工業(yè)通風(fēng)課件：第五章 通風(fēng)排氣中有害氣體的凈化

1、第五章 通風(fēng)排氣中有害氣體的凈化,5.1 概述,燃燒法,熱力燃燒：明火下的火焰燃燒,催化燃燒：,在催化作用下，使CH化合物在稍低的溫度下氧化分解,燃燒法,5.1 概述,冷凝法,液體受熱蒸發(fā)產(chǎn)生的有害蒸氣（鉻酸蒸氣）可以通過冷凝使其從廢氣中分離。這種方法凈化效率低，僅適用于濃度高、冷凝溫度高的有害蒸氣。,5.1 概述,吸收法的特點(diǎn)： 1）廣泛應(yīng)用于有害氣體的凈化，尤其是無機(jī)氣體； 2）同時(shí)除塵(同濕式除塵器），處理氣體量大，費(fèi)用低； 3）對(duì)排水需要進(jìn)行處理，凈化效率難達(dá)到100。,5.2 吸收過程的理論基礎(chǔ),5.2 吸收過程的理論基礎(chǔ),液相,氣相,2比摩爾分?jǐn)?shù),被吸收氣體稱為吸收質(zhì),氣相中不參與

2、吸收的氣體稱為惰氣,吸收用的液體稱為吸收劑,液相,氣相,5.2 吸收過程的理論基礎(chǔ),例5-1 已知氨水中氨的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25，求氨的摩爾分?jǐn)?shù)和比摩爾分?jǐn)?shù)。,三、吸收的氣液平衡關(guān)系,定義：相平衡時(shí)，液相中吸收質(zhì)的濃度與氣相中吸收質(zhì)的分壓力（濃度）之間的關(guān)系。,液相表面的吸收質(zhì)分壓力Pq與吸收劑中吸收質(zhì)的 濃度成正比。,Pq對(duì)吸收過程起阻礙作用 Pq 對(duì)吸收過程起推動(dòng)作用,Pq對(duì)解吸過程起推動(dòng)作用 Pq 對(duì)解吸過程起阻礙作用,吸收速度解吸速度,Pq,吸收速度,解吸速度,5.2 吸收過程的理論基礎(chǔ),Pq = Pq，吸收速度=解吸速度，氣相和液相中的組分就不再變化，此時(shí)氣液兩相達(dá)到相際動(dòng)平衡，簡稱相平

3、衡或平衡。,平衡狀態(tài)下，吸收劑中的吸收質(zhì)濃度達(dá)到最大，稱為平衡濃度，或溶解度。,平衡狀態(tài)下，氣相中吸收質(zhì)的分壓力稱為該液相濃度(即溶解度)下的氣相平衡分壓力。,5.2 吸收過程的理論基礎(chǔ),在氣相吸收質(zhì)分壓力相同的情況下，吸收劑溫度愈高，,吸收劑溫度一定，氣相吸收質(zhì)分壓力愈高，,液相平衡濃度(溶解度)愈高。,液相平衡濃度(溶解度)愈低。,氣體在吸收劑中的溶解度與哪些因素有關(guān)？,吸收質(zhì)和吸收劑的性質(zhì) 氣相中吸收質(zhì)的分壓力 吸收劑的溫度,氣體能否被液體吸收取決于：,氣相中吸收質(zhì)分壓力和與液體中吸收質(zhì)濃度相對(duì)應(yīng)的平衡分壓力之間的相對(duì)大小。,例如：t=20時(shí)，用水吸收氨，水中氨的含量為10.4gNH31

4、00gH2O，試問什么情況下，吸收能進(jìn)行？,只有當(dāng)氣體中氨的分壓力大于10kPa時(shí)，吸收才能繼續(xù)進(jìn)行。,5.2 吸收過程的理論基礎(chǔ),對(duì)于稀溶液，氣體總壓力不高的情況(低于5個(gè)大氣壓)，氣液之間平衡關(guān)系可用亨利定律表示：,5.2 吸收過程的理論基礎(chǔ),E值的大小反映了該氣體吸收的難易程度,E隨溫度的增大而增大,1液相中吸收質(zhì)濃度用C(kmol/m3)表示,H值是隨溫度的上升而下降的,2氣液兩相吸收質(zhì)濃度用摩爾分?jǐn)?shù)和比摩爾分?jǐn)?shù)表示,已知：Pz，y,求：P,P= Pz y,5.2 吸收過程的理論基礎(chǔ),5.2 吸收過程的理論基礎(chǔ),YAX A,XAY A,m隨溫度的增大而增大,m值小，氣體容易吸收,5.2

5、 吸收過程的理論基礎(chǔ),掌握了氣液平衡關(guān)系，有助于解決以下兩方面的問題：,1在設(shè)計(jì)過程中判斷吸收的難易程度,XY ,Y Y ,Y = Y - Y 吸收推動(dòng)力,2. 在運(yùn)行過程中判斷吸收已進(jìn)行到什么程度,X Y ,Y,5.2 吸收過程的理論基礎(chǔ),例5-2 求Pz=latm、t=20時(shí)二氧化硫和水的氣液平衡關(guān)系。,5.3 吸收過程的機(jī)理,吸收過程,傳質(zhì)過程,傳質(zhì),分子擴(kuò)散,對(duì)流傳質(zhì),導(dǎo)熱,對(duì)流傳熱,2 兩膜以外的氣液兩相叫做氣相主體和液相主體。主體內(nèi)吸收質(zhì)的濃度均勻分布。,3 無論氣液兩相主體是否達(dá)到平衡，在相界面上氣液兩相總是處于平衡狀態(tài)。,4 氣液兩相內(nèi)的質(zhì)量傳遞過程：氣相主體中的吸收質(zhì)首先以對(duì)

6、流傳質(zhì)的方式達(dá)到氣膜表面，然后以分子擴(kuò)散的方法通過氣膜到達(dá)相界面，進(jìn)入液相中，在液相中首先以分子擴(kuò)散的方式通過液膜，最后以對(duì)流傳質(zhì)的方法擴(kuò)散到液相主體中去。,5 吸收過程的阻力主要是吸收質(zhì)通過液膜和氣膜的分子擴(kuò)散阻力。,雙膜理論的基本點(diǎn),1 氣液兩相接觸時(shí)，它們的分界面叫做相界面。在相界面兩側(cè)分別存在一層很薄的氣膜和液膜，膜層的厚度是隨氣液兩相流速的增加而減小的，膜層中的流體均處于滯流狀態(tài)。吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過這兩個(gè)膜層，從氣相擴(kuò)散到液相。,當(dāng)氣相主體濃度YAYi*時(shí)，以YA-Yi*為吸收推動(dòng)力克服氣膜阻力，從a到b，在相界面上氣液兩相達(dá)到平衡，然后以Xi* - XA為吸收推動(dòng)力克服液膜阻

7、力，從b到c，最后擴(kuò)散到液相主體中。,雙膜理論的基本點(diǎn),吸收速率方程式,單位時(shí)間從氣相主體轉(zhuǎn)移到界面的吸收質(zhì)的量用下式表示：,吸收速率：單位時(shí)間內(nèi)，吸收劑所吸收的氣體量。 吸收速率方程式是計(jì)算吸收設(shè)備的基本方程式。,單位時(shí)間通過液膜的吸收質(zhì)的量,吸收速率方程式,吸收速率方程式,吸收系數(shù)的倒數(shù)稱為吸收阻力,氣膜吸收阻力,液膜吸收阻力,m小,Kgkg,吸收過程的阻力主要是氣膜阻力,m大,Klkl,吸收過程的阻力主要是液膜阻力,吸收速率方程式,上節(jié)內(nèi)容回顧,凈化排氣中有害氣體的方法： 燃燒法 冷凝法 吸收法 （重點(diǎn)） 吸附法 （重點(diǎn)）,溶解度與吸收劑溫度成反比，氣相吸收質(zhì)分壓力成正比。,吸收法,吸收

8、的氣液平衡關(guān)系,定義：相平衡時(shí)，液相中吸收質(zhì)的濃度與氣相中吸收質(zhì)的分壓力（濃度）之間的關(guān)系。,對(duì)于稀溶液，氣體總壓力不高的情況(低于5個(gè)大氣壓)，氣液之間平衡關(guān)系可用亨利定律表示：,上節(jié)內(nèi)容回顧,上節(jié)內(nèi)容回顧,吸收過程的理論,雙膜理論,強(qiáng)化吸收過程的措施,增加氣液的接觸面積；,增加氣液的運(yùn)動(dòng)速度，減小氣膜和液膜的厚度，降低吸收阻力；,采用相平衡系數(shù)小的吸收劑；,增大供液量，降低液相主體濃度XA，增大吸收推動(dòng)力。,5.4 吸收設(shè)備,吸收設(shè)備的基本要求,噴淋塔,1）液滴應(yīng)大小適中； 2）空塔速度：0.6-1.2m/s;阻力為20200Pa，液氣比為0.72.7L/m3。 3）優(yōu)點(diǎn)： 阻力小，結(jié)構(gòu)簡

9、單； 適合有害氣體與粉塵共存的場(chǎng)合。 4）不足： 吸收效率不高，處理氣體量 不大。,氣體在吸收塔橫斷面上的平均流速稱為空塔速度,填料塔,彌散現(xiàn)象：填料層高度較大時(shí)，液體在流過34倍塔直徑的填料層后，有逐漸向塔壁流動(dòng)的趨勢(shì),防止彌散現(xiàn)象的方法：填料層較高時(shí)，每隔塔徑23倍的高度要另外安裝液體再分布裝置，將液體引入塔中心或作再分布。,空塔速度一般為0.51.5m/s，每米填料層的阻力約為150600Pa。,填料的種類：拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形和波紋填料等,填料的基本要求：比表面積大，氣體通過填料時(shí)的阻力低，容易潤濕等。,填料塔結(jié)構(gòu)簡單，阻力中等，吸收效率高，應(yīng)用廣泛。它不適用于有害氣體與粉塵共存的場(chǎng)合

10、。,填料塔,湍球塔,氣、液、固三相接觸，小球表面的液膜能不斷更新， 增大吸收推動(dòng)力，提高吸收效率。,小球應(yīng)耐磨、耐腐、耐溫，通常用聚乙烯和聚丙烯制作,空塔速度一般為26m/s，每段塔的阻力約為400 1200Pa,湍球塔的特點(diǎn)是風(fēng)速高、處理能力大、體積小、吸收效率高。它的缺點(diǎn)是，隨小球的運(yùn)動(dòng)，有一定程度的返混，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。,板式塔,把霧滴帶到上層篩板的現(xiàn)象稱為“霧沫夾帶”。,液體從下層篩板倒流到上層篩板，這種現(xiàn)象稱為“液泛”,板式塔的空塔速度一般為1.03.5m/s，篩板開孔率為1018，篩孔直徑一般為38mm，每層篩板阻力約為2001000Pa。,

11、優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，吸收效率高，處理風(fēng)量大，可使設(shè)備小型化。,板式塔,文丘里吸收器,具有體積小、處理風(fēng)量大、吸收效率高、阻力大等特點(diǎn)。,5.5 吸收過程的物料平衡及操作線方程式,根據(jù)物料平衡，氣相中減少的吸收質(zhì)量應(yīng)等于液相中增加的吸收質(zhì)量。,在dZ高度內(nèi)，吸收質(zhì)的傳遞量為：,塔內(nèi)任意斷面與塔底的物料平衡方程式為,對(duì)全塔進(jìn)行平衡計(jì)算，則得,操作線方程式,5.5 吸收過程的物料平衡及操作線方程式,操作線上任意一點(diǎn)反映了吸收塔內(nèi)任一斷面上氣、液兩相吸收質(zhì)濃度的變化關(guān)系。,操作線的斜率L/V稱為液氣比，它表示每處理lkmol惰氣所用的吸收劑量(kmo1)。,操作線和平衡線之間的垂直距離就是塔內(nèi)各斷面的吸收

12、推動(dòng)力。不同斷面上的吸收推動(dòng)力是不同的。,5.5 吸收過程的物料平衡及操作線方程式,5.6 吸收設(shè)備的計(jì)算,一、吸收劑用量計(jì)算,已知：V、Y1、Y2、X2 求： L、 X1,Y2,X2,Y1,X1,X1,X1,最小供液量：操作線與平衡線在塔底相交時(shí)所需的供液量。 此時(shí)的液氣比稱為最小液氣比(L/V)min,5.6 吸收設(shè)備的計(jì)算,一、吸收劑用量計(jì)算,最佳液氣比,二、吸收塔平均吸收推動(dòng)力的計(jì)算,5.6 吸收設(shè)備的計(jì)算,Y2,X2,Y1,X1,單位時(shí)間吸收塔的傳質(zhì)量,5.6 吸收設(shè)備的計(jì)算,三、吸收系數(shù)的確定,進(jìn)行吸收設(shè)備計(jì)算，必須確定吸收系數(shù) Kg或 Kl。和傳熱學(xué)中的傳熱系數(shù) K 一樣，影響吸

13、收系數(shù)的因素十分復(fù)雜，如吸收質(zhì)和吸收劑的性質(zhì)、設(shè)備的結(jié)構(gòu)、氣液兩相的運(yùn)動(dòng)狀況等。因此 Kg （或 Kl ）很難用理論方法求得。目前一般通過中間試驗(yàn)或生產(chǎn)設(shè)備實(shí)例求得，或者根據(jù)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理出的準(zhǔn)則方程式進(jìn)行計(jì)算。,5.7 吸收裝置設(shè)計(jì),一、吸收劑的選擇,1. 對(duì)吸收劑的基本要求,對(duì)吸收質(zhì)溶解度大，非揮發(fā)性、無毒、價(jià)廉、來源廣等,2. 吸收劑的選擇,堿性氣體用酸性吸收劑，酸性氣體用堿性吸收劑。,(一)水吸收法,(二)堿液吸收法,1用石灰Ca(OH)2或石灰石CaCO3吸收二氧化硫,對(duì)于水溶性氣體(HCl,NH3)用水作吸收劑是最經(jīng)濟(jì)的,5.7 吸收裝置設(shè)計(jì),2用碳酸鈉溶液吸收硫酸霧,3用氫氧化鈉

14、溶液吸收氯,(三)采用其它吸收劑的吸收方法,1用高錳酸鉀溶液吸收汞蒸氣,2用柴油吸收有機(jī)溶劑蒸氣,涂裝行業(yè)常用0#柴油作為吸收劑,5.7 吸收裝置設(shè)計(jì),二、吸收法凈化有害氣體實(shí)例,1氯化氫的凈化,5.7 吸收裝置設(shè)計(jì),2NOx的凈化,氨一堿溶液兩相吸收法,第一級(jí) 氨在氣相中和NOx、水蒸汽反應(yīng),第二級(jí) 用堿液吸收,5.7 吸收裝置設(shè)計(jì),5.8 吸附法,讓通風(fēng)排氣與某種固體物質(zhì)相接觸，利用該固體物質(zhì)對(duì)氣體的吸附能力除去其中某些有害成分的過程稱為吸附。用于吸附的固體物質(zhì)稱為吸附劑，被吸附的氣體稱為吸附質(zhì)。,一、吸附的原理,吸附過程是由于氣相分子和吸附劑表面分子之間的吸引力使氣相分子吸附在吸附劑表面

15、的。,吸附和吸收的區(qū)別,吸附過程分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種,物理吸附單純依靠分子間的吸引力(稱為范德華力)把吸附質(zhì)吸附在吸附劑表面。物理吸附是可逆的。,化學(xué)吸附的作用力是吸附劑與吸附質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)力。,化學(xué)吸附具有很高的選擇性，一種吸附劑只對(duì)特定的物質(zhì)有吸附作用,5.8 吸附法,二、靜活性與動(dòng)活性,吸附劑的靜活性：在一定溫度、壓力下處于飽和狀態(tài)的單位質(zhì)量吸附劑所吸附的氣體量(也稱為平衡吸附量),平衡吸附量(靜活性)是隨溫度下降、氣相中吸附質(zhì)濃度增高而增大的。,5.8 吸附法,氣流通過一定厚度的吸附層時(shí)，出口處的吸附質(zhì)濃度隨時(shí)間的變化,開始時(shí)出口濃度基本為零，經(jīng)過一定時(shí)間后，在出口處出現(xiàn)吸附質(zhì)

16、，這種現(xiàn)象稱為穿透。經(jīng)歷的這段時(shí)間稱為穿透時(shí)間。,吸附劑的動(dòng)活性：從開始工作到吸附層被穿透，該吸附層內(nèi)單位質(zhì)量吸附劑所吸附的氣體量。,5.8 吸附法,氣流通過吸附劑時(shí)，吸附劑是逐層達(dá)到飽和。吸附層的動(dòng)活性總要比靜活性小。,飽和,未飽和,三、吸附劑的選擇,工業(yè)上常用的吸附劑有活性炭、硅膠、活性氧化鋁、分子篩等。,5.8 吸附法,四、吸附裝置,1固定床吸附裝置,吸附層固定不動(dòng)的吸附裝置,5.8 吸附法,動(dòng)畫,2蜂輪式吸附裝置,蜂輪式吸附裝置的吸附和解吸是同時(shí)進(jìn)行的,動(dòng)畫,5.8 吸附法,5.8 吸附法,3. 設(shè)計(jì)吸附裝置應(yīng)注意的問題, 吸附劑的吸附能力通常用平衡吸附量(靜活性）和平衡保持量表示。,

17、平衡保持量是指已吸附飽和的吸附劑讓同溫度的清潔干空氣連續(xù)六小時(shí)通過該吸附層后，在吸附層內(nèi)仍保留的污染氣體量。,計(jì)算吸附層的穿透時(shí)間時(shí)，對(duì)進(jìn)口濃度高、活性炭再生利用的場(chǎng)合，如有機(jī)溶劑回收裝置，吸附能力以平衡吸附量和平衡保持量的差計(jì)算。對(duì)進(jìn)口濃度低、活性炭不再生利用的場(chǎng)合，如大多數(shù)通風(fēng)排氣或進(jìn)氣系統(tǒng)，要求即使是清潔空氣時(shí)，其吸附的有害氣體也不會(huì)析出，因此要按平衡保持量計(jì)算。,對(duì)吸附劑不進(jìn)行再生的吸附器， 吸附劑的連續(xù)工作時(shí)間按下式計(jì)算。,5.8 吸附法,5.8 吸附法, 為避免頻繁更換吸附劑，吸附劑不再生的吸附器連續(xù)工作時(shí)間應(yīng)不少于三個(gè)月。 排氣溫度過高，會(huì)影響吸附劑的吸附能力，需作預(yù)處理。 吸附器斷面上應(yīng)保持氣流分布均勻，為保證吸附層有較高的動(dòng)活性和減小流動(dòng)阻力，通過吸附層的空塔速度不宜過高，通常采用 0.30.5m/s 。但是