、环境和经济效益，曾荣获：

·1978年全国科学大会奖；

·1984年度国家发明奖；

·1986年度四川省科技进步奖；

·1987年度浙江省科技进步奖；

·1993年化工部科技进步二等奖；

·1996年国家教委科技进步三等奖；

·1999年浙江省环境保护二等奖。旋流板塔旋流塔板的主要特点

·传质、传热效果好，气相单板效率可达50%；多块旋流塔板的脱硫效率可达90%以上；

·防堵性能好、操作弹性宽、适用范围广、操作管理方便；

·气液负荷高，雾沫夹带少；

·塔板压降低，系统阻力小；运行费用低；

·除尘性能好，可达98%以上。旋流板塔旋流板塔工作原理

旋流板塔工作时，烟气由塔底从切向高速进入，在塔板叶片的导向作用下旋转上升。逐板下流的液体在塔板上被烟气喷成雾滴状，使气液间有很大的接触面积。液滴在气流的带动下旋转，产生的离心力强化气液间的接触，最后被甩到塔壁上，沿壁下流，经过溢流装置流到下一层塔板上，再次被气流雾化而进行气液接触。由于塔内提供了良好的气液接触条件，气体中的SO2等酸性气体被碱性液体吸收的效果好；旋流板塔同时具有很好的除尘性能，气体中的尘粒在旋流塔板上被水雾粘附，并受离心力作用甩到塔壁而除去，从而具有较高的除尘除雾效率。旋流板塔主要操作、技术要求压力损失通常为200～300Pa／层。

空塔气流速度2.0～4.0m/s。

液气比0.2～1.0Kg／m3设备设计参数

每层旋流板块数：直径1800时，32块（气体净化）、25块（兼除尘）；盲板直径一般为塔径的1/4左右；叶片仰角：25°，叶片径向角：18°～25°；罩筒高度：200～300mm；叶片厚度：5mm。

旋流板塔旋流板塔的制作材料

工程塑料塑料板材和焊条（壳体板材厚度大于8mm、叶片板材厚度5mm）

全不锈钢316L不锈钢（壳体钢板厚度大于3mm、叶片钢板厚度大于3mm）和焊条。

外壳花岗岩（麻石）、叶片不锈钢应设置检修门，方便更换。

普通炭钢，外敷防腐涂层注意防止由于热膨胀防腐涂层脱落问题塔板数及其配置一般3层，最上一层外脱水器，其余二层均为气体吸收和除尘装置。喷淋装置可设置在上一层的气体吸收和除尘装置上，也设置在每层的气体吸收和除尘装置上。各层旋转方向一致。旋流板塔旋流板塔的制作工艺（以塑料为例）