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1、气体吸收吸收机理 双膜模型（应用最广）假定假定:l界面两侧存在气膜和液膜,膜内为层流,传质阻力只在膜内l气膜和液膜外湍流流动,无浓度梯度,即无扩散阻力l气液界面上,气液达溶解平衡 即:CAi=HPAil膜内无物质积累,即达稳态.第1页/共56页双膜理论双膜模型气相分传质速率液相分传质速率总传质速率方程xAL第2页/共56页气液平衡平衡吸收过程的传质速率等于解吸过程溶解度每100kg水中溶解气体的kg数第3页/共56页气液平衡常见气体的平衡溶解度第4页/共56页亨利定律亨利定律一定温度下，稀溶液中溶质的溶解度与气相中溶质的平衡分压成正比参数换算第5页/共56页吸收系数吸收系数的不同形式第6页/共
2、56页传质阻力传质阻力吸收系数的倒数第7页/共56页传质过程吸收系数的影响因素吸收质与吸收剂设备、填料类型流动状况、操作条件吸收系数的获取实验测定；经验公式计算；准数关联计算第8页/共56页有利于传质的因素吸收系数越大越好 温度下降，流速增大，传质系数增大 接触时间越长越好 t取决于塔的尺寸，流速 传质推动力越大越好第9页/共56页化学吸收化学吸收的优点溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的溶质量增多液膜扩散阻力降低填料表面的停滞层仍为有效湿表面第10页/共56页化学吸收两分子反应中相界面附近液相内A与B的浓度分布第11页/共56页化学吸收的气液平衡平衡浓度计算 1.吸收质与溶剂作用（如水
3、吸收氨）2.吸收后发生解离（如水吸收SO2和CO2）R R平衡转化率平衡转化率 3.吸收质与溶剂中活性组分反应（如Ca(OH)2溶液吸收SO2）第12页/共56页化学吸收速率吸收速率物理吸收时化学吸收时K K1 1未发生化学反应时的液相传质分系数未发生化学反应时的液相传质分系数 由于化学反应使吸收速率增强的系数由于化学反应使吸收速率增强的系数 相当于选取相同的推动力C,选用不同的传质系数引入增强系数第13页/共56页吸收法适用范围处理气体量大 污染物质浓度低 吸收速度快，吸收效率高 多采用化学吸收第14页/共56页吸收设备第15页/共56页吸收设备喷淋塔第16页/共56页吸收设备第17页/共5
4、6页吸收设备填料塔第18页/共56页填料塔第19页/共56页第二节 吸附法基础气体吸附吸附剂吸附机理吸附工艺与设备计算第20页/共56页气体吸附吸附用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的组分浓集于固体表面吸附质被吸附物质吸附剂附着吸附质的物质优点：效率高、可回收、设备简单缺点：吸附容量小、设备体积大第21页/共56页物理吸附和化学吸附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附1.1.吸附力范德华力；吸附力范德华力；2.2.不发生化学反应；不发生化学反应；3.3.过程快，瞬间达到平过程快，瞬间达到平衡；衡；4.4.放热反应；放热反应；5.5.吸附可逆；吸附可逆；1.1.吸附力化学键力；吸附力化学键力；
5、2.2.发生化学反应；发生化学反应；3.3.过程慢；过程慢；4.4.升高温度有助于提高升高温度有助于提高速率；速率；5.5.吸附不可逆；吸附不可逆；第22页/共56页物理吸附和化学吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附第23页/共56页吸附剂吸附剂需具备的特性内表面积大具有选择性吸附作用高机械强度、化学和热稳定性吸附容量大来源广泛，造价低廉良好的再生性能第24页/共56页常用吸附剂特性吸附剂类型活性炭活性氧化铝硅胶沸石分子筛4A5A13x堆积密度 /kg/kgm m-3-32006007501000800800800800热容/kJ(kg
6、K)-1-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作温度上限/K423773673873873873平均孔径/15251848224513再生温度 /K373413473523393423473573473573473573比表面积 /g-16001600210360600第25页/共56页气体吸附的影响因素操作条件低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附增大气相压力利于吸附l 吸附剂性质比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）第26页/共56页气体吸附的影响因素吸附质性质、浓度临界直径吸附质不易渗入的最大直径吸附质的分子量、沸点、饱和性吸附剂活性单位吸附剂吸附的吸附质的量
7、静活性吸附达到饱和时的吸附量动活性未达到平衡时的吸附量第27页/共56页气体吸附的影响因素吸附剂再生 溶剂萃取l活性炭吸附SO2，可用水脱附 置换再生l脱附剂需要再脱附 降压或真空解吸l 吸附作用 ，再生温度 加热再生第28页/共56页吸附平衡当吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值极限吸附量受气体压力和温度的影响吸附等温线 NH3在活性炭上的吸附等温线第29页/共56页吸附等温线第30页/共56页m单位吸附剂的吸附量P吸附质在气相中的平衡分压K,n经验常数,实验确定吸附方程式弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分）lgm对lgP作图为直线第31页/共56页吸附
8、方程式朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线）第32页/共56页吸附速率吸附过程 吸附 外扩散（气流主体 外表面）内扩散（外表面 内表面）第33页/共56页吸附速率外扩散速率内扩散速率总吸附速率方程第34页/共56页吸附工艺固定床第35页/共56页吸附工艺移动床第36页/共56页吸附工艺流化床第37页/共56页第三节 催化法气体催化净化催化作用和催化剂气固催化反应动力学气固相催化反应器的设计第38页/共56页气体催化净化含尘气体通过催化床层发生催化反应，使污染物转化为无害或易于处理的物质应用工业尾气和烟气去除SO2和NOx有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化汽车尾气的催化净化第39
9、页/共56页催化净化工艺段间冷却的四层催化床第二级催化床预除尘和水分填充床吸收塔填充床吸收塔来自冶炼厂或硫磺燃烧的富含SO2的尾气水含有约为初始进气SO2浓度3%的尾气含有约为初始 进 气 SO2浓度0.3%的尾气水单级吸收工艺二级吸收工艺SO2单级和二级净化工艺的流程图催化反应：420550第40页/共56页气体催化净化催化作用改变反应历程，降低活化能提高反应速率 （阿累尼乌斯方程）l 显著特征对于正逆反应的影响相同，不改变化学平衡选择性第41页/共56页催化剂加速化学反应，而本身的化学组成在反应前后保持不变的物质组成活性组分 助催化剂 载体第42页/共56页催化剂的性能活性WW产品质量产品
10、质量WWR R催化剂质量催化剂质量t t反应时间反应时间第43页/共56页催化剂的性能稳定性热稳定性、机械稳定性和化学稳定性表示方法：寿命老化活性组分的流失、烧结、积炭结焦、机械粉碎等中毒对大多数催化剂，毒物：HCN、CO、H2S、S、As、Pb第44页/共56页气固催化反应动力学反应过程(1)反应物从气流主体-催化剂外表面(2)进一步向催化剂的微孔内扩散(3)反应物在催化剂的表面上被吸附(4)吸附的反应物转为为生成物(5)生成物从催化剂表面脱附下来(6)脱附生成物从微孔向外表面扩散(7)生成物从外表面扩散到气流主体(1),(7)：外扩散；(2),(6)内扩散(3),(4),(5)：动力学过程
11、主气流微孔固相催化剂粒子示意图第45页/共56页催化反应动力学方程表面化学反应速率对于催化床N NA A反应物反应物A A的流量，的流量，kmol/hkmol/hN NA0A0反应物反应物A A的初始流量，的初始流量，kmol/hkmol/hV VR R反应气体体积，反应气体体积，mm3 3x x转化率转化率L L反应床长度，反应床长度，mmA A反应床截面积，反应床截面积，mm2 2Q Q反应气体流量，反应气体流量，mm3 3t t接触时间，接触时间，h hc cA0A0反应物的初始浓度反应物的初始浓度,kmol/m,kmol/m3 3第46页/共56页催化反应动力学方程催化剂有效系数反应催
12、化剂微孔内浓度分布对反应速率的影响 在内扩散的影响下l催化剂微孔内表面上反应物很低，沿微孔方向降至平衡浓度l催化剂内表面积并未充分利用l值较小第47页/共56页催化反应动力学方程催化剂有效系数一级不可逆反应第48页/共56页内外扩散的影响外扩散控制降低催化剂表面反应物浓度，从而降低反应速度表现因数：KG消除方法提高气速，以增强湍流程度，减小边界层厚度气速提高到一定程度，转化率趋于定值，外扩散影响消除下限流速第49页/共56页内外扩散的影响内扩散控制降低催化剂内反应物浓度，从而降低反应速度表现因数：消除方法尽量减小催化剂颗粒大小粒径减小到一定程度，转化率趋于定值，内扩散影响消除第50页/共56页
13、固定床反应器最主要的气固相催化反应器优点:流体接近于平推流，返混小，反应速度较快固定床中催化剂不易磨损，可长期使用停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，高选择性和转化率缺点:传热差(热效应大的反应，传热和温控是难点)催化剂更换需停产进行第51页/共56页固定床反应器单层绝热反应器结构简单，造价低廉，气流阻力小内部温度分布不均用于化学反应热效应小的场合第52页/共56页固定床反应器多段绝热反应器相邻两段之间引入热交换(a)直接换热(b)间接换热第53页/共56页固定床反应器列管式反应器用于对反应温度要求高，或反应热效应很大的场合l 其他反应器径向反应器薄层床反应器自热式反应器第54页/共56页反应器类型的选择根据反应热的大小和对温度的要求，选择反应器的结构类型尽量降低反应器阻力反应器应易于操作，安全可靠结构简单，造价低廉，运行与维护费用经济第55页/共56页感谢您的观看！第56页/共56页