第4讲 气态污染物净化设备设计.ppt

第四讲 气态污染物净化设备设计 4.1 气态污染物吸收设备设计 4.2 气态污染物吸附设备设计 4.3 气态污染物催化反应设备设计 4.1气态污染物吸收设备设计 4.1.1 吸收设备类型 4.1.2 吸收设备设计内容 设计内容 设计理论基础 设计思路 4.1.3 设计举例 喷淋塔 喷淋塔 填料塔 板式吸收塔 吸收设备设计内容 吸收设备直径 高度 进出气口管 填料选型 填料支撑结构 吸收液体喷淋装置 液体再分布装置 除雾装置 气体进出口的分布结构 气体吸收理论基础 部分气体在空气中的扩散系数（0oC,101.33kPa） 气体在液相中的扩散系数 估算方程 某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液） 2 气体吸收 吸收机理 双膜模型（应用最广） 双膜理论 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 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 吸收系数 传质阻力 传质阻力－吸收系数的倒数 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 物理吸收 操作线方程 最小液气比 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 化学吸收速率 吸收速率 物理吸收时 化学吸收时 化学吸收速率讨论 化学吸收速率讨论 化学吸收速率讨论 吸收设备的设计 3 吸收塔的最小液气比 LS 单位时间通过塔任意截面单位面积吸收剂摩尔流率 kmol／(m2·s） GB 单位时间通过塔任意截面单位面积惰性气体摩尔流率 kmol／(m2·s） Y1 Y2 入口和出口混合气体中吸收质与惰性气体的摩尔比； X2—入口液相中吸收质与吸收剂的摩尔比； X1*—吸收液与进口Y1平衡的吸收质与吸收剂的摩尔比。 5 校核喷淋密度 6 计算填料层高度 7 填料塔附属结构的设计与选用 填料塔附属结构包括 填料文承结构 液体喷淋装置 液体喷淋装置 液体再分布装置 除雾装置 除雾装置 除雾装置 4.1.3 例题 用一逆流操作的填料塔将某一气体中的有害组分从0.1%的含量降到0.02%，试计算 以下几种情况下吸收塔的填料层高H？ （1）用纯水吸收 4 设 aA(g) + bB(l)? rM 填料层高度H为 液体喷淋装置 丝网除雾器 * 1 气体扩散过程 分子扩散－分子运动引起 湍流扩散－流体质点运动引起 在气相中的扩散（Gilliland 方程） 扩散系数随溶液浓度变化很大 上式只适用于稀溶液 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. xAL 气相分传质速率 液相分传质速率 总传质速率方程 常见气体的平衡溶解度 参数换算 操作线、平衡线和吸收推动力 （平衡线上凸） 吸收塔的最小液气比 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 设 aA(g) + bB(l)? rM 讨论：上述反应快速且不可逆时，控制吸收速率的阻力是相界面扩散传质，而不是化学反应阻力。 当相界面浓度CA=CB时，反应面与气液面重合，此情况下物质B扩散到气液界面上的浓度为临界浓度CKP，其计算式为： 设 aA(g) + bB(l)? rM 当相界面浓度CBL =CKP时，反应面与气液面重合，此情况下的吸收速率方程为 当相界面浓度CBL ?CKP时，反应面偏移液膜，此情况下的吸收速率方程为 设 aA(g) + bB(l)? rM 当相界面浓度CBL CKP时，反应面与气液面重合，此情况下的吸收速率方程为 设 aA(g) + bB(l)? rM为其他反应形式，其情况需要另行讨论，课后请参考化工原理课程，本次课程略 吸收设备不同，其设计也不同，本次以填料塔为例，讲解其设计过程。 1、填料的选取 其选取很关键，种类有实体填料与网体填料，要求表面积大、质轻、阻力小、价廉、稳定，尺寸适当（一般不大于塔径1/10-1/8)等 具体形状如下 *