吸收工藝與設(shè)備

1、1第九章 吸收工藝與設(shè)備2吸收法凈化氣態(tài)污染物吸收法凈化氣態(tài)污染物1 1、吸收的定義、吸收的定義 吸收是使廢氣與液體緊密接觸，氣體混合吸收是使廢氣與液體緊密接觸，氣體混合物中的一種或多種組分溶解于液體中，或者與物中的一種或多種組分溶解于液體中，或者與液體中的組分進行選擇性化學(xué)反應(yīng)，從而將物液體中的組分進行選擇性化學(xué)反應(yīng)，從而將物質(zhì)從氣相中分離出來的操作過程。質(zhì)從氣相中分離出來的操作過程。 吸收凈化廢氣是利用廢氣中一種或多種組吸收凈化廢氣是利用廢氣中一種或多種組分在一定吸收劑中溶解度的不同，或與吸收劑分在一定吸收劑中溶解度的不同，或與吸收劑中組分發(fā)生選擇性化學(xué)反應(yīng)來分離氣體混合物中組分發(fā)生選擇性

2、化學(xué)反應(yīng)來分離氣體混合物的。的。32 2、吸收的分類、吸收的分類 吸收可以按吸收質(zhì)與吸收劑之間有無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生吸收可以按吸收質(zhì)與吸收劑之間有無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生 分為物理吸收和化學(xué)吸收兩大類。分為物理吸收和化學(xué)吸收兩大類。 （1 1）物理吸收：是指在吸收過程中，氣體組分在）物理吸收：是指在吸收過程中，氣體組分在 吸收劑中只是單純的物理溶解過程，吸收質(zhì)與吸收劑吸收劑中只是單純的物理溶解過程，吸收質(zhì)與吸收劑 之間沒有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如水吸收氨氣。之間沒有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如水吸收氨氣。 （2 2）化學(xué)吸收：是指在吸收過程中，吸收質(zhì)與吸）化學(xué)吸收：是指在吸收過程中，吸收質(zhì)與吸 收劑或液相中的某種活性

3、組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如用堿收劑或液相中的某種活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如用堿 性溶液或漿液吸收燃燒煙氣中的低濃度性溶液或漿液吸收燃燒煙氣中的低濃度SOSO2 2等。等。 吸收還可以按吸收過程中有無溫度變化分為等溫吸收還可以按吸收過程中有無溫度變化分為等溫 吸收和非等溫吸收。吸收法凈化氣態(tài)污染物可以近似吸收和非等溫吸收。吸收法凈化氣態(tài)污染物可以近似 按等溫吸收處理。按等溫吸收處理。 43 3、吸收的基本理論、吸收的基本理論（1 1）吸收平衡）吸收平衡 在一定溫度和壓力下，氣液接觸時，混合氣體中的在一定溫度和壓力下，氣液接觸時，混合氣體中的可吸收組分進入液相，稱為吸收；同時液相中的吸收質(zhì)可吸收組分進入液

4、相，稱為吸收；同時液相中的吸收質(zhì)向氣相逸出，稱為解吸。當吸收速率等于解吸速率時，向氣相逸出，稱為解吸。當吸收速率等于解吸速率時，氣液兩相達到平衡，此時氣相中吸收質(zhì)的分壓稱平衡壓氣液兩相達到平衡，此時氣相中吸收質(zhì)的分壓稱平衡壓（p p* *）；液相中收質(zhì)濃度稱平衡濃度（）；液相中收質(zhì)濃度稱平衡濃度（c c* *）。）。 吸收過程進行的吸收過程進行的方向方向與與極限極限取決于溶質(zhì)在氣液兩相取決于溶質(zhì)在氣液兩相中的平衡關(guān)系。當中的平衡關(guān)系。當p pp p* *時，即發(fā)生吸收過程。時，即發(fā)生吸收過程。p p與與p p* *的差的差別越大，吸收的推動力越大，吸收的速率也越大；反之，別越大，吸收的推動力越

5、大，吸收的速率也越大；反之，如果如果p pp p* *，溶質(zhì)便由液相向氣相轉(zhuǎn)移，即發(fā)生解吸過程。，溶質(zhì)便由液相向氣相轉(zhuǎn)移，即發(fā)生解吸過程。5（2 2）亨利定律）亨利定律 在一定的溫度下，當氣相總壓不太高時，稀溶液體在一定的溫度下，當氣相總壓不太高時，稀溶液體 系中，溶質(zhì)在溶液中的摩爾分率與它在氣相中的平衡分系中，溶質(zhì)在溶液中的摩爾分率與它在氣相中的平衡分壓成正比：壓成正比： P Pe e = H= Hx 式中式中P Pe e溶質(zhì)組分在氣體中的平衡分壓，溶質(zhì)組分在氣體中的平衡分壓，kPakPa； x 溶質(zhì)在液相中的摩爾分率；溶質(zhì)在液相中的摩爾分率； H H 亨利常數(shù)。亨利常數(shù)。 H H又稱為溶解

6、度系數(shù)，難溶氣體又稱為溶解度系數(shù)，難溶氣體H H值大，易溶氣體值大，易溶氣體H H 值小。值小。6（3 3）雙膜理論）雙膜理論 雙膜理論的基本要點如下：雙膜理論的基本要點如下： 相互接觸的氣、液兩流體間存在著穩(wěn)定相互接觸的氣、液兩流體間存在著穩(wěn)定 的相界面，界面兩側(cè)各有一個很薄的滯流膜層的相界面，界面兩側(cè)各有一個很薄的滯流膜層 吸收質(zhì)以分子擴散方式通過此二膜層。吸收質(zhì)以分子擴散方式通過此二膜層。 在相面處，氣、液兩相處于平衡狀態(tài)。在相面處，氣、液兩相處于平衡狀態(tài)。 在膜層以外的氣、液兩相主體中，由于在膜層以外的氣、液兩相主體中，由于 流體充分湍動，吸收質(zhì)濃度是均勻的，即兩相流體充分湍動，吸收質(zhì)

7、濃度是均勻的，即兩相 主體內(nèi)不存在濃度梯度，全部濃度變化集中在主體內(nèi)不存在濃度梯度，全部濃度變化集中在 兩層薄膜層內(nèi)，吸收傳質(zhì)阻力也在兩膜中。兩層薄膜層內(nèi)，吸收傳質(zhì)阻力也在兩膜中。7 氣液界面氣液界面 污染物擴散方向污染物擴散方向 氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 氣膜氣膜 液膜液膜 雙膜理論示意圖雙膜理論示意圖84 4、吸收劑的選擇原則和方法、吸收劑的選擇原則和方法 （1 1）吸收劑的選擇原則）吸收劑的選擇原則 吸收劑應(yīng)對混合氣體中被吸收組分具有良好的選擇性吸收劑應(yīng)對混合氣體中被吸收組分具有良好的選擇性和較大的吸收能力；和較大的吸收能力； 飽和蒸汽壓低，以減少揮發(fā)損失，避免吸收液成分進飽和

8、蒸汽壓低，以減少揮發(fā)損失，避免吸收液成分進入氣相，造成浪費和新的污染；入氣相，造成浪費和新的污染； 沸點高、熱穩(wěn)定性高，不易起泡；沸點高、熱穩(wěn)定性高，不易起泡； 粘性小，能改善吸收塔內(nèi)的流動狀況，提高吸收速率，粘性小，能改善吸收塔內(nèi)的流動狀況，提高吸收速率，降低泵的功耗，減小傳熱阻力；降低泵的功耗，減小傳熱阻力； 化學(xué)穩(wěn)定性高，腐蝕性小、無毒性、不易燃；化學(xué)穩(wěn)定性高，腐蝕性小、無毒性、不易燃； 價廉易得、易于解吸再生或產(chǎn)生的富液易于綜合利用。價廉易得、易于解吸再生或產(chǎn)生的富液易于綜合利用。9（2 2）吸收劑的選擇方法）吸收劑的選擇方法 a.a.對于物理吸收，可按照相似相溶規(guī)律選擇吸收劑；對于物

9、理吸收，可按照相似相溶規(guī)律選擇吸收劑； b.b.對于化學(xué)吸收，選擇容易與被吸收氣體發(fā)生反應(yīng)的對于化學(xué)吸收，選擇容易與被吸收氣體發(fā)生反應(yīng)的 物質(zhì)作吸收劑；物質(zhì)作吸收劑； c.c.在水中溶解度較大的氣體，可用水作吸收劑，價廉在水中溶解度較大的氣體，可用水作吸收劑，價廉 易得、流程、設(shè)備和操作都比較簡單；但設(shè)備龐大、易得、流程、設(shè)備和操作都比較簡單；但設(shè)備龐大、 凈化效率低、動力消耗大；凈化效率低、動力消耗大； d.d.吸收堿性氣體常用各種酸液作為吸收劑；對于酸性吸收堿性氣體常用各種酸液作為吸收劑；對于酸性 氣體，則優(yōu)先選用堿或堿性鹽溶液吸收。氣體，則優(yōu)先選用堿或堿性鹽溶液吸收。10（3 3）吸收劑

10、的再生）吸收劑的再生 吸收劑使用到一定程度，需要處理后再使用，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再生回收副產(chǎn)品后重新使處理的方式一是通過再生回收副產(chǎn)品后重新使用，如亞硫酸鈉法吸收用，如亞硫酸鈉法吸收SO2SO2氣體，吸收液中的氣體，吸收液中的亞硫酸氫鈉經(jīng)加熱再生，回收亞硫酸氫鈉經(jīng)加熱再生，回收SO2SO2后變?yōu)閬喠蚝笞優(yōu)閬喠蛩徕c重新使用。二是直接把吸收液加工成副產(chǎn)酸鈉重新使用。二是直接把吸收液加工成副產(chǎn)品，如用氨水吸收品，如用氨水吸收SO2SO2得到的亞硫酸銨經(jīng)氧化得到的亞硫酸銨經(jīng)氧化變?yōu)榱蛩徜@化肥。變?yōu)榱蛩徜@化肥。 115 5、吸收流程、吸收流程 （1 1）逆流流程：

11、氣液分別由兩端逆向流動進入）逆流流程：氣液分別由兩端逆向流動進入 吸收裝置的流程稱為逆流流程。逆流流程在吸收裝置的流程稱為逆流流程。逆流流程在 實際應(yīng)用中較多，如火電廠濕法煙氣脫硫中實際應(yīng)用中較多，如火電廠濕法煙氣脫硫中 大多數(shù)工藝都采用逆流吸收塔。大多數(shù)工藝都采用逆流吸收塔。（2 2）并流流程：氣液由同一端、按同一方向流）并流流程：氣液由同一端、按同一方向流 動而進入吸收裝置的流程稱為并流流程。并動而進入吸收裝置的流程稱為并流流程。并 流流程在實際應(yīng)用中較少。流流程在實際應(yīng)用中較少。（3 3）錯流流程：氣體沿水平方向進入吸收裝置，）錯流流程：氣體沿水平方向進入吸收裝置， 吸收液自上而下噴淋，

12、在吸收裝置中呈交叉吸收液自上而下噴淋，在吸收裝置中呈交叉 狀。狀。12136 6、吸收設(shè)備的分類和特點、吸收設(shè)備的分類和特點（1 1）對吸收設(shè)備的基本要求）對吸收設(shè)備的基本要求 a.a.氣液之間有較大的接觸面積和一定的接觸氣液之間有較大的接觸面積和一定的接觸 時間；時間； b.b.氣液之間擾動劇烈，吸收阻力小，吸收效氣液之間擾動劇烈，吸收阻力小，吸收效 率高；率高； c.c.操作穩(wěn)定并有合適的彈性；操作穩(wěn)定并有合適的彈性； d.d.氣流通過時的壓降??；氣流通過時的壓降??； e.e.結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低廉；結(jié)構(gòu)簡單，制造維修方便，造價低廉； f.f.針對具體情況，要求具有抗蝕和防堵能力

13、。針對具體情況，要求具有抗蝕和防堵能力。 14（2 2）吸收設(shè)備的分類）吸收設(shè)備的分類a.a.表面吸收器表面吸收器 凡能使氣液兩相在固定的接觸面上進行吸收操作的設(shè)凡能使氣液兩相在固定的接觸面上進行吸收操作的設(shè) 備均稱為表面吸收器。如填料塔、湍球塔等。廢氣由備均稱為表面吸收器。如填料塔、湍球塔等。廢氣由 塔底進入，吸收劑由塔頂均勻地噴淋到填料層中并向塔底進入，吸收劑由塔頂均勻地噴淋到填料層中并向 下流動。廢氣與吸收劑在填料層中充分接觸，吸收傳下流動。廢氣與吸收劑在填料層中充分接觸，吸收傳 質(zhì)的平均推動力大，吸收效果好。質(zhì)的平均推動力大，吸收效果好。b.b.鼓泡式吸收器鼓泡式吸收器 典型的鼓泡式吸

14、收器是板式塔，塔內(nèi)裝有多孔塔板，典型的鼓泡式吸收器是板式塔，塔內(nèi)裝有多孔塔板， 板上裝滿吸收劑，呈連續(xù)相；氣體由板下進入，在塔板上裝滿吸收劑，呈連續(xù)相；氣體由板下進入，在塔 板上與液體形成鼓泡層，在此有害組分被吸收。常見板上與液體形成鼓泡層，在此有害組分被吸收。常見 的設(shè)備有鼓泡塔和各種板式塔。的設(shè)備有鼓泡塔和各種板式塔。c.c.噴灑式吸收器噴灑式吸收器 用噴嘴將液體噴射成為許多細小的液滴，以增大氣用噴嘴將液體噴射成為許多細小的液滴，以增大氣- -液液 接觸面，完成傳質(zhì)過程。比較典型的設(shè)備是空心噴灑接觸面，完成傳質(zhì)過程。比較典型的設(shè)備是空心噴灑 吸收器（噴霧塔或稱空塔）和文丘里吸收器。吸收器（

15、噴霧塔或稱空塔）和文丘里吸收器。15（3 3）幾種常用吸收塔的結(jié)構(gòu)與特點）幾種常用吸收塔的結(jié)構(gòu)與特點a.a.填料塔填料塔 填料塔的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。塔內(nèi)裝有支撐板，板填料塔的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。塔內(nèi)裝有支撐板，板 上堆放填料層，吸收液通過安裝在填料上部的分布器灑上堆放填料層，吸收液通過安裝在填料上部的分布器灑 向填料。填料在整個塔內(nèi)可堆成一層，也可分成幾層。向填料。填料在整個塔內(nèi)可堆成一層，也可分成幾層。 當填料分層堆放時，層與層之間常裝有液體再分布裝置當填料分層堆放時，層與層之間常裝有液體再分布裝置 逆流式填料塔應(yīng)用最多。吸收劑自塔頂向下噴淋，逆流式填料塔應(yīng)用最多。吸收劑自塔頂向下噴淋， 均勻

16、的流經(jīng)填料層，氣體從塔底被送入，沿填料間空隙均勻的流經(jīng)填料層，氣體從塔底被送入，沿填料間空隙 上升，填料的潤濕表面作氣液接觸的傳質(zhì)表面。上升，填料的潤濕表面作氣液接觸的傳質(zhì)表面。 常用的填料塔填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形和波紋常用的填料塔填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形和波紋填料等。填料等。 16 填料塔運行穩(wěn)定，操作時，一般要求液體噴填料塔運行穩(wěn)定，操作時，一般要求液體噴淋密度在淋密度在10m10m3 3/m/m2 2h h 以上，且噴淋均勻。以上，且噴淋均勻。 填料塔的空塔氣速一般為填料塔的空塔氣速一般為0.30.31.5m1.5ms s，壓，壓降通常為降通常為0.150.150.60kPa/m0

17、.60kPa/m填料，液氣比為填料，液氣比為0.50.52.0kg/m2.0kg/m3 3。 填料塔優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、便于制造，氣液接填料塔優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、便于制造，氣液接觸良好，壓降較小等優(yōu)點。觸良好，壓降較小等優(yōu)點。 缺點：當煙氣中含有懸浮顆粒時，填料容易缺點：當煙氣中含有懸浮顆粒時，填料容易堵塞，清理檢修時填料損耗大。堵塞，清理檢修時填料損耗大。 1718b.b.湍球塔湍球塔 湍球塔結(jié)構(gòu)如圖所示，在塔內(nèi)篩板上裝有空湍球塔結(jié)構(gòu)如圖所示，在塔內(nèi)篩板上裝有空心或?qū)嵭男∏颉饬鞲咚偻ㄟ^篩板時，小球在塔心或?qū)嵭男∏?。氣流高速通過篩板時，小球在塔內(nèi)湍動旋轉(zhuǎn)，相互碰撞，吸收劑自上向下噴淋，內(nèi)湍動旋轉(zhuǎn)，相

18、互碰撞，吸收劑自上向下噴淋，多為逆流吸收操作。多為逆流吸收操作。 湍球塔采用的小球通常由聚乙烯、聚丙烯或湍球塔采用的小球通常由聚乙烯、聚丙烯或發(fā)泡聚苯乙烯等塑料制作，也有采用不銹鋼的。發(fā)泡聚苯乙烯等塑料制作，也有采用不銹鋼的。小球直徑有小球直徑有25mm25mm、30mm30mm、38mm38mm等幾種規(guī)格，當塔等幾種規(guī)格，當塔的直徑大于的直徑大于200mm200mm時，填料的靜止床層高度控制時，填料的靜止床層高度控制到到0.20.20.3m0.3m。 19 凈化氣體凈化氣體 吸收劑吸收劑 廢氣廢氣 吸收液吸收液 湍球塔結(jié)構(gòu)示意圖湍球塔結(jié)構(gòu)示意圖20 操作時，湍球塔的空塔速度操作時，湍球塔的空

19、塔速度般為般為2 26m6ms s，阻力損失約為阻力損失約為0.40.41.2kPa1.2kPa。 湍球塔的優(yōu)點是氣流速度高，處理能力大，湍球塔的優(yōu)點是氣流速度高，處理能力大，設(shè)備體積小，吸收效率高，不易被固體顆粒堵塞。設(shè)備體積小，吸收效率高，不易被固體顆粒堵塞。它的缺點阻力較高，塑料小球不能承受高溫，使它的缺點阻力較高，塑料小球不能承受高溫，使用壽命短，需經(jīng)常更換。用壽命短，需經(jīng)常更換。 除塵、脫硫一體化時可考慮使用它。除塵、脫硫一體化時可考慮使用它。21c.c.篩板塔篩板塔 篩板塔的結(jié)構(gòu)如圖所示。篩板塔的結(jié)構(gòu)如圖所示。 在截面為圓形的塔內(nèi)，沿塔高裝有多層篩在截面為圓形的塔內(nèi)，沿塔高裝有多層

20、篩板。篩板上開有板。篩板上開有2 215mm15mm的小孔，開孔率一般的小孔，開孔率一般為為6 62525。 操作時，氣體從下而上經(jīng)篩孔進入篩板上操作時，氣體從下而上經(jīng)篩孔進入篩板上的液層，氣液在篩板上交錯流動，通過氣體的的液層，氣液在篩板上交錯流動，通過氣體的鼓泡進行吸收。氣液可以進行逐級的多次接觸。鼓泡進行吸收。氣液可以進行逐級的多次接觸。 一般控制空塔速度為一般控制空塔速度為1.01.02.5m2.5ms s，氣體，氣體穿過篩孔的氣速約為穿過篩孔的氣速約為4.54.512.8m12.8ms s，每塊板，每塊板的壓降為的壓降為0.80.82.0kPa2.0kPa。 222324d.d.噴淋

21、塔噴淋塔 （空塔）（空塔） 用噴嘴將液體噴射成為許多細小的液滴，以增大用噴嘴將液體噴射成為許多細小的液滴，以增大氣氣- -液相的接觸面積，完成傳質(zhì)過程。比較典型的設(shè)備液相的接觸面積，完成傳質(zhì)過程。比較典型的設(shè)備是空心噴灑吸收器和文丘里吸收器。噴淋塔的結(jié)構(gòu)見是空心噴灑吸收器和文丘里吸收器。噴淋塔的結(jié)構(gòu)見下圖。下圖。 在吸收器中，氣體通常是自下而上流動，而液體在吸收器中，氣體通常是自下而上流動，而液體則是由裝在塔頂?shù)膰娚淦鞒世葼顕姙?。當塔體比較則是由裝在塔頂?shù)膰娚淦鞒世葼顕姙ⅰ．斔w比較高時，可將噴灑器分層放置，也可以采用組合噴灑方高時，可將噴灑器分層放置，也可以采用組合噴灑方式。式。 空塔結(jié)

22、構(gòu)簡單，造價低廉，阻力小，效率較高空塔結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，阻力小，效率較高（9090），因此在火電廠煙氣濕法脫硫中得到了廣泛），因此在火電廠煙氣濕法脫硫中得到了廣泛的應(yīng)用。的應(yīng)用。 25262728（4 4）吸收設(shè)備的選擇）吸收設(shè)備的選擇a.a.當氣液反應(yīng)速度很快，可優(yōu)先選噴淋塔、填料塔等；當氣液反應(yīng)速度很快，可優(yōu)先選噴淋塔、填料塔等；b.b.若反應(yīng)速度極快，熱效應(yīng)大時，也可以采用篩板塔；若反應(yīng)速度極快，熱效應(yīng)大時，也可以采用篩板塔；c.c.如果反應(yīng)物濃度高，可選用文丘里或空塔；如果反應(yīng)物濃度高，可選用文丘里或空塔；d.d.當氣液傳質(zhì)速度慢時，需要提供大量的液體，此時當氣液傳質(zhì)速度慢時，需要提

23、供大量的液體，此時 采用鼓泡塔；或增大液氣比；采用鼓泡塔；或增大液氣比；e.e.在吸收容易產(chǎn)生固體時，宜選用內(nèi)部構(gòu)件少、阻力在吸收容易產(chǎn)生固體時，宜選用內(nèi)部構(gòu)件少、阻力 小、壓降小的設(shè)備，如潑水輪吸收室等；小、壓降小的設(shè)備，如潑水輪吸收室等；f.f.在達到吸收要求的前提下，盡可能選用結(jié)構(gòu)簡單、在達到吸收要求的前提下，盡可能選用結(jié)構(gòu)簡單、 造價低廉、容易操作的設(shè)備。造價低廉、容易操作的設(shè)備。29（5 5）吸收設(shè)備的運行管理）吸收設(shè)備的運行管理a.a.選擇和掌握適當?shù)目账馑龠x擇和掌握適當?shù)目账馑?填料塔填料塔:1.5:1.52m/s2m/s，板式塔、空塔：，板式塔、空塔：2m/s2m/s以上，湍球塔：以上，湍球塔：4m/s4m/s左右。填料塔操作時左右。填料塔操作時不能產(chǎn)生不能產(chǎn)生“液泛液泛”；板式塔不能產(chǎn)生；板式塔不能產(chǎn)生“噴塔噴塔”；湍球塔不能產(chǎn)生湍球塔不能產(chǎn)生“短路短路”等。等。 空塔氣速越高，處理能力越大，但塔高也空塔氣速越高，處理能力越大，但塔高也必須越