第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 化学吸收与物理吸收相比较,气相一侧两者均可用物理吸收的传质速率方程 式(7-2)表示,而化学吸收相当于增大了液相的传质动力和传质分系数,因此提 高了传质速率。此时传质速率的表示有两种方法:一是采用增大的液相传质分系 数hd,而选取与物理吸收相同的传质动力(Δa=c-c);二是采用增大的传 质动力(Δa+δ),δ为液相发生化学反应时传质动力的增大值,而选取与物 理吸收相同的传质分系数k,即: N=kd△CA=k(△C4+) (7-18) 通常将α=kd/k称为增强系数,表示液相传质分系数因发生化学反应而增 大的倍数。由kd和物理吸收时的气相传质分系数k利用式(7-14)或(7-15)便 可求出化学吸收过程的传质总系数。 四)吸收装置 吸收装置主要是塔式容器,应满足下列基本要求: ①气液接触面大,接触时间长;②气液之间扰动强烈, 吸收效率高;③流动阻力小,工作稳定;④结构简单, 1一气体出口 维修方便,投资和运行维修费用低;⑤具有抗腐蚀和 2一液体入口; 43一液体分布装置; 防堵塞能力。常用的吸收装置有填料塔、湍流塔、板 4一塔壳; 式塔、喷淋塔、和文丘里吸收器等。 5一填料 6一液体再分布器; 填料塔的基本型式如图7-1所示,气体由塔底进 7一填料; 入向上流动,喷淋的吸收液经填料逆流向下,吸收过 程在填料的湿润表面进行。填料种类很多,如拉西环、 9气体人口 0一液体出口 鲍尔环、鞍形、波纹填料等,通常采用陶瓷、塑料、 金属等材料。填料塔直径一般不超过800m,空塔气速 一般为0.3~1.5m/s,单层填料层高度在3~5m之下, 压降通常为400~600Pa/m,液气比为0.5~2.0kg/kg, 图4-19填料塔简图 液体喷淋密度在10m/(血h·m)以上。填料塔由于结构简单、气液接触效果好,压 降较小而被广泛应用。不足之处是填料容易堵塞、损失大。 板式塔内装有若干层塔板,吸收液自塔顶向下流动,并在塔板上保持一定厚 度的液层,气体从塔底向上逐级穿过塔板,以鼓泡状态或喷射状态与液体相互接 触,进行传质、传热及化学反应,如图7-2所示。塔板的结构形式有多种,如 孔板、筛板、旋流板等,板上设有溢流堰,以保持约30m厚度的液层。操作中 合适的气液比例非常重要,气量过大,则气速过高,穿过筛孔时会以连续相通过 塔板液层,形成气体短路,并增大阻力;气量过小或液流量过大,会导致液体从 筛孔泄漏,降低吸收效率。筛孔孔径一般为3~8mm,开孔率为 5%~15%,空塔气速为10~25m/s,穿孔气速约为4.5~12.8m/s, 每层塔板的压降约为800~200Pa。与填料塔相比,板式塔空塔 速度较高,处理能力大,但压降损失也较大。 湍球塔是为了强化传质、传热过程,应用流化床技术的一种 特殊填料塔。聚乙烯或聚丙烯制作的球形填料由筛板支撑,加大 气速使填料处于悬浮状态。运动小球的湍动旋转和相互碰撞,使 汽体 球面液膜不断更新,强化传质过程,提髙了吸收效率。湍球塔的 空塔气速一般为2~6m/s,静止填料层每层髙度一般为0.2 0.3m,每层压降为400~1200Pa。湍流塔体积小,风速高,处理 量大,吸收效率髙,塔内不会堵塞。但塑料小球的湍动有返混现 图4-20板式塔简图 第6页
第 6 页 化学吸收与物理吸收相比较，气相一侧两者均可用物理吸收的传质速率方程 式(7－2)表示，而化学吸收相当于增大了液相的传质动力和传质分系数，因此提 高了传质速率。此时传质速率的表示有两种方法：一是采用增大的液相传质分系 数 kl,d，而选取与物理吸收相同的传质动力（ΔcA＝cAi－cA）；二是采用增大的传 质动力（ΔcA＋δ），δ为液相发生化学反应时传质动力的增大值，而选取与物 理吸收相同的传质分系数 kl，即： N k c k c A l d A l A = = + , ( ) (7－18) 通常将α＝kl,d/kl称为增强系数，表示液相传质分系数因发生化学反应而增 大的倍数。由 kl,d和物理吸收时的气相传质分系数 kg利用式(7－14)或(7－15)便 可求出化学吸收过程的传质总系数。 （四）吸收装置 吸收装置主要是塔式容器，应满足下列基本要求： ①气液接触面大，接触时间长；②气液之间扰动强烈， 吸收效率高；③流动阻力小，工作稳定；④结构简单， 维修方便，投资和运行维修费用低；⑤具有抗腐蚀和 防堵塞能力。常用的吸收装置有填料塔、湍流塔、板 式塔、喷淋塔、和文丘里吸收器等。 填料塔的基本型式如图 7－1 所示，气体由塔底进 入向上流动，喷淋的吸收液经填料逆流向下，吸收过 程在填料的湿润表面进行。填料种类很多，如拉西环、 鲍尔环、鞍形、波纹填料等，通常采用陶瓷、塑料、 金属等材料。填料塔直径一般不超过 800mm，空塔气速 一般为 0.3～1.5m/s，单层填料层高度在 3～5m 之下， 压降通常为 400～600Pa/m，液气比为 0.5～2.0kg/kg， 液体喷淋密度在 10m3 /(h·m 2 )以上。填料塔由于结构简单、气液接触效果好，压 降较小而被广泛应用。不足之处是填料容易堵塞、损失大。 板式塔内装有若干层塔板，吸收液自塔顶向下流动，并在塔板上保持一定厚 度的液层，气体从塔底向上逐级穿过塔板，以鼓泡状态或喷射状态与液体相互接 触，进行传质、传热及化学反应，如图 7－2 所示。塔板的结构形式有多种，如 孔板、筛板、旋流板等，板上设有溢流堰，以保持约 30mm 厚度的液层。操作中 合适的气液比例非常重要，气量过大，则气速过高，穿过筛孔时会以连续相通过 塔板液层，形成气体短路，并增大阻力；气量过小或液流量过大，会导致液体从 筛孔泄漏，降低吸收效率。筛孔孔径一般为 3～8mm，开孔率为 5％～15％，空塔气速为 10～25m/s，穿孔气速约为 4.5～12.8m/s， 每层塔板的压降约为 800～2000Pa。与填料塔相比，板式塔空塔 速度较高，处理能力大，但压降损失也较大。 湍球塔是为了强化传质、传热过程，应用流化床技术的一种 特殊填料塔。聚乙烯或聚丙烯制作的球形填料由筛板支撑，加大 气速使填料处于悬浮状态。运动小球的湍动旋转和相互碰撞，使 球面液膜不断更新，强化传质过程，提高了吸收效率。湍球塔的 空塔气速一般为 2～6m／s，静止填料层每层高度一般为 0.2～ 0.3m，每层压降为 400～1200Pa。湍流塔体积小，风速高，处理 量大，吸收效率高，塔内不会堵塞。但塑料小球的湍动有返混现
第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 象,不能承受高温,磨损严重,需经常更换。 各种型式的喷淋塔也被广泛采用。喷淋塔空塔气速一般为为1.5~6m/s,塔 内压降为250~500Pa,液气比较小,适用于极快或快速反应的化学吸收过程。 其特点是结构简单,压降低,不易堵塞,气体处理能力较大,投资费用低;但占 地面积大,效率较低,常用于规模较大的锅炉烟气湿法脱硫以及作预冷却器 第二节气态污染物的吸附净化方法 吸附净化是利用多孔固体表面的微孔捕集废气中的气态污染物,可用于分离 水分、有机蒸气(如甲苯蒸气、氯乙烯、含汞蒸气等)、恶臭、HF、SO2、NO等, 尤其能有效地捕集浓度很低的气态污染物。这是因为固体表面上的分子力处于不 平衡状态,表面具有过剩的力,根据热力学第二定律,凡是能够降低界面能的过 程都可以自发进行,因此固体表面这种过剩的力可以捕捉、滞留周围的物质,在 其表面富集。 1.吸附现象 吸附现象也分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附是由固体吸附剂分子与 气体分子间的静电力或范德华力引起的,两者之间不发生化学作用,是一种可逆 过程。化学吸附是由于固体表面与被吸附分子间的化学键力所引起,两者之间结 合牢固,不易脱附。该吸附需要一定的活化能,故又称活化吸附。 物理吸附与化学吸附的主要区别有:①吸附热。物理吸附多为放热过程,其 吸附热较小(102~103J/mo1),与气体的液化热接近,而化学吸附的吸附热很大 (>42kJ/mol),与化学反应热相近;②温度。物理吸附不需要活化能,吸附与脱 附速率一般不受温度的影响,进行均较快,但低温时吸附量较大,随着温度升髙 被吸附质容易从固体表面脱附,利于吸附剂的再生和被吸附质的回收;而化学吸 附往往需要一定的活化能,吸附与脱附速度都较小,随着温度升髙,吸附和脱附 速率都明显增加;③选择性。物理吸附只取决于吸附剂与吸附质之间的分子力 对不同种类的气体选择性较小,脱附也容易,而化学吸附由特定的化学反应确定, 则具有较高的选择性,某种吸附剂只吸收某些特定的气体,且不易脱附;④吸附 层厚度。物理吸附在低吸附压强时,一般为单分子层,当压强增大后,往往会变 成多分子层,而化学吸附总是在单分子层或单原子层进行 物理吸附与化学吸附往往同时发生,但以某一种吸附为主。如在低温下, 主要是物理吸附,而在较高的温度下,就可能转为化学吸附为主。 2.吸附的基本原理 (1)吸附平衡。在一定温度下,吸附质与吸附剂充分接触后,吸附质附着 于吸附剂上的吸附速度和吸附质脱离吸附剂表面的解吸速度相等时,即吸附质在 气相中的浓度与在固相吸附剂表面的浓度达到动态平衡而不再改变,称为吸附平 衡。此时的吸附量和吸附质在气相中的压力(或浓度)分别称为平衡吸附量和平 衡压力(或平衡浓度),是吸附的极限,一定温度下两者的关系可以用吸附等温方 程或吸附等温曲线来描述。 (2)吸附等温方程。许多学者在大量实验的基础上提出了各种吸附理论, 如朗格缪尔( Langmuir)方程、弗罗因德利希( Freundlich)方程、B.E.T方程等, 但一般只能解释一种或几种吸附现象。其中,朗格缪尔等温式与许多实验现象相 符合,能够解释许多实验结果,目前仍是应用最为广泛的等温式。 第7页
第 7 页 象，不能承受高温，磨损严重，需经常更换。 各种型式的喷淋塔也被广泛采用。喷淋塔空塔气速一般为为 1.5～6m/s，塔 内压降为 250～500Pa，液气比较小，适用于极快或快速反应的化学吸收过程。 其特点是结构简单，压降低，不易堵塞，气体处理能力较大，投资费用低；但占 地面积大，效率较低，常用于规模较大的锅炉烟气湿法脱硫以及作预冷却器。 第二节 气态污染物的吸附净化方法 吸附净化是利用多孔固体表面的微孔捕集废气中的气态污染物，可用于分离 水分、有机蒸气（如甲苯蒸气、氯乙烯、含汞蒸气等）、恶臭、HF、SO2 、NOx 等， 尤其能有效地捕集浓度很低的气态污染物。这是因为固体表面上的分子力处于不 平衡状态，表面具有过剩的力，根据热力学第二定律，凡是能够降低界面能的过 程都可以自发进行，因此固体表面这种过剩的力可以捕捉、滞留周围的物质，在 其表面富集。 1. 吸附现象 吸附现象也分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附是由固体吸附剂分子与 气体分子间的静电力或范德华力引起的，两者之间不发生化学作用，是一种可逆 过程。化学吸附是由于固体表面与被吸附分子间的化学键力所引起，两者之间结 合牢固，不易脱附。该吸附需要一定的活化能，故又称活化吸附。 物理吸附与化学吸附的主要区别有：①吸附热。物理吸附多为放热过程，其 吸附热较小(102～103 J/mo1)，与气体的液化热接近，而化学吸附的吸附热很大 (＞42kJ/mo1)，与化学反应热相近；②温度。物理吸附不需要活化能，吸附与脱 附速率一般不受温度的影响，进行均较快，但低温时吸附量较大，随着温度升高， 被吸附质容易从固体表面脱附，利于吸附剂的再生和被吸附质的回收；而化学吸 附往往需要一定的活化能，吸附与脱附速度都较小，随着温度升高，吸附和脱附 速率都明显增加；③选择性。物理吸附只取决于吸附剂与吸附质之间的分子力， 对不同种类的气体选择性较小，脱附也容易，而化学吸附由特定的化学反应确定， 则具有较高的选择性，某种吸附剂只吸收某些特定的气体，且不易脱附；④吸附 层厚度。物理吸附在低吸附压强时，一般为单分子层，当压强增大后，往往会变 成多分子层，而化学吸附总是在单分子层或单原子层进行。 物理吸附与化学吸附往往同时发生，但以某一种吸附为主。如在低温下， 主要是物理吸附，而在较高的温度下，就可能转为化学吸附为主。 2. 吸附的基本原理 （1）吸附平衡。在一定温度下，吸附质与吸附剂充分接触后，吸附质附着 于吸附剂上的吸附速度和吸附质脱离吸附剂表面的解吸速度相等时，即吸附质在 气相中的浓度与在固相吸附剂表面的浓度达到动态平衡而不再改变，称为吸附平 衡。此时的吸附量和吸附质在气相中的压力 (或浓度)分别称为平衡吸附量和平 衡压力(或平衡浓度)，是吸附的极限，一定温度下两者的关系可以用吸附等温方 程或吸附等温曲线来描述。 （2）吸附等温方程。许多学者在大量实验的基础上提出了各种吸附理论， 如朗格缪尔(Langmuir)方程、弗罗因德利希(Freundlich)方程、B.E.T 方程等， 但一般只能解释一种或几种吸附现象。其中，朗格缪尔等温式与许多实验现象相 符合，能够解释许多实验结果，目前仍是应用最为广泛的等温式