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1、2.2 工业废气吸收法吸收净化法是废气治理中一种重要的常用的方法，它是利用废气中各混合组分在选定的吸收剂中溶解度的不同，或其中一种或多种组分与吸收剂中活性组分发生化学反应，达到将有害物从废气中分离出来、净化废气目的的一种方法。很多工业废气可用吸收净化法治理,如含SO2、H2S、HF、卤代烃等废气以及含恶臭物废气。从吸收过程的本质来看，所谓吸收净化法就是将废气中气态污染物转移到液相(吸收剂)，以溶解的水含物或某种新化合物存在于液相。为避免二次污染，在选择吸收剂时，应同时考虑气态污染物被吸收后，最好能生成可回收的副产物或将其转化为难溶的固体(渣)分离出来。与化工生产的吸收过程相比较,废气吸收净化的
2、另一种特点是往往气态污染物含量低、废气气量大、净化要求高，这就要求吸收净化过程具有较高的吸收效率与速率，单纯物理吸收法难于满足要求,化学吸收常常成为首选的方案。例如用碱性吸收剂来脱除烟气中SO2等。2.2.1 吸收过程吸收过程可分为物理吸收和化学吸收两种。物理吸收的主要分离原理是气态污染物在吸收剂中的不同溶解能力。而化学吸收的主要分离原理是气态污染物与吸收剂中活性组分的选择性反应能力。在吸收过程中，最需考虑的是气体在液相中的溶解及平衡，混合气体与吸收剂接触后，混合气体中溶质A由于自身的物理性质决定，会向液相(吸收剂)迁移，其迁移的速度随时间的推移,由快向慢变化，最终达到动态平衡。达到动态平衡时
3、，液相中溶质A的浓度(平衡浓度)与气相中A的分压(平衡分压)间的关系用亨利定律来描述： （2-1）式中： - 溶质A在气相中的平衡分压，MPa； - 溶质A在液相中的平衡浓度,摩尔分数； EA - 亨利定律,MPa；某些气体在水溶液中的亨利系数会随着温度变化较大，受压力影响很小。如果溶质在气液两相的组成均以摩尔分数表示，则亨利定律可写为： （2-2）式中： - 与溶液平衡的气相中的溶质的摩尔分数； - 溶质在液相中的摩尔分数； - 相平衡参数，无量纲；在单组分吸收过程中,气体溶质在气、液两相之间传递，而惰性气体和溶剂物质的量是保持不变的,因此以它们为基准,用摩尔比表示平衡关系会比较方便。气相摩
4、尔比:液相摩尔比:所以， 、， （2-3）同样， 、 ； （2-4）将上面两式带入亨利定律，可得：；当溶液浓度很低时，XA很小，上式可以近似写为：。可见，在稀溶液条件下，气、液两相物质的摩尔比可近似用线形关系表示。研究吸收过程属于什么控制的问题，对于选择适宜的吸收设备以及选择强化吸收过程措施，具有指导意义。如喷洒塔将液体高度分散，高速喷入气相，液滴周围的气相扩散阻力较小，适用于易溶气体吸收的气膜控制过程。而气体处于分散相，液气比L/G较大的板式塔适合于难溶气体吸收的液膜控制过程。欲强化气膜控制吸收过程，应减小气膜阻力，使吸收更快速，增加传质速率，如提高塔内气速，增加气相传流程度等；强化液膜控制
5、吸收过程的措施为增大塔内喷淋密度，增大液相传流程度等。2.3 填料塔技术填料塔比较适合易起泡、粘度大、有腐蚀性、热敏性的物质。填料吸收塔是一种效率高、压力损失较低的吸收设备。操作时，气体通过管箱上升，液体从喷淋装置分配到填料上形成薄膜层，在填料表面传质、吸收，随着填料层逐级下降，最后进入气液分离箱，未吸收气体进入下一级，液体由接管进入贮槽。2.3.1 填料和塔附件填料塔填料可分为散装填料和规整填料。散装填料是指一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以乱堆为主，根据填料的形状，这类填料分为许多类型，同一类型的填料按其特殊部位、尺寸的差别分为不同的规格。填料是填料塔的核心部分，起作用是增加气液
6、两相的接触面积和提高气相的湍流程度，促进吸收过程的进行。为了填料塔发挥良好的效能，填料应至少符合三方面要求：一是要有较大的表面积、良好的润湿性能以及有利于液体均匀分布的形状，二是要有较高的空隙率，三是要求单位体积填料的重量轻、造价低、监牢耐用，不易堵塞，有足够的机械强度，对于气液两相介质都有良好的化学稳定性。常用散装填料有：拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料、扁环填料、矩鞍型填料、环矩鞍填料，以及实验室用网环填料、压延孔环填料等。规整填料是一种在塔内按几何图形均匀排布，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。1）拉西环+ u) M9 T, N8 s
7、% f4 , r1 p2）鲍尔环：/ $ v! . v : b( B3) 矩鞍形填料6 T/ H1 s6 Y2 v#4) 阶梯环填料 G7 e. T. N5）网体填料6）规整填料填料塔附件是填料塔的组成部分，它与填料及塔体共同构成一个完整的填料塔。填料塔附件的作用是使气液在塔内更好地接触，以便发挥填料塔的最大效率和最大生产能力，填料塔附件设计的好坏直接影响填料性能的发挥和整个填料塔的性能。合理的选型与设计可以保证塔的分离效率、生产能力及压降要求。 填料塔附件包括气体及液体分布器、液体收集器及再分布器、除雾器、液体出口消 旋器、填料压板及床层限制器、填料支撑装置等。 2.3.2 塔内最小液气比及
8、吸收剂用量图中是一气液逆流操作填料吸收塔示意图，图中各符号意义为：G气体总流量，Kmolm-2s-1；L液体总流量， Kmolm-2s-1；GB惰性气体流量，Kmolm-2s-1；LS吸收溶剂流量，Kmolm-2s-1；x液相溶质摩尔分数，K mol溶质（K mol吸收液）-1；y气相溶质摩尔分数，K mol溶质（K mol混合气体）-1；X液相溶质摩尔比，K mol溶质（K mol溶剂）-1；Y气相溶质摩尔比，K mol溶质（K mol惰气）-1。G2。y2GB. Y2L2。x2LS. X222G。yGB. YL。xLS. XG1。Y1GB. Y1L1。x1LS. X111图2-1逆流填料塔
9、示意图上述参数可导出如下关系：X=x/1-x ， Y=y/1-y，GB =G(1-y) ，Ls=L(1-x)；上式可视为该塔的操作线方程，操作线的斜率为Ls / GB，下图中AB线即为操作线，OE线为平衡线。图 2-2吸收塔操作线与平衡线可知，操作线上一点P（X，Y）代表了塔内某一点的气、液相组成，与P点对应的在平衡线上的某一点M，表示了与X、Y相平衡的浓度X*、Y*，二者的距离（Y- Y*），（X- X*）为传质推动力。显然，斜率不同，AB线在图中位置不同，当它与平衡线相交时（AB所示），塔1端的传质推动力减为0.这是的极端情况，再进一步减少液气比、则吸收过程达不到分离要求。因此我们称之为平
10、衡线相交的操作线的斜率为最小液气比。由上图可知：=（-）/(-)最小液气比的确定，是为了确定操作液气比及吸收剂用量。当吸收塔顶气、液相浓度确定以后，上图中A点固定以后，随着吸收剂用量Ls加大，Ls / GB变大，操作线斜率增大，吸收传质推动力增加，吸收设备尺寸减少，但操作费用增加。反之，吸收剂用量减少，虽可减少动力消耗，但由于传质推动力减少（斜率越小，推动力越小），因而设备尺寸增大。2.3.3 泛点计算及塔径确定逆流填料塔内，气流速度不能无限制的增大。在一定的液流速率下，当气速不断增加至某一程度时，液流不能通畅下降，在填料层中产生积液现象，并且随气相流速增加，气相压降迅速增加。此时，气体呈鼓泡
11、通过液层或夹带液沫从塔顶排出，称之为液泛。达到液泛时的空塔气速称为泛点气速。实际操作气速控制为液泛气速的60%80%。对于泛点气速的研究，以Eckert通用关联图用得较多。如下图所示，纵坐标为,横坐标为。图2-3 填料层压降通用关联图各符号及单位为：L为液相流量，kg/h；G为气相流量kg/h，G、L为气相及液相密度，kg/m3；u为空塔气速，m/s；g为重力加速度；L为液相粘度，mpas；为填料因子，m-1；为液相密度收系数=p水/pL。确定了空塔气速u,可确定塔内径。D= （2-5） 式中：D塔内径，m； VS处理废气量，m3/s；u气体空塔速度，m/s塔径计算出后，还需用吸收液的喷淋密度
12、加以校正，一般喷淋密度可取最小喷淋密度的4-6倍，而最小喷淋密度为5-12 m3m-2h1。2.3.4 填料层高在下图中所示填料吸收塔，由于一般工业废气中气态污染物含量较低，可假定GGB，LLs，在填料层中放一微元高h,作物料衡算。L2，CLB222XBL1，CLB11G2，YA2YAXB+dXBYA+dYAG1，YA11hdh图 2-4填料塔层高示意图如图示，在塔中取一高度为dh的填料层微元作物料衡算，GBdYA=NAaSdh （2-6）式中：GB：单位时间内通过填料层的惰性气体摩尔量,k mol/h； YA：气相溶质摩尔比； ：传质速率，Kmol；a: 微分单元填料层所提供的有效传质表面积
13、，m2/m3；S: 填料层横截面积；dh：微分高度；积分之可得：（P为气相总压） （2-7）若废气中有害气体浓度很底，可继续简化为： 查设计手册可得，由强碱性物质吸收酸性物质，过程为气膜控制，NA=kGAPA。A+qB C (不可逆的瞬间反应) （） 第三章 填料塔设计3.1 设计资料3.1.1 废气特点废气成分：标准状态下酸雾含量为3210mg/m，废气温度：60； 斜槽温度：100（加酸后），集气罩的排气量: 0.362m3/s,数量：3个。3.1.2 气象资料气温：冬季：6； 夏季：31大气压力：冬季：97.86kPa； 夏季：95.72kPa 3.4 填料塔的设计3.4.1 填料塔参数的确定本设计拟选用75455规格陶瓷鲍尔环填料（乱堆式），乱堆填料参数为：75454 （外径高筋厚度）、乱堆式的泛点填料因子=122 m-1、比表面积a=103 m2/ m3。3.4.2 计算泛点气速uf本设计采用质量百分比为5%的NaOH作吸收液（参数近似取水的物理参数）；标准状态下酸雾含量为3210mg/m3，； =0.000186 （查设计手册酸雾碱液平衡数据得）；=0（设进口吸收液中不含酸雾溶解物）；3.63按L/G=1.1（L/
