第07章氣態(tài)污染物控制技術(shù)1w

27十二月2023第07章氣態(tài)污染物控制技術(shù)1w第一節(jié)氣體擴(kuò)散氣態(tài)污染物脫除過程的單元操作流體輸送熱量傳遞質(zhì)量傳遞氣體擴(kuò)散過程分子擴(kuò)散－分子運(yùn)動(dòng)引起的湍流擴(kuò)散－流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)引起的氣體擴(kuò)散氣體在氣相中的擴(kuò)散（Gilliland方程）氣體在氣相中的擴(kuò)散擴(kuò)散系數(shù)物質(zhì)的特性常數(shù)之一P236影響因素：介質(zhì)的種類溫度壓強(qiáng)濃度氣體在氣相中的擴(kuò)散部分氣體在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)（0oC，101.33kPa）擴(kuò)散系數(shù)的測量Stephan過程氣體在液相中的擴(kuò)散在液相中的擴(kuò)散系數(shù)估算方程擴(kuò)散系數(shù)隨溶液濃度變化很大上式只適用于稀溶液氣體在液相中的擴(kuò)散（續(xù)）某些物質(zhì)在水中的擴(kuò)散系數(shù)（20oC，稀溶液）溶解度計(jì)算例題P3017-1解：(1)由式7－13得：x=P*/E=500×2％/1.88×105=5.32×10－5摩爾分?jǐn)?shù)由式7－14得：m=y*/x

已知：y*=2%（體積）＝0.02m3/22.4×103=8.93×10－7

kmol/m3所以：m=y*/x＝8.93×10－7/5.32×10－5=1.68×10－2

kmol/m3由式7－18得溶液的平均分子量：Mm=Mx·x+Ms(1－x)=44×5.32×10－5

+18(1－5.32×10－5)≈18由式7－17得溶液的總濃度：Ct=ρl/Mm=1000/18=55.56kmol/m3所以溶質(zhì)的濃度為：C=Ct·x=55.56×5.32×10－5=2.96×10－3

kmol/m3由式7－12可求得：H＝C/P*＝2.96×10－3/500×2％＝2.96×10－4

kmol/m3用簡化公式：H≈ρs/Ms·E=1000/18×1.88×105=2.96×10－4

kmol/m3第二節(jié)氣體吸收吸收機(jī)理1.雙膜模型（應(yīng)用最廣）假定:界面兩側(cè)存在氣膜和液膜,膜內(nèi)為層流,傳質(zhì)阻力只在膜內(nèi)氣膜和液膜外湍流流動(dòng),無濃度梯度,即無擴(kuò)散阻力氣液界面上,氣液達(dá)溶解平衡即:CAi=HPAi膜內(nèi)無物質(zhì)積累,即達(dá)穩(wěn)態(tài).雙膜理論雙膜模型氣相分傳質(zhì)速率液相分傳質(zhì)速率總傳質(zhì)速率方程xAL氣液平衡平衡－吸收過程的傳質(zhì)速率等于解吸過程溶解度每100kg水中溶解氣體的kg數(shù)溶解度是系統(tǒng)的溫度和氣相組成的函數(shù)氣液平衡常見氣體的平衡溶解度亨利定律亨利定律一定溫度下，稀溶液中溶質(zhì)的溶解度與氣相中溶質(zhì)的平衡分壓成正比一定溫度下，氣體溶質(zhì)的分壓與它在溶液中的濃度(摩爾分率)成正比。

亨利定律（續(xù)）亨利系數(shù)H、E、m

其中H又稱為溶解度系數(shù)，H是溫度的函數(shù)，隨溫度的增加而減小。H的大小反映了氣體溶解的難易程度。易則H大、難則H小。

E又稱為相平衡常數(shù)。亨利系數(shù)之間的換算吸收系數(shù)吸收系數(shù)的不同形式傳質(zhì)阻力傳質(zhì)阻力－吸收系數(shù)的倒數(shù)吸收過程的氣膜控制與液膜控制氣膜阻力和液膜阻力的大小取決于被吸收組分的相平衡常數(shù)m和溶解度系數(shù)H。對于易溶氣體，m很小、H很大，總阻力近似等于氣膜阻力，這種情況稱為氣膜控制。對于難溶氣體，m很大、H很小,總阻力近似等于液膜阻力,這種情況稱為液膜控制。傳質(zhì)過程吸收系數(shù)的影響因素吸收質(zhì)與吸收劑設(shè)備、填料類型流動(dòng)狀況、操作條件吸收系數(shù)的獲取實(shí)驗(yàn)測定；經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算；準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)計(jì)算常用吸收系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式界面濃度的計(jì)算作圖法解析法稀溶液亨利定律+傳質(zhì)方程物理吸收操作線方程操作線、平衡線和吸收推動(dòng)力物理吸收最小液氣比（平衡線上凸）吸收塔的最小液氣比物理吸收填料塔高度計(jì)算水吸收SO2的平衡線和操作線吸收法凈化氣態(tài)污染物的特點(diǎn)吸收法凈化氣態(tài)污染物，是用適當(dāng)?shù)奈談瑥膹U氣中選擇性地吸收除去氣態(tài)污染物以消除污染。這樣的吸收過程具有如下特點(diǎn)：所要處理的廢氣中的氣態(tài)污染物濃度一般都很低，為了達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，要求吸收過程具有較高的吸收效率和吸收速度，化學(xué)吸收一般能滿足這一要求，因此凈化廢氣的吸收，常常是伴有氣液相化學(xué)反應(yīng)的吸收過程。廢氣中氣態(tài)污染物的成分復(fù)雜。例如，燃燒產(chǎn)生的煙氣中，除SO2外還含有NOx、CO2、O2和煙塵等。處理它們會(huì)給吸收操作帶來種種困難，吸收操作是在極不利的條件下進(jìn)行的。吸收法凈化氣態(tài)污染物的特點(diǎn)（續(xù)）需要處理的廢氣往往是氣量大、溫度高、壓力低，吸收凈化這樣的廢氣在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上尚有不少問題需要研究。吸收了氣態(tài)污染物的溶液需要處理，否則將造成二次污染。吸收過程中直接得到的或者經(jīng)過二次處理后再得到的副產(chǎn)品，往往是價(jià)格低廉的產(chǎn)品，難于補(bǔ)償吸收過程的運(yùn)行費(fèi)用?；瘜W(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化學(xué)吸收的四種類型兩分子反應(yīng)中相界面附近液相內(nèi)A與B的濃度分布化學(xué)吸收的氣液平衡平衡濃度計(jì)算相平衡與化學(xué)平衡的關(guān)系化學(xué)吸收過程既應(yīng)服從被吸收組分的氣液平衡關(guān)系即相平衡關(guān)系，也應(yīng)服從化學(xué)平衡關(guān)系。在這種情況下，亨利定律僅可適用于被溶解氣體沒有變化的分子的濃度，而此濃度決定于溶液中進(jìn)行反應(yīng)的平衡條件。從化學(xué)平衡移動(dòng)原理的角度就可以理解為什么化學(xué)吸收比單一的物理吸收，可以獲得較高凈化效率和較高反應(yīng)速度。

化學(xué)吸收速率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)吸收設(shè)備氣態(tài)污染物吸收凈化過程，處理的是一些低濃度氣態(tài)污染物，且氣體量大，因而多選用氣相為連續(xù)相、液相為分散相、湍流程度較高、相界面大的設(shè)備作吸收設(shè)備。吸收設(shè)備的類型根據(jù)氣液兩相界面形成的原理，吸收設(shè)備可以分為三類：①具有固定相界面的吸收設(shè)備例如：石英管吸收器，石墨吸收器，列管式濕壁吸收器等。②在氣液兩相流動(dòng)過程中形成相界面的吸收設(shè)備例如：填料吸收塔，篩板吸收塔，泡沫吸收塔等。③有外部能量引入的吸收設(shè)備例如：帶有機(jī)械攪拌的臥式吸收器，噴灑式吸收器等。吸收設(shè)備

.常用吸收設(shè)備吸收設(shè)備噴淋塔吸收設(shè)備吸收設(shè)備噴淋塔的主要操作、技術(shù)要求

壓力損失通常為100～200Pa／m塔高。

空塔氣流速度為液滴沉降速度的50％，一般取0.6-1.2m／s。

液滴直徑一般取0.5-1.0mm

液氣比一般取0.2～1.0Kg／m3噴淋塔的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡單、壓力損失小、操作穩(wěn)定方便，但效率不高。吸收設(shè)備填料塔填料塔吸收設(shè)備填料塔的主要操作、技術(shù)要求

液體噴淋密度＞10m3／(h·m2)；空塔氣速一般為0.3～1.5m／s；壓降通常為0.15～0.60KPa／m填料，液氣比為0.5～2.0Kg／m3；填料塔高度與直徑比＞3。塔壁效應(yīng)

液體流經(jīng)填料層時(shí)，有向塔壁匯集的趨向，中心的填料不能充分加濕?？朔谛?yīng)的方法塔徑與填料尺寸比＞8；填料分層（填料層高度太大時(shí)），每層為塔徑的3倍（拉西環(huán)）至8倍（包爾環(huán)、鞍型填料）吸收設(shè)備湍球塔它是填料塔的一種特殊情況，其填料為在塔內(nèi)不斷湍動(dòng)的空心和實(shí)心小球。主要操作、技術(shù)要求

支承板的開孔率為0.35～0.45，限位板的開孔率為0.8～0.9；填料的靜止床層高為0.2～0.3m；小球應(yīng)質(zhì)輕、耐磨、耐腐蝕、耐高濕，直徑為25～40mm?？账馑僖话銥?－6m／s。湍球塔的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：氣流速度高、處理能力大，設(shè)備體積小，吸收效率高。缺點(diǎn)：有一定程度的返混，阻力大，小球的材質(zhì)存在問題。旋流板塔旋流板塔簡介

旋流板塔（專利號(hào)ZL94210374.2）是浙江大學(xué)譚天恩教授為首的研究小組發(fā)明的一種高效、節(jié)能的專利傳質(zhì)設(shè)備，適宜于進(jìn)行快速吸收、洗滌、增減濕、氣體直接傳熱、除霧、除塵等操作過程。自70年代問世以來在環(huán)保、石油、化工、輕工、冶金等行業(yè)得到普遍的重視和應(yīng)用。近年來更是成為煙氣脫硫除塵和工業(yè)廢氣治理領(lǐng)域的一朵奇葩，創(chuàng)造了巨大的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，曾榮獲：

·1978年全國科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)；

·1984年度國家發(fā)明獎(jiǎng)；

·1986年度四川省科技進(jìn)步獎(jiǎng)；

·1987年度浙江省科技進(jìn)步獎(jiǎng)；

·1993年化工部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；

·1996年國家教委科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；

·1999年浙江省環(huán)境保護(hù)二等獎(jiǎng)。旋流板塔旋流塔板的主要特點(diǎn)

·傳質(zhì)、傳熱效果好，氣相單板效率可達(dá)50%；多塊旋流塔板的脫硫效率可達(dá)90%以上；

·防堵性能好、操作彈性寬、適用范圍廣、操作管理方便；

·氣液負(fù)荷高，霧沫夾帶少；

·塔板壓降低，系統(tǒng)阻力??；運(yùn)行費(fèi)用低；

·除塵性能好，可達(dá)98%以上。旋流板塔旋流板塔工作原理

旋流板塔工作時(shí)，煙氣由塔底從切向高速進(jìn)入，在塔板葉片的導(dǎo)向作用下旋轉(zhuǎn)上升。逐板下流的液體在塔板上被煙氣噴成霧滴狀，使氣液間有很大的接觸面積。液滴在氣流的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力強(qiáng)化氣液間的接觸，最后被甩到塔壁上，沿壁下流，經(jīng)過溢流裝置流到下一層塔板上，再次被氣流霧化而進(jìn)行氣液接觸。由于塔內(nèi)提供了良好的氣液接觸條件，氣體中的SO2等酸性氣體被堿性液體吸收的效果好；旋流板塔同時(shí)具有很好的除塵性能，氣體中的塵粒在旋流塔板上被水霧粘附，并受離心力作用甩到塔壁而除去，從而具有較高的除塵除霧效率。旋流板塔主要操作、技術(shù)要求壓力損失通常為200～300Pa／層。

空塔氣流速度2.0～4.0m/s。

液氣比0.2～1.0Kg／m3設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)

每層旋流板塊數(shù)：直徑1800時(shí)，32塊（氣體凈化）、25塊（兼除塵）；盲板直徑一般為塔徑的1/4左右；葉片仰角：25°，葉片徑向角：18°～25°；罩筒高度：200～300mm；葉片厚度：5mm。

旋流板塔旋流板塔的制作材料

工程塑料塑料板材和焊條（殼體板材厚度大于8mm、葉片板材厚度5mm）

全不銹鋼316L不銹鋼（殼體鋼板厚度大于3mm、葉片鋼板厚度大于3mm）和焊條。

外殼花崗巖（麻石）、葉片不銹鋼應(yīng)設(shè)置檢修門，方便更換。

普通炭鋼，外敷防腐涂層注意防止由于熱膨脹防腐涂層脫落問題塔板數(shù)及其配置一般3層，最上一層外脫水器，其余二層均為氣體吸收和除塵裝置。噴淋裝置可設(shè)置在上一層的氣體吸收和除塵裝置上，也設(shè)置在每層的氣體吸收和除塵裝置上。各層旋轉(zhuǎn)方向一致。旋流板塔旋流板塔的制作工藝（以塑料為例）