煙氣脫硫技術(shù)基礎PPT學習教案

1、會計學1煙氣脫硫技術(shù)基礎煙氣脫硫技術(shù)基礎二、煙氣脫硫的化學基礎 SO2既有氧化性，又有還原性，很多鹽類和吸附劑，如堿鹽類、堿土化合物、金屬氧化物及活性炭等對SO2有吸附作用。煙氣脫硫工藝的化學基礎就是利用SO2的這些特性進行的。（一）與水和堿的化學基礎（一）與水和堿的化學基礎 SO2溶于水的同時生成H2SO3，不僅與可溶性堿及弱酸鹽溶液反應，而且與難溶性堿和弱酸鹽如Ca(OH)2、CaCO3、Mg(OH)2也易于反應。生成亞硫酸鹽或亞硫酸氫鹽， 如與NaOH反應： 2NaOH+SO2 Na 2 SO3 + H2O NaSO3+SO2+H2O 2Na2HSO3 亞硫酸和亞硫酸鹽不穩(wěn)定，能被空氣中

2、的氧逐漸氧化為硫酸和硫酸鹽： 2H2SO3+O2 2H2SO4 2Na2SO3+O2 2Na2SO4第一節(jié)第一節(jié) 二氧化硫的物理化學基礎二氧化硫的物理化學基礎第1頁/共99頁第一節(jié)第一節(jié) 二氧化硫的物理化學基礎二氧化硫的物理化學基礎第2頁/共99頁第一節(jié)第一節(jié) 二氧化硫的物理化學基礎二氧化硫的物理化學基礎第3頁/共99頁氣體混合物中組分分離吹脫、去除揮發(fā)性組分汽提液體混合物中組分分離染料廢水處理樣品石油烴分離測定氣體和液體混合物中組分分離活性炭吸附水中有機物去除水中陰陽離子制作純水去除水中重金屬高分子薄膜為分離介質(zhì)，組分選擇性地透過膜制作純水截留某些組分去除水、氣體和固體中污染物的過程去除水、

3、氣體和固體中污染物的過程吸收吸收萃取萃取吸附吸附膜分離膜分離離子交換離子交換 傳質(zhì)過程：傳質(zhì)過程：分離中的傳質(zhì)：分離中的傳質(zhì)：第二節(jié) 質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞第4頁/共99頁吸收反應中的傳質(zhì)過程：吸收反應中的傳質(zhì)過程：石灰石灰/石灰水洗滌煙氣脫硫石灰水洗滌煙氣脫硫催化氧化法凈化汽車尾氣催化氧化法凈化汽車尾氣第二節(jié)質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞第5頁/共99頁物質(zhì)傳遞現(xiàn)象物質(zhì)傳遞現(xiàn)象質(zhì)量傳遞過程質(zhì)量傳遞過程需要解決兩個基本問題：需要解決兩個基本問題：過程的極限過程的極限:過程的速率過程的速率:相平衡關(guān)系相平衡關(guān)系 以以濃度差濃度差為推動力的傳質(zhì)過程：一個含有兩種或兩種以上為推動力的傳質(zhì)過程：一個含有兩種或兩種以上組分

4、的體系，組分組分的體系，組分A由濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域的轉(zhuǎn)移。由濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域的轉(zhuǎn)移。質(zhì)量傳遞研究內(nèi)容！質(zhì)量傳遞研究內(nèi)容！第二節(jié)質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞濃度差，溫度差， 壓力差， 電場或磁場的場強差質(zhì)量傳遞的推動力：質(zhì)量傳遞的推動力： 第6頁/共99頁向一杯水中加入一滴藍墨水向一杯水中加入一滴藍墨水攪拌一下攪拌一下？由分子的微觀運動引起由分子的微觀運動引起 工程上為了加速傳質(zhì)，通常使流體介質(zhì)處于運動狀態(tài)工程上為了加速傳質(zhì)，通常使流體介質(zhì)處于運動狀態(tài)湍流狀態(tài)，湍流擴散的效果占主要地位。湍流狀態(tài)，湍流擴散的效果占主要地位。 慢慢由流體微團的宏觀運動引起由流體微團的宏觀運動引起分子擴散分子擴

5、散快快湍流擴散湍流擴散第三節(jié) 質(zhì)量傳遞的基本原理 一、傳質(zhì)機理一、傳質(zhì)機理第7頁/共99頁 分子擴散過程只有分子擴散過程只有在固體、靜止流體或?qū)恿髟诠腆w、靜止流體或?qū)恿髁鲃恿鲃拥牧黧w中才會單獨發(fā)生。的流體中才會單獨發(fā)生。 由由分子的不規(guī)則熱運動分子的不規(guī)則熱運動而導致的傳遞而導致的傳遞（一）費克定律（一）費克定律 在某一空間充滿在某一空間充滿A、B兩組分組成的混兩組分組成的混合物，合物，無總體流動或處于靜止狀態(tài)無總體流動或處于靜止狀態(tài) ，且，且在上下兩空間中在上下兩空間中A2A1cc 分子熱運動的結(jié)果分子熱運動的結(jié)果將導致組分將導致組分A由濃度高由濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域的區(qū)域向濃度低的區(qū)域

6、凈擴散凈擴散，即發(fā)生由，即發(fā)生由高濃度處向低濃度處的分子擴散高濃度處向低濃度處的分子擴散. 分子擴散的速率？分子擴散的速率？第三節(jié) 質(zhì)量傳遞的基本原理 二、分子擴散二、分子擴散A2A1cc第8頁/共99頁AAzABddcNDz 在一維穩(wěn)態(tài)情況下，單位時間通過垂直于在一維穩(wěn)態(tài)情況下，單位時間通過垂直于z方向的單方向的單位面積擴散的組分位面積擴散的組分A的量為的量為單位時間在單位時間在z方向上經(jīng)單方向上經(jīng)單位面積擴散的位面積擴散的A組分的量組分的量，即，即擴散通量擴散通量，也稱為，也稱為擴擴散速率散速率，kmol/（m2s）組分組分A的的物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度量濃度，kmol/m3組分組分A在組分在組

7、分B中中進行擴散的進行擴散的分子擴分子擴散系數(shù)散系數(shù)，m2/s組分組分A在在z方向上的方向上的濃度梯度，濃度梯度，kmol/m3m由濃度梯度引起的由濃度梯度引起的擴散通量與濃度梯度成正比擴散通量與濃度梯度成正比負號表示組分負號表示組分A向濃度減小的方向傳遞向濃度減小的方向傳遞以物質(zhì)的量濃度為基準以物質(zhì)的量濃度為基準 費克定律費克定律第三節(jié) 質(zhì)量傳遞的基本原理 (1.3.1)第9頁/共99頁mAAABddzxNDz c設混合物的物質(zhì)的量濃度為設混合物的物質(zhì)的量濃度為 ,kmol/m3，組分A的摩爾分數(shù)為Axc當 為常數(shù)時AAcc x 以質(zhì)量分數(shù)為基準以質(zhì)量分數(shù)為基準以摩爾分數(shù)為基準以摩爾分數(shù)為基

8、準混合物質(zhì)量濃度，kg /m3組分A的質(zhì)量分數(shù)當混合物的密度為常數(shù)時AmAx組分A的質(zhì)量濃度，kg /m3以質(zhì)量濃度為基準以質(zhì)量濃度為基準kg/（m2s） kg/（m2s） AAABddzxNc Dz AAABddzNDz AAABddzcNDz kmol/（m2s）第三節(jié) 質(zhì)量傳遞的基本原理(1.3.2)(1.3.3)（一）費克定律（一）費克定律 第10頁/共99頁（二）分子擴散系數(shù)（二）分子擴散系數(shù) 擴散物質(zhì)在單位濃度梯度下的擴散速率，表征物質(zhì)分子擴散擴散物質(zhì)在單位濃度梯度下的擴散速率，表征物質(zhì)分子擴散能力。擴散系數(shù)大，表示分子擴散快。能力。擴散系數(shù)大，表示分子擴散快。 分子擴散系數(shù)是分子

9、擴散系數(shù)是物理常數(shù)物理常數(shù)，其數(shù)值受體系溫度、壓力和混，其數(shù)值受體系溫度、壓力和混合物濃度等因素的影響（與反應條件有關(guān)）。合物濃度等因素的影響（與反應條件有關(guān)）。AABAddzNDcz 第三節(jié) 質(zhì)量傳遞的基本原理(1.3.4)第11頁/共99頁（1）非理想氣體及濃溶液）非理想氣體及濃溶液, 是濃度的函數(shù)。是濃度的函數(shù)。ABD（2）溶質(zhì)在液體中的擴散系數(shù)遠比在氣體中的小，在固體中溶質(zhì)在液體中的擴散系數(shù)遠比在氣體中的小，在固體中的擴散系數(shù)更小的擴散系數(shù)更小。氣體、液體、固體擴散系數(shù)的數(shù)量。氣體、液體、固體擴散系數(shù)的數(shù)量級分別為級分別為10-510-4、10-1010-9、10-1410-9m2/s

10、。（4）對于）對于雙組分氣體物系雙組分氣體物系，1.750ABAB,00pTDDpT（3）低密度氣體、液體和固體的擴散系數(shù)）低密度氣體、液體和固體的擴散系數(shù)隨溫度的升高隨溫度的升高而增大，隨壓力的增加而降低。而增大，隨壓力的增加而降低。，擴散系數(shù)與總壓力成反比，與熱力學溫度的擴散系數(shù)與總壓力成反比，與熱力學溫度的1.75次方成正比次方成正比（二）分子擴散系數(shù)（二）分子擴散系數(shù) 第三節(jié) 質(zhì)量傳遞的基本原理第12頁/共99頁 D定義定義湍流質(zhì)量擴散系數(shù)湍流質(zhì)量擴散系數(shù) 湍流擴散系數(shù)湍流擴散系數(shù)不是物理常數(shù)不是物理常數(shù)，它取決于流體流動，它取決于流體流動的特性，受湍動程度和擴散部位等復雜因素的影響的

11、特性，受湍動程度和擴散部位等復雜因素的影響 工程中大部分流體流動為工程中大部分流體流動為湍流狀態(tài)，同時存在分子湍流狀態(tài)，同時存在分子擴散和湍流擴散擴散和湍流擴散，因此組分，因此組分A總的質(zhì)量擴散通量總的質(zhì)量擴散通量DABeffD有效質(zhì)量擴散系數(shù)在充分發(fā)展的湍流中，在充分發(fā)展的湍流中，湍流擴散系數(shù)往往比分子擴湍流擴散系數(shù)往往比分子擴散系數(shù)大得多散系數(shù)大得多，因而有，因而有組分A的平均物質(zhì)的量濃度 AADddcNz AAAtABDABeffdd()ddccNDDzz （三）湍流擴散（三）湍流擴散 第三節(jié) 質(zhì)量傳遞的基本原理第13頁/共99頁在在靜止靜止介質(zhì)中由于介質(zhì)中由于分子擴散所引起分子擴散所引

12、起的質(zhì)量傳遞問題的質(zhì)量傳遞問題 靜止流體靜止流體相界面相界面組分組分A通過氣相主體向相界面擴散通過氣相主體向相界面擴散 ，依靠分子擴散依靠分子擴散AA,iccAA,0ccNA在相界面附近，組分在相界面附近，組分A沿擴散的方向?qū)⒔⒁欢ǖ臐舛确植佳財U散的方向?qū)⒔⒁欢ǖ臐舛确植?第四節(jié) 分子傳質(zhì)氣相主體A物質(zhì)的濃度相界面A物質(zhì)的濃度第14頁/共99頁單向擴散等分子反向擴散等分子反向擴散 水含有氨的廢氣苯甲苯體系甲苯NB第四節(jié) 分子傳質(zhì)第15頁/共99頁傳質(zhì)過程：氨溶解于水氨分壓降低相界面處的氣相總壓降低流體主體與相界面之間形成總壓梯度流體主體向相界面處流動氨的擴散量增加流動氨相界面上空氣的濃度增

13、加空氣應從相界面向混合氣體主體作反方向擴散相界面處空氣的濃度（或分壓）恒定可視為空氣處于沒有流動的靜止狀態(tài)空氣氨溶解于水第四節(jié) 分子傳質(zhì)一、單向擴散一、單向擴散 第16頁/共99頁組分在雙組分混合氣體中的分子擴散假定：擴散系數(shù)在低壓下與濃度無關(guān) 總通量流動所造成的傳質(zhì)通量疊加于流動之上的分子擴散通量總通量流動所造成的傳質(zhì)通量疊加于流動之上的分子擴散通量總通量？第四節(jié) 分子傳質(zhì)一、單向擴散一、單向擴散 (一一)擴散通擴散通量量第17頁/共99頁MuAABBMc uc uucAuBu傳質(zhì)時流體混合物內(nèi)傳質(zhì)時流體混合物內(nèi)各組分的運動速度是不同的各組分的運動速度是不同的為了表達混合物總體流動的情況組分

14、組分A的宏觀運動速度的宏觀運動速度組分組分B的宏觀運動速度的宏觀運動速度引入平均速度流體混合物的流動是以平均速度流動的，稱為流體混合物的流動是以平均速度流動的，稱為總體流動總體流動 第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1.4.1)第18頁/共99頁相對于運動坐標系相對于運動坐標系Mu得到得到相對速度相對速度DA,uDB,uMADA,uuuMBDB,uuu擴散速度擴散速度，表明組分因分子擴散引起的運動速度，表明組分因分子擴散引起的運動速度由通量的定義，可得由通量的定義，可得AAANc uBBBNc uMMABNcuNN第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1.4.3b)(1.4.3c)(1.4.3a)(1.4.2b)(1.4.2a)

15、第19頁/共99頁AAAABABd()dccNDNNzc 費克定律的普通表達形式費克定律的普通表達形式而相對于平均速度的組分而相對于平均速度的組分A的通量即為的通量即為分子擴散通量分子擴散通量，即，即A,DAA,DNc uAA,DAAB()cNNNNc第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1.4.4)MADA,uuuAABBMc uc uucMMABNcuNN(1.4.2a)(1.4.1)(1.4.3c)(1.4.5)第20頁/共99頁ABAA,A,0()iDNccLABAA,A,0B,m()iD cNccLcB,mcc單向擴散等分子反向擴散漂移因子（一）擴散通量（二）濃度分布A,0A,AA,iiccczcLLz

16、iiyyyy,A0 ,A,AA1111AAAABABd()dccNDNNzc 費克定律的普通表達形式第四節(jié) 分子傳質(zhì)第21頁/共99頁單向擴散單向擴散，由于，由于BN=0AAABAddccNDccz 組分B在單向擴散中沒有凈流動(uB=0)，所以單向擴散也稱為停滯介質(zhì)中的擴散在穩(wěn)態(tài)情況下 為定值ANAA,iccAA,0ccA,0A,ABAA0AddiLccDcNzccc 在恒溫恒壓條件下，式中 、 為常數(shù)，所以ABDc 氣相主體: 相界面:z=0z=L第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1.4.6)AA,iccAA,0cc第22頁/共99頁A,0ABAA,lniccD cNLccA,B,iicccA,0A,B,

17、B,0iiccccA,A,0B,0ABAB,0B,B,()ln()iiicccD cNLcccB,0B,B,mB,0B,lniicccccABAA,A,0B,m()iD cNccLc惰性組分在相界面和氣相主體間的對數(shù)平均濃度差A,0B,0ccc擴散推動力第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1.4.7)(1.4.8)(1.4.9)(1.4.10)AA,iccAA,0cc第23頁/共99頁若靜止流體為理想氣體，則根據(jù)pcRT)(0,A,AmB,ABAppRTLppDNiiippppp,B0,B,B0,BmB,lnABAA,A,0B,m()iD cNccLc總壓強惰性組分在相界面和氣相主體間的對數(shù)平均分壓差組分A在相

18、界面的分壓組分A在相主體的分壓第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1.4.11)(1.4.10)第24頁/共99頁對于穩(wěn)態(tài)擴散過程， 為常數(shù)，即0ddAzNABAAAd1dDcyNyz ABAAdd0d1dD cyzyz在恒溫恒壓下， 均為常數(shù),ABDc0dd11ddAAzyyz(二)濃度分布AN對于氣體組分A，濃度用摩爾分數(shù)表示AAABAddccNDccz 第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1.4.13)(1.4.6)第25頁/共99頁ppyyzii,A,AA, 0ppyyLz0,A0,AA,Lziiyyyy,A0,A,AA1111Lziiyyyy,B0 ,B,BB上式經(jīng)兩次積分，代入邊界條件氣相主體: 相界面:組分A通過停

19、滯組分B擴散時，濃度分布為對數(shù)型第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1.3.15b)(1.3.15a)第26頁/共99頁【例題1.3.1】用溫克爾曼方法測定氣體在空氣中的擴散系數(shù)，測定裝置如圖所示。在101.3kPa下，將此裝置放在328K的恒溫箱內(nèi)，立管中盛水，最初水面離上端管口的距離為0.125m，迅速向上部橫管中通入干燥的空氣，使水蒸氣在管口的分壓接近于零。實驗測得經(jīng)1.044106s后，管中的水面離上端管口距離為0.15m。求水蒸氣在空氣中的擴散系數(shù)。解：水面與上端管口距離為z，水蒸氣擴散的傳質(zhì)通量為 單向擴散)(0,A,AmB,ABAppRTzppDNi傳質(zhì)通量：AAddczNtAABA,A,0B,m

20、d()diczDppptRTzp可用管中水面的下降速度表示第四節(jié) 分子傳質(zhì)第27頁/共99頁0=15.73kPa（328K下水的飽和蒸氣壓）ip,A0,Ap2 .9357.853 .101ln57.853 .101ln,B0,B,B0,BmB,iipppppA985.654.718c kPa328K下，水的密度為985.6kg/m3，故kmol/m3kPa57.8573.153 .101kPa,3 .101,A,B0,0,iiABpppppp第四節(jié) 分子傳質(zhì)第28頁/共99頁ABA,A,0AB,d()dimDpz zpptc RTp邊界條件： t=0, z=0.125m t=1.044106s

21、, z=0.150m60.151.044 10ABA,0.1250AB,ddimDpz zptc RTp2 .93328314. 87 .5410044. 173.153 .1012)125. 015. 0(6AB22D5AB1087. 2Dm2/s第四節(jié) 分子傳質(zhì)第29頁/共99頁 在一些雙組分混合體系的傳質(zhì)過程中，當體系總濃度保持均勻不變時，組分A在分子擴散的同時必然伴有組分B向相反方向的分子擴散，且組分B擴散的量與組分A相等，這種傳質(zhì)過程稱為等分子反向擴散。(一)擴散通量AB0NN沒有流體的總體流動，因此AAABddcNDz 特征二、等分子反向擴散二、等分子反向擴散 第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1

22、.4.16)第30頁/共99頁在穩(wěn)態(tài)情況下 為定值ANAA,iccAA,0cc在等溫等壓條件下，式中 為常數(shù)，所以ABD氣相主體: 相界面:z=0z=LA,0A,AABA0ddiLccNzDc ABAA,A,0()iDNccL第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1.4.17)第31頁/共99頁對于穩(wěn)態(tài)擴散過程， 為常數(shù)，即(二)濃度分布上式經(jīng)兩次積分，代入邊界條件相界面:0ddAzNANAAABddcNDz 2A2d0dczAA,0,izccAA,0,zL cc氣相主體：A,0A,AA,iiccczcL組分A和B的濃度分布為直線第四節(jié) 分子傳質(zhì)(1.4.18)(1.4.20)第32頁/共99頁對流傳質(zhì)： 運動著

23、的流體與相界面之間發(fā)生的傳質(zhì)過程 不互溶的兩種運動流體之間的界面 流動的流體與固體壁面p 氣體的吸收：在氣相與液相之間傳質(zhì)p 流體流過可溶性固體表面p 流體中某組分在固體表面反應p 萃?。?在液相與液相之間傳質(zhì)第五節(jié) 對流傳質(zhì) 第33頁/共99頁分子擴散流體各部分之間的宏觀位移引起的擴散 質(zhì)量傳遞將受到流體性質(zhì)、流動狀態(tài)以及流場幾何特性等的影響。(一)對流傳質(zhì)過程的機理層流區(qū)湍流區(qū)A,0cA,ic質(zhì)量傳遞固體壁面附近形成濃度分布？傳質(zhì)的機理A,0cA,ic第五節(jié) 對流傳質(zhì)一、對流傳質(zhì)過程的機理及傳質(zhì)邊界層第34頁/共99頁層流底層：物質(zhì)依靠分子擴散傳遞，濃度梯度較大，傳質(zhì)速率可用費克第一定律描

24、述，其濃度分布曲線很陡，近似為直線； 湍流核心區(qū)：有大量的旋渦存在，物質(zhì)的傳遞主要依靠湍流擴散，由于強烈混合，濃度梯度幾乎消失，組分在該區(qū)域內(nèi)的濃度基本均勻，其分布曲線較為平坦，近似為一垂直直線層流底層湍流核心區(qū)過渡區(qū)過渡區(qū)：分子擴散和湍流擴散同時存在湍流區(qū)第五節(jié) 對流傳質(zhì)第35頁/共99頁(二)傳質(zhì)邊界層可以認為質(zhì)量傳遞的全部阻力都集中在傳質(zhì)邊界層內(nèi)c傳質(zhì)邊界層的名義厚度定義為1 3cScABDScSc1c時0.99u00.99C0具有濃度梯度的流體層傳質(zhì)邊界層：A,0cA,icc流動邊界層與傳質(zhì)邊界層的關(guān)系：分子動量傳遞能力和分子擴散能力的比值。施密特數(shù)cAA,A,0A,()0.99()i

25、icccc (cA-cA,i)0.99(cA,0-cA,i)第五節(jié) 對流傳質(zhì)(1.5.1)第36頁/共99頁0.99u0cA,icA,0(cA-cA,i)0.99(cA,0-cA,i)D0.05Ld Re ScD50Ld湍流流動時，傳質(zhì)進口段長度為傳質(zhì)進口段長度層流流動的傳質(zhì)進口段長度為流體流過圓管進行傳質(zhì) cDL第五節(jié) 對流傳質(zhì)(1.5.3)(1.5.2)第37頁/共99頁二、對流傳質(zhì)速率方程 流動處于湍流狀態(tài)時，物質(zhì)的傳遞包括了分子擴散和湍流擴散 將過渡層內(nèi)的湍流擴散折合為通過某一定厚度的層流膜層的分子擴散 GA,0A,()icc有效膜層或虛擬膜層 Gl簡化計算A,0cA,ic由流體主體到

26、界面的擴散通過有效膜層的分子擴散整個有效膜層的傳質(zhì)推動力為濃度分布全部傳質(zhì)阻力集中在有效膜層第五節(jié) 對流傳質(zhì)第38頁/共99頁組分A的對流傳質(zhì)速率，kmol/（m2s）流體主體中組分A的濃度，kmol/m3界面上組分A的濃度，kmol/m3對流傳質(zhì)系數(shù)，也稱傳質(zhì)分系數(shù)，下標“c”表示組分濃度以物質(zhì)的量濃度表示，m/s對流傳質(zhì)速率方程 傳質(zhì)系數(shù)體現(xiàn)了傳質(zhì)能力的大小，與流體的物理性質(zhì)、界面的幾何形狀以及流體流動狀況等因素有關(guān)。 用分子擴散速率方程去描述對流擴散，由壁面至流體主體的對流傳質(zhì)速率為：AA,A,0()ciNk cc第五節(jié) 對流傳質(zhì)(1.5.4)第39頁/共99頁組分濃度常用分壓表示界面上

27、組分A的分壓，N/m2氣相主體中組分A的分壓，N/m2氣相傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2sPa）液相傳質(zhì)分系數(shù)，m/ s氣相與界面的傳質(zhì)液相與界面的傳質(zhì))(0,A,AGAppkNiALA,A,0()iNkcc第五節(jié) 對流傳質(zhì)(1.5.5)(1.5.6)第40頁/共99頁若組分用摩爾分數(shù)表示，對于氣相中的傳質(zhì)，摩爾分數(shù)為y，則)(0,A,AAyykNiyAApyppkkyG)(0,A,AAxxkNixAAcxcLxkk c 用組分A的摩爾分數(shù)差表示推動力的氣相傳質(zhì)分系數(shù)對于液相中的傳質(zhì)，若摩爾分數(shù)為x，則用組分A的摩爾分數(shù)差表示推動力的液相傳質(zhì)分系數(shù)第五節(jié) 對流傳質(zhì)(1.4.8)(1.4.10)(

28、1.4.9)第41頁/共99頁雙組分系統(tǒng)中，A和B兩組分作等分子反向擴散時，BANN對流傳質(zhì)系數(shù)用 表示，則0ck0AA,A,0()ciNkcc相應的分子擴散速率為ABA,A,0G()A iDNccl0ABGcDkl虛擬膜層的厚度第五節(jié) 對流傳質(zhì)1. 等分子反向擴散時的傳質(zhì)系數(shù)(1.5.11)(1.5.12)第42頁/共99頁2.單向擴散時的傳質(zhì)系數(shù)雙組分系統(tǒng)中，組分A通過停滯組分B作單向擴散時，0BN對流傳質(zhì)系數(shù)用 表示。則ckAA,A,0()ciNk cc相應的分子擴散通量為故 組分B的對數(shù)平均摩爾分數(shù)ABAA,A,0GB,m()iD cNccl cABABB,m GB,m GccDDkc

29、lxl0B,mcckkx第五節(jié) 對流傳質(zhì)(1.5.13)(1.5.14)第43頁/共99頁ABAA,A,0B,m()iD cNccLc單向擴散)(0,A,AmB,ABAppRTLppDNi傳質(zhì)通量的計算分子傳質(zhì)等分子反向擴散ABAA,A,0()iDNccLABAA,A,0()iDNppRTL對流傳質(zhì)AA,A,0()ciNk cc)(0,A,AGAppkNiALA,A,0()iNkcc)(0,A,AAyykNiy)(0,A,AAxxkNixAA,A,0()iNk cc第五節(jié) 對流傳質(zhì)第44頁/共99頁第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收 吸收法凈化氣態(tài)污染物采用各種類型的吸收塔、文丘里洗滌器、鼓泡反

30、應器等中，含有可被吸收的污染物A的混合氣體與吸收劑S逆流（或順流）接觸，完成吸收過程，被凈化了的氣體（不被溶解的組分B和剩余的A）和吸收液(含有A和S)，分別排出裝置之外作進一步的處置。第45頁/共99頁第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收1.氣液相平衡關(guān)系氣液相平衡關(guān)系當瞬間內(nèi)進入液相的溶質(zhì)分子數(shù)與從液相逸出的溶質(zhì)分子數(shù)恰好相抵，在宏觀上過程就像停止一樣，這種狀態(tài)稱為相際動平衡，簡稱相平衡或平衡。(一)吸收平衡吸收平衡第46頁/共99頁 在一定的操作溫度和壓力下，溶質(zhì)在液相中的溶解在一定的操作溫度和壓力下，溶質(zhì)在液相中的溶解度由其相中的組成決定。在總壓不很高的情況下，可以度由其相中的組成決定。在

31、總壓不很高的情況下，可以認為氣體在液體中的溶解度只取決于該氣體的分壓認為氣體在液體中的溶解度只取決于該氣體的分壓 ，而與總壓無關(guān)。于是，而與總壓無關(guān)。于是， 與與 得函數(shù)關(guān)系可寫成得函數(shù)關(guān)系可寫成 當然，也可以選擇液相的濃度當然，也可以選擇液相的濃度 作自變量，這時作自變量，這時，在一定溫度下的氣相平衡分壓，在一定溫度下的氣相平衡分壓 和和 的函數(shù)：的函數(shù)： 氣液平衡關(guān)系一般通過實驗方法對具體物系進行測定。氣液平衡關(guān)系一般通過實驗方法對具體物系進行測定。Ap*AcAp*()AAcf pAc*ApAc*()AApf c第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第47頁/共99頁3.3.亨利定律亨利定律 在

32、一定溫度下，在一定溫度下，p p* *只是被吸收組分在液相中的摩爾分數(shù)只是被吸收組分在液相中的摩爾分數(shù)x x的函數(shù)的函數(shù)即被吸收氣體的平衡分壓只與其在液相中的濃度有關(guān)。這就即被吸收氣體的平衡分壓只與其在液相中的濃度有關(guān)。這就是著名的亨是著名的亨利利(Henry(Henry）定律）定律。它表示在總壓不很高時，一定。它表示在總壓不很高時，一定溫度下，溫度下，當溶解達到平衡時，稀溶液中溶質(zhì)當溶解達到平衡時，稀溶液中溶質(zhì)A A的平衡分壓與其的平衡分壓與其在溶液中的濃度成正比。在溶液中的濃度成正比。式中：式中： X X 被吸收組分在液相中的摩爾分數(shù)；被吸收組分在液相中的摩爾分數(shù)； E E亨利系數(shù)，亨利系

33、數(shù)，Pa Pa 。 *( )pf x*pEx第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第48頁/共99頁*cpH*cHp第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收 式中：式中： H溶解度系數(shù)，溶解度系數(shù)，kmol/(m3.Pa) H值得大小反映了氣體溶解的難易程度，易溶氣體值得大小反映了氣體溶解的難易程度，易溶氣體H值大值大。所以稱。所以稱H為溶解度系數(shù)。為溶解度系數(shù)。 對于稀溶液，對于稀溶液，E與與H有如下近似關(guān)系：有如下近似關(guān)系：1EHM式中：式中： 溶液的密度，溶液的密度，kg/mkg/m3 3 M M溶劑的相對分子質(zhì)量溶劑的相對分子質(zhì)量第49頁/共99頁當溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度均以摩爾分數(shù)表示時，當溶質(zhì)

34、在氣相和液相中的濃度均以摩爾分數(shù)表示時，亨利定律又可表示為亨利定律又可表示為: :*ymx上式為亨利定律最常用的形式之一，稱為氣液平衡關(guān)上式為亨利定律最常用的形式之一，稱為氣液平衡關(guān)系式，系式，m m為相平衡常數(shù)，無量綱。為相平衡常數(shù)，無量綱。m m與與E E有下述關(guān)系：有下述關(guān)系：EmP式中式中 P氣相的總壓氣相的總壓升高溫度，減小總壓，則升高溫度，減小總壓，則m值變大，不利于吸收操作值變大，不利于吸收操作第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收*/()ypp第50頁/共99頁230%30.39COpP2*COcH p第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第51頁/共99頁HEM2*COcpEM因為因為C

35、O2為難溶氣體，溶液密度近似于水的密度，即為難溶氣體，溶液密度近似于水的密度，即=1000kg/m3，代入已知數(shù)據(jù)，得：，代入已知數(shù)據(jù)，得：231000*0.38.96 101860 18COcpEM(kmol/m3)第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第52頁/共99頁 SO2O2N2第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第53頁/共99頁01020304050607080901.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.5pH值時 間/min 二氧化硫分 壓為40kPa 二氧化硫分 壓為30kPa 溫度為500102030405060701.01.52.02.53.03.54

36、.04.55.05.5pH值時 間/min 60 50 40二氧化硫分 壓為40kPa第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第54頁/共99頁40455055600.00.51.01.52.02.53.03.5SO2溶解度g/100gH2O溫度/ 文獻 值 實驗值第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第55頁/共99頁0102030405060708090100 110 120 130 1405.56.06.57.07.58.08.59.0pH值時 間/min 50 55 60SO2分 壓為20kPa石灰石漿液濃 度102004006008001000120014006.46.66.87.07.27.47

37、.67.88.08.28.48.68.89.0pH值時 間/min 石灰石漿液濃 度1 石灰石漿液濃 度5 SO2分 壓為20kPa 溫度為50第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第56頁/共99頁第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第57頁/共99頁在氣液兩流體相接觸處,有一穩(wěn)定的分界面,叫相界面。在相界面兩側(cè)附近各有一層穩(wěn)定的氣膜和液膜。這兩層薄膜可以認為是由氣液兩流體的滯流層組成,即虛擬的層流膜層,吸收質(zhì)以分子擴散方式通過這兩個膜層。全部濃度變化集中在這兩個膜層內(nèi)。在相界面處,氣液濃度達成平衡,即界面上沒有阻力。第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收吸 收劑氣體yx界面氣 相 主體 液 相 主體 相界

38、面氣相擴散 液 相 擴散 yi xi 濃度分布圖 通過以上假設通過以上假設,就把整個吸收過就把整個吸收過程簡化為程簡化為,吸收質(zhì)經(jīng)過雙膜層的過吸收質(zhì)經(jīng)過雙膜層的過程程,吸收阻力就是雙膜的阻力。故吸收阻力就是雙膜的阻力。故該理論又稱為該理論又稱為雙膜阻力理論雙膜阻力理論。4、吸收速率方程、吸收速率方程第58頁/共99頁iGiBmGAppkpppRTZDpN式中：式中：PBi，PB分別為惰性組分分別為惰性組分B在氣液界面和氣相主體中在氣液界面和氣相主體中 的分壓，的分壓，Pa； 氣膜傳質(zhì)分系數(shù)，氣膜傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/(m2.s.Pa)。Gk第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收當氣相的組成以摩爾分數(shù)

39、表示時，相應的氣膜吸收速率當氣相的組成以摩爾分數(shù)表示時，相應的氣膜吸收速率方程式為：方程式為：()AyiNkyy式中： y溶質(zhì)A在氣相主體中的摩爾分數(shù)； yi溶質(zhì)A在相界面的摩爾分數(shù)； ky與氣膜推動力（y-yi）相對應的吸收系數(shù)。第59頁/共99頁AxiNkxx式中：式中：k kx x 與液膜推動力（與液膜推動力（x xi i-x-x）相對應的液膜吸收分系）相對應的液膜吸收分系 數(shù)，數(shù)，kmol/(mkmol/(m2 2.s.kmo/m.s.kmo/m3 3) )或或m/sm/s。Lk第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收cckcccZcDNiLismLA（2 2）液膜吸收速率方程式）液膜吸收速率

40、方程式第60頁/共99頁（3 3）總傳質(zhì)速率方程）總傳質(zhì)速率方程第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收11*ALGNppk Hk111LGGk HkK令：令：*AGNKpp得：得：上式為氣相總吸收速率方程，上式為氣相總吸收速率方程， K KG G為氣相吸收總系數(shù)。它包括了氣、為氣相吸收總系數(shù)。它包括了氣、液兩個分系數(shù)。即總阻力相當于氣、液兩膜阻力之和。液兩個分系數(shù)。即總阻力相當于氣、液兩膜阻力之和。溶解度系數(shù)第61頁/共99頁*ALNKccK KL L- -液相吸收總系數(shù)液相吸收總系數(shù)。11LGLHkkK第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收 吸收總系數(shù)吸收總系數(shù)KG和和KL可以通過實驗獲取，也可以通過經(jīng)

41、驗公式或系數(shù)關(guān)聯(lián)試求得?？梢酝ㄟ^實驗獲取，也可以通過經(jīng)驗公式或系數(shù)關(guān)聯(lián)試求得。 第62頁/共99頁KG、KL和kG、kL、的關(guān)系：可以據(jù)此判斷吸收過程主要是氣膜控制(阻力主要集中在氣膜)、液膜控制(阻力主要集中在液膜)還是兩膜共同控制(二膜阻力相差不大)。對于難溶氣體，由于溶解度系數(shù)H很小，說明阻力集中在液膜，傳質(zhì)過程主要由液膜控制。 111LGLLHkkkK對于易溶氣體，由于溶解度系數(shù)H很大，阻力集中在氣膜，過程主要由氣膜控制。1111LGGGk HkkK第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收 對于中等溶解度的氣體，由于H不大也不小，式中的兩項都不可忽略，因此，過程由兩膜共同控制。第63頁/共99

42、頁0AAiLAAcckNN-化學吸收增強系數(shù)化學吸收增強系數(shù)第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第64頁/共99頁 隔柵填料塔隔柵填料塔第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收 (三三) 吸收設備吸收設備第65頁/共99頁雙接觸噴淋塔雙接觸噴淋塔第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第66頁/共99頁第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第67頁/共99頁液柱式噴淋吸收塔液柱式噴淋吸收塔第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第68頁/共99頁第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第69頁/共99頁G為單位時間通過吸收塔任一截面的氣為單位時間通過吸收塔任一截面的氣體流量，體流量，kmol/m2.h；L為單位時間通過吸收塔任一截面的

43、純?yōu)閱挝粫r間通過吸收塔任一截面的純吸收劑的流量，吸收劑的流量，kmol/m2.h；y、y1、y2分別為塔內(nèi)任一截面、塔底部、分別為塔內(nèi)任一截面、塔底部、塔頂部的氣相組成，塔頂部的氣相組成，kmol吸收質(zhì)吸收質(zhì)/kmol吸收液；吸收液；x、x1、x2分別為塔內(nèi)任一截面、塔底部、分別為塔內(nèi)任一截面、塔底部、塔頂部的液相組成，塔頂部的液相組成，kmol吸收質(zhì)吸收質(zhì)/kmol吸收液。吸收液。第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第70頁/共99頁11LLyxyxGG2121xxLyyG在吸收塔內(nèi)進行逆流操作時，對全塔進在吸收塔內(nèi)進行逆流操作時，對全塔進行物料衡算有：行物料衡算有：在任一截面與塔底之間物料衡算

44、有：在任一截面與塔底之間物料衡算有：或或xxLyyG11上式是吸收塔內(nèi)任意截面上氣、液兩相上式是吸收塔內(nèi)任意截面上氣、液兩相質(zhì)量濃度變化的關(guān)系式。可視為該塔的質(zhì)量濃度變化的關(guān)系式。可視為該塔的操作線方程，操作線的斜率為（操作線方程，操作線的斜率為（L/G）。）。第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第71頁/共99頁 AB線為操作線，0E線為平衡線。操作線上任意一點P（X、Y），代表了塔內(nèi)某一點的氣、液相組成，與P點對應的平衡線上的某一點M，表示了與X、Y相平衡的濃度X、Y ，兩者的距離（Y-Y），（X-X ）為傳質(zhì)的推動力。 斜率L/G不同，AB線在圖中的位置也不同，當它與平衡線相交時(AB)，塔

45、一端的傳質(zhì)推動力減少為零。第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收吸收塔操作線與平衡線進口出口第72頁/共99頁第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第73頁/共99頁2121minxxyyGL應用上式計算出最小液氣比以后應用上式計算出最小液氣比以后,可同時權(quán)衡吸收效可同時權(quán)衡吸收效率和能量消耗、設備尺寸，選擇一個適宜的吸收液率和能量消耗、設備尺寸，選擇一個適宜的吸收液用量。用量。例例:在在30和和101325pa下下,用水吸收用水吸收SO2,廢氣流量廢氣流量5100m3.h-1,廢氣中廢氣中SO2濃度為濃度為1.4%,要求脫除要求脫除95%的的SO2,計算最小吸收劑用量計算最小吸收劑用量.操作條件下操作條

46、件下SO2-H2O系系統(tǒng)平衡數(shù)據(jù)是統(tǒng)平衡數(shù)據(jù)是X 0.005 0.003 0.001 0.0005 0.0002Y 0.04972 0.02661 0.00622 0.002241 0.00079第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第74頁/共99頁1210064. 06 .9829644 . 1空氣KmolKmolSOY12100101. 0空氣KmolKmolSOX(2)、塔頂處氣相出口濃度及液相進口濃度、塔頂處氣相出口濃度及液相進口濃度 Y2=0.0064(1-0.95)=0.00032Kmol SO2 . (Kmol空氣空氣)-1 X2=0(設進口吸收劑中不含設進口吸收劑中不含SO2)(L

47、/G)min=(0.0064-0.00032)/(0.00101-0)=6.019Kmol/Kmol總氣量總氣量 GZ=5100/22.4=227.7(Kmol.h-1)空氣量空氣量 Ga=(1-0.0064) 227.7=226.2(Kmol.h-1)最小吸收液量最小吸收液量 Lmin=226.26.019=1361(Kmol.h-1)=24507Kg.h-1第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第75頁/共99頁uQD43、煙道中煙氣流速、煙道中煙氣流速 國外對出國外對出/入口煙道的設計煙氣流速大約限定在入口煙道的設計煙氣流速大約限定在20m/s； 我國在我國在“火電廠煙風煤粉管道設計技術(shù)規(guī)程火

48、電廠煙風煤粉管道設計技術(shù)規(guī)程”中推薦中推薦的煙道流速為的煙道流速為1015m/s；而；而FGD工程招標書一般規(guī)定工程招標書一般規(guī)定15m/s第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收式中式中 Q氣體流量，氣體流量，m3/h； D塔徑，塔徑，m； u計算空塔速度，計算空塔速度，m/s。第76頁/共99頁電廠電廠名稱名稱珞璜電珞璜電廠廠1期期 珞璜電廠珞璜電廠2期期重慶發(fā)重慶發(fā)電廠電廠北京一北京一熱熱3、4號號廣東連廣東連州電廠州電廠香港南香港南丫電廠丫電廠吸收塔吸收塔類型類型順流填順流填料塔料塔液柱順液柱順流空塔流空塔液柱逆液柱逆流空塔流空塔逆流噴逆流噴淋空塔淋空塔逆流噴逆流噴淋空塔淋空塔逆流噴逆流噴淋空

49、塔淋空塔順流填順流填料塔料塔吸收塔吸收塔流速流速m/s4.4104.63.33.33.34.75.2第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第77頁/共99頁第六節(jié)：氣體吸收第六節(jié)：氣體吸收第78頁/共99頁第七節(jié)：氣體吸附第七節(jié)：氣體吸附物理吸附物理吸附：由于分子間范德華力引起的，它可以是：由于分子間范德華力引起的，它可以是單層吸附，亦可以多層吸附。物理吸附的特征是：單層吸附，亦可以多層吸附。物理吸附的特征是：(1)吸附質(zhì)與吸附劑間不發(fā)生化學反應；吸附質(zhì)與吸附劑間不發(fā)生化學反應；(2)吸附過程極快，參與吸附的各相間瞬間即達平衡吸附過程極快，參與吸附的各相間瞬間即達平衡；(3)吸附為放熱反應；吸附為放

50、熱反應；(4)吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強，當氣體中吸附吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強，當氣體中吸附質(zhì)分壓降低或溫度升高時，被吸附的氣體很容易從質(zhì)分壓降低或溫度升高時，被吸附的氣體很容易從固體表面逸出，而不改變氣體原來性狀。固體表面逸出，而不改變氣體原來性狀。第79頁/共99頁化學吸附：化學吸附：由于吸附劑與吸附質(zhì)間的化學鍵力而引起的是單由于吸附劑與吸附質(zhì)間的化學鍵力而引起的是單層吸附，吸附需要一定的活化能，化學吸附比物層吸附，吸附需要一定的活化能，化學吸附比物理吸附強?；瘜W吸附的特征是：理吸附強?；瘜W吸附的特征是：(1)(1)吸附有很強的選擇性；吸附有很強的選擇性；(2)(2)吸附速率較慢，達

51、到吸附平衡需相當長時間；吸附速率較慢，達到吸附平衡需相當長時間；(3)(3)溫度升高可提高吸附速率溫度升高可提高吸附速率。 如催化劑，一般是以吸附方式起作用。第七節(jié)：氣體吸附第七節(jié)：氣體吸附第80頁/共99頁1.1.吸附劑應具備的條件：吸附劑應具備的條件：u大的比表面積；大的比表面積；u良好的選擇性；良好的選擇性；u較高的機械強度、化學、熱穩(wěn)定性；較高的機械強度、化學、熱穩(wěn)定性；u大吸附容量；大吸附容量；u來源廣泛，造價低廉；來源廣泛，造價低廉；u良好的再生性能良好的再生性能第七節(jié)：氣體吸附第七節(jié)：氣體吸附第81頁/共99頁. .常用的工業(yè)吸附劑：常用的工業(yè)吸附劑：(1)(1)白土白土 漂白土

52、：是一種天然黏土，其主要成分是漂白土：是一種天然黏土，其主要成分是 硅鋁酸鹽。加熱和干燥后，可形硅鋁酸鹽。加熱和干燥后，可形 成多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)；成多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)； 酸性白土：酸性白土：酸處理過的白土經(jīng)洗滌、干燥、酸處理過的白土經(jīng)洗滌、干燥、 碾碎即可獲得酸性白土碾碎即可獲得酸性白土第七節(jié)：氣體吸附第七節(jié)：氣體吸附第82頁/共99頁( () )活性氧化鋁活性氧化鋁水氧化鋁，在水氧化鋁，在737737下脫水而得的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)并下脫水而得的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)并具有良好的機械強度，主要用于氣體和流體的干燥、具有良好的機械強度，主要用于氣體和流體的干燥、石油氣的濃縮和脫硫、含氟廢氣的治理。石油氣的濃縮和脫硫、

53、含氟廢氣的治理。( () )硅膠硅膠硅膠是一種堅硬多孔的固體顆粒，一般作成硅膠是一種堅硬多孔的固體顆粒，一般作成0.2-0.2-7mm7mm的粒狀或球狀體來應用，其分子式為的粒狀或球狀體來應用，其分子式為22SiOH On第七節(jié)：氣體吸附第七節(jié)：氣體吸附第83頁/共99頁(4)(4)活性炭活性炭 活性炭是由各種含炭物質(zhì)干餾碳化，并經(jīng)活化活性炭是由各種含炭物質(zhì)干餾碳化，并經(jīng)活化處理而得到的。由于活性炭的生產(chǎn)工藝比較復雜，處理而得到的。由于活性炭的生產(chǎn)工藝比較復雜，活性炭吸附劑的價格較貴。活性炭是孔穴十分豐富活性炭吸附劑的價格較貴?；钚蕴渴强籽ㄊ重S富的吸附劑，比表面積在的吸附劑，比表面積在600-1400m600-1400m2 2/g