大气污染控制工程7-1吸收法345

物理吸收要解决的问题:（1）确定吸收剂的量（操作费用）;（2）设计塔的主要结构尺寸，塔高、直径：即操作容量，相接触面积（投资费用）.计算依据：（1）相平衡方程（2）吸收速率NA的表达式（3）操作线方程。一、物料衡算：（质量守衡）采用摩尔分子比X、Y的概念来推导：Y=气相中溶质的摩尔数/载气的摩尔数(kmol吸收质/kmol惰性气体)X=液相中溶质的摩尔数/溶剂的摩尔数(kmol吸收质/kmol纯吸收剂)假设：(1)等温、低浓度的吸收；(2)溶剂不挥发，混合气体中的惰性组分不溶解，L、G为常数；LS：纯吸收剂的量，kmol/（m2·h）GB：惰性气体的量，kmol/（m2·h）(3)逆流操作。一、物料衡算：（质量守衡）1、总物料平衡：对塔顶和塔底进行守衡计算：进塔物料组成=出塔物料组成GBY1+LSX2=GBY2+LSX1GB（Y1-Y2）=LS（X1-X2）SLSL一、物料衡算：（质量守衡）2、操作线方程：对塔底和通过塔的任一截面所进行的物料衡算：GBY1+LSX=GBY+LSX1GB（Y1-Y）=LS（X1-X）操作线方程：SS1111BB()()LLLLYXYXXYXGGGGSLSL一、物料衡算：（质量守衡）LS/GB称为液气比物理含义为处理单位惰性气体所消耗的纯吸收剂的量。操作线与平衡线的关系：操作线必须在平衡线之上，否则为解吸过程。操作线与平衡线之间的距离表示吸收推动力的大小：操作线与平衡线不能相交或相切。一、物料衡算：（质量守衡）一、物料衡算：（质量守衡）操作线（方程式）的作用：（1）说明塔内气液浓度变化情况；（2）确定吸收推动力，进行吸收速率计算；（3）确定吸收剂的最小用量，计算出吸收剂的操作用量。二、最佳液气比的确定1、最小液气比：（LS/GB）min已知：气相进塔浓度Y1已知、Y2（大气标准要求）、液相进塔浓度X2和惰性气体流量GB为基本设计参数，未知：纯吸收剂的喷淋量L和液相出塔浓度X1。先确定LS（根据操作线斜率LS/GB），再根据物料衡算求出X1。SLSL二、最佳液气比的确定1、最小液气比：（L/G）min（1）图解法:根据Y1在平衡线上读出X1﹡后用下式求LSmin：（2）平衡关系符合亨利定律：11eYmX12min12()()YYLYGXmS12min*B12()LYYGXXS12minB1max2()LYYGXX1X)(BSGL二、最佳液气比的确定2、最佳液气比的确定：确定原则：（1）否则不可能实现，通常取（2）喷淋密度：每平方米塔截面上每小时的喷淋量（m3/m2h），最小喷淋密度一般为5~12m3/m2h,如果按照上式计算出来的吸收剂用量,不能满足最小喷淋密度,应选用更大的液气比；（3）权衡投资费用和操作费用：综合考虑。min()LLGGminmin(1.1~2.0)()(1.1~2.0)LLGGLL)(BSGL)(BSGL)(BSGL)(BSGL三、填料塔直径和阻力的计算:1、空塔速度U（空塔气速、空速）（m/s）：在操作条件下，填料塔内未放置填料时的气流速度。其中：Qs：处理气体体积流量（m3/h）DT：塔径，（m）U：空塔气速,（m/h）24STQUD三、填料塔直径和阻力的计算:2、填料塔的流体力学特性：喷淋量L=0，干填料情况，，斜率为1.8-2.0直线①持液区：特点a：填料层内的液体向下流动几乎与气速无关。特点b：在恒定的喷淋量下，单位体积填料层上覆盖的液膜厚度不变，故填料层持液量不变。0.2~8.1Up三、填料塔直径和阻力的计算:2、填料塔的流体力学特性：②载液区：填料层的持液量随气速的增大而不断增加，这种现象称之为“拦液现象”特点：ΔP~U关系曲线斜率通常大于2。三、填料塔直径和阻力的计算:2、填料塔的流体力学特性：③液泛区：液泛：气速超过泛点速度后，液体被气体大量带出塔顶。“液泛”即因填料内液体不能及时流下而出现局部积液ΔP~U关系曲线斜率高达10以上。三、填料塔直径和阻力的计算:2、填料塔的流体力学特性：（2）液泛速度vf的计算：步骤：1.根据已知条件计算关联图横坐标数值2.在关联图上查出纵坐标数值3.根据已知条件计算出vf实际：空塔气速U=（0.5~0.8）vf三、填料塔直径和阻力的计算:3、塔径和阻力计算：（1）塔径：其中：Qv：气体的体积流量，m3/h，U：空塔气速，m/h核算，塔径/填料尺寸大于10。UQDvT4三、填料塔直径和阻力的计算:3、塔径和阻力计算：（2）压降ΔP的计算（即阻力的计算）：影响因素：塔器的不稳定操作，液气比增大，陶瓷填料的破损，塑料填料的致密与变形。步骤：1.根据计算选定的空塔气速及已知条件计算关联图中纵坐标数值2.根据已知条件计算关联图中横坐标数值3.在关联图中查得实际压强降四、填料层高度的计算：1、微分衡算法：假设：塔的内截面积：S（m2），单位体积填料层所提供的有效接触比表面积：a（m2/m3），微分段总的接触面积为：a·S·dz单位时间内，溶质由气相转入液相的量GB·S·dY（或LS·S·dX）x1x2y2y1xydzzx+dxy+dyYYY1Y2Y四、填料层高度的计算：传质速率为NA，单位时间内从气相传入液相的溶质为：NA·S·a·dz，且则：气体中溶质减少量为：得：()()AyeYeGSdYNSadhKyySadhKYYSadheYYYdYaKGdh)(eyAyyKNdzdzdzdzBGBG四、填料层高度的计算：1、微分衡算法：得：常常把KY和a结合成一个系数加以确定，体积传质系数，单位是kmol/m3h，eYYYdYaKGdh11220hYXYXYeXeGdYLdXhdhKaYYKaXXdzBGBGdzZZSLx1x2y2y1xydzzx+dxy+dy四、填料层高度的计算：1、微分衡算法：气相总传质单元高度：与高度同单位，气相总传质单元数：无因次；所以（气相表示）OGYGHKa12()YOGYedYNYYOGOGNHhBGZ四、填料层高度的计算：1、微分衡算法：同理：液相总传质单元高度：m液相总传质单元数：无因次；所以（液相表示）OLXLHKa12()XOLXedXNXXOLOLhHNZSL四、填料层高度的计算：2、HOG的求法：其中：HG——气相传质单元高度，mHL——液相传质单元高度，mλ——系数，其中：LGOGHHHPHLQAV///QV—气体的体积流量；m3/m2·hL′′—液相的喷淋密度m3/m2·h—被吸收组分的密度，kg/m3H′—溶解度系数，kg/m3·atmP—系统压力，atmPHLQAV///A四、填料层高度的计算：3、NOG的求法：图解积分法：如图12()YOGYedYNYY12()YOGYedYNYY步骤：在直角坐标系中绘出平衡线和操作线；在Y1和Y2之间选定若干个Y值，从图中读出对应的Ye值；画出1/(Y-Ye)对Y的变化曲线；求出1/(Y-Ye)对Y的曲线中阴影部分的面积，即为NOG的值。化学吸收化学吸收化学吸收的优点吸收量增加吸收推动力增加液膜扩散阻力降低填料表面的停滞层仍为有效湿表面化学吸收的基本步骤：溶质A以湍流扩散到达气膜表面，以分子扩散方式从气膜到达相界面；溶质A向液膜中扩散（分子扩散）；溶剂中反应组分B向液膜中扩散（分子扩散）；组分A和B在反应区进行化学反应；反应产物从反应带（区）向液相主体中扩散。化学吸收受扩散速率和化学反应速度的影响：传质控制（或扩散控制）：化学反应速度﹥﹥扩散速度，反应主要受扩散速度的影响，如：极快反应；动力学控制：化学反应速度﹤﹤扩散速度，反应主要受化学反应速度的影响，如：缓慢反应。普通化学反应：化学反应速度与扩散速度具有相同的数量级，化学吸收过程的快慢由二者共同决定。