第5章吸收法净化气态污染物
二、化学吸收速率
对化学吸收而言，气膜的传质速率仍可 按与物理吸收相同的公式表示。在气液界面 处，组分A仍处于平衡状态，可用亨利定律 描述。
在液膜中的情况，化学吸收和物理吸收 却很不相同。对于化学吸收，组分A按分子 扩散从气膜扩散至界面溶解后，在液膜内一 面进行扩散，一面与吸收剂组分B进行化学 反应，若在液膜内未反应完还要转移至液相 主体中进行。
稳定吸收过程的总传质速率方程式：
•或：
第5章吸收法净化气态污染物
一、物理吸收速率
第5章吸收法净化气态污染物
一、物理吸收速率
在总传质阻力中，若气膜的阻力远远大于 液膜阻力，则称为气膜控制；若液膜阻力远远 大于气膜阻力，则称为液膜控制。 提高物理吸收速率可采取以下措施： （1）提高气液相对运动速度，以减小气膜和 液膜的厚度。 （2）增大供液量，降低液相吸收浓度，以增 大吸收推动力。 （3）增加气液接触面积。 （4）选用对吸收质溶解度大的吸收剂。
二、化学吸收平衡
由于吸收组分既遵从相平衡关系又遵从化 学平衡的关系，式中[A]就是[A]物理平衡，在已
知化学平衡常数K 及反应前后反应物B的浓度
变化的情况下可求出生成物M、N的浓度，再由 化学反应式可求出[A]化学消耗及[A]净化。
第5章吸收法净化气态污染物
第二节 吸收速率
¡ 物理吸收速率 ¡ 化学吸收速率
搅拌釜等吸收设备。
第5章吸收法净化气态污染物
•二、吸收设备的选择
几种主要形式化学吸收设备的特性及其适用范围
形式
相界面积 液相体积 ／（m2.m-3)
喷雾塔
1200
填料塔
1200
板式塔
鼓泡 搅拌釜
1000 200
鼓泡塔
20
气液比
19 11.5 5.67 0.111 0.0204
液相所占 体积分率
液相体积 膜体积
第5章吸收法净化气态污 染物
2020/11/26
第5章吸收法净化气态污染物
第五章 吸收法净化气态污染物
¡ 根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理 溶解度或化学反应活性不同而将混合物分离 的一种方法
¡ 优点：效率高、设备简单、一次投资费用相 对较低
¡ 缺点：需要对吸收后的液体进行处理、设备 易受腐蚀
第5章吸收法净化气态污染物
一、物理吸收速率
吸收是气态污 染物从气相向液相 转移的过程，对于 吸收机理以双膜理 论应用较为普遍。
•双膜理论模型
第5章吸收法净化气态污染物
一、物理吸收速率
传质过程： 被吸收组分从气相主体通过气膜边界向气膜
移动； 被吸收组分从气膜向相界面移动； 被吸收组分在相界面处溶入液相； 溶入液相的被吸收组分从气液相界面向液膜
第5章吸收法净化气态污染物
第五章 吸收法净化气态污染物
物理吸收：利用气体混合物在所选择的溶剂中溶解 度的差异而使其分离的吸收过程
化学吸收：伴有显著化学反应的吸收过程。该法使 吸收过程推动力增大，阻力减少，吸收 效率提高，可处理低浓度气态污染物
针对实际工程问题常具有废气量大、污染物浓 度低、气体成分复杂和排放标准要求高等特点，大 多采用化学吸收法。
✓ 吸收过程：当混合气体与吸收剂接触时，气 相中的可吸收组分向液相进行质量传递的过 程。
✓ 解吸过程：伴随吸收过程发生的液相中吸收 组分反过来向气相逸出的质量传递过程。
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一、物理吸收平衡
气体的溶解度在同一 系统中一般随温度的升高而 减小，随压力的增大而增大。 增大气相中该气体的浓度 也能使其溶解度增大。
•几种常见气体污染物水中溶解度曲线
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•一、物理吸收平衡
•2.亨利定律
pA*：气相组分A的分压，Pa； cA：液相中组分A的浓度，mol/m3 xA：组分A溶于溶剂中的浓度，摩尔分率； HA、EA：均为亨利系数，单位分别为mol/(m3.Pa)和Pa
第5章吸收法净化气态污染物
若已知组分A在界面处的液相浓度梯度， 就可利用上式求得液膜内的过程速率。在液 膜内对组分A作物料衡算可得到液相浓度分 布规律及梯度。
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二、化学吸收速率
在液膜内离界面Z 处，取一厚度为dZ的微
元，对气体A在微元体内进行物料衡算：
A扩散入微元的通量-A扩散出微元的通量=A在微元的反应量
移动； 溶入液相的被吸收组分从液膜向液相主体移
动。
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一、物理吸收速率
在稳态吸收操作中，从气相主体传递到界 面吸收质的通量等于从界面传递到液相主体的 通量，在界面上无吸收质的积累和亏损。
对于气膜：
NA:被吸收组分A的传质速率，kmol/(m2.s); DAG:组分A在气相中的分子扩散系数，kmol/（m.s.Pa)； ZG:气膜厚度,m； pAG、PAi：气相主体与界面处的分压，Pa； kAG：气相传质系数，kmol/(m2.s.Pa)
体由塔底进入，自下而上穿过填料层，从塔顶排出； 吸收剂由塔顶通过液体分布器均匀喷淋到填料层中， 沿填料表面向下流动，直至从塔底排出塔外。它具 有操作适应性好、结构简单、能耐腐蚀等优点，广 泛用于带有化学反应的气体净化过程。填料对塔的 性能影响很大。
第5章吸收法净化气态污染物
•一、吸收设备
2.板式塔反应器 板式塔反应器中液体与气体分段逆流接触。
• 若反应速率很快，过程属扩散控制，要求所选择的吸收设
备能产生高的气液湍动和大的气液接触面积，以降低气膜的传
质阻力，增大传质面积，从而提高吸收效率，如喷雾塔、填料
塔、文丘里吸收器和板式塔等。
• 若化学反应速率很低，过程属动力学控制，要求所选择的
吸收设备具有持液量大，气液接触时间长的特点，以使较慢的
化学反应有足够的空间和时间进行反应。宜选用鼓泡塔、鼓泡
第5章吸收法净化气态污染物
•一、吸收设备
气-液反应器的形式
• （a）填料床反应器；(b)板式反应器；(c)降膜反应器；(d)喷雾反应器； • (e)鼓泡反应器；（f）搅拌鼓泡反应器；(g)喷射或文氏反应器
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•一、吸收设备
1.填料床反应器 在填料床反应器中，一般气液逆流操作。混合气
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二、化学吸收速率
化学吸收的速率不但取决于液相的物理 性质与流动状态，也取决于化学反应速率。 但是由于液相中有化学反应的存在，组分A
的浓度cA降低加快，这意味着液膜厚度薄，
液膜阻力减小，从而使过程吸收速率提高。
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二、化学吸收速率
在过程稳定的情况下，仍可采用费克定 律来描述液膜中的吸收情况：
液气比是由设备费和操作费两个因素决定的。工 程中，一般取最小液气比的1.1～2.0倍，即：
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•三、吸收设备设计
2.塔径计算
处理气量qV根据实际的工业过程而定，空 塔气速 一般由填料塔的液泛速率 确定。 通常取： =（0.60~0.75） 。
第5章吸收法净化气态污染物
第5章吸收法净化气态污染物
•一、吸收设备
按气液分散形式可分为： ① 气相分散、液体连续，如板式塔 ② 液相分散、气相连续，如喷淋塔、填料塔 ③ 气液相同为分散相，如文丘里吸收器
工程中用于净化气态污染物的吸收设备最常 用的是填料塔，其次是板式塔。此外还有喷 淋塔和文丘里吸收器等。
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一、 吸收设备
对吸收设备的要求： 气液有效接触面积大 气液湍流程度高 设备的压力降损失小 结构简单，易于操作和维修 投资及操作费用低
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•一、 吸收设备
吸收设备的分类
按气液相接触形态可分为： 气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡反应器、搅拌鼓泡反 应器和板式反应器 液体以液滴状分散在气相中的喷雾、喷射和文氏反应器等 （它们主要用于含尘气流的除尘，但在某些特定场合，也可 用于处理气态污染物） 液体以膜状运动与气相进行接触的填料反应器
吸收液从塔顶进入，借重力流到下一块板，最后 从塔底排出。气体向上通过塔板中的各种孔眼， 然后鼓泡穿过液体，分离泡沫后到上面的另一塔 板，在这一过程中有害气体扩散至气液接触面进 入液相被除去。
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二、吸收设备的选择
•吸收设备的选择: • 强化吸收过程，提高处理效率，降低设备的投资 和运行费用。
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二、化学吸收速率
组分B不断地从液相主体扩散到界面附 近并与A相遇。A与B在什么位置进行反应取 决于反应速率与扩散速率的相对大小。反应 进行得愈快，A消耗愈快，则A抵达气液界面 后扩散不远便会消耗干净。反之，如果A与B 反应较慢，A可能扩散到液相主体仍有大部 分未能参加反应。
(视反应速率的快慢而定)。 ➢ 反应生成的液相产物留存在液相中(如有气
相产物生成则向相界面扩散)。 ➢ 气相产物自相界面通过气膜向气相本体扩散。
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二、化学吸收速率
化学吸收法净化气态污染物质一般要 求吸收剂在吸收条件下的蒸气压很低或趋于 零，化学反应只在液相内发生。
在吸收过程中，当传递速率远大于化学 反应速率时，实际的过程速率取决于后者， 称为动力学控制；反之，如果化学反应速率 很快，而传质速率很慢，过程速率主要取Leabharlann 于传质速率的大小，称为扩散控制。
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二、化学吸收平衡
气态污染物的总净化量由液相物理吸收 量和化学反应消耗量两部分组成:
•其中[A]物理平衡可采用前面介绍的亨利定律近 似计算，而[A]化学消耗可根据化学平衡进行计算。
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•二、化学吸收平衡
由亨利定律有： 由化学平衡有：
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