《大气污染控制工程》复习资料

第七章 气态污染物控制技术基础

一、吸收法净化气态污染物

定义：气体吸收是用液体洗涤含污染物的气体，而从废气中把一种或多种污染物除去。 物理吸收

可视为单纯的物理溶解过程 物理吸收过程可逆

平衡时，吸收速率=解吸速率

降低温度或增加压力，有利于吸收过程 化学吸收

吸收质与吸收剂之间发生化学反应 若为不可逆反应，则不能解吸

提高温度或增大压力，有利于化学吸收 吸收净化的基本原理

气液相平衡

在一定的温度和压力下，气液两相发生接触后，吸收速率和解析速率相等（意味着：吸收质在气相中的分压和在液相中的浓度不再变化），气液两相达到平衡，简称相平衡。

平衡分压：相平衡时气相中的组分分压称为平衡分压

平衡溶解度（简称溶解度）

相平衡时液相吸收剂（溶剂）所溶解组分的浓度称为平衡溶解度（每100kg水中溶解气体的kg数） ⑴气体在液体中的溶解度

结论

不同性质的气体在同一温度和压力下的溶解度不同；

气体的溶解度与温度有关，多数气体的溶解度随温度的升高而降低；

温度一定时，溶解度随溶质分压升高而增大。在吸收系统中，增加气相总压，组分的分压会增加，溶解度也随之增加。 ⑵ 亨利定律

亨利定律：适用于低压或低压、稀溶液中，且吸收质（被吸收组分）在气相与溶剂中的分子状态应相同。

描述物理吸收时气液相间的相平衡关系：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

c?H?p*

适用范围：

x?p*/E难溶、较难溶气体

*y?m?x易溶、较易溶气体，仅用于液相浓度非常低的情况

⑶ 吸收机理

双膜理论模型 假定:

1、当气液两相接触时，两相间有一个相界面，界面两侧存在气膜和液膜,膜内为层流, 溶质以分子扩散方式从气流主体连续通过这两个膜层进入液相主体。

2、在相界面上，气液两相的浓度总是互相平衡，即界面上不存在吸收阻力

3、在气相和液相主体内没有浓度梯度存在 4、吸收过程可简化为通过气液两层层流膜的分子扩散，通过此两层膜的分子扩散阻力就是吸收过程的总阻力

⑷吸收系数 传质阻力

传质阻力——吸收系数的倒数

传质总阻力＝气相传质阻力＋液相传质阻力

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组分从气相传质到液相的总阻力 组分在气相主体中的传质阻力 组分在气相主体流中的传质阻力

液膜控制：如难溶气体（稀碱溶液吸收CO2，水吸收O2） 气膜控制：如易溶气体（碱或氨液吸收SO2） 气膜控制 H2O吸收NH3 H2O吸收HCL 碱液或氨水吸收SO2 浓硫酸吸收SO2 弱碱吸收H2S

液膜控制 H2O或弱碱吸收CO2 H2O吸收CL2 H2O吸收O2 H2O吸收H2 双膜控制 H2O吸收SO2 H2O吸收丙酮 浓硫酸吸收NO2 吸收系数的影响因素 1.吸收质与吸收剂 2.设备、填料类型 3.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

二、吸收设备

填料塔、板式塔、文丘里洗涤器 1.填料塔

以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，属连续接触式气液传质设备。 支承板、填料压板

壁流现象及控制

当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流

壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。当填料层较高时，须进行分段，中间设置在分布装置。

填料塔特点：生产能力大、分离效率高、压力降小、持液量小、操作弹性大；但当液体负荷较小时不能有效的润湿填料表面，使传质效率降低

2.板式塔

以塔内的塔板作为气液两相间接触的基本构件，气、液两相在塔内进行逐级接触

塔板结构：有降液管和无降液管两大类 有降液管：如图，塔板、溢流管

无降液管：气、液两相同时逆向通过塔板上的小孔

填料塔特点：生产能力大、分离效率稳定、造价低、检修、清洗方便；但压力损失大

3.文丘里洗涤器

适用于吸收剂用量小的吸收操作

填料塔特点：体积小，但处理能力很大，可兼做冷却除尘设备；缺点是压力损失大，能耗高。

二、吸附法净化气态污染物

1. 吸附剂的性质：

1、 要具有巨大的内表面； 2、对不同气体具有选择的吸附作用； 3、较高的机械强度、

化学与热稳定性； 4、吸附容量大；5、来源广泛，造价低廉；6、良好的再生性能。

2. 常用吸附剂：白土（硅铝酸盐）：各种油类脱色，和其中的臭味；活性氧化铝：水分的

吸附，气体和液体的干燥；硅胶：坚硬多空的固体颗粒，用于气体的干燥和从废气中回收极为游泳的烃类气体；活性炭：溶剂蒸气的回收、烃类气体提取分离，动植物由的精制，空气或其他气体的脱臭，水合其他溶剂的脱色等；沸石分子筛。 3. 吸附剂的活性：

静活性：是指在一定温度下，与气相中被吸附物质的初始浓度平衡时单位吸附剂上可能吸附的最大吸附量。

动活性：吸附过程还没有达到平衡时单位吸附剂吸附吸附质的量。当流出气体中发现有吸附质时，吸附器中的吸附剂层已穿透，这时单位吸附剂所吸附吸附质的量称为动活性。

4. 吸附剂的再生：加热再生、降压或真空解吸、置换再生、溶剂萃取。

5. 化学吸收同物理吸收的区别：

1、 化学吸收进入溶剂后又化学反应的发生，单位体积的溶剂能够容纳的溶质量增多，

溶液的分压降低，吸收推动力增加；

2、 溶质在液膜中的扩散阻力大为降低，使得吸收系数增大；

3、 填料表面有一部分液体停滞不动或流动很缓慢，在物理吸收中这部分液体往往被溶

质所饱和而不能再进行吸收，但在化学吸收中则要吸收多得多的溶质才能达到饱和。对于物理吸收不是有效的是表面，对于化学吸收仍然可能是有效的。 6. 物理吸附和化学吸附的区别（简答）：

（物）：一种物理作用，分子间力（范德华力）； （化）：一种表面化学反应（化学键力）。 （物）：极快，常常瞬间即达平衡； 吸附速率 （化）：较慢，达平衡需较长时间。 吸附热 （物）：与气体的液化热相近,较小（几百焦耳/mol左右）； （区别二者（化）：与化学反应热相近，很大（>42kJ/mol）。 的重要标（物）：没有多大的选择性（可逆）； 选择性 （化）：具有较高的选择性（不可逆）。 （物）：吸附与脱附速率一般不受温度的影响，但吸附量随温度上升而下降； 温度的影响 （化）：可看成一个表面化学过程，需一定的活化能，吸附与脱附速率随温度升高而明显加快。 （物）：单分子层或双分子层，解析容易，低压多为单分吸附层厚度 子层随吸附压力增加变为多分子层； （化）：总是单分子层或单原子层，且不易解吸。 吸附作用力

影响气体吸附的因素：操作条件:低温有利于物理吸附，高温有利于化学吸附，增大气相主体压力有利于吸附；吸附剂的性质如孔隙率、孔径、粒度等影响吸附；吸附质的性质与浓度；吸附剂的活性。