10-吸收法-2.ppt

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1、气态污染物的治理,吸收法 吸附法 冷凝法 催化转化法 燃烧法 生物净化法 膜分离法 气态污染物的其他治理方法 大气污染综合防治,吸收法 吸收：气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度不同，或与吸收剂发生选择性化学反应，将有害组分从气流中分离的过程。 物理吸收：溶解的气体与吸收液不发生明显的化学反应，仅是被吸收的气体组分溶于液体 例如：用洗油吸收烃类蒸汽 CO2 H2O H2CO3 HCl（g）H2O HCl（L） 化学吸收：被吸收气体组分与吸收液发生明显化学反应。 例如：碱液吸收烟气中的SO2，用水吸收NO2,当总压不高（5105Pa）时，在一定温度下，稀溶液上方溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之

2、间存在着如下的关系：,上式表示溶液的浓度低于一定数值时溶质的平衡分压与它在溶液中的摩尔分率成正比。亨利系数E值较大表示溶解度较小。一般E值随温度的升高而增大。,Pe=EX,式中: Pe-溶质在气相中的平衡分压,kPa； X-溶质在液相中的摩尔分率 E-享利系数，kPa,亨利定律,气液相平衡,在亨利定律适用的范围内,H是温度的函数,而与Pe或C无关。对于一定的溶质和溶剂，H值一般随温度升高减小。易溶气体H值较大，难溶气体H值较小。,亨利定律的其它形式 气相用平衡分压，液相用物质的量浓度表示,双膜理论示意图,双膜理论假定： 气、液两相接触处有一保持平衡状态的相界面； 在气液相界面两侧，存在无对流作

3、用非常稳定的层流（滞流）薄膜气、液膜，其内存在浓 度梯度，物质传递主要靠分子扩散； 膜外气液两相主体为湍流，不存 在浓度梯度 传质过程只在气液薄膜中有分子扩 散阻力，相界面上和湍流主体中不存 在传质阻力，传递速率取决于两膜的 阻力大小,吸收速率方程 吸收速率：气体吸收质在单位时间内通过单位相界面而被吸收剂吸收的量。 吸收速率NA=KG（P-P*）=K L（C*-C） 提高吸收速率方法：提高气相主体和界面处的分压差、浓度差或膜层的传质系数。,吸收过程实质：物质由气相转入液相的传质过程 传质过程是: 被吸收组分从气相主体对流扩散到气膜表面， 再以分子扩散通过气膜到达相界面， 进入液膜后又以分子扩散

4、通过液膜， 最后通过对流扩散进入液相主体， 直到气液两相完全平衡后传质停止。,强化传质过程的因素有： 提高可吸收组分A的分压pA或降低溶液中组分A的浓度cA，均可增加传质动力； 增大传质界面F可增加质量传递，如细化喷淋的吸收液液滴以增大总传质面积； 延长气液的接触时间t，如通过控制气流速度来确定,增大总传质系数K，减小传质阻力，可强化传质过程 对H很大的易溶气体，传质阻力主要在气相，此种情况称为气膜控制，其特点是只要气相组分分压略为增加，则液相中相应的平衡浓度就会增加很多，如水对HCl、NH3的吸收； 对H很小的难溶气体，传质阻力主要在液相，称为液膜控制，这种情况即使气相组分分压有较大的变化，

5、液相的浓度变化也很小，如用水吸收CO2、O2，N2、CO、H2S等； 而中等溶解度气体，气膜阻力与液膜阻力均不能忽略，称为两膜控制，如水对SO2的吸收。,气膜控制时，应增大气相湍动程度； 液膜控制时，应增加液相湍流程度，以增加传质速率。 通常，使气体处于分散相，如采用孔板的板式塔，适用于难溶气体吸收的液膜控制过程； 而使液体成为分散相，如喷淋塔将液体高度雾化喷入气相，则液滴周围流动气体的扩散阻力较小，更适合于易溶气体吸收的气膜控制过程。,气体吸收是传质分离过程。 传质分离过程中，是组分在两相间的分配不同（平衡）来实现分离。 气体吸收过程包含组分从一相到另一相的转移。 过程的推动力为：浓度差C,

6、一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两部分。,吸收与解吸,解吸：从溶液中释放出溶解吸收的溶质气体的操作 方法： 加热，因温度升高，溶解度降低； 减压，因压力降低，溶解度降低； 惰性气体与溶液逆流接触，一般采用过热蒸汽，一方面由于较高温度，另一方面由于惰性气体可以降低溶质气体的分压，从而带出溶质气体。,传质吸收过程的判断 根据相平衡的概述，可以判断气液接触时溶质的传质方向，即溶质是由气相传到液相（被吸收），还是从液相传到气相（被解吸）。,若测得 yyi*，则该组分将被溶液吸收吸收过程； 若测得yxi*解吸过程。,吸收与解吸联合操作,图5-1 吸收与解吸联合操作,化学吸收原理 1）化学反应对相

7、平衡的影响 可溶的气态污染物A和吸收剂B发生可逆反应：A+BN。 获得高吸收效率的关键：选择合适的吸收剂使反应进行比较彻底。 2）化学吸收机理 气相中可溶性组分A向两相界面传递，与物理吸收相同； A穿过界面溶于液相； A在液相中传递并与液相中物质B发生反应。,3）化学反应使吸收速率提高原因 化学吸收过程中，化学反应消耗了进入液相中的溶质，溶质气体的有效溶解度增大而平衡分压降低，增大了吸收过程推动力； 溶质在液膜内扩散的过程中因化学反应而消耗，减小了传质阻力，吸收系数增大。 物理吸收过程吸收速率决定于吸收质在气膜与液膜中的扩散速率，而吸收极限取决于吸收条件下的气液平衡关系； 化学吸收过程中吸收速

8、率与扩散速率有关，并与化学反应速率有关，吸收极限则同时取决于气、液相的平衡关系和液相中的化学反应平衡。,吸收液的选择,吸收液对溶质有较大的溶解度，以提高吸收速率，减少吸收剂的用量；同时为了便于吸收剂的再生回用，其溶解度应随操作条件的改变有显著的差异； 良好的选择性，即对于混合气中待吸收组分的溶解度要大，对其余组分的溶解度要小； 挥发性要小，即蒸气压低，以减少溶剂的损失量； 溶剂的粘度要低，这样有利于气、液接触，提高吸收速率，也便于输送； 无毒；难燃；腐蚀性小；易得价廉； 易于再生利用；不污染环境。,吸收液的种类,水：常用，吸收易溶有害气体，价廉易得。但净化效率低，设备庞大，动力消耗大。常用于净

9、化煤气中的CO2和废气中的HF、NH3和HCl等。加压、低温下吸收，降压、升温下解吸 碱性吸收液：吸收酸性气体，如SO2、NOx、H2S等用氢氧化钠、氢氧化钙、氨水。 酸性吸收液：NOx在稀酸中比在水中溶解度大；稀酸液吸收氨气。 有机吸收液：吸收有机废气，如洗油吸收苯等。,化学吸收能力大，净化效率高，液气比低。 化学吸收流程长，设备较多，操作也较复杂，吸收剂价格较贵，同时由于吸收能力强，吸收剂不易再生。,例如：用水或碱液净化气体中的H2S时，理论值可推算出：H2S在pH=9的碱液中的溶解度为pH=7的中性水的50倍；H2S在pH=10的碱液中的溶解度为pH=7的中性水的500倍。,吸收装置主要

10、是塔式容器，应满足的基本要求： 气液接触面大，接触时间长； 气液之间扰动强烈，吸收效率高； 流动阻力小，工作稳定； 结构简单，维修方便，投资和运行维修费用低 具有抗腐蚀和防堵塞能力。 常用的吸收装置有填料塔、湍流塔、板式塔、喷淋塔和文丘里吸收器等。,吸收设备,（一）填料塔 1、工作流程：吸收液体由上部喷头喷入，被吸收气体由下部送入，气液在中间填料层中充分接触，净化的气体从顶部排出，吸收后的液体从底部排出。 2、特点 结构简单、造价低、耐腐蚀、耐高温、适应性强、气体阻力小、能耗低，但含尘浓度较高时会堵塞填料，且吸收率不算太高。,（二）板式塔 1、工作过程：吸收液体由上部喷头喷入，被吸收气体由下部

11、送入，气液在中间塔板层相互接触。常用的塔板有筛孔板、斜孔板、筛网等。 板式塔广泛用于气体吸收、除尘等操作。,2、特点：吸收效率高等。缺点是板孔容易堵塞，吸收过程必须保持恒定的作业条件，且体积大，构造复杂，造价较高。,（三）喷淋塔 喷洒吸收器中液体以液滴形式分散于气体中。 吸收液通过喷嘴均匀向下喷洒，气液吸收通过液滴接触进行。 优点：结构简单，投资省； 气体压降小，运行费用低； 可用高温气体冷却、除尘。 缺点：喷嘴易堵,（四）文丘里吸收器 原理同文丘里洗涤器。 吸收液分散成细小雾滴，气液接触面积大，湍流作用强，传质效果好。 优点：气液接触面积大，效率高；气体处理量大，设备体积小；可除尘冷却气体。

12、 缺点：压降大,（五）湍球塔 以轻质小球作为气液接触的媒体，轻质小球放置在筛板上。它处理气量大，设备体积小，但小球磨损严重。,吸收法在气态污染物治理中的应用 烟气中的二氧化硫的脱除 氨酸法/钠碱法/海水脱硫 废气中的氮氧化物的脱除 氨碱溶液两段吸收法/亚硫酸氨吸收法,吸收法净化含氟废气,含氟废气：含HF、SiF4和氟化物粉尘的废气。 含氟废气的净化处理：干法、湿法和其它法。 干法：采用吸附剂与氟里昂反应。 湿法：采用液体来洗涤含氟废气。 吸收剂：水、HF溶液、H2SiF6溶液、碱液、盐液等 与干法相比，湿法的工艺流程和设备较复杂,碱吸收法 采用碱性物质NaOH、Na2CO3、氨水等作为吸收剂来

13、脱除含氟尾气中的氟等有害物质，并得到副产物冰晶石。最常用的碱性物质是Na2CO3，也可以采用石灰乳作吸收剂。,(1)石灰乳吸收净化原理 用石灰乳作吸收剂净化含氟废气生成CaF2等废渣，可采用抛弃法，也可以经过滤、干燥后送去作橡胶或塑料的填料，反应式为,该方法适用于排气量较小、废气中含氟量低，回收氟有困难的企业，如搪瓷厂、玻璃马赛克厂、水泥厂等。,(2) Na2CO3吸收制取冰晶石 电解铝厂废气经除尘后，送入吸收塔底部，与浓度为2030g/L的Na2CO3溶液在塔内逆流接触，洗涤废气时，烟气中的HF与碱反应生成NaF，吸收脱氟后的气体经除雾后排空,在循环吸收过程中，当溶液中的NaF浓度达25g/

14、L后，再加入定量的偏铝酸钠溶液即生成Na3AlF6，反应式如下。 或 偏铝酸钠溶液可由NaOH与Al(OH)3反应制得。合成后的冰晶石母液经沉降后，上层次晶石沉降物经过滤后送往回转窑干燥、脱水即得成品。,水吸收法 用水作吸收剂来洗涤含氟废气，副产品氟硅酸，继而生产氟硅酸钠，回收氟资源。水易得，比较经济，主要应用于磷肥生产中。 (1)净化原理 由于SiF4和HF都极易溶于水，HF溶解于水生成氢氟酸，SiF4溶于水生成氟硅酸(H2SiF6)和硅胶(SiO2)。SiF4与HF反应生成H2SiF6，反应式如下。,吸收法净化含氯废气,含氯废气主要指含HCl、Cl2和含氯化合物的废气。 来源：有色稀有金属

15、冶炼、氯碱工业、有机物的氯化过程、纺织、造纸行业的漂白过程,以及固体废物如聚氯乙烯含氯塑料的焚烧处理等。 氯在通过容器或车间运输、储存的过程中如有泄露，都会放出氯气，盐酸包装也往往产生大量含HCl废气，造成车间环境污染，又腐蚀设备.,含氯废气的治理主要是通过湿法来净化，一般是采用化学中和法、氧化还原法等过程，对氯气进行吸收，作到综合利用。 对高浓度的含氯化氢废气，采用石墨冷凝器进行冷凝回收盐酸，冷凝回收盐酸后的废气再经水吸收。氯化氢的去除率可达90%以上。 对低浓度的含氯化氢废气，可采用水吸收法。吸收过程可在吸收塔（如降膜水吸收器）中进行，氯化氢气体进入塔内，与喷淋水逆流接触而被吸收。,吸收法

16、净化气态污染物工艺配置 1）烟气除尘 废气含烟尘，吸收前应除去烟尘。 干式电除尘器或布袋除尘器； 湿式除尘最好，冷却和除尘作用兼备。 2）烟气的预冷却 烟气温度高，不宜直接吸收，降温提高吸收效率。综合考虑高温烟气冷却到333K左右适宜。,3）设备、管道的结垢和堵塞 吸收净化过程产生一些固体物质导致结垢和堵塞。 解决方法：工艺操作上，控制水分蒸发量，控制溶液pH值，严格控制进入吸收系统的粉尘量等； 设备选择上，选择不易结垢和堵塞的吸收器，减少吸收器内部构件，增加其内部的光滑度； 操作上，提高流体的流动性和冲击性。 4）吸收操作 吸收操作是提高吸收效果的关键。 操作方式：一次吸收和循环吸收；一个吸

17、收塔内分为一段吸收和多段吸收；并联吸收和串联吸收等。,5）除雾 洗涤器内易生成“水雾”、“酸雾”或“碱雾”，对烟囱造成腐蚀，产生结垢，排入环境造成污染。 解决办法：处理后烟气经过除雾器（折流式、旋风、丝网和电除雾）后再排放。 6）气体再加热 高温烟气净化后温度降低，直排大气，将出现“白烟”现象；烟气温度低，热力抬升作用减少、扩散能力降低，容易造成局部污染。 加热再排放办法： 净化后烟气与一部分未净化高温烟气混合； 设置尾部燃烧炉：燃烧天然气或重油产生高温燃烧气，再与净化气混合后排放。,7）富液的后处理 吸收气态污染物产生富液，直接排放，浪费资源，造成环境污染。 处理目的：恢复原有的吸收能力； 回收方法： 通过再生回收副产品后重新使用。 例如：亚硫酸钠吸收SO2气体，吸收液中的亚硫酸氢钠经加热，回收SO2后变为亚硫酸钠重新使用； 直接把吸收液加工成副产品。 例如：用氨水吸收SO2得到的亚硫酸铵，将其氧化变为硫酸铵化肥。,