大气污染控制工程 第四章 气态污染物处理技术基础.ppt

第四章 气态污染物处理技术基础 本章要点 了解气态污染物常用的处理技术 掌握亨利定律、吸收塔的物料衡算和操作线方程 理解并掌握传质理论，包括化学吸收过程的传质速率表达式 掌握吸收塔的计算 理解吸附等温线以及穿透曲线等概念 掌握燃烧法的原理，了解燃烧法的设计 了解冷凝法的原理、计算及冷凝设备 气态污染物处理技术基础 气体吸收 气体吸附 燃烧法 冷凝法 气体吸收 概念：吸收是气体混合物中的一种或多种组分溶解于选定的液体吸收剂中（通常为水溶液），或者与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将其从气流中分离出来的操作过程。 吸收过程 吸收原理 物理吸收(见书) 吸收过程的气液平衡 亨利定律：p*=Ex y*=mx c*=Hp 化学吸收 吸收过程满足相平衡和化学平衡关系 吸收塔的物料衡算和操作线方程 操作线方程（符号意义见p203） Gm, 1y1+Lm,2x2=Gm,2y2+Lm,1x1 Gc,m(Y2 –Y1)=Ls,m(X2 –X1) 操作线和平衡线图（见下图） 吸收塔的物料衡算和操作线方程 因为总的气体流量（或液体流量）在塔顶和塔底是不同的，上面的方程式一般不能进一步简化。这个方程式在y－x图（图4.3a）上作图时，显现出是曲线。 吸收塔的物料衡算和操作线方程 上式在X－Y坐标（图4.3b）上是直线方程，直线的斜率是Ls,m/Gc,m 操作线为直线则计算更为方便 对操作线和平衡线图的说明 图4.3的（a）和（b）分别都划有平衡线和操作线。每个图上的操作线上的P点代表组分A在塔的任意位置上的气相和液相浓度。在图4.3a上操作线和平衡线之间的垂直距离是吸收塔内任意点上的传质推动力。图上M点指明界面的组成。 吸收过程的传质 传质的理论——双膜理论、渗透模型、表面更新模型 双膜理论 双膜理论 气液相界面两侧各存在一薄膜，分别为气膜和液膜，并且膜内呈层流 被吸收组分从气相到液相的过程：气相主体 气膜表面 两相界面 通过液膜 液相主体 气液两相主体不存在浓度梯度，即传质阻力集中在气膜和液膜上 相界面处没有任何传质阻力 膜的厚度很薄，忽略膜内吸收组分的积累。 传质速率方程 气膜传质速率为： 其中 液膜传质速率为： 传质速率方程 在气液相界面上cAi=H?pAi 稳定吸收过程的总传质速率方程： NA=KG（pA–pA*)=KL(cA * – cA) 总传质系数和分传质系数的关系： 传质系数 总传质系数之间的关系：KG=HKL 气膜阻力和液膜阻力的大小取决于组分A的溶解度系数H。 1)对于易溶气体，H很大，KG ? kG，即总阻力近似等于气膜阻力，这种情况称为气膜控制。 2)对于难溶气体，H很小，KL ? kL，即总阻力近似等于液膜阻力，这种情况称为液膜控制。 3)对于中等溶解度的气体，气膜阻力与液膜阻力处于同一数量级，两者皆不能忽略。 吸收塔填料高度的计算 气相总传质单元高度 塔高Z= HOGNOG= 液相传质单元 塔高Z=HOLNOL= 吸收塔填料高度的计算 当溶质气体组分在气相或液相中的浓度很低时，总传质单元高度可以表示为 HOG=Gc,m/Kya HOL= Gs,m/Kxa 传质单元数的计算 传质单元数的定义为: 液相总传质单元数 传质单元数的计算方法 1、解析法 S1：液体量较大，吸收率高，操作线斜 率大于平衡线斜率 S1：液体量小 ，操作线斜率小于平衡 线斜率 比较经济的数值是S= 0.7～0.8。 解析法 对于低浓度气体，操作线和平衡线都为 直线，也可用另一种方法求得 ： 2、梯级图解法 3、 图解积分法 在直角坐标系中将1/(Y－Ｙ*)与的对应关系进行标绘，所得的曲线与Y=Y1、Y=Y2及1/(Y－Ｙ*)= 0三条直线之间所包围的面积，便是积分 传质单元高度的计算 对于稀溶液，上式简化为： HG和HL的一般公式如下： 气体吸收—例题 一般的操作原则是选择吸收塔的液气比为1.2~1.6　(ＬS/ＧC)min。见P215图4-7 见P215例4-1，4-2 伴有化学反应的气体吸收 化学吸收过程的传质速率表达式： NA = kL(△CA+δ) = kL′△C A 令增强因子 ? = kL′/kL 则NA= ?kL(cAi-cA) 不同反应类型的增强因子表达式 （1）不可逆瞬时反应