1、有毒有害气体吸收净化技术有毒有害气体吸收净化技术（第五讲）（第五讲）主讲教师：纪主讲教师：纪 晓晓 峰峰 高级培训师、学科带头人、国家级优秀教师高级培训师、学科带头人、国家级优秀教师 中国煤炭工业协会培训中心特聘教授中国煤炭工业协会培训中心特聘教授 中国石油大学远程教育学院客座教授中国石油大学远程教育学院客座教授 国家安全生产监督管理总局培训中心特聘专家国家安全生产监督管理总局培训中心特聘专家 人事部、国家安全生产监督管理总局“人事部、国家安全生产监督管理总局“653653”工程讲师团成工程讲师团成员员 国家注册高级采矿工程师、国家注册高级安全工程师国家注册高级采矿工程师、国家注册高级安全工程
2、师 TelTel：13153878942 E13153878942 E-mail:mail: 这一讲我们讨论吸收，什么叫吸收操作呢？做有机、无机这一讲我们讨论吸收，什么叫吸收操作呢？做有机、无机实验时，我们常用实验时，我们常用洗气瓶洗气瓶，洗去气体中的某个成份。如果要除去，洗去气体中的某个成份。如果要除去含酸的气体，我们在洗气瓶中装上碱液。这就是吸收的例子。含酸的气体，我们在洗气瓶中装上碱液。这就是吸收的例子。家庭主妇切洋葱时，常拌有刺眼气体产生。为了减轻家庭主妇切洋葱时，常拌有刺眼气体产生。为了减轻刺眼伤害，常在旁边放一盆水，可以减轻眼伤害。这就是刺眼伤害，常在旁边放一盆水，可以减轻眼伤害。
3、这就是刺眼气体溶解于水，这就是吸收。刺眼气体溶解于水，这就是吸收。切洋葱切洋葱 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。体的反溶解，这就是碳酸气的解吸。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。这就等气体。工厂用清水喷淋溶解氨气，将氨气回收为氨水。这就是吸收。这是工厂的氨洗塔。是吸收。这是工厂的氨洗塔。主要内容主要内容 第一节第一节 吸收法概述吸收法概述
4、第二节第二节 吸收过程基础理论吸收过程基础理论 第三节第三节 吸收装置吸收装置 吸收剂 气体 y x 界面 气相主体 液相主体 相界面 气相扩散 液相扩散 yi xi 气体吸收是混合气气体吸收是混合气体中某些组分在气体中某些组分在气液相界面上溶解液相界面上溶解、在气相和液相内由在气相和液相内由浓度差推动的传质浓度差推动的传质过程过程。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 利用适当液体吸收（溶解）气体混合物中的有关利用适当液体吸收（溶解）气体混合物中的有关组分（有的还发生化学反应），以分离气体混合组分（有的还发生化学反应），以分离气体混合物的一种操作。物的一种操作。吸收质
5、或溶质吸收质或溶质(solute)solute)：混合气体中的溶解组分混合气体中的溶解组分 惰性气体惰性气体(inertinert gas)gas)或载体：或载体：不溶或难溶组分不溶或难溶组分 吸收剂吸收剂(absorbent)absorbent)：吸收操作中所用的溶剂吸收操作中所用的溶剂 吸收液吸收液(strongstrong liquor)liquor)：吸收操作后得到的溶吸收操作后得到的溶液液，主要成分为溶质和溶剂主要成分为溶质和溶剂。吸收尾气吸收尾气(dilutedilute gas)gas)：吸收后排出的气体吸收后排出的气体，主主要成分为惰性气体和少量的溶质要成分为惰性气体和少量的溶
6、质。二、吸收的目的和依据：二、吸收的目的和依据：目的：目的：回收或捕获气体混合物中有用物质，制取回收或捕获气体混合物中有用物质，制取产品；产品；除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，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。以便进一步加工处理。依据：气体混合物中各组分在溶剂中溶解度依据：气体混合物中各组分在溶剂中溶解度不同不同 例如分离氨气空气的混合物，可选例如分离氨气空气的混合物，可选择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最大，择水做溶剂，因为氨水在水中的溶解度最大，而空气几乎不溶于水。而空气几乎不溶于水。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
7、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 三、溶剂（吸收剂）的选择三、溶剂（吸收剂）的选择 对被分离组分（溶质）有对被分离组分（溶质）有较大的溶解度较大的溶解度 对
8、混合气体中其他组分的溶解度要小对混合气体中其他组分的溶解度要小较高较高的选择性的选择性 溶质在溶剂中的溶解度应对溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化温度的变化比较比较敏感敏感，即低温下溶解度大，随着温度升高，即低温下溶解度大，随着温度升高，溶解度应迅速下降溶解度应迅速下降被吸收的气体容易解吸，被吸收的气体容易解吸，溶剂再生方便。溶剂再生方便。蒸汽压要低，蒸汽压要低，不易挥发不易挥发减少溶剂在吸收和减少溶剂在吸收和再生过程的损失；避免在气体中引入新的杂再生过程的损失；避免在气体中引入新的杂质。质。应有应有较好的化学稳定性较好的化学稳定性以免使用过程以免使用过程中发生变质；中发生变质；应有应有较低的
9、粘度较低的粘度，不易产生泡沫，不易产生泡沫实现实现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离。分离。应尽可能满足应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易价廉、易得、无毒、不易燃烧等燃烧等经济和安全条件。经济和安全条件。设设吸收剂吸收剂（或溶剂或溶剂），用），用S S表示；表示；溶质或吸收质溶质或吸收质，以以A A表示；表示；惰性气惰性气（不被吸收的组分）（不被吸收的组分），以，以B B表示表示。三大三大 对对A和和B的溶解度差异要大的溶解度差异要大 对对A的溶解度要大的溶解度要大 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 三小三小 挥发性小挥发性小
10、 粘度小粘度小 腐蚀小腐蚀小 技术经济性技术经济性 四四 物理吸收和化学吸收物理吸收和化学吸收 物理吸收物理吸收：吸收时溶质与溶剂不发生明显的化学：吸收时溶质与溶剂不发生明显的化学反应，如洗油吸收苯，水吸收反应，如洗油吸收苯，水吸收CO2、SO2等。等。化学吸收化学吸收：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物：吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化学反应。如质发生化学反应。如CO2在水中的溶解度甚低，但在水中的溶解度甚低，但若用若用K2CO3水溶液吸收水溶液吸收CO2，则在液相中发生下列，则在液相中发生下列反应：反应：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 从而使从而使K2CO3水溶液具有较高的
11、吸收水溶液具有较高的吸收CO2的能力。的能力。*作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足以下作为化学吸收可被利用的化学反应一般都满足以下条件：条件：可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环可逆性。若该反应不可逆，溶剂将难以再生和循环使用使用 较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入适较高的反应数率。若反应速率较慢，应研究加入适当的催化剂以加快反应速率。当的催化剂以加快反应速率。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 五、五、气体吸收的原
12、理和流程气体吸收的原理和流程 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 吸收操作流程：吸收操作流程：由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下列问题：必须解决下列问题：选择选择合适的溶剂合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组份；些）被分离组份；提供提供适当的传质设备适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）（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气相以实
13、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）；转移到液相（吸收）或相反（解吸）；溶剂的再生溶剂的再生，即脱除溶解于其中的被分离组分以，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，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。总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸总之，一个完整的吸收分离过程一般包括吸收和解吸两个组成部分。两个组成部分。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
14、液两相的接触方式*级式接触：气级式接触：气、液两相逐级逆流液两相逐级逆流接触传质接触传质，两相两相的组成呈阶跃变的组成呈阶跃变化化，如板式塔如板式塔。板式塔板式塔 填料塔填料塔 湿壁塔湿壁塔、降膜塔降膜塔 微分接触微分接触：气气、液两相的浓度呈连续变化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 第二节第二节 吸收过程基础理论吸收过程基础理论 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。现将气体吸收中的的过程。现将气体吸收中的传质
15、过程与传热过程相对照来研究两个问题：传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？（传热过程的是什么？（传热过程的推动力：温差）推动力：温差）(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？（传热过程的极限：是什么？（传热过程的极限：T=t）预备知识补充：气液相组成表示方法预备知识补充：气液相组成表示方法 1.摩尔分数：混合物中组分摩尔分数：混合物中组分A A的物质的量占混合的物质的量占混合物总物质的量的分数。物总物质的量的分数。对两组分对两组分(A和和B)的混合液，则有：的混合液，则有
16、：式中：式中：nA、nB、n分别表示组分分别表示组分A、组分、组分B和混和混合物的合物的物质的量物质的量kmol nnxAAnnxBB1BAxx2.质量分数：混合物中组分质量分数：混合物中组分A的质量占混合物的质量占混合物总质量的分数。总质量的分数。对两组分（对两组分（A和和B）的混合液，则有：）的混合液，则有：式中：式中：mA、mB、m分别表示组分分别表示组分A、组分、组分B和和混合物的质量混合物的质量kg mmaAAmmaBB1BAaa3.质量分数和摩尔分数的换算关系：（以质量分数和摩尔分数的换算关系：（以A组组分为例）分为例）BBAAAAAMaMaMaxBBAAAAAMxMxMxa习惯上液相摩尔分数用习惯上液相摩尔分数用x表示，气相摩尔分数表示，气相摩尔分数用用y表示。表示。理想气体，气相中组分的摩尔分数的数值等于理想气体，气相中组分的摩尔分数的数值等于其体积分数值。其体积分数值。由道尔顿分压定律：由道尔顿分压定律：pi=pt*yi 其中：其中：pt-总压；总压；pi-i组分分压；组分分压；yi-i组分摩尔组分摩尔浓度浓度！总压一定时，分压分数与摩尔分数数值相当。！总压一定时，分