第九章气态污染物控制技术课件.pptx

第九章 气态污染物控制技术基础(1)气体扩散气体在气相中的扩散气体在液相中的扩散气体吸收吸收机理气液平衡物理吸收化学吸收 气体扩散过程分子扩散－分子运动引起湍流扩散－流体质点运动引起第一节 气体扩散气态污染物脱除过程的单元操作流体输送热量传递质量传递气体扩散在气相中的扩散（Gilliland 方程）气体在气相中的扩散扩散系数物质的特性常数之一影响因素：介质的种类温度压强浓度气体在气相中的扩散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在液相中的扩散系数估算方程扩散系数随溶液浓度变化很大上式只适用于稀溶液气体在液相中的扩散某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液）第二节 气体吸收吸收机理 1.双膜模型（应用最广）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。吸收机理2.渗透模型溶质渗透模型考虑了膜模型所忽略的 、在膜内建立起浓度梯度的过度时间。溶质渗透模型的主要对象为液膜控制的传质。气液界面流体微元液体主相吸收机理3.表面更新模型 4. 其它模型表面更新模型的修正基于流体力学的传质模型界面效应模型xAL双膜理论双膜模型气相分传质速率液相分传质速率总传质速率方程气液平衡平衡—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数气液平衡常见气体的平衡溶解度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参数换算吸收系数吸收系数的不同形式传质阻力传质阻力—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；准数关联计算常用吸收系数经验式界面浓度的计算作图法 解析法稀溶液亨利定律+传质方程物理吸收操作线方程操作线、平衡线和吸收推动力物理吸收最小液气比（平衡线上凸）吸收塔的最小液气比水吸收SO2的平衡线和操作线物理吸收填料塔高度计算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两分子反应中相界面附近液相内A与B的浓度分布化学吸收的气液平衡 气体溶于液体中，若发生化学反应，则被吸收组分的浓度应既服从相平衡关系，又应服从化学平衡关系。被吸收组分A进入液相的总浓度CA满足： ---------------9.1设设备吸收组分A与溶液中所含的组分B发生相互反应：①亨利定律关系式： ------------------9.2②化学平衡关系式： ------------------9.3 ------------------9.4将9.4代入9.2得： ------------------9.5下面从几种具体的情况来讨论化学吸收的气液平衡关系:1. 被吸收组分与溶剂的相互作用 反应式表示为：被吸收组分A进入液相的总浓度CA可写成： ------------------9.6 其化学平衡常数 ------------------9.7 于是有： ------------------9.8 又若是稀溶液吸收，则遵循亨利定律，即有[A]=HAPA*，代入（9.8），于是有： ------------------9.9 在稀溶液中，B很大可视为常数，且k不随浓度变化，故1+k[B]可视为常数，此时 ，即形式上服从亨利定律，但不同的是表明溶解度系数较HA增大了（1+k[B]）倍，结果使过程有利于气体组分A的吸收。代表性的有：用水吸收氨气。2、被吸收组分在溶液中离解设反应产物的解离反应式为：吸收平衡时，离解常数为： -----------------9.10当溶液中无相同离子存在时，[K+]=[A-]，于是有： ----------------9.11被吸收组分A在溶液中的总浓度为物理溶解量与离解溶解量之和，即： ------9.12对式（9.7）、（9.11）、（9.12）和组分的物料平衡方程式联解得： ---------9.13 式中： ------------9.14 将（9.13）代入亨利定律式，则： ---9.15由此可见，对反应产物有解离的化学吸收过程，相平衡方程式与气相组分A在吸收液中总浓度[CA]为非线性关系。3、被吸收组分与溶剂中活性组分作用 设反应式为： 设溶剂中活性组分B的起始浓度为CB0，反应达平衡后，转化率为R，则溶液中活性组分B的浓度 ，而生成物M的平衡浓度为 。由化学平衡关系得平衡常数： --------9.16 又亨利定律[