吸收法气体分离.pptx

开碳酸饮料开碳酸饮料 当我们打开碳酸饮料瓶口时，就有气体冲出。这是气体当我们打开碳酸饮料瓶口时，就有气体冲出。这是气体的反溶解，这就是碳酸气的解吸。的反溶解，这就是碳酸气的解吸。n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n优点：效率高、设备简单、一次投资费用相 对较低n缺点：需要对吸收后的液体进行处理、设备 易受腐蚀1、原理3吸收剂气体yx界面气相主体 液相主体 相界面气相扩散 液相扩散 yi xi 气气体体吸吸收收是是混混合合气气体体中中某某些些组组分分在在气气液液相相界界面面上上溶溶解解、在在气气相相和和液液相相内内由由浓浓度度差差推推动动的的传传质质过程。过程。第一节第一节吸收法概述吸收法概述一、吸收概念一、吸收概念利用利用液体液体吸收（溶解）气体混合物中吸收（溶解）气体混合物中的的特定特定组分组分（有的还发生化学反应），以分离气体混合物的（有的还发生化学反应），以分离气体混合物的一种操作。一种操作。n吸收质吸收质(溶质溶质)：n惰性气体惰性气体(载体载体)：n吸收剂：吸收剂：n吸收吸收液：液：n吸收吸收尾气：尾气：第一节第一节吸收法概述吸收法概述混合气体中的溶解组分混合气体中的溶解组分不溶或难溶组分不溶或难溶组分吸收操作中所用的溶剂吸收操作中所用的溶剂吸吸收收操操作作后后得得到到的的溶溶液液，主主要要成成分分为为溶溶质质和溶剂和溶剂。吸吸收收后后排排出出的的气气体体，主主要要成成分分为为惰惰性性气气体体和和少量的溶质少量的溶质。目的：目的：回收或捕获气体混合物中有用物质，制取产品；除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理。依据：依据：气体气体混合物中各组分在溶剂中溶解度混合物中各组分在溶剂中溶解度不同不同二、吸收的目的和依据：二、吸收的目的和依据：气体吸收的工业应用气体吸收的工业应用净化或精制气体净化或精制气体 例：合成氨工艺中，合成气中的净化脱碳例：合成氨工艺中，合成气中的净化脱碳制取某种气体产品的液态产品制取某种气体产品的液态产品 例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸例：用水吸收氯化氢气体制取盐酸回收混合气体中所需的组分回收混合气体中所需的组分 例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸回收焦炉例：用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃，硫酸回收焦炉气中的氨气中的氨工业废气的制理工业废气的制理 废气中含有二氧化硫、硫化氢、废气中含有二氧化硫、硫化氢、CO2等有害气体的脱除等有害气体的脱除原料气AB吸收剂S尾气B(含微量A)溶液S+A气体吸收的原理吸吸收收塔塔形成两相体系的方法引入一液相（吸收剂）各组分在吸收剂中溶解度不同。分离物系气体混合物传质原理三三气体吸收的原理和流程气体吸收的原理和流程溶质或吸收质，以A表示；惰性气（不被吸收的组分），以B表示。n三三大大n对对A和和B的溶解度差异要大的溶解度差异要大n对对A的溶解度要大的溶解度要大n对对A的溶解度在条件改变时变化要大的溶解度在条件改变时变化要大n三小三小n挥发性小挥发性小n粘度小粘度小n腐蚀小腐蚀小n技术经济性技术经济性吸收剂选择原则吸收剂选择原则气体吸收的流程吸收过程吸收过程吸收过程：溶质溶解于吸收剂中逆流操作解吸过程：溶质从溶液中释放出并流操作气体吸收过程在吸收塔中进行。吸收吸收解吸解吸n吸收操作流程：吸收操作流程：n采用采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下列吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下列问题：问题：n选择选择合适的溶剂合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组份；某些）被分离组份；n提供提供适当的传质设备适当的传质设备（多位填料塔，也有板式（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液两相的接触，使被分离组分得以从塔）以实现气液两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或相反（解吸）；气相转移到液相（吸收）或相反（解吸）；n溶剂的再生溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分，即脱除溶解于其中的被分离组分以便循环使用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，以便循环使用。除了制取溶液产品只需单独吸收外，一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环使用一般都要进行解吸操作，使溶剂再生循环使用。气体吸收的实例气体吸收的实例具有吸收剂再生功能的连续吸收流程具有吸收剂再生功能的连续吸收流程气液两相的接触方式气液两相的接触方式级级式式接接触触：气气、液液两两相相逐逐级级逆逆流流接接触触传传质质，两两相相的的组组成成呈呈阶阶跃跃变变化，如化，如板式塔板式塔。板式塔板式塔填料塔填料塔湿壁塔、降膜塔湿壁塔、降膜塔微分接触微分接触：气、液两相的浓度呈连续变化。气、液两相的浓度呈连续变化。规整填料规整填料 塑料丝网波纹填料塑料丝网波纹填料 散装填料散装填料塑料鲍尔环填料塑料鲍尔环填料物理吸收：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化学法用于气体分离时一般需要是化学反应可逆，实现溶剂循环利用4、物理吸收和化学吸收16第二节第二节吸收过程基础理论吸收过程基础理论n气体气体吸收过程实质吸收过程实质上是上是溶质组分溶质组分自自气相气相通过相界面通过相界面转移转移（迁移）到（迁移）到液相液相的过程。现将气体吸收中的传的过程。现将气体吸收中的传质过程与传热过程相对照来研究两个问题：质过程与传热过程相对照来研究两个问题：(1)、气体吸收过程的推动力气体吸收过程的推动力是什么是什么？(2)、若气液两相能充分完全的接触，则、若气液两相能充分完全的接触，则吸收过程的吸收过程的极限极限是什么是什么？xi液相中摩尔分数液相中摩尔分数yi气相中摩尔分数气相中摩尔分数ci液相中摩尔浓度液相中摩尔浓度pi气相中分压力气相中分压力Xi液相中摩尔比液相中摩尔比Yi气相中摩尔比气相中摩尔比一一 吸收过程中吸收过程中的一些基本变量的一些基本变量 相平衡：相平衡：在一定的温度和压力下，吸收过程的速率和解吸过程的速率最在一定的温度和压力下，吸收过程的速率和解吸过程的速率最终将会相等，气液两相间的质量传递达到动态平衡，简称终将会相等，气液两相间的质量传递达到动态平衡，简称为为相相平衡。平衡。p这时这时气相中吸收质分压称为气相中吸收质分压称为平衡分平衡分压；压；p液液相中所溶解吸收质的浓度称为相中所溶解吸收质的浓度称为平衡平衡溶解度，溶解度，简称简称溶解度；溶解度；p溶解度是溶解度是吸收的吸收的极限，又极限，又称称最大溶解度最大溶解度，常定义为每，常定义为每100100千克千克溶剂中溶解气体的千克数。溶剂中溶解气体的千克数。二二 吸收过程中的气液平衡吸收过程中的气液平衡1 1 平衡分压：在一定条件下，任何气体在某种溶剂中平衡分压：在一定条件下，任何气体在某种溶剂中溶解达到平衡时，其在气相中的分压是一定的。溶解达到平衡时，其在气相中的分压是一定的。2 2 吸收过程：吸收过程：n进行进行的方向与极限的方向与极限取决于气取决于气液两相中的平衡关系。液两相中的平衡关系。nP P表示气相表示气相中溶质的实际分压；中溶质的实际分压；p*p*表示平衡分压；表示平衡分压；p pp*p*时，溶质便由气相向液相转移，吸收时，溶质便由气相向液相转移，吸收p pp*p*时，溶质便由液相向气相转移时，溶质便由液相向气相转移，称为解吸。，称为解吸。P Pp*p*时，处于气液平衡状态时，处于气液平衡状态二二 吸收过程中的气液平衡吸收过程中的气液平衡溶溶解解度度曲曲线线：在在一一定定温温度度、压压力力下下，平平衡衡时时溶溶质质在在气气相相和和液液相中的浓度的关系曲线。相中的浓度的关系曲线。溶解度/g(NH3)/1000g(H2O)1000500020406080100120pNH3/kPa50 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oC120溶解度/g(SO2)/1000g(H2O)250200020406080100pSO2/kPa1501005012050 oC40 oC30 oC20 oC10 oC0 oCNH3、SO2在水中的在水中的溶解度溶解度二二 吸收过程中的气液平衡吸收过程中的气液平衡溶解度特点：溶解度特点：在同温同压的情况下，不同性质的气体在相同在同温同压的情况下，不同性质的气体在相同溶剂中的溶解度不同；溶剂中的溶解度不同；当温度一定时，溶解度随吸收质分压的升高而当温度一定时，溶解度随吸收质分压的升高而增大；增大；气体的溶解度与温度有关，一般来说，随着温气体的溶解度与温度有关，一般来说，随着温度的升高，溶解度下降度的升高，溶解度下降。二二 吸收过程中的气液平衡吸收过程中的气液平衡定义：用来描述定义：用来描述稀溶液稀溶液或（难容气体）在一定温度下，或（难容气体）在一定温度下，当总压不高时，互成平衡的气液两相组成之间的关当总压不高时，互成平衡的气液两相组成之间的关系。系。混合气体总压不混合气体总压不高高稀溶液（可视作理想溶液稀溶液（可视作理想溶液,x0.05,x0.05）由于气液相组成可以采用不同的表示方法，故亨利定律由于气液相组成可以采用不同的表示方法，故亨利定律 有不同的表示形式有不同的表示形式 。气相：气相：p pii，y yii，Y Yii液相：液相：x xii，c cii，X Xii23三三 亨利定律（亨利定律（Henrys law）pi-xi关系关系pi-ci关系关系xi-yi关系关系Xi-Yi关系关系 亨利定律是亨利定律是物理吸收物理吸收过程的气液相平衡规律。在一过程的气液相平衡规律。在一定温度下，对总压不高定温度下，对总压不高(一般约小于一般约小于5l05l05 5Pa)Pa)的物理的物理吸收，气态吸收质在吸收剂溶液中的溶解度与气相吸收，气态吸收质在吸收剂溶液中的溶解度与气相中吸收质的平衡分压成正比，即：中吸收质的平衡分压成正比，即：亨利定律适用亨利定律适用用于液相浓度非常低的情况用于液相浓度非常低的情况物理吸收物理吸收不适用于不适用于吸收液浓度高的情况吸收液浓度高的情况化学吸收过程化学吸收过程三三 亨利定律（亨利定律（Henrys law）1.1.液相液相浓度浓度与与溶质分压力关系溶质分压力关系三三 亨利定律（亨利定律（Henrys law）三三 亨利定律（亨利定律（Henrys law）2.2.液相液相摩尔分数摩尔分数与与气相摩尔分数关系气相摩尔分数关系E 值值的的大大小小代代表表了了气气体体在在该该溶溶剂剂中中溶溶解解的的难难易易程程度度；在在同同一一溶溶剂剂中中，难难溶溶气气体体E 值值很很大大，易易溶溶气气体体E 值很小；值很小；物系一定，物系一定，E 值一般随温度的上升而增大；值一般随温度的上升而增大；E 的单位与气相分压的压强单位一致。的单位与气相分压的压强单位一致。三三 亨利定律（亨利定律（Henrys law）3.3.液液相摩尔分数与溶质分压力关系相摩尔分数与溶质分压力关系定律形式定律形式常数含义常数含义备注备注P*=ExE,亨利系数亨利系数P*,稀稀溶溶液液中中溶溶质质（被被吸吸收收组组分分）平平衡衡分分压压，x为为被吸收组分在液相中的摩尔分数被吸收组分在液相中的摩尔分数对对于于一一定定体体系系，E是是温温度度的的函函数数，一一般般，温温度度上上升，升，E增大，不利于气体吸收。增大，不利于气体吸收。同一溶剂中难溶气体同一溶剂中难溶气体E值大值大P*=C/HH,溶解度系数溶解度系数C为被吸收溶质的物质的量浓度（为被吸收溶质的物质的量浓度（Kmol/m3）H为溶解度系数，（为溶解度系数，（kmol/(m3Pa)）,实验测定。实验测定。H为为温温度度的的函函数数，随随温温度度升升高高减减小小，其其数数值值等等于于平衡分压平衡分压1大气压时的溶解度大气压时的溶解度同一溶剂中难溶气体同一溶剂中难溶气体H值小值小E(1/H)*(/M)为为溶溶液液的的密密度度，M是是溶溶剂剂A的的相相对分子质量对分子质量y*=mxm,相平衡常数，无量纲相平衡常数，无量纲mE/P,P为气相的总压为气相的总压m为为由由试试验验结结果果算算出出来来的的数数值值。一一定定物物系系，它它是是温度和压强的函数。温度和压强的函数。同一溶剂中难溶气体同一溶剂中难溶气体m值大值大Y*=mXm同上同上亨利定律既可由液相组成计算气相组成，也可由气相组亨利定律既可由液相组成计算气相组成，也可由气相组成计算液相组成。成计算液相组成。由液相组成求气相组成：由液相组成求气相组成：由气相组成求液相组成：由气相组成求液相组成：亨利定律适用条件：理想溶液或稀溶液（一般亨利定律适用条件：理想溶液或稀溶液（一般5%）,三三 亨利定律（亨利定律（Henrys law）亨利定律表达式中各系数之间的关系亨利定律表达式中各系数之间的关系EH关系Em关系Hm关系（三）亨利定律中几个系数之间的关系（三）亨利定律中几个系数之间的关系三三 亨利定律（亨利定律（Henrys law）三三 亨利定律（亨利定律（Henrys law）1atm下，浓度为下，浓度为0.02（摩尔分数）的稀氨水在（摩尔分数）的稀氨水在20时氨的平衡分压为时氨的平衡分压为1.666kPa，其相平衡关，其相平衡关系服从亨利定律，氨水密度可近似取系服从亨利定律，氨水密度可近似取1000kg/m3。求：求：E、m、H。例：例：三三 亨利定律（亨利定律（Henrys law）解：解：四四吸收过程的机理吸收过程的机理双膜理论双膜理论1 传质过程概念 四四吸收过程的机理吸收过程的机理双膜理论双膜理论1 传质过程概念 在含有两个或两个以上组分的混合体系中，如果存在浓度梯度，某一组分（或某些组分）将有高浓度区向地浓度区移动的趋势，该移动过程称为传质过程。（1）扩散物质从一相的扩散物质从一相的主体扩散到两相界面（单主体扩散到两相界面（单相中的扩散）；相中的扩散）；（2）在界面上的扩散物在界面上的扩散物质从一相进入另一相（相质从一相进入另一相（相际间传质）；际间传质）；（3）进入另一相的扩散物）进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩质从界面向该相的主体扩散（单相中的扩散）；散（单相中的扩散）；2物质传递的三个步骤：物质传递的三个步骤：pAcApA,i cA,i气气膜膜液液膜膜相界面相界面气相主气相主体体液相液相主体主体传质方向传质方向双膜理论双膜理论示意图示意图溶溶质质A在在气气相相中中的的分分压压溶溶质质A在在液液相相中中的的摩摩尔尔浓浓度度四四吸收过程的机理吸收过程的机理双膜理论双膜理论3双膜理论双膜理论双膜理论的基本论点（假设）双膜理论的基本论点（假设）（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩散方式通过气膜和液膜。以分子扩散方式通过气膜和液膜。（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。（3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要要以湍流扩散以湍流扩散的形式传质。的形式传质。四四吸收过程的机理吸收过程的机理双膜理论双膜理论3双膜理论双膜理论NA气液相间传质速率，kmolm-2s-1KG气相总传质系数，kmolm-2s-1kPa-1KG 越大传质速率越快四四吸收过程的机理吸收过程的机理双膜理论双膜理论第四节第四节吸收装置吸收装置 吸收吸收装置的作用：装置的作用：建立和不断更新两相接触表面，使之具有尽建立和不断更新两相接触表面，使之具有尽可能可能大的接触面积大的接触面积和尽可能和尽可能好的流体力学条件好的流体力学条件，以利于提高吸收速率，减少设备的尺寸，同时，以利于提高吸收速率，减少设备的尺寸，同时，气体通过设备的气体通过设备的阻力要小，以节省动力消耗阻力要小，以节省动力消耗。n n1吸收设备基本要求：吸收设备基本要求：n气液间有较大的接触面积和一定的接触时气液间有较大的接触面积和一定的接触时间间n气气液扰动剧烈，吸收阻力小；液扰动剧烈，吸收阻力小；n操作稳定有合适的弹性；操作稳定有合适的弹性；n结构简单、制造维修方便，造价低廉；结构简单、制造维修方便，造价低廉；n有一定的抗腐蚀和防堵能力有一定的抗腐蚀和防堵能力n气体吸收设备大致可分为塔器和其他设备。气体吸收设备大致可分为塔器和其他设备。n塔器类主要包括塔器类主要包括喷淋塔、喷淋塔、填料塔、板式塔、填料塔、板式塔、湍球湍球塔等塔等；n其他设备也很多，如列管式湿壁吸收器、其他设备也很多，如列管式湿壁吸收器、文丘里喷射吸收器、喷洒式吸收器等。文丘里喷射吸收器、喷洒式吸收器等。第四节第四节吸收装置吸收装置 1填料塔填料塔1）结构n填料塔是气液互成逆流的连续微分接触式塔型。n在塔体内充填一定高度的填料，其下方有支承板，上方为填料压板及液体分布装置。气液两相间的传质通常是在填料表面的液体与气体间的相界面上进行的。液体分布器液体分布器气体出口气体出口液体入口液体入口塔壳塔壳填料填料液体再分布器液体再分布器支承栅板支承栅板气体入口气体入口液体出口液体出口n2）填料）填料（1）对填料的基本要求）对填料的基本要求为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要要为使填料塔发挥良好的性能，填料应符合以下几项主要要求。求。u要要有较大的比表面积有较大的比表面积单位体积填料层所具有的表面积称为填单位体积填料层所具有的表面积称为填料的比表面积，用料的比表面积，用表示，单位为表示，单位为m2m3。填料的表面只有。填料的表面只有被流体的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。被流体的液相所润湿，才能构成有效的传质面积。因此，还因此，还要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的形状。要求填料有良好的润湿性及有利于液体均匀分布的形状。u要求要求有较高的空隙率有较高的空隙率单位体积填料所具有的空隙体积称为填单位体积填料所具有的空隙体积称为填料的空隙率料的空隙率，用，用表示，单位为表示，单位为m3m3。一般说填料的空隙。一般说填料的空隙率多在率多在0.450.95范围内，当范围内，当较高时，气、液通过能力大较高时，气、液通过能力大且气流阻力小，操作弹性范围较宽。且气流阻力小，操作弹性范围较宽。u经济经济、实用及可靠、实用及可靠要求填料单位体积的质量轻、造价低、坚要求填料单位体积的质量轻、造价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液两相介质固耐用、不易堵塞、有足够的机构强度、对于气液两相介质都具有良好的化学稳定性都具有良好的化学稳定性。1填料塔填料塔n(2)填料类型填料类型n填料的种类很多，大致可分为填料的种类很多，大致可分为实体填料实体填料与与网体填网体填料料两大类。两大类。n实体填料包括环形填料实体填料包括环形填料(如拉西环、鲍尔环和阶如拉西环、鲍尔环和阶梯环梯环)，鞍型填料，鞍型填料(如弧鞍、矩鞍如弧鞍、矩鞍)，栅板填料以，栅板填料以及波纹填料等以及由陶瓷、金属、塑料等材质制及波纹填料等以及由陶瓷、金属、塑料等材质制成的填料。成的填料。n网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍形网体填料主要是由金属丝网制成的填料，如鞍形网、网、网、波纹网等。网、波纹网等。1填料塔填料塔2湍球塔湍球塔n湍湍球球塔塔首首先先出出现现于于1959年年的的美美国国专专利利报报道道，逐逐步步得得到到发发展展。目目前前它它广广泛泛应应用用于于气气体及气液分离工程。体及气液分离工程。n湍湍球球塔塔又又称称流流化化填填料料塔塔，实实际际上上是是填填料料塔塔的的一一种种特特殊殊结结构构形形式式。在在设设计计上上与与普普通通填填料料塔塔没没有有根根本本的的区区别别结结构。构。2湍球塔湍球塔2）工作原理与流程）工作原理与流程n湍球塔是一种高效的传质、吸收设备。湍球塔是一种高效的传质、吸收设备。n工工作作原原理理：当当气气流流通通过过筛筛板板时时，小小球球在在塔塔内内湍湍动动旋旋转转，相相互互碰碰撞撞，吸吸收收剂剂自自上上向向下下喷喷淋淋，润润湿湿小小球球表表面，进行吸收。面，进行吸收。n工工作作流流程程：吸吸收收液液从从塔塔顶顶均均匀匀流流下下，润润湿湿湍湍球球表表面面，混混合合气气体体由由塔塔的的下下部部进进入入湍湍球球塔塔，在在一一定定气气流流速速度度下下，使使湍湍球球处处于于均均匀匀流流态态化化状状态态，混混合合气气和和吸吸收收液液在在湍湍球球表表面面逆逆向向接接触触，完完成成传传质质和和吸吸收收过过程程。净净化化后后的气体经的气体经除雾后排出湍球塔。除雾后排出湍球塔。2湍球塔湍球塔3）优点n气流速度高、处理能力大、设备体积小n吸收效率高n同样气速下，其压降比填料塔小。2湍球塔湍球塔4）缺点）缺点：（1）小球不能承受高温，易磨损，需经常更换。（2）当塔径较大或静止床层较高时，容易出现填料球的流态化不均匀现象。（3）雾沫夹带严重，主要原因是它所使用的气速大(有时高达10ms)。这种情况下可把塔体做成上大下小的锥形，使塔内气体流速到塔顶时逐渐减小到12ms。2湍球塔湍球塔n5）适用适用n湍球塔适用于处理含颗粒物的气体或液体以及可能发生结晶的过程。在这种塔中，由于小球剧烈湍动，不易被固体颗粒堵塞，如同时除尘、脱硫的试验中。2湍球塔湍球塔3板式塔板式塔n板式塔，是在塔体内设置一层层的板作板式塔，是在塔体内设置一层层的板作为气液接触元件。为气液接触元件。3板式塔板式塔1）结构）结构n主要由圆柱形壳体、主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部液管及受液盘等部件构成。件构成。板式塔的结构板式塔的结构塔壳体；塔板；溢流堰；塔壳体；塔板；溢流堰；受液盘；降液管受液盘；降液管n n2）工作原理与流程）工作原理与流程n板式塔是在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层，气体则在压强差的推动下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气液在塔内逐板接触进行质、热交换，两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。3板式塔板式塔3板式塔板式塔n3）塔板类型及结构特点）塔板类型及结构特点n（1）塔板上的气液接触元件）塔板上的气液接触元件n气液接触元件是使气体通过塔板时将其均匀分散在液层中气液接触元件是使气体通过塔板时将其均匀分散在液层中进行传质的气体分布装置。进行传质的气体分布装置。n它可采用它可采用塔板上开筛孔塔板上开筛孔(如筛板塔如筛板塔)，或在，或在塔板上开大孔再在塔板上开大孔再在孔上覆以具有多种结构孔上覆以具有多种结构特点的元件的方式特点的元件的方式(如如泡罩塔、浮阀泡罩塔、浮阀塔塔等等)。n当气体通过这些元件时，被分散成为许多小股气流，这些当气体通过这些元件时，被分散成为许多小股气流，这些气流在液层中鼓泡，使气液剧烈湍动，形成气液接触界面，气流在液层中鼓泡，使气液剧烈湍动，形成气液接触界面，促进传质过程的进行。气液接触元件是塔板形式最基本的促进传质过程的进行。气液接触元件是塔板形式最基本的特征，也往往作为塔板分类的标志特征，也往往作为塔板分类的标志。3板式塔板式塔3板式塔板式塔n（2）塔板分类）塔板分类n塔板可分为有塔板可分为有降液管式塔板降液管式塔板（也称（也称溢流溢流式塔板式塔板或错流式塔板）及或错流式塔板）及无降液管式无降液管式塔板塔板（也称穿流式塔板或逆流式塔板）（也称穿流式塔板或逆流式塔板）两类两类.n在工业生产中，以有降液管式塔板应用在工业生产中，以有降液管式塔板应用最为广泛最为广泛.3板式塔板式塔n（2）有溢流和无溢流塔板）有溢流和无溢流塔板n在塔内，液体在重力作用下由上向下流动，但它在塔板上在塔内，液体在重力作用下由上向下流动，但它在塔板上与气体接触传质时，可采取有溢流和无溢流两种流动方式与气体接触传质时，可采取有溢流和无溢流两种流动方式n在在有溢流塔板上，液体由上一块塔板的降液管流到下一块有溢流塔板上，液体由上一块塔板的降液管流到下一块塔板的受液区，然后横向流过塔板，与自塔板小孔中上升塔板的受液区，然后横向流过塔板，与自塔板小孔中上升的气流接触传质后，进入此块塔板的降液管中流往下块塔的气流接触传质后，进入此块塔板的降液管中流往下块塔板。在塔板上，气液呈错流方式接触。板。在塔板上，气液呈错流方式接触。这种塔板的效率高，具有一定操作弹性，生产上广为应用。这种塔板的效率高，具有一定操作弹性，生产上广为应用。n在在无溢流塔板上，气液两相逆向通过塔板上的小孔，气体无溢流塔板上，气液两相逆向通过塔板上的小孔，气体在塔板上的液层中鼓泡，液体则直接由小孔下落，没有降在塔板上的液层中鼓泡，液体则直接由小孔下落，没有降液管和溢流堰，板上液层高度靠气体托住。塔板上开孔有液管和溢流堰，板上液层高度靠气体托住。塔板上开孔有采用格栅条、大直径筛孔等方式。采用格栅条、大直径筛孔等方式。这种塔板的鼓泡面积所占的比例大，塔板面积利用率高，这种塔板的鼓泡面积所占的比例大，塔板面积利用率高，结构简单，处理能力大，但它的操作弹性较小，生产上采结构简单，处理能力大，但它的操作弹性较小，生产上采用较少。用较少。3板式塔板式塔3板式塔板式塔n n（1 1）泡罩塔板：）泡罩塔板：）泡罩塔板：）泡罩塔板：n工业上应用最早的塔板，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。n泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。n 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面 3板式塔板式塔n n（1 1）泡罩塔板）泡罩塔板）泡罩塔板）泡罩塔板：3板式塔板式塔3板式塔板式塔n泡罩塔板的优缺点：泡罩塔板的优缺点：n优点：是操作弹性较大，塔板不易堵塞；n缺点：结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。n泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。3板式塔板式塔（2）筛孔塔板简称筛板）筛孔塔板简称筛板n塔板上开有许多均匀的小孔，孔径一般为38mm。筛孔在塔板上为正三角形排列。塔板上设置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液层。n操作时，气体经筛孔分散成小股气流，鼓泡通过液层，气液间密切接触而进行传热和传质。在正常的操作条件下，通过筛孔上升的气流，应能阻止液体经筛孔向下泄漏。3板式塔板式塔3板式塔板式塔n筛板优缺点：筛板优缺点：n优点：n是结构简单、造价低，板上液面落差小，气体压降低，生产能力大，传质效率高。n缺点：n是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。3板式塔板式塔n（3）浮阀塔板浮阀塔板3板式塔板式塔（3）浮阀塔板）浮阀塔板n具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。n浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片，阀片本身连有几个阀腿，插入阀孔后将阀腿底脚拨转90，以限制阀片升起的最大高度，并防止阀片被气体吹走。3板式塔板式塔n优点：优点：结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。n缺点缺点：处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。3板式塔板式塔（4）喷射型塔板前三种塔板，气体是以鼓泡或泡沫状态和液体接触，当气体垂直向上穿过液层时，使分散形成的液滴或泡沫具有一定向上的初速度。若气速过高，会造成较为严重的液沫夹带，使塔板效率下降，因而生产能力受到一定的限制。喷射型塔板包括：（a）舌型塔板；（b）浮舌型塔板3板式塔板式塔 （4）喷射型塔板n气体垂直向上穿过液层时，使分散形成的液滴或泡沫具有一定向上的初速度，气速过高，会造成较为严重的液沫夹带，使塔板效率下降。n喷射型塔板包括：(a)舌型塔板，(b)浮舌塔板3板式塔板式塔（a）舌型）舌型塔板塔板舌型塔板在塔板上冲出许多舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与板面成一定的角度，有18、20、25三种（一般为20），舌片尺寸有5050mm和2525mm两种。舌孔按正三角形排列，塔板的液体流出口一侧不设溢流堰，只保留降液管，降液管截面积要比一般塔板设计得大些。3板式塔板式塔操作时，上升的气流沿舌片喷出，其喷出速度可达2030m/s。当液体流过每排舌孔时，即被喷出的气流强烈扰动而形成液沫，被斜向喷射到液层上方，喷射的液流冲至降液管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一层塔板。（a）舌形塔板）舌形塔板3板式塔板式塔n舌型塔板的优缺点：n优点：优点：生产能力大，塔板压降低，传质效率较高；n缺点：缺点：操作弹性较小，气体喷射作用易使降液管中的液体夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。（b）浮舌塔板）浮舌塔板（b）浮舌塔板）浮舌塔板n与舌型塔板相比，浮舌塔板的结构特点是其舌片可上下浮与舌型塔板相比，浮舌塔板的结构特点是其舌片可上下浮动。动。n浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理能力大、压降低、操作弹性大等优点，特别适宜于热敏性能力大、压降低、操作弹性大等优点，特别适宜于热敏性物系的减压物系的减压分离过程。分离过程。4喷淋塔喷淋塔喷淋塔优缺点喷淋塔优缺点重力喷雾洗涤器具有结构简单、阻力小（一般在250Pa以下）耗液量大，设备庞大，占地面积大，吸收效率低（喷淋密度一般不低于1020m3(m2h)。）。4喷淋塔喷淋塔n文丘里吸收器通常用在高温烟气的降温和除尘上，也用在有害气体的洗涤上，它是由收缩管、喉管和扩散管组成的5文丘里吸收器文丘里吸收器5文丘里吸收器文丘里吸收器n文丘里洗涤器的工作原理是：气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气体的静压能逐渐转变为动能，在喉管入口处气速达到最大，一般为50180ms。n吸收液通过喉管周边的均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气体雾化和加速，通过液滴的雾化和加速，实现气液充分接触，气体中的溶质迅速被吸收液所吸收。n为了使液滴充分雾化，以尽可能扩大气液接触面积，气流入口速度的选择要考虑气体和吸收液的性质以及对吸收效率的要求，并尽可能地降低压力损失。5文丘里吸收器文丘里吸收器n无喷嘴的文丘里吸收器，气液向上流动5文丘里吸收器文丘里吸收器n n用用用用高高高高速速速速气气气气流流流流冲冲冲冲出出出出液液液液面面面面实实实实现现现现液液液液体体体体喷喷喷喷洒洒洒洒。气气气气流流流流喷喷喷喷射射射射速速速速度度度度为为为为151520m20ms s，液液液液体体体体一一一一般般般般低低低低于于于于喷喷喷喷头头头头底底底底边边边边101020mm20mm，气流压降约为，气流压降约为，气流压降约为，气流压降约为1.5kPa1.5kPa。6道尔洗涤器道尔洗涤器1、烟气脱硫 88石膏处理洗涤塔净气出口鼓入空气石灰石浆烟气入口湿式石灰式/石灰-石膏法烟气脱硫系统流程示意图第五节、吸收法的应用1、烟气脱硫 89第五节、吸收法的应用 我国的大气污染主要是由燃煤引起的。燃煤造成的污染物占总污染物的三分之二以上。我国大气污染为“煤烟型”。煤烟中的SO2、NOx等气体及煤灰尘是主要的污染物。占全国排放比例：燃煤污染物SO2 85%CO2 85%NOx 60%粉尘 70%1、烟气脱硫 90第五节、吸收法的应用=CaSO42H2O CaCO3+SO2+2H2O+1/2O2=CaSO42H2O+CO21、烟气脱硫 第五节、吸收法的应用氨法烟气脱硫工艺流程图1-烟囱；2-BUF风机；3-吸收塔；4-喷射器；5-脱水机；6-干燥机；7-过滤器；8-硫酸铵结晶器91n二氧化碳一般采用醇胺溶液化学吸收法n醇胺溶液吸收二氧化碳的反应机理 伯胺与仲胺：伯胺与仲氨N上有氢原子，可以直接与CO2反应，生成稳定的氨基甲酸盐。叔胺：2、二氧化碳捕集与脱除2、二氧化碳捕集 932、二氧化碳捕集与脱除942、二氧化碳捕集与脱除n热碱法n高压水洗法n低温甲醇洗952、二氧化碳捕集与脱除焦化厂洗氨塔焦化厂洗氨塔 在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，如在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，如CO,CO2,H2,NH3，苯，苯等气体。工厂用清水喷淋溶解氨气，将氨气回收为氨水等气体。工厂用清水喷淋溶解氨气，将氨气回收为氨水。3、氨气脱除