1、2022-7-29第07章气态污染物控制技术1w第第07章气态污染物控制章气态污染物控制技术技术1w第07章气态污染物控制技术1w第一节第一节 气体扩散气体扩散l气态污染物脱除过程的单元操作气态污染物脱除过程的单元操作流体输送流体输送热量传递热量传递质量传递质量传递l 气体扩散过程气体扩散过程l分子扩散分子运动引起的l湍流扩散流体质点运动引起的第07章气态污染物控制技术1w气体扩散气体扩散l气体在气相中的扩散（气体在气相中的扩散（Gilliland 方程）方程）第07章气态污染物控制技术1w气体在气相中的扩散气体在气相中的扩散l扩散系数扩散系数物质的特性常数之一物质的特性常数之一 P236影响
2、因素：影响因素：l介质的种类介质的种类l温度温度l压强压强l浓度浓度第07章气态污染物控制技术1w气体在气相中的扩散气体在气相中的扩散l部分气体在空气中的扩散系数（部分气体在空气中的扩散系数（0oC，101.33kPa）第07章气态污染物控制技术1w扩散系数的测量扩散系数的测量lStephan过程过程第07章气态污染物控制技术1w气体在液相中的扩散气体在液相中的扩散l在液相中的扩散系数在液相中的扩散系数估算方程估算方程扩散系数随溶液浓度变化很大扩散系数随溶液浓度变化很大上式只适用于稀溶液上式只适用于稀溶液第07章气态污染物控制技术1w气体在液相中的扩散（续）气体在液相中的扩散（续）l某些物质在
3、水中的扩散系数（某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液），稀溶液）第07章气态污染物控制技术1w溶解度计算例题溶解度计算例题lP301 7-1 l解：解：(1)由式由式713得：得：x=P*/E=5002/1.88105=5.32105 摩尔分数摩尔分数 由式由式714得：得：m=y*/x 已知：已知：y*=2%（体积）（体积）0.02m3/22.4103 =8.93107 kmol/m3 所以：所以：m=y*/x 8.93107/5.32105=1.68102 kmol/m3 由式由式718得溶液的平均分子量：得溶液的平均分子量：Mm=Mx x+Ms(1x)=44 5.32105+18(
4、15.32105)18 由式由式717得溶液的总浓度：得溶液的总浓度：Ct=l/Mm=1000/18=55.56 kmol/m3 所以溶质的浓度为：所以溶质的浓度为：C=Ct x =55.56 5.32105=2.96103 kmol/m3 由式由式712可求得：可求得：HC/P*2.96103/50022.96104 kmol/m3 用简化公式：用简化公式：Hs/Ms E=1000/181.88105=2.96104 kmol/m3第07章气态污染物控制技术1w第二节第二节 气体吸收气体吸收l吸收机理吸收机理 1.双膜模型（应用最广）双膜模型（应用最广）l假定假定:l界面两侧存在气膜和液膜界
5、面两侧存在气膜和液膜,膜内为层流膜内为层流,传质阻力传质阻力只在膜内只在膜内l气膜和液膜外湍流流动气膜和液膜外湍流流动,无浓度梯度无浓度梯度,即无扩散阻即无扩散阻力力l气液界面上气液界面上,气液达溶解平衡气液达溶解平衡 即即:CAi=HPAil膜内无物质积累膜内无物质积累,即达稳态即达稳态.第07章气态污染物控制技术1w双膜理论双膜理论l双膜模型双膜模型气相分传质速率气相分传质速率液相分传质速率液相分传质速率总传质速率方程总传质速率方程xAL第07章气态污染物控制技术1w气液平衡气液平衡l平衡吸收过程的传质速率等于解吸过程平衡吸收过程的传质速率等于解吸过程l溶解度溶解度每每100kg水中溶解气
6、体的水中溶解气体的kg数数溶解度是系统的温度和气相组成的函数溶解度是系统的温度和气相组成的函数 第07章气态污染物控制技术1w气液平衡气液平衡l常见气体的平衡溶解度常见气体的平衡溶解度第07章气态污染物控制技术1w亨利定律亨利定律l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。第07章气态污染物控制技术1w亨利定律（续）亨利定律（续）l亨利系数亨利系数 H、E、m 其中其中 H 又称为溶解度系数，又称为溶解度系数，H 是温度的函数，随温度是温度的函数，随温度的增加而减小。的增加而减小。H 的大小反映了
7、气体溶解的难易程度。的大小反映了气体溶解的难易程度。易则易则 H 大、难则大、难则 H 小。小。E 又称为相平衡常数。又称为相平衡常数。l亨利系数之间的换算亨利系数之间的换算第07章气态污染物控制技术1w吸收系数吸收系数吸收系数的不同形式吸收系数的不同形式第07章气态污染物控制技术1w传质阻力传质阻力传质阻力吸收系数的倒数传质阻力吸收系数的倒数第07章气态污染物控制技术1w吸收过程的气膜控制与液膜控制吸收过程的气膜控制与液膜控制l气膜阻力和液膜阻力的大小取决于被吸收组分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的相平衡常数 m 和溶解度系数和溶解度系数 H。l对于易溶气体，对于易溶气
8、体，m 很小、很小、H很大，总阻力近似很大，总阻力近似等于气膜阻力，这种情况称为气膜控制。等于气膜阻力，这种情况称为气膜控制。l对于难溶气体，对于难溶气体，m 很大、很大、H 很小很小,总阻力近似总阻力近似等于液膜阻力等于液膜阻力,这种情况称为液膜控制。这种情况称为液膜控制。第07章气态污染物控制技术1w传质过程传质过程l吸收系数的影响因素吸收系数的影响因素吸收质与吸收剂吸收质与吸收剂设备、填料类型设备、填料类型流动状况、操作条件流动状况、操作条件l吸收系数的获取吸收系数的获取实验测定；经验公式计算；准数关联计算实验测定；经验公式计算；准数关联计算第07章气态污染物控制技术1w常用吸收系数经验
9、式常用吸收系数经验式第07章气态污染物控制技术1w界面浓度的计算界面浓度的计算l作图法作图法l 解析法解析法l稀溶液亨利定律+传质方程第07章气态污染物控制技术1w物理吸收物理吸收l操作线方程操作线方程l操作线、平衡线和吸收推动力操作线、平衡线和吸收推动力第07章气态污染物控制技术1w物理吸收物理吸收l最小液气比最小液气比吸收塔的最小液气比吸收塔的最小液气比第07章气态污染物控制技术1w物理吸收物理吸收l填料塔高度计算填料塔高度计算水吸收水吸收SO2的平衡线和操作线的平衡线和操作线第07章气态污染物控制技术1w吸收法净化气态污染物吸收法净化气态污染物 的特点的特点 吸收法净化气态污染物，是用适
10、当的吸收剂，从废气中选择性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：特点：l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。气液相化学反应的吸收过程。l废气中气态污染物的成
11、分复杂。例如，燃烧产生的烟气中，除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 外还含有外还含有NOx、CO2、O2 和烟尘等。处理它们会给吸收和烟尘等。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。操作带来种种困难，吸收操作是在极不利的条件下进行的。第07章气态污染物控制技术1w吸收法净化气态污染物吸收法净化气态污染物 的特点（续）的特点（续）l需要处理的废气往往是气量大、温度高、压力低，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。题需要研究。l吸收了气态污染
12、物的溶液需要处理，否则将造成吸收了气态污染物的溶液需要处理，否则将造成二次污染。二次污染。l吸收过程中直接得到的或者经过二次处理后再得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。吸收过程的运行费用。第07章气态污染物控制技术1w化学吸收化学吸收l化学吸收的优点化学吸收的优点溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的溶质量增多溶质量增多液膜扩散阻力降低液膜扩散阻力降低填料表面的停滞层仍为有效湿表面填料表面的停滞层仍为有效湿表面第07章气态污染物控制技术1
13、w化学吸收的四种类型化学吸收的四种类型两分子反应中相界面附近液相内两分子反应中相界面附近液相内A与与B的浓度分布的浓度分布第07章气态污染物控制技术1w化学吸收的气液平衡化学吸收的气液平衡平衡浓度计算平衡浓度计算第07章气态污染物控制技术1w相平衡与化学平衡的关系相平衡与化学平衡的关系l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。关系，也应服从化学平衡关系。l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
14、条件。分子的浓度，而此浓度决定于溶液中进行反应的平衡条件。l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。一的物理吸收，可以获得较高净化效率和较高反应速度。第07章气态污染物控制技术1w化学吸收速率化学吸收速率l吸收速率吸收速率物理吸收时物理吸收时化学吸收时化学吸收时l 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第07章气态污染物控制技术1w吸收设备吸收设备 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，气态污染物吸收净化过程，处理的是一些低浓度气态污染
15、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。作吸收设备。l吸收设备的类型吸收设备的类型 根据气液两相界面形成的原理，吸收设备可以分为三类：根据气液两相界面形成的原理，吸收设备可以分为三类：具有固定相界面的吸收设备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。例如：石英管吸收器，石墨吸收器，列管式湿壁吸收器等。在气液两相流动过程中形成相界面的吸收设备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。例如：填料吸收塔
16、，筛板吸收塔，泡沫吸收塔等。有外部能量引入的吸收设备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。例如：带有机械搅拌的卧式吸收器，喷洒式吸收器等。第07章气态污染物控制技术1w 吸收设备吸收设备.常用吸收设备常用吸收设备第07章气态污染物控制技术1w吸收设备吸收设备l喷淋塔喷淋塔第07章气态污染物控制技术1w吸收设备吸收设备第07章气态污染物控制技术1w吸收设备吸收设备l喷淋塔的主要操作、技术要求喷淋塔的主要操作、技术要求 压力损失压力损失 通常为通常为100200Pam塔高。塔高。空塔气流速度空塔气流速度 为液滴沉降速度的为液滴沉降速度的50，一般取，一般取0.6
17、-1.2ms。液滴直径液滴直径 一般取一般取0.5-1.0mm 液气比液气比 一般取一般取0.21.0Kgm3l喷淋塔的特点喷淋塔的特点 结构简单、压力损失小、操作稳定方便，但效率不高结构简单、压力损失小、操作稳定方便，但效率不高。第07章气态污染物控制技术1w吸收设备吸收设备l填料塔填料塔第07章气态污染物控制技术1w填料塔填料塔第07章气态污染物控制技术1w吸收设备吸收设备l填料塔的主要操作、技术要求填料塔的主要操作、技术要求 液体喷淋密度液体喷淋密度10m3(hm2)；空塔气速一般为空塔气速一般为0.31.5ms；压降通常为压降通常为0.150.60KPam填料，填料，液气比为液气比为0
18、.52.0Kgm3；填料塔高度与直径比填料塔高度与直径比3。l塔壁效应塔壁效应 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。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。l克服塔壁效应的方法克服塔壁效应的方法 塔径与填料尺寸比塔径与填料尺寸比8；填料分层（填料层高度太大时），每层为塔径的填料分层（填料层高度太大时），每层为塔径的3倍（拉西环）至倍（拉西环）至8倍（包倍（包尔环、鞍型填料）尔环、鞍型填料）第07章气态污染物控制技术1w吸收设备吸收设备l湍球塔湍球塔 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。它是填料塔的一种特殊情况，其填料
19、为在塔内不断湍动的空心和实心小球。l主要操作、技术要求主要操作、技术要求 支承板的开孔率为支承板的开孔率为0.350.45，限位板的开孔率为限位板的开孔率为0.80.9；填料的静止床层高为填料的静止床层高为0.20.3m；小球应质轻、耐磨、耐腐蚀、耐高湿，直径为小球应质轻、耐磨、耐腐蚀、耐高湿，直径为2540mm。空塔气速一般为空塔气速一般为26ms。l湍球塔的优缺点湍球塔的优缺点 优点：气流速度高、处理能力大，设备体积小，吸收效率高。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。缺点：有一定程度的返混，阻力大，小球的材质存在问题。第
20、07章气态污染物控制技术1w旋流板塔旋流板塔 l旋流板塔简介旋流板塔简介 旋流板塔（专利号旋流板塔（专利号ZL94210374.2）是浙江大学谭天恩教授为首的研究小组）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、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
21、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：和经济效益，曾荣获：1978年全国科学大会奖；年全国科学大会奖；1984年度国家发明奖；年度国家发明奖；1986年度四川省科技进步奖；年度四川省科技进步奖；1987年度浙江省科技进步奖；年度浙江省科技进步奖；1993年化工部科技进步二等奖；年化工部科技进步二等奖；1996年国家教委科技进步三等奖；年国家教委科技进步三等奖；1999年浙江省环境保护二等奖。年浙江省环境保护二等奖。第07章气态污染物控制技术1w旋流板塔旋流板塔l旋流塔板的主要特点旋流塔板的主要特
22、点 传质、传热效果好，气相单板效率可达传质、传热效果好，气相单板效率可达50%；多；多块旋流塔板的脱硫效率可达块旋流塔板的脱硫效率可达90%以上；以上；防堵性能好、操作弹性宽、适用范围广、操作管防堵性能好、操作弹性宽、适用范围广、操作管理方便；理方便；气液负荷高，雾沫夹带少；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；塔板压降低，系统阻力小；运行费用低；除尘性能好，可达除尘性能好，可达98%以上。以上。第07章气态污染物控制技术1w旋流板塔旋流板塔l旋流板塔工作原理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旋流板塔工作时，烟气由塔底从切向高速
23、进入，在塔板叶片的导向作用下旋转上升。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。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。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等酸性气体被碱性等酸性气体被碱性液体吸收的效
24、果好；旋流板塔同时具有很好的除尘性能，气体中的尘粒液体吸收的效果好；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。较高的除尘除雾效率。第07章气态污染物控制技术1w旋流板塔旋流板塔l主要操作、技术要求主要操作、技术要求 压力损失压力损失 通常为通常为200300Pa层。层。空塔气流速度空塔气流速度 2.04.0m/s。液气比液气比 0.21.0Kgm3l设备设计参数设备设计参数 每层旋流板块数：直径每层旋流板块数：直径1800时，时，32块（气体净化）、
25、块（气体净化）、25块（兼除尘）；块（兼除尘）；盲板直径一般为塔径的盲板直径一般为塔径的1/4左右；左右；叶片仰角：叶片仰角：25，叶片径向角：，叶片径向角：18 25；罩筒高度：罩筒高度：200300mm；叶片厚度：叶片厚度：5mm。第07章气态污染物控制技术1w旋流板塔旋流板塔l旋流板塔的制作材料旋流板塔的制作材料 工程塑料工程塑料 塑料板材和焊条（壳体板材厚度大于塑料板材和焊条（壳体板材厚度大于8mm、叶片板材厚度、叶片板材厚度5mm）全不锈钢全不锈钢 316L不锈钢（壳体钢板厚度大于不锈钢（壳体钢板厚度大于3mm、叶片钢板厚度大于、叶片钢板厚度大于3mm）和焊条。）和焊条。外壳花岗岩（
26、麻石）、叶片不锈钢外壳花岗岩（麻石）、叶片不锈钢 应设置检修门，方便更换。应设置检修门，方便更换。普通炭钢，外敷防腐涂层普通炭钢，外敷防腐涂层 注意防止由于热膨胀防腐涂层脱落问题注意防止由于热膨胀防腐涂层脱落问题l塔板数及其配置塔板数及其配置 一般一般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。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。吸收和除尘装置上。各层旋转方向一致。各层旋转方向一致。第07章气态污染物控制技术1w旋流板塔旋流板塔l旋流板塔的制作工艺（以塑料为例）旋流板塔的制作工艺（以塑料为例）卷筒（外壳组件）卷筒（外壳组件）制作旋流板制作旋流板 内支撑件（塑料管壁开槽）内支撑件（塑料管壁开槽）外支撑件（塑料板开槽、焊接成型）外支撑件（塑料板开槽、焊接成型）叶片制作、插入叶片制作、插入 旋流板整体焊接（双面）旋流板整体焊接（双面）塔体筒体成型焊接塔体筒体成型焊接 下部焊接下部焊接 塔体塔体定位定位 筒体焊接筒体焊接 开检修门、观察孔开检修门、观察孔 安装喷淋装置安装喷淋装置 上部椎体（成型、与筒体组合）焊接上部椎体（成型、与筒体组合）焊接2022-7-29第07章气态污染物控制技术1w
