第07章氣態(tài)污染物控制技術1w課件

1、第07章氣態(tài)污染物控制技術1w2022/7/25第07章氣態(tài)污染物控制技術1w第一節(jié) 氣體擴散氣態(tài)污染物脫除過程的單元操作流體輸送熱量傳遞質量傳遞 氣體擴散過程分子擴散分子運動引起的湍流擴散流體質點運動引起的第07章氣態(tài)污染物控制技術1w氣體擴散氣體在氣相中的擴散（Gilliland 方程）第07章氣態(tài)污染物控制技術1w氣體在氣相中的擴散擴散系數(shù)物質的特性常數(shù)之一 P236影響因素：介質的種類溫度壓強濃度第07章氣態(tài)污染物控制技術1w氣體在氣相中的擴散部分氣體在空氣中的擴散系數(shù)（0oC，101.33kPa）第07章氣態(tài)污染物控制技術1w擴散系數(shù)的測量Stephan過程第07章氣態(tài)污染物控制技術

2、1w氣體在液相中的擴散在液相中的擴散系數(shù)估算方程擴散系數(shù)隨溶液濃度變化很大上式只適用于稀溶液第07章氣態(tài)污染物控制技術1w氣體在液相中的擴散（續(xù)）某些物質在水中的擴散系數(shù)（20oC，稀溶液）第07章氣態(tài)污染物控制技術1w溶解度計算例題P301 7-1 解：(1) 由式713得：x = P*/E = 5002/1.88105=5.32105 摩爾分數(shù) 由式714得：m = y*/x 已知：y* = 2%（體積）0.02m3/22.4103 = 8.93107 kmol/m3 所以：m = y*/x 8.93107 / 5.32105 = 1.68102 kmol/m3 由式718得溶液的平均分子

3、量： Mm = Mx x + Ms(1x) = 44 5.32105 +18(15.32105) 18 由式717得溶液的總濃度：Ct = l/ Mm = 1000/18 = 55.56 kmol/m3 所以溶質的濃度為：C = Ct x = 55.56 5.32105 = 2.96103 kmol/m3 由式712可求得：HC/ P*2.96103/ 50022.96104 kmol/m3 用簡化公式：Hs/ Ms E = 1000/181.88105 =2.96104 kmol/m3第07章氣態(tài)污染物控制技術1w第二節(jié) 氣體吸收吸收機理 1.雙膜模型（應用最廣）假定:界面兩側存在氣膜和液膜

4、,膜內為層流, 傳質阻力只在膜內氣膜和液膜外湍流流動,無濃度梯度, 即無擴散阻力氣液界面上,氣液達溶解平衡 即:CAi=HPAi膜內無物質積累,即達穩(wěn)態(tài).第07章氣態(tài)污染物控制技術1w雙膜理論雙膜模型氣相分傳質速率液相分傳質速率總傳質速率方程xAL第07章氣態(tài)污染物控制技術1w氣液平衡平衡吸收過程的傳質速率等于解吸過程溶解度每100kg水中溶解氣體的kg數(shù)溶解度是系統(tǒng)的溫度和氣相組成的函數(shù) 第07章氣態(tài)污染物控制技術1w氣液平衡常見氣體的平衡溶解度第07章氣態(tài)污染物控制技術1w亨利定律亨利定律一定溫度下，稀溶液中溶質的溶解度與氣相中溶質的平衡分壓成正比一定溫度下，氣體溶質的分壓與它在溶液中的濃

5、度(摩爾分率)成正比。 第07章氣態(tài)污染物控制技術1w亨利定律（續(xù)）亨利系數(shù) H、E、m 其中 H 又稱為溶解度系數(shù)，H 是溫度的函數(shù)，隨溫度的增加而減小。H 的大小反映了氣體溶解的難易程度。易則 H 大、難則 H 小。 E 又稱為相平衡常數(shù)。 亨利系數(shù)之間的換算第07章氣態(tài)污染物控制技術1w吸收系數(shù)吸收系數(shù)的不同形式第07章氣態(tài)污染物控制技術1w傳質阻力傳質阻力吸收系數(shù)的倒數(shù)第07章氣態(tài)污染物控制技術1w吸收過程的氣膜控制與液膜控制氣膜阻力和液膜阻力的大小取決于被吸收組分的相平衡常數(shù) m 和溶解度系數(shù) H。對于易溶氣體，m 很小、H很大，總阻力近似等于氣膜阻力，這種情況稱為氣膜控制。對于難溶

6、氣體，m 很大、H 很小,總阻力近似等于液膜阻力, 這種情況稱為液膜控制。第07章氣態(tài)污染物控制技術1w傳質過程吸收系數(shù)的影響因素吸收質與吸收劑設備、填料類型流動狀況、操作條件吸收系數(shù)的獲取實驗測定；經(jīng)驗公式計算；準數(shù)關聯(lián)計算第07章氣態(tài)污染物控制技術1w常用吸收系數(shù)經(jīng)驗式第07章氣態(tài)污染物控制技術1w界面濃度的計算作圖法 解析法稀溶液亨利定律+傳質方程第07章氣態(tài)污染物控制技術1w物理吸收操作線方程操作線、平衡線和吸收推動力第07章氣態(tài)污染物控制技術1w物理吸收最小液氣比（平衡線上凸）吸收塔的最小液氣比第07章氣態(tài)污染物控制技術1w物理吸收填料塔高度計算水吸收SO2的平衡線和操作線第07章氣

7、態(tài)污染物控制技術1w吸收法凈化氣態(tài)污染物 的特點 吸收法凈化氣態(tài)污染物，是用適當?shù)奈談?，從廢氣中選擇性地吸收除去氣態(tài)污染物以消除污染。這樣的吸收過程具有如下特點：所要處理的廢氣中的氣態(tài)污染物濃度一般都很低，為了達到排放標準，要求吸收過程具有較高的吸收效率和吸收速度，化學吸收一般能滿足這一要求，因此凈化廢氣的吸收，常常是伴有氣液相化學反應的吸收過程。廢氣中氣態(tài)污染物的成分復雜。例如，燃燒產(chǎn)生的煙氣中，除SO2 外還含有NOx 、CO2 、O2 和煙塵等。處理它們會給吸收操作帶來種種困難，吸收操作是在極不利的條件下進行的。第07章氣態(tài)污染物控制技術1w吸收法凈化氣態(tài)污染物 的特點（續(xù)）需要處理的

8、廢氣往往是氣量大、溫度高、壓力低，吸收凈化這樣的廢氣在技術和經(jīng)濟上尚有不少問題需要研究。吸收了氣態(tài)污染物的溶液需要處理，否則將造成二次污染。吸收過程中直接得到的或者經(jīng)過二次處理后再得到的副產(chǎn)品，往往是價格低廉的產(chǎn)品，難于補償吸收過程的運行費用。第07章氣態(tài)污染物控制技術1w化學吸收化學吸收的優(yōu)點溶質進入溶劑后因化學反應消耗掉，溶劑容納的溶質量增多液膜擴散阻力降低填料表面的停滯層仍為有效濕表面第07章氣態(tài)污染物控制技術1w化學吸收的四種類型兩分子反應中相界面附近液相內A與B的濃度分布第07章氣態(tài)污染物控制技術1w化學吸收的氣液平衡平衡濃度計算第07章氣態(tài)污染物控制技術1w相平衡與化學平衡的關系化

9、學吸收過程既應服從被吸收組分的氣液平衡關系即相平衡關系，也應服從化學平衡關系。在這種情況下，亨利定律僅可適用于被溶解氣體沒有變化的分子的濃度，而此濃度決定于溶液中進行反應的平衡條件。從化學平衡移動原理的角度就可以理解為什么化學吸收比單一的物理吸收，可以獲得較高凈化效率和較高反應速度。 第07章氣態(tài)污染物控制技術1w化學吸收速率吸收速率物理吸收時化學吸收時K1未發(fā)生化學反應時的液相傳質分系數(shù)由于化學反應使吸收速率增強的系數(shù) 相當于選取相同的推動力C, 選用不同的傳質系數(shù)引入增強系數(shù)第07章氣態(tài)污染物控制技術1w吸收設備 氣態(tài)污染物吸收凈化過程，處理的是一些低濃度氣態(tài)污染物，且氣體量大，因而多選用

10、氣相為連續(xù)相、液相為分散相、湍流程度較高、相界面大的設備作吸收設備。吸收設備的類型 根據(jù)氣液兩相界面形成的原理，吸收設備可以分為三類： 具有固定相界面的吸收設備 例如：石英管吸收器，石墨吸收器，列管式濕壁吸收器等。 在氣液兩相流動過程中形成相界面的吸收設備 例如：填料吸收塔，篩板吸收塔，泡沫吸收塔等。 有外部能量引入的吸收設備 例如：帶有機械攪拌的臥式吸收器，噴灑式吸收器等。第07章氣態(tài)污染物控制技術1w 吸收設備.常用吸收設備第07章氣態(tài)污染物控制技術1w吸收設備噴淋塔第07章氣態(tài)污染物控制技術1w吸收設備第07章氣態(tài)污染物控制技術1w吸收設備噴淋塔的主要操作、技術要求 壓力損失 通常為10

11、0200Pam塔高。 空塔氣流速度 為液滴沉降速度的50，一般取0.6-1.2ms。 液滴直徑 一般取0.5-1.0mm 液氣比 一般取0.21.0Kgm3噴淋塔的特點 結構簡單、壓力損失小、操作穩(wěn)定方便，但效率不高 。第07章氣態(tài)污染物控制技術1w吸收設備填料塔第07章氣態(tài)污染物控制技術1w填料塔第07章氣態(tài)污染物控制技術1w吸收設備填料塔的主要操作、技術要求 液體噴淋密度10m3 (hm2 )； 空塔氣速一般為0.31.5ms； 壓降通常為0.150.60KPam填料， 液氣比為0.52.0Kgm3 ； 填料塔高度與直徑比3。 塔壁效應 液體流經(jīng)填料層時，有向塔壁匯集的趨向，中心的填料不能

12、充分加濕?？朔谛姆椒?塔徑與填料尺寸比8； 填料分層（填料層高度太大時），每層為塔徑的3倍（拉西環(huán)）至8倍（包爾環(huán)、鞍型填料）第07章氣態(tài)污染物控制技術1w吸收設備湍球塔 它是填料塔的一種特殊情況，其填料為在塔內不斷湍動的空心和實心小球。主要操作、技術要求 支承板的開孔率為0.350.45， 限位板的開孔率為0.80.9； 填料的靜止床層高為0.20.3m； 小球應質輕、耐磨、耐腐蝕、耐高濕，直徑為2540mm。 空塔氣速一般為26ms。湍球塔的優(yōu)缺點 優(yōu)點：氣流速度高、處理能力大，設備體積小，吸收效率高。 缺點：有一定程度的返混，阻力大，小球的材質存在問題。第07章氣態(tài)污染物控制技術

13、1w旋流板塔 旋流板塔簡介 旋流板塔（專利號ZL94210374.2）是浙江大學譚天恩教授為首的研究小組發(fā)明的一種高效、節(jié)能的專利傳質設備，適宜于進行快速吸收、洗滌、增減濕、氣體直接傳熱、除霧、除塵等操作過程。自70年代問世以來在環(huán)保、石油、化工、輕工、冶金等行業(yè)得到普遍的重視和應用。近年來更是成為煙氣脫硫除塵和工業(yè)廢氣治理領域的一朵奇葩，創(chuàng)造了巨大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益，曾榮獲：1978年全國科學大會獎；1984年度國家發(fā)明獎；1986年度四川省科技進步獎；1987年度浙江省科技進步獎；1993年化工部科技進步二等獎；1996年國家教委科技進步三等獎；1999年浙江省環(huán)境保護二等獎。 第07

14、章氣態(tài)污染物控制技術1w旋流板塔旋流塔板的主要特點 傳質、傳熱效果好，氣相單板效率可達50%；多塊旋流塔板的脫硫效率可達90%以上； 防堵性能好、操作彈性寬、適用范圍廣、操作管理方便； 氣液負荷高，霧沫夾帶少； 塔板壓降低，系統(tǒng)阻力?。贿\行費用低； 除塵性能好，可達98%以上。 第07章氣態(tài)污染物控制技術1w旋流板塔旋流板塔工作原理旋流板塔工作時，煙氣由塔底從切向高速進入，在塔板葉片的導向作用下旋轉上升。 逐板下流的液體在塔板上被煙氣噴成霧滴狀，使氣液間有很大的接觸面積。 液滴在氣流的帶動下旋轉，產(chǎn)生的離心力強化氣液間的接觸，最后被甩到塔壁上，沿壁下流，經(jīng)過溢流裝置流到下一層塔板上，再次被氣流

15、霧化而進行氣液接觸。 由于塔內提供了良好的氣液接觸條件，氣體中的SO2等酸性氣體被堿性液體吸收的效果好；旋流板塔同時具有很好的除塵性能，氣體中的塵粒在旋流塔板上被水霧粘附，并受離心力作用甩到塔壁而除去，從而具有較高的除塵除霧效率。第07章氣態(tài)污染物控制技術1w旋流板塔主要操作、技術要求 壓力損失 通常為200300Pa層。 空塔氣流速度 2.04.0m/s。 液氣比 0.21.0Kgm3設備設計參數(shù) 每層旋流板塊數(shù)：直徑1800時，32塊（氣體凈化）、25塊（兼除塵）； 盲板直徑一般為塔徑的1/4左右； 葉片仰角：25，葉片徑向角： 18 25； 罩筒高度：200300mm； 葉片厚度：5mm。 第07章氣態(tài)污染物控制技術1w旋流板塔旋流板塔的制作材料 工程塑料 塑料板材和焊條（殼體板材厚度大于8mm、葉片板材厚度5mm） 全不銹鋼 316L不銹鋼（殼體鋼板厚度大于3mm、葉片鋼板厚度大于3mm）和焊條。 外殼花崗巖（麻石）、葉片不銹鋼 應設置檢修門，方便更換。 普通炭鋼，外敷防腐涂層 注意防止由于熱膨脹防腐涂層脫落問題塔板數(shù)及其配置 一般3層，最上一層外脫水器，其余二層均為氣體吸收和除塵裝置。 噴淋裝置可設置在上一層的氣體吸收和除塵裝置上，也設置在每