氣態(tài)污染物凈化-吸收和吸附法凈化原理及工藝（大氣污染控制技術）

活性炭吸附氣體中的氮氧化物實驗一、實驗目的1、深入了解吸附法凈化有害廢氣的原理和特點；2、了解用活性炭吸附法凈化廢氣中氮氧化物的效果。二、實驗原理吸附是一種常見的氣態(tài)污染物凈化方法，是用多孔固體吸附劑將氣體中的一種或數(shù)種組分積聚或凝縮在其表面上而達到分離目的過程，特別適用于處理低濃度廢氣高凈化要求的場合。本實驗裝置采用有機玻璃吸附塔，以活性碳為吸附劑，通過模擬發(fā)生的有機物氣體或SO2、氮氧化物氣體進行吸附實驗，得到吸附凈化效率等數(shù)據(jù)。三、實驗裝置和儀器1、氮氧化物氣體鋼瓶1套；2、氣體混合緩沖裝置；3、人工進氣采樣口，用于實驗準備階段配氣的采樣分析；4、氣體管路三通及閥門，用于氣體流量的調節(jié)和試驗配氣準備階段與吸附試驗階段的氣流切換；5、活性炭柱。包括可拆卸有機玻璃塔體，不銹鋼支架，氣體采樣口、壓降測口等，根據(jù)實驗的需要可自行確定裝炭層數(shù)和高度；四、主要技術指標及參數(shù)

1、實驗氣量5~12m3/h；2、對有機物的凈化效率大于95℅；3、吸附塔尺寸φ100x800；4、實驗臺架外型總尺寸1200×500×1500mm五、操作步驟1、檢查設備系統(tǒng)外況和全部電氣連接線有無異常（如管道設備有無破損），一切正常后開始操作；2、在小流量計入口閥關閉的情況下啟動真空泵，在吸附塔入口閥（水平安裝）關閉情況下調節(jié)旁路閥（垂直安裝）至使主氣流流量計指示到所需的實驗流量。3、入口氣體的配制。NO氣體的配制：在NO鋼瓶減壓閥關閉的前提下小心擰開NO鋼瓶主閥門，再慢慢開啟減壓閥，通過調節(jié)小轉子流量計閥門觀察小轉子流量計刻度讀數(shù)和配氣污染物檢測采樣口處NO測定儀所指示的氣體NO濃度至所需的入口濃度。五、操作步驟

4、打開氣路管道上吸附塔入口閥同時關閉旁路閥，然后調節(jié)吸附塔入口閥保證主氣流流量計刻度仍未所需設定流量，觀察小轉子流量計刻度讀數(shù)（如有變化需通過流量計閥調回上一步的刻度），開始吸附試驗。5、吸附試驗可在吸附開始后的不同時刻采集測定各采樣口的氣體濃度，在所有濃度測定工作結束前通過U型壓差計測定吸附床層壓降。6、實驗操作結束后，先關閉NO氣瓶主閥，待壓力表指數(shù)回零后關閉減壓閥。然后關閉切斷風機的外接電源。六、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理氣態(tài)污染物凈化基礎吸收吸附法學習要求掌握吸收法和吸附法凈化氣態(tài)污染物的基本原理；掌握吸收劑和吸附劑的選擇原則。能夠根據(jù)廢氣特征選擇適宜的凈化方法；能夠闡述在實際工程中應用廣泛的吸收和吸附凈化設備的結構特點及操作要點。

本次課學習內容第一節(jié)氣體吸收第二節(jié)氣體吸附吸收法的基本原理吸收劑常用吸收設備第一節(jié)氣體吸收

1、吸收的概念吸收是使廢氣與液體緊密接觸，氣體混合物中的一種或多種組分溶解于液體中，或者與液體中的組分進行選擇性化學反應，從而將物質從氣相中分離出來的操作過程。吸收凈化廢氣是利用廢氣中一種或多種組分在一定吸收劑中溶解度的不同，或與吸收劑中組分發(fā)生選擇性化學反應來分離氣體混合物的。吸收法的基本原理2、吸收的分類及特點

吸收可以按吸收質與吸收劑之間有無化學反應發(fā)生分為物理吸收和化學吸收兩大類。

（1）物理吸收：是指在吸收過程中，氣體組分在吸收劑中只是單純的物理溶解過程，吸收質與吸收劑之間沒有顯著的化學反應發(fā)生。如水吸收氨氣。

吸收法的基本原理（2）化學吸收：是指在吸收過程中，吸收質與吸收劑或液相中的某種活性組分發(fā)生化學反應。如用堿性溶液或漿液吸收燃燒煙氣中的低濃度SO2等。

吸收還可以按吸收過程中有無溫度變化分為等溫吸收和非等溫吸收。吸收法凈化氣態(tài)污染物可以近似按等溫吸收處理。吸收法的基本原理吸收的特點1）處理氣體量大，污染物濃度低，要求有較高的吸收率和吸收速度；2）吸收后的液體要經(jīng)再處理或加工，設備易腐蝕；3）副產(chǎn)品往往價格低廉；4）廢氣中氣態(tài)污染物復雜，不利于吸收。吸收法的基本原理3、吸收的基本理論（1）吸收平衡在一定溫度和壓力下，氣液接觸時，混合氣體中的可吸收組分進入液相，稱為吸收；同時液相中的吸收質向氣相逸出，稱為解吸。當吸收速率等于解吸速率時，氣液兩相達到平衡，此時氣相中吸收質的分壓稱平衡壓（p*）；液相中收質濃度稱平衡濃度（c*）。

吸收法的基本原理

吸收過程進行的方向與極限取決于溶質在氣液兩相中的平衡關系。當p＞p*時，即發(fā)生吸收過程。p與p*的差別越大，吸收的推動力越大，吸收的速率也越大；反之，如果p＜p*，溶質便由液相向氣相轉移，即發(fā)生解吸過程。吸收法的基本原理（2）亨利定律

在一定的溫度下，當氣相總壓不太高時，稀溶液體系中，溶質在溶液中的摩爾分率與它在氣相中的平衡分壓成正比：

Pe=Hx

式中Pe——溶質組分在氣體中的平衡分壓，kPa；

x——溶質在液相中的摩爾分率；

H——亨利常數(shù)。

H又稱為溶解度系數(shù)，難溶氣體H值大，易溶氣體H值小。

吸收法的基本原理（3）雙膜理論

雙膜理論的基本要點如下：

①相互接觸的氣、液兩流體間存在著穩(wěn)定

的相界面，界面兩側各有一個很薄的滯流膜層

吸收質以分子擴散方式通過此二膜層。

②在相面處，氣、液兩相處于平衡狀態(tài)。

③在膜層以外的氣、液兩相主體中，由于

流體充分湍動，吸收質濃度是均勻的，即兩相

主體內不存在濃度梯度，全部濃度變化集中在

兩層薄膜層內，吸收傳質阻力也在兩膜中。

吸收法的基本原理

氣液界面

污染物擴散方向

氣相主體液相主體氣膜液膜

雙膜理論示意圖吸收法的基本原理4、吸收劑的選擇原則和方法

（1）吸收劑的選擇原則吸收劑應對混合氣體中被吸收組分具有良好的選擇性和較大的吸收能力；飽和蒸汽壓低，以減少揮發(fā)損失，避免吸收液成分進入氣相，造成浪費和新的污染；沸點高、熱穩(wěn)定性高，不易起泡；吸收劑粘性小，能改善吸收塔內的流動狀況，提高吸收速率，降低泵的功耗，減小傳熱阻力；化學穩(wěn)定性高，腐蝕性小、無毒性、不易燃；價廉易得、易于解吸再生或產(chǎn)生的富液易于綜合利用吸收劑（2）吸收劑的選擇方法

a.對于物理吸收，可按照相似相溶規(guī)律選擇吸收劑

b.對于化學吸收，選擇容易與被吸收氣體發(fā)生反應的物質作吸收劑；

c.在水中溶解度較大的氣體，可用水作吸收劑，價廉易得、流程、設備和操作都比較簡單；但設備龐大、凈化效率低、動力消耗大；

d.吸收堿性氣體常用各種酸液作為吸收劑；對于酸性氣體，則優(yōu)先選用堿或堿性鹽溶液吸收。

吸收劑（3）吸收劑的再生吸收劑使用到一定程度，需要處理后再使用，處理的方式一是通過再生回收副產(chǎn)品后重新使用，如亞硫酸鈉法吸收SO2氣體，吸收液中的亞硫酸氫鈉經(jīng)加熱再生，回收SO2后變?yōu)閬喠蛩徕c重新使用。二是直接把吸收液加工成副產(chǎn)品，如用氨水吸收SO2得到的亞硫酸銨經(jīng)氧化變?yōu)榱蛩徜@化肥。吸收劑

5、吸收流程

（1）逆流流程：氣液分別由兩端逆向流動進入

吸收裝置的流程稱為逆流流程。逆流流程在

實際應用中較多，如火電廠濕法煙氣脫硫中

大多數(shù)工藝都采用逆流吸收塔。

（2）并流流程：氣液由同一端、按同一方向流

動而進入吸收裝置的流程稱為并流流程。并

流流程在實際應用中較少。

（3）錯流流程：氣體沿水平方向進入吸收裝置，

吸收液自上而下噴淋，在吸收裝置中呈交叉

狀。

吸收劑

吸收液吸收液氣體

吸收液氣體

氣體

逆流型并流型錯流型吸收流程

吸收劑6、吸收設備的分類和特點（1）對吸收設備的基本要求

a.氣液之間有較大的接觸面積和一定的接觸時間；

b.氣液之間擾動劇烈，吸收阻力小，吸收效率高；

c.操作穩(wěn)定并有合適的彈性；

d.氣流通過時的壓降?。?/p>

e.結構簡單，制造維修方便，造價低廉；

f.針對具體情況，要求具有抗蝕和防堵能力。常用吸收設備（2）吸收設備的分類

a.表面吸收器

凡能使氣液兩相在固定的接觸面上進行吸收操作的設備均稱為表面吸收器。如填料塔、湍球塔等。廢氣由塔底進入，吸收劑由塔頂均勻地噴淋到填料層中并向下流動。廢氣與吸收劑在填料層中充分接觸，吸收傳質的平均推動力大，吸收效果好。

常用吸收設備b.鼓泡式吸收器

典型的鼓泡式吸收器是板式塔，塔內裝有多孔塔板，板上裝滿吸收劑，呈連續(xù)相；氣體由板下進入，在塔板上與液體形成鼓泡層，在此有害組分被吸收。常見的設備有鼓泡塔和各種板式塔。

常用吸收設備c.噴灑式吸收器

用噴嘴將液體噴射成為許多細小的液滴，以增大氣-液接觸面，完成傳質過程。比較典型的設備是空心噴灑吸收器（噴淋塔或稱空塔）和文丘里吸收器。常用吸收設備（3）幾種常用吸收塔的結構與特點a.填料塔填料塔的典型結構如圖所示。塔內裝有支撐板，板上堆放填料層，吸收液通過安裝在填料上部的分布器灑向填料。填料在整個塔內可堆成一層，也可分成幾層。當填料分層堆放時，層與層之間常裝有液體再分布裝置

常用吸收設備

逆流式填料塔應用最多。吸收劑自塔頂向下噴淋，均勻的流經(jīng)填料層，氣體從塔底被送入，沿填料間空隙上升，填料的潤濕表面作氣液接觸的傳質表面。常用的填料塔填料有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形和波紋填料等。常用吸收設備

填料塔運行穩(wěn)定，操作時，一般要求液體噴淋密度在10m3/m2·h以上，且噴淋均勻。

填料塔的空塔氣速一般為0.3～1.5m／s，壓降通常為0.15～0.60kPa/m填料，液氣比為0.5～2.0kg/m3。

填料塔優(yōu)點：結構簡單、便于制造，氣液接觸良好，壓降較小等優(yōu)點。

缺點：當煙氣中含有懸浮顆粒時，填料容易堵塞，清理檢修時填料損耗大。

常用吸收設備b.篩板塔

篩板塔的結構如圖所示。在截面為圓形的塔內，沿塔高裝有多層篩板。篩板上開有2～15mm的小孔，開孔率一般為6％～25％。操作時，氣體從下而上經(jīng)篩孔進入篩板上的液層，氣液在篩板上交錯流動，通過氣體的鼓泡進行吸收。氣液可以進行逐級的多次接觸。

常用吸收設備一般控制空塔速度為10～25m／s，氣體穿過篩孔的氣速約為4.5～12.8m／s，每塊板的壓降為0.8～2.0kPa。常用吸收設備c.噴淋塔（空塔）

用噴嘴將液體噴射成為許多細小的液滴，以增大氣-液相的接觸面積，完成傳質過程。比較典型的設備是空心噴灑吸收器和文丘里吸收器。噴淋塔的結構見下圖。

常用吸收設備

在吸收器中，氣體通常是自下而上流動，而液體則是由裝在塔頂?shù)膰娚淦鞒世葼顕姙?。當塔體比較高時，可將噴灑器分層放置，也可以采用組合噴灑方式?？账Y構簡單，造價低廉，阻力小，效率較高（>90％），因此在火電廠煙氣濕法脫硫中得到了廣泛的應用。

常用吸收設備（4）吸收設備的選擇

a.當氣液反應速度很快，可優(yōu)先選噴淋塔、填料塔等；b.若反應速度極快，熱效應大時，也可以采用篩板塔；c.如果反應物濃度高，可選用文丘里或空塔；d.當氣液傳質速度慢時，需要提供大量的液體，此時采用鼓泡塔；或增大液氣比；常用吸收設備e.在吸收容易產(chǎn)生固體時，宜選用內部構件少、阻力小、壓降小的設備，如潑水輪吸收室等；f.在達到吸收要求的前提下，盡可能選用結構簡單、造價低廉、容易操作的設備。常用吸收設備（5）吸收設備的運行管理

a.選擇和掌握適當?shù)目账馑偬盍纤?1.5～2m/s，板式塔、空塔：2m/s以上，湍球塔：4m/s左右?？账馑僭礁撸幚砟芰υ酱?，但塔高也必須越高，要考慮氣液接觸時間。高的空塔氣速會造成嚴重的霧沫夾帶，這將給除霧器增加負擔。常用吸收設備b.控制好液氣比

液氣比是指處理1m3氣體所需吸收劑的體積（L）。液氣比增大，氣液傳質速率增大，從而增大污染物的去除率。在工程中，允許最小的液氣比由吸收塔的運行特性決定，可根據(jù)吸收塔的物料衡算和操作線方程計算。

常用吸收設備c.控制和調整吸收液濃度（pH值）d.注意系統(tǒng)的防垢和堵塞e.其它溫度、壓力、密封、泄露等常用吸收設備吸附法的基本原理吸附劑影響吸附的因素常用吸附設備第二節(jié)氣體吸附

由于固體表面上存在著分子引力或化學鍵力，能吸附分子并使其濃集在固體表面上，這種現(xiàn)象稱為吸附。吸附質：被吸附的物質。吸附劑：吸附質附著于表面的物質。1、吸附法基本原理

多孔性固體處理流體混合物時使其中一種或幾種組分濃集在固體表面從而與其他組分分離的過程。吸附法的基本原理吸附過程

①外擴散：從氣流主體穿過顆粒周圍氣膜擴散至外表面；②內擴散：吸附質由外表面經(jīng)微孔擴散至微孔內面；③吸附：到達吸附劑微孔表面的吸附質被吸附；④脫附：部分被吸附的分子離開吸附劑內外表面，進入氣膜層，并擴散到氣相主體中。吸附法的基本原理吸附機理吸附法的基本原理吸附量：一定溫度和一定的吸附質濃度下，單位體積或單位質量吸附劑所能吸附的最大吸附質質量。吸附量跟吸附劑表面積有關，與吸附劑的空隙大小、孔徑分布、分子極性、吸附劑分子上官能團性質等有關。

吸附法的基本原理物理吸附和化學吸附物理吸附化學吸附1.吸附力－范德華力；2.不發(fā)生化學反應；3.過程快，瞬間達到平衡；4.放熱反應；5.吸附可逆；1.吸附力－化學鍵力；2.發(fā)生化學反應；3.過程慢；4.升高溫度有助于提高速率；5.吸附不可逆；吸附法的基本原理吸附法的適用范圍吸附法主要適用于以下幾個方面：對于低濃度氣體，吸附法的凈化效率要比吸收法高，吸附法常用于濃度低，毒性大的有害氣體，但吸附法處理的氣體量不宜過大。用吸附法凈化有機溶劑蒸汽，具有較高的效率。當處理的氣量較小時，用吸附法靈活方便。吸附法的基本原理2、常用的工業(yè)吸附劑

①活性炭：凈化有機蒸汽、惡臭物質；②活性氧化鋁：氣體的干燥、石油氣的脫硫以及含氟廢氣的凈化；③硅膠：氣體的干燥和烴類的回收。

吸附劑④沸石分子篩：

a.具有很大內表面，孔穴豐富，吸附容量大；

b.孔徑大小整齊均一，具有選擇性吸附；

c.在較高的溫度下和低分壓下具有對某些物質很強的吸附能力。吸附劑

工業(yè)吸附劑必須具備的條件：①有巨大的表面積，外表面很?。虎趯Σ煌瑲怏w具有選擇性的吸附作用；③吸附容量大；④具有足夠的機械強度、熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性；⑤來源廣泛，價格低廉。吸附劑

吸附劑的再生方法：

①加熱再生②降壓或真空解析③置換再生④溶劑萃取吸附劑（1）升溫再生升高溫度，有助于吸附質從固體吸附劑上逸出而脫附，這也就是吸附劑的吸附容量在等壓下隨溫度升高而降低的原因。要根據(jù)吸附質和吸附劑的性質選擇適當?shù)拿摳綔囟炔栏窨刂?，既能保證吸附質脫附得比較完全，達到較低的殘余負荷，又能防止吸附劑失活或晶體結構破壞。

吸附劑（2）降壓再生

降低壓強也就是降低吸附質分子在氣相中的分壓，從而有助于吸附質分子從固相轉入氣相，達到脫附的目的。工程上采用降低吸附操作壓力，或對吸附床抽真空進行脫附。

采用降壓脫附要考慮系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性。

吸附劑（3）置換再生

采用在脫附條件下與吸附劑親合能力比原吸附質更強的物質，將原吸附質置換下來的方法，稱為置換脫附。置換脫附特別適用于對熱敏感性強的吸附質，能使吸附質的殘留負荷達到很低。

在氣體凈化中常使用熱的水蒸汽作脫附劑。

（4）溶劑萃取吸附劑1、操作條件的影響溫度：低溫有利于物理吸附的進行，高溫有利于化學吸附的進行。壓力：增大氣相主體的壓力，從而增大吸附質的分壓，對吸附有利，會增加能耗，也給操作帶來特殊要求。流速：增大流速會增加壓力損失，使氣體分