沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院大氣污染控制工程課件-第六章

第一節(jié)

氣體吸收一、氣體吸收凈化（一）吸收凈化法是利用廢氣中各混合組分在選定的吸收劑中溶解度不同，或者其中某一種或多種組分與吸收劑中活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到將有害物從廢氣中分離出來(lái)，凈化廢氣的目的的一種方法。在吸收操作中，被吸收的氣體，即可溶組分，稱(chēng)為吸收質(zhì)或溶質(zhì)，其余不被吸收的氣體稱(chēng)為惰性氣體；所用的液體稱(chēng)為吸收劑或溶劑；吸收質(zhì)溶解于吸收劑所得的溶液稱(chēng)為吸收液或溶液。①物理吸收：較簡(jiǎn)單，可看成是單純的物理溶解過(guò)程。吸收限度取決于氣體在液體中的平衡濃度；吸收速率主要取決于污染物從氣相轉(zhuǎn)入液相的擴(kuò)散速度。②化學(xué)吸收：吸收過(guò)程中組分與吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。吸收限度同時(shí)取決于氣液平衡和液相反應(yīng)的平衡條件；吸收速率同時(shí)取決于擴(kuò)散速度和反應(yīng)速度。（二）吸收過(guò)程的氣液平衡1.吸收過(guò)程：混合氣體中（氣相中）的吸收質(zhì)向吸收劑中進(jìn)行質(zhì)量傳遞。（氣→液）2.解吸過(guò)程：液相中吸收質(zhì)向氣相逸出的質(zhì)量傳遞過(guò)程。（液→氣）3.相平衡：在一定的溫度、壓力條件下，吸收的傳質(zhì)數(shù)率=解吸的傳質(zhì)數(shù)率氣液兩相達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，簡(jiǎn)稱(chēng)相平衡。4.平衡分壓：氣相中的吸收質(zhì)組分的分壓。5.溶解度：液相吸收劑所溶解吸收質(zhì)組分的濃度。（每100kg水中溶解氣體的kg數(shù)）常見(jiàn)氣體的平衡溶解度特點(diǎn)：不同性質(zhì)的氣體在同溫、同壓下的溶解度不同多數(shù)氣體的溶解度隨溫度升高而下降當(dāng)溫度一定時(shí)溶解度隨吸收質(zhì)分壓的升高而增大亨利定律（物理吸收）

1.總壓力小于5×105Pa時(shí)，一定溫度下，稀溶液中溶質(zhì)的溶解度與氣相中溶質(zhì)的平衡分壓成正比P*=E·x

P*—溶質(zhì)組分在氣相中的平衡分壓,Pax—溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)[n質(zhì)/(n質(zhì)+n劑)]E—亨利系數(shù)亨利系數(shù)E值較大表示溶解度較小。一般E值隨溫度的升高而增大。（三）吸收的基本理論

亨利定律的其它形式

2.氣相用平衡分壓，液相用物質(zhì)的量濃度表示

P*=c/Hc—液相中溶質(zhì)的平衡摩爾濃度,mol/m3

H—亨利系數(shù),mol/m3·P在亨利定律適用的范圍內(nèi),H是溫度的函數(shù),而與P*或c無(wú)關(guān)。對(duì)于一定的溶質(zhì)和溶劑，H值一般隨溫度升高減小。易溶氣體H值較大，難溶氣體H值較小。3.溶質(zhì)在液相和氣相中的濃度分別用摩爾分率x、y表示y*=m·x

x—溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)

y*—與該液相成平衡的氣相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)m—亨利系數(shù)，又相平衡常數(shù),無(wú)因次

m=E/P

P—系統(tǒng)總壓，ｍ值越大，表示溶解度越小?，F(xiàn)以一傳質(zhì)設(shè)備來(lái)說(shuō)明傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行氣液兩相在傳質(zhì)設(shè)備中相接觸，就會(huì)發(fā)生質(zhì)量傳遞，系統(tǒng)將會(huì)自發(fā)地向平衡狀態(tài)變化。若測(cè)得y>yi*，則該組分將被溶液吸收—吸收過(guò)程；若測(cè)得y<yi*，則該組分將從溶液中解吸出來(lái)—解吸過(guò)程同理：x<xi*—吸收過(guò)程；x>xi*——解吸過(guò)程。例1

已知在101.3kPa及20

O

C時(shí)，氨在水中的溶解度數(shù)據(jù)如下：氣相中氨的分壓P*/kPa

00.40.81.21.62.02.433.324.236.679.28

水中氨的溶解度

00.51.01.52.02.53457.510

計(jì)算亨利系數(shù)E，指出該溶液服從亨利定律的濃度范圍。P*/kpa

00.40.81.21.62.02.433.324.236.679.28

x/102

00.5261.0481.5632.0722.5773.0774.0615.0257.3529.569

E

76.0576.376.877.277.67981.884.290.797

二、吸收過(guò)程的物料平衡G—表示單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積的混合氣體摩爾流量，kmol/(m2s)L—表示單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積的吸收液摩爾流量，kmol/(m2s)GB—表示單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積的惰性氣體摩爾流量，kmol/(m2s)LS—表示單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積的吸收劑爾流量,kmol/(m2s)y—表示通過(guò)塔任一截面的混合氣體中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù),kmol(溶質(zhì))/kmol(混合氣)x—表示通過(guò)塔任一截面的吸收液中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù),kmol(溶質(zhì))/kmol(吸收液)X—通過(guò)塔任一截面吸收液中吸收質(zhì)與吸收劑的摩爾比,kmol(溶質(zhì))/kmol(吸收劑)Y—通過(guò)塔任一截面混合氣體中吸收質(zhì)與惰性氣體的摩爾比，kmol(溶質(zhì))/kmol(惰性氣體)

對(duì)非揮發(fā)性吸收劑，氣體混合物經(jīng)過(guò)吸收塔后，吸收質(zhì)的減少量等于液相中吸收質(zhì)的增加量，即：G1-G2=L1-L2

吸收時(shí)從氣相傳遞到液相的組分量，即單位時(shí)間吸收的組分量WA等于氣相中的組分減少量，并等于液相組分的增加量：WA=G1y1-G2y2=L1x1-L2x2任一截面與塔頂之間溶質(zhì)的物料平衡式為GBY-GBY2=LSX-LSX2GBY=LSX+GBY2-LSX2（一）吸收操作線方程由于吸收塔的任一界截面上，氣相中溶質(zhì)濃度恒液相的平衡氣相溶質(zhì)濃度，故吸收操作線總是位于平衡線的上方。任一截面與塔底之間溶質(zhì)的物料平衡式為操作線與平衡線間的關(guān)系，要掌握以下三個(gè)方面：(1)在Y—X圖上，吸收操作線必須處于平衡線之上；(2)操作線與平衡線之間的距離反映了吸收推動(dòng)力的大小

操作線上任一點(diǎn)代表某截面上氣、液組成（Y,X），該點(diǎn)到平衡線的垂直距離（Y-Y*）和水平距離（X*-X）分別代表該截面上的吸收推動(dòng)力。(3)平衡線與操作線不能相交或相切低濃度氣體吸收操作線方程式若處理的氣體濃度較低，即y1<10%時(shí)，所形成的溶液濃度也較低，則Y≈y，X≈x，且通過(guò)塔內(nèi)任意截面混合氣體量近似于惰性氣體量，即G≈GB，同理L≈Ls，則有：（二）最小液氣比在吸收塔設(shè)計(jì)中要處理的廢氣流量、進(jìn)出塔氣體溶質(zhì)濃度（即G、GB、Y1、Y2）均由設(shè)計(jì)任務(wù)而定，吸收劑的種類(lèi)和進(jìn)塔濃度X2由設(shè)計(jì)者決定，而只有吸收劑用量Ls及出塔溶液中吸收質(zhì)濃度X1是待計(jì)算的。根據(jù)物料衡算，Ls與X1之中只有一個(gè)是獨(dú)立的未知量，通常在計(jì)算中先確定Ls值，則X1便隨之而定了。由于GB屬已知條件，因而可通過(guò)確定操作線斜率Ls/GB（液氣比）來(lái)確定Ls。若為低濃度氣體吸收，且溶液為稀溶液，其氣液平衡關(guān)系服從亨利定律，則有：例題1：在一逆流操作的填料塔中，用清水吸收混合氣體中的氨?；旌蠚饬魉贋?00kmol/(m2·h)，其氨含量為6%，出塔凈化氣氨含量為0.1%（均為摩爾分?jǐn)?shù)）。操作條件下氣液平衡關(guān)系服從亨利定律y=1.12x，實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.8倍，試計(jì)算清水用量和出塔氨水濃度。解：最小液氣比：清水用量：出塔氨水濃度：吸收平衡線上凸當(dāng)氣液比（Ls/GB）減少到操作線與平衡線相切，盡管塔底兩相濃度（X1、Y1）未達(dá)到平衡，但切點(diǎn)處達(dá)到平衡，此時(shí)的氣液比即為（Ls/GB）min。理論上吸收液的最大濃度為該切線和Y=Y1水平線交點(diǎn)D的橫坐標(biāo)X1max，此時(shí)最小氣液比計(jì)算式為：二、吸收機(jī)理（一）雙膜理論（應(yīng)用最廣）在氣液兩相接觸時(shí)，兩相間有一個(gè)相界面，在相界面兩側(cè)分別存在一層穩(wěn)定的滯留膜層，分別稱(chēng)作氣膜和液膜，氣膜厚度Zg，液膜厚度為Zl。氣液兩個(gè)膜層分別將各相主體流與相界面隔開(kāi)，氣液相質(zhì)量傳遞過(guò)程是氣相主體流中的吸收質(zhì)先以湍流擴(kuò)散到氣膜表面，然后再以分子擴(kuò)散流通過(guò)氣膜到相界面，繼而進(jìn)入液膜，吸收質(zhì)仍以分子擴(kuò)散方式通過(guò)液膜再進(jìn)入液相主體流中。在吸收質(zhì)量傳遞的同時(shí)，也存在著相反的質(zhì)量傳遞（解吸），兩個(gè)不同方向的質(zhì)量傳遞一直達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)時(shí)為止。在兩相質(zhì)量傳遞過(guò)程中，只有通過(guò)氣液膜時(shí)，發(fā)生分子擴(kuò)散阻力；在氣液兩相主體流中由于湍流不存在濃度梯度，因而也就不存在傳質(zhì)阻力。在相界面上，氣液兩相隨時(shí)都處于平衡狀態(tài)。相界面（二）吸收傳質(zhì)速率方程

吸收速率：氣體吸收質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位界面而被吸收劑吸收的量。根據(jù)雙膜理論，在穩(wěn)定吸收操作中，吸收質(zhì)的通量（從氣相主體傳遞到界面）等于吸收質(zhì)的通量（從界面?zhèn)鬟f到液相主體）。即：吸收速率（吸收質(zhì)通過(guò)氣膜）=吸收速率（吸收質(zhì)通過(guò)液膜）

1．吸收傳質(zhì)速率方程一般表達(dá)式：傳質(zhì)速率=傳質(zhì)推動(dòng)力×傳質(zhì)系數(shù)或傳質(zhì)速率=傳質(zhì)推動(dòng)力/傳質(zhì)阻力顯然：傳質(zhì)系數(shù)=1/傳質(zhì)阻力（1）分傳質(zhì)速率方程式描述從一相主體流至氣液兩相接觸表面或從兩相接觸表面至另一相主體流的傳質(zhì)方程式。①氣相分傳質(zhì)速率方程設(shè)組分是濃度為yA的氣相傳遞到濃度為xA的液相中。若以PA-PAi或yA-yAi為氣相傳質(zhì)推動(dòng)力，則氣相分傳質(zhì)速率方程式為：

PA、PAi—分別表示吸收質(zhì)A在氣相主體和相界面上的分壓，Pa；yA、yAi—分別表示吸收質(zhì)A在氣相主體和相界面上的摩爾分?jǐn)?shù)；

ky—以為推動(dòng)力的氣相分傳質(zhì)系數(shù)，

Kmol/(m2·s);kG—以為推動(dòng)力的氣相分傳質(zhì)系數(shù)，

Kmol/(m2·s·Pa)kG=DAG/ZG其中：ZG—?dú)饽ず穸龋琺DAG—吸收質(zhì)A在氣相中的分子擴(kuò)散系數(shù)，

Kmol/(m·s·pa)②液相分傳質(zhì)速率xA、xAi—分別表示被吸收組分在液相主體和相界面上的摩爾分?jǐn)?shù)；CA、CAi—分別表示被吸收組分在液相主體和相界面上的摩爾分?jǐn)?shù)，kmol/m3kx—以（xAi-xa）為推動(dòng)力的液相分傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2s)kl—以（CAi-CA）為推動(dòng)力的液相分傳質(zhì)系數(shù)，m/s

（2）總傳質(zhì)速率方程P*—與液相主體中吸收質(zhì)濃度CA成平衡的氣相虛擬分壓，Pay*—與液相中吸收質(zhì)濃度xA成平衡（y*=m*x）的氣相虛擬濃度m*—與液相中吸收質(zhì)濃度xA成平衡的相平衡常數(shù)，無(wú)量綱Ky—以yA-yA*為推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2s)KAg—以PA-PA*為推動(dòng)力的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2sPa)KAl—以CA-CA*為推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，m/sKx—以xA*-xA為推動(dòng)力的液相總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2s)xA*—與氣相中組分濃度yA相平衡（x*=y/m0）的液相虛擬濃度CA*—與氣相中組分分壓PA成相平衡的液相中被吸收組分的摩爾濃度，kmol/m3m0—虛擬濃度x*時(shí)的相平衡常數(shù)

2．傳質(zhì)系數(shù)對(duì)前面公式和氣液界面上平衡關(guān)系式y(tǒng)Ai=mxAi進(jìn)行數(shù)學(xué)聯(lián)解，即可得到氣相總傳質(zhì)系數(shù)與氣液相傳質(zhì)分系數(shù)的關(guān)系式，即：

其中：

同理可得液相總傳質(zhì)系數(shù)與氣、液相傳質(zhì)分系數(shù)的關(guān)系式，即：

其中：

傳質(zhì)速率方程和傳質(zhì)系數(shù)3、相界面上濃度的確定（1）作圖法：已知?dú)庖合鄠髻|(zhì)分系數(shù)kx、ky和某一界面氣液相主體中組分A的濃度xA、yA，則通過(guò)該點(diǎn)（xA，yA）作斜率為-kx/ky的直線，與平衡線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)即為界面濃度（xAi，yAi）。

（xA，yA）（2）解析法

聯(lián)立方程組：

求解可得xA、yA。例題2：在總壓為1.013×105Pa，溫度為303K下，用水吸收混合氣體中的氨，操作條件下的氣液關(guān)系式為y=1.21x，已知?dú)庀鄠髻|(zhì)系數(shù)ky=5×10-4kmol/(m2·s)，液相傳質(zhì)系數(shù)kx=6×10-3kmol/(m2·s)，在吸收塔內(nèi)某一截面上測(cè)得氨的氣相濃度y為0.05，液相濃度x為0.01（均為摩爾分率），試求：（1）該截面上氣液截面的兩相濃度（xi,yi）。（2）氣相總傳質(zhì)速率系數(shù)。（3）液相總傳質(zhì)速率系數(shù)。（2）總傳質(zhì)阻力氣相總傳質(zhì)系數(shù)K

y=1/2202=4.54×10-4kmol/(m2·s)（1）（3）總傳質(zhì)阻力液相總傳質(zhì)系數(shù)Kx=1/1820=5.49×10-4kmol/(m2·s)（三）化學(xué)吸收化學(xué)吸收的優(yōu)點(diǎn)溶質(zhì)進(jìn)入溶劑后因化學(xué)反應(yīng)消耗掉，溶劑容納的溶質(zhì)量增多液膜擴(kuò)散阻力降低填料表面的停滯層仍為有效濕表面吸收速率物理吸收時(shí)化學(xué)吸收時(shí)K1－未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)的液相傳質(zhì)分系數(shù)

－由于化學(xué)反應(yīng)使吸收速率增強(qiáng)的系數(shù) 相當(dāng)于選取相同的推動(dòng)力

C,選用不同的傳質(zhì)系數(shù)－引入增強(qiáng)系數(shù)四、吸收劑的選擇

（一）吸收劑的選擇原則

1.吸收劑具有良好的選擇性和較大的吸收能力；

2.飽和蒸氣壓低，以減少揮發(fā)損失；

3.沸點(diǎn)高，熱穩(wěn)定性高，不易起泡；

4.油性?。?/p>

5.化學(xué)穩(wěn)定性高，腐蝕性小、無(wú)毒性、不易燃；

6.價(jià)廉易得、易于解吸再生或產(chǎn)生的富液易于綜合利用。

（二）吸收劑的選擇方法

1.對(duì)于物理吸收，要求溶解度大，可按照相似相溶規(guī)律選擇吸收劑，即從與吸收質(zhì)結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)中篩選吸收劑。

2.對(duì)于化學(xué)吸收過(guò)程，可以選擇容易與被吸收組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)作吸收。

3.在水中溶解度較大的氣體，用水作吸收劑是首選對(duì)象，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)廉易得、吸收流程、設(shè)備和操作都比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是設(shè)備龐大、凈化效率低、動(dòng)力消耗大。

4.堿金屬鈉、鉀、鉸或堿土金屬鈣、鎂等的溶液，是另一類(lèi)常用吸收劑。由于這－類(lèi)吸收劑能與被吸收的氣態(tài)污染物如

SO2、HCI、HF、NO2等之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而使吸收能力大大增加。

5.吸收堿性氣體常用各種酸液作為吸收劑；對(duì)于酸性氣體，則優(yōu)先選用堿性或堿性鹽溶液吸收。

（三）吸收劑的再生

吸收劑使用到一定程度，需要處理后再使用，處理的方式：一是通過(guò)再生回收副產(chǎn)品后重新利用，如亞硫酸鈉法吸收SO2氣體，吸收液中的亞硫酸氫鈉經(jīng)加熱再生，回收SO2后變?yōu)閬喠蛩徕c重新使用；二是直接把吸收液加工成副產(chǎn)品，如用氨水吸收SO2得到的亞硫酸銨經(jīng)氧化變?yōu)榱蛩徜@化肥。五、吸收設(shè)備（一）吸收設(shè)備為了強(qiáng)化吸收過(guò)程，降低設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，要求吸收設(shè)備滿(mǎn)足以下基本要求：（1）氣液之間應(yīng)有較大的接觸面積和一定的接觸時(shí)間；（2）氣液之間擾動(dòng)強(qiáng)烈，吸收阻力低，吸收效率高；（3）氣流通過(guò)時(shí)的壓力損失小，操作穩(wěn)定；（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作維修方便，造價(jià)低廉；（5）應(yīng)具有相應(yīng)的抗腐蝕和防堵塞能力。所以，正確地選擇吸收設(shè)備的型式是保證經(jīng)濟(jì)有效地分離或凈化廢氣的關(guān)鍵。分類(lèi)：目前，工業(yè)上常用的吸收設(shè)備的類(lèi)型主要有表面吸收器、鼓泡式吸收器、噴灑吸收器三大類(lèi)。

1．表面吸收器：凡能使氣液兩相在接觸表面（靜止液面或流動(dòng)的液膜表面）上進(jìn)行吸收操作的設(shè)備均屬表面吸收器。有水平液面的表面吸收器、液膜吸收器、填料吸收器和機(jī)械膜式吸收器。

2．鼓泡式吸收器：鼓泡式吸收器中氣體以氣泡形式分散于液體吸收劑中。形式很多，基本上分為以下幾類(lèi)：連續(xù)鼓泡式吸收器、板式吸收器、活動(dòng)（浮動(dòng)）填料吸收器（湍球塔）、液體機(jī)械攪拌吸收器。主要吸收設(shè)備有板式塔（如泡罩塔、篩板塔、浮閥塔等），湍球塔（即活動(dòng)填料塔）等。

3．噴灑吸收器：該吸收器中液體以液滴形式分散于氣體中。分為三類(lèi)：空心（噴嘴式）噴灑吸收器、高氣速并流噴灑吸收器、機(jī)械噴灑吸收器。主要吸收設(shè)備有噴灑吸收塔、噴射吸收塔和文丘里吸收塔等。噴淋塔填料塔第二節(jié)氣體吸附吸附用多孔固體吸附劑將氣體（或液體）混合物中的組分濃集于固體表面吸附質(zhì)－被吸附物質(zhì)吸附劑－附著吸附質(zhì)的物質(zhì)吸附過(guò)程：是用多孔固體（吸附劑）將流體（氣提或液體）混合物中一種或多種組分積聚或凝縮在表面達(dá)到分離目的操作。一、吸附凈化的概念

多孔性固體物質(zhì)具有選擇性吸附廢氣中的一種或多種有害組分的特點(diǎn)。吸附凈化是利用多孔性固體物質(zhì)的這一特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)凈化廢氣的一種方法。（一）吸附凈化法的特點(diǎn)1.適用范圍①常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過(guò)大；②對(duì)有機(jī)溶劑蒸汽具有較高的凈化效率；③當(dāng)處理的氣體量較小時(shí)，用吸附法靈活方便。2.優(yōu)點(diǎn)：凈化效率高，可回收有用組分，設(shè)備簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。3.缺點(diǎn)：吸附容量小，設(shè)備體積大；吸附劑容量往往有限，需頻繁再生，間歇吸附過(guò)程的再生操作麻煩且設(shè)備利用率低。4.應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于有機(jī)化工、石油化工等部門(mén)。環(huán)境治理方面：廢氣治理中，脫除水分、有機(jī)蒸汽、惡臭、HF、SO2、NOX等。成功的例子：用變壓吸附法來(lái)處理合成氨放氣，可回收純度很高（>98%）的氫氣，實(shí)現(xiàn)廢物資源化。二、吸附機(jī)理（1）外擴(kuò)散（氣膜擴(kuò)散）：吸附質(zhì)從氣流主體穿過(guò)顆粒周?chē)鷼饽U(kuò)散至外表面。（2）內(nèi)擴(kuò)散（微孔擴(kuò)散）：吸附質(zhì)由外表面經(jīng)微孔擴(kuò)散至吸附劑微孔表面。（3）吸附：到達(dá)吸附劑微孔表面的吸附質(zhì)被吸附。一般吸附過(guò)程：(1)物理吸附：內(nèi)外擴(kuò)散控制；(2)化學(xué)吸附：既有表面動(dòng)力學(xué)控制，亦有內(nèi)外擴(kuò)散控制一般來(lái)說(shuō)，外擴(kuò)散控制的情況較少。（一）外擴(kuò)散速率吸附質(zhì)A的外擴(kuò)散傳質(zhì)速率計(jì)算式為：

式中：dMA—dt時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)從氣相擴(kuò)散至固體表面的質(zhì)量，kg/m3；kY—外擴(kuò)散吸附分系數(shù)，kg/(m2.s)；ap—單位體積吸附劑的吸附表面積，m2/m3；YA，YAi—分別為A在氣相中及吸附劑外表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（二）內(nèi)擴(kuò)散速率

式中：

kX—內(nèi)擴(kuò)散吸附分系數(shù)，kg/(m2.s)；XA，XAi—分別為A在固相內(nèi)表面及外表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)（三）總吸附速率方程式由于表面濃度不易測(cè)定，吸附速率常用吸附總系數(shù)表示

式中：KY，KX—分別為氣相及吸附相吸附總系數(shù)，kg/(m2.s)；—分別為吸附平衡時(shí)氣相及吸附相中A的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)吸附過(guò)程中吸附質(zhì)在吸附劑上達(dá)到平衡時(shí)，流動(dòng)相中的濃度與吸附劑上的吸附量成簡(jiǎn)單的關(guān)系：

式中：m—平衡曲線的斜率。由此得：

可見(jiàn)：

顯然：分吸附系數(shù)與總吸附系數(shù)間的關(guān)系與吸收類(lèi)似。（四）吸附平衡當(dāng)吸附速度＝脫附速度時(shí)，吸附平衡，此時(shí)吸附量達(dá)到極限值極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響吸附等溫線

NH3在活性炭上的吸附等溫線三、物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附化學(xué)吸附1.吸附力－范德華力，可是單層或多層吸附；2.吸附質(zhì)與吸附劑之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.吸附過(guò)程快，瞬間達(dá)到平衡；4.放熱反應(yīng)；5.吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強(qiáng)，吸附可逆。1.吸附力－化學(xué)鍵力，單層吸附2.吸附有很強(qiáng)的選擇性；3.吸附速率較慢，達(dá)到吸附平衡需相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間；4.升高溫度可提高吸附速率；5.吸附不可逆。同一污染物可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時(shí)，發(fā)生化學(xué)吸附四、吸附劑及再生（一）吸收劑

1、工業(yè)用吸附劑應(yīng)具備的特性?xún)?nèi)表面積大具有選擇性吸附作用高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性吸附容量大來(lái)源廣泛，造價(jià)低廉良好的再生性能常用吸附劑特性吸附劑類(lèi)型活性炭活性氧化鋁硅膠沸石分子篩4A5A13x堆積密度(kg/m3)200-600750-1000800800800800熱容(KJ/Kg·K)0.836-1.2540.836-1.0450.920.7940.794——操作溫度上限（K）423773673873873873平均孔徑（?）15-2518-48224513再生溫度（K）373-413473-523393-423473-573473-573473-573比表面積（㎡/g）600-1600210-360600——————①活性炭：疏水性，常用于空氣中有機(jī)溶劑，催化脫除尾氣中SO2、NOX等惡臭物質(zhì)的凈化；優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定、抗腐蝕。缺點(diǎn)：可燃性，因此使用溫度不能超過(guò)200℃，在惰性氣流掩護(hù)下，操作溫度可達(dá)500℃。②活性氧化鋁：用于氣體干燥，石油氣脫硫，含氟廢氣凈化（對(duì)水有強(qiáng)吸附能力）。③硅膠：親水性，從水中吸附水份量可達(dá)硅膠自身質(zhì)量的50%，而難于吸附非極性物質(zhì)。常用于處理含濕量較高的氣體干燥，烴類(lèi)物質(zhì)回收等。（二）工業(yè)常用吸附劑④沸石分子篩：是一種人工合成沸石，為微孔型、具有立方晶體的硅酸鹽。通式為：[Mex/n(Al2O3)x(SiO2)y]·mH2O

特點(diǎn)：孔徑整齊均一，因而具有篩分性能，一種離子型吸附劑，對(duì)極性分子，不飽和有機(jī)物具有選擇吸附能力。⑤吸附樹(shù)脂：最初為酚、醛類(lèi)縮合高聚物，以后出現(xiàn)一系列的交聯(lián)共聚物，如聚苯乙烯等。大孔吸附樹(shù)脂除了價(jià)格較貴外，比起活性炭，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，品種較多，能用于廢水處理，維生素的分離及H2O2的精制等。（三）氣體吸附的影響因素1.操作條件低溫有利于物理吸附；高溫利于化學(xué)吸附增大氣相壓力利于吸附氣流速度：對(duì)固定床為0.2~0.6m/s－比表面積，m2/gf

－單位體積氣體鋪成單分子層的面積,m2/mLN0－阿佛加德羅常數(shù)A

－吸附質(zhì)分子橫截面積,m2Vm－吸附劑表面被單分子鋪滿(mǎn)時(shí)的氣體體積，mLW－吸附劑的重量，g

2.吸附劑性質(zhì)比表面積（孔隙率、孔徑、粒度等）3.吸附質(zhì)性質(zhì)、濃度臨界直徑－吸附質(zhì)不易滲入的最大直徑吸附質(zhì)的分子量、沸點(diǎn)、飽和性4.吸附劑活性定義：以被吸附物質(zhì)的重量對(duì)吸附劑的重量或體積分?jǐn)?shù)表示，是吸附劑吸附能力的標(biāo)志。靜活性－吸附達(dá)到飽和時(shí)的吸附量動(dòng)活性－未達(dá)到平衡時(shí)的吸附量（四）吸附劑再生溶劑萃取再生活性炭吸附SO2，可用水脫附置換再生脫附劑需要再脫附降壓或真空解吸再生

吸附作用，再生溫度加熱解吸再生吸附劑再生(a)吸附(b)解吸五、吸附過(guò)程與工藝流程（一）工藝流程分類(lèi)1、按吸附劑在吸附器中的工作狀態(tài)分為：固定床、流化床、移動(dòng)床（超吸附）。穿床速度：氣體通過(guò)床層的速度是劃分反應(yīng)床類(lèi)型的主要依據(jù)。穿床速度吸附劑的懸浮速度2、按操作過(guò)程的連續(xù)與否分為：間歇式、連續(xù)式。3、按吸附床再生的方法分：升溫解吸循環(huán)再生（變溫吸附）、減壓循環(huán)再生（變壓吸附）、溶劑置換再生等。＜→固定床≈遠(yuǎn)遠(yuǎn)＞→流化床→移動(dòng)床1、固定床吸附流程特點(diǎn)：①設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，價(jià)格低廉；②適用于小型、分散、間歇性的污染源治理；③吸附和解吸交替進(jìn)行、間歇操作；④應(yīng)用廣泛缺點(diǎn)：①間歇操作，操作必須周期性地變換，因而操作復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度高；②設(shè)備龐大，生產(chǎn)強(qiáng)度低；③吸附劑導(dǎo)熱性差，因而升溫及變溫再生困難。（二）常見(jiàn)的幾種吸附流程2、移動(dòng)床吸附流程控制吸附劑在床層中的移動(dòng)速度，使凈化后的氣體達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。特點(diǎn)：①固體吸附劑在吸附床中不斷移動(dòng)，固體和氣體都以恒定的速度流過(guò)吸附器；②處理氣量大，吸附劑可循環(huán)使用，適用于穩(wěn)定、連續(xù)、量大的氣體凈化；③吸附和脫附連續(xù)完成；④動(dòng)力和熱量消耗較大，吸附劑磨損較為嚴(yán)重。料斗吸附器風(fēng)機(jī)傳送帶3、流化床吸附流程控制吸附劑在床層中的移動(dòng)速度，使凈化后的氣體達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。特點(diǎn)：①氣體于固體接觸相當(dāng)充分，氣速是固定床的3~4倍以上；②生產(chǎn)能力大，適合治理連續(xù)性、大氣量的污染源；③由于吸附劑和容器的磨損嚴(yán)重，流化床吸附器的排除氣體中常帶有吸附劑粉末，故后面必須加除塵設(shè)備。（三）吸附負(fù)荷曲線在流動(dòng)狀態(tài)下，氣相中的吸附質(zhì)沿床層不同高度的濃度變化曲線，或在一定溫度下吸附劑種吸附的吸附質(zhì)沿床層不同高度的濃度變化曲線稱(chēng)為吸附負(fù)荷曲線。橫軸Z—吸附劑床層高度；橫軸X—吸附劑的吸附負(fù)荷；

X0—吸附劑原始濃度（或反復(fù)再生過(guò)的吸附劑中殘留的吸附質(zhì)濃度）；

Xe—吸附劑達(dá)到飽和時(shí)的負(fù)荷；

τ0—床層開(kāi)始吸附的時(shí)間；

τb—達(dá)到破點(diǎn)的時(shí)間；

τe—全床達(dá)到吸附平衡（飽和）的時(shí)間。τ0

τ

τ+Δτ

吸附劑原始濃度吸附劑達(dá)到飽和時(shí)的負(fù)荷床層開(kāi)始吸附的時(shí)間τb

>τb≥τe

達(dá)到破點(diǎn)的時(shí)間全床達(dá)到吸附平衡（飽和）的時(shí)間吸附劑床層中各區(qū)分布示意圖

未用區(qū)傳質(zhì)區(qū)(傳質(zhì)帶)飽和區(qū)(平衡區(qū))YY0穿透曲線（透過(guò)曲線）在一定時(shí)間內(nèi)，分析床層中流出氣體的濃度，即從研究流出物濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系來(lái)達(dá)到研究吸附床層中濃度變化的情況—穿透曲線（透過(guò)曲線）。第三節(jié)氣體催化凈化（一）定義：催化轉(zhuǎn)化是指廢氣通過(guò)催化床層發(fā)生催化反應(yīng)，使其中的污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)害或易于處理與回收利用物質(zhì)的凈化（二）應(yīng)用工業(yè)尾氣和煙氣去除SO2和NOx有機(jī)揮發(fā)性氣體VOCs和臭氣的催化燃燒凈化汽車(chē)尾氣的催化凈化一、氣體催化凈化（三）優(yōu)點(diǎn)①對(duì)不同濃度的污染物具有很高轉(zhuǎn)化率；②污染物與主氣流不需要分離，避免了可能產(chǎn)生的第二次污染；③操作過(guò)程簡(jiǎn)化。（四）缺點(diǎn)催化劑較貴，且廢氣預(yù)熱需耗一定能量，這樣使凈化處理的費(fèi)用增加。二、氣體催化機(jī)理（一）催化作用化學(xué)反應(yīng)速度因加入某種物質(zhì)而改變，而被加入物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)，在反應(yīng)終了時(shí)不變的作用改變反應(yīng)歷程，降低活化能提高反應(yīng)速率

（多位活化絡(luò)合物理論）

（二）顯著特征只能加速化學(xué)反應(yīng)速度，對(duì)于正逆反應(yīng)的影響相同，不改變化學(xué)平衡具有特殊的選擇性（阿累尼烏斯方程）三、催化劑（一）定義：加速化學(xué)反應(yīng)，而本身的化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)。（二）組成活性組分＋助催劑＋載體（三）催化劑的性能1.活性W－產(chǎn)品質(zhì)量WR－催化劑質(zhì)量t－反應(yīng)時(shí)間衡量催化劑效能大小的標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)中，常把產(chǎn)品量換算為轉(zhuǎn)化率X表示2.選擇性:是指若化學(xué)反應(yīng)在熱力學(xué)上有幾個(gè)反應(yīng)方向時(shí)，一種催化劑在一定條件下只對(duì)其中的一個(gè)反應(yīng)起加速作用的特征，表示為：活性--------催化劑對(duì)提高產(chǎn)品產(chǎn)量的作用；選擇性-----表示催化劑對(duì)提高原料利用率的作用；3.穩(wěn)定性定義：催化劑在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中保持活性的能力。包括：（1）熱穩(wěn)定性；（2）機(jī)械穩(wěn)定性：（3）抗毒穩(wěn)定性。影響催化劑壽命的因素主要有：催化劑的老化和中毒。催化劑的老化：是指催化劑在