【文章內(nèi)容簡介】 的物理性質(zhì)決定 ， 會向液相 (吸收劑 )遷移，其遷移的速度隨時間的推移 ,由快向慢變化 ， 最終達(dá)到動態(tài)平衡。達(dá)到動態(tài)平浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè) 08 屆畢業(yè)設(shè)計 環(huán)境 05 上官海燕 33050018 8 衡時 ， 液相中溶質(zhì) A 的濃度 (平衡濃度 )與氣相中 A 的分壓 (平衡分壓 )間的關(guān)系用亨利定律來描述 ： AAA xEP?* 式中 *AP 溶質(zhì) A 在氣相中的平衡分壓， MPa； xA溶質(zhì) A 在液相中的平衡濃度 ,摩爾分?jǐn)?shù)； EA亨利定律 ,MPa； 亨利定律的適用范圍 （ 以下）的稀溶液； ； ，也會發(fā)生對亨利定律的偏差，需予以修正。 氣液傳質(zhì)理論 亨利定律表述了溶質(zhì)向液相遷移在極限情況下（平衡時），溶質(zhì)的最大遷移量（溶解度），這里，將繼續(xù)討論由氣相向液相遷移的速度問題，即單位時間的遷移量。 一、雙膜理論 1923 年由惠特曼提出的一個描述氣液間傳質(zhì)的理論。它假定在氣液相界面兩側(cè)，各有一個很薄的滯流膜存在，分別稱為氣膜和液膜，膜內(nèi)的質(zhì)量傳遞主要靠分子擴(kuò)散，在該兩膜以外的流體主體內(nèi)，質(zhì)量傳遞主要為對流完成，因而 溶質(zhì)濃度均一，無濃度梯度存在。當(dāng)氣相中溶質(zhì) A 從氣相主體經(jīng)兩滯流膜遷移到液相主體時，其濃度梯度（或阻力）主要集中在兩膜內(nèi)，其傳遞速率取決于兩膜的阻力大小。 二、 傳質(zhì)速率 根據(jù)分子擴(kuò)散的 Fick 定理，單位時間內(nèi)，通過單位截面積的 A 物質(zhì)質(zhì)量，正比于擴(kuò)散方向（ Z）上的濃度梯度。 AJ = ADzCAdd 式中 AJ —— 物質(zhì)的擴(kuò)散通量， molc 2?m 1?s ； AD —— A 物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)， c 2m 1?s ； 浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè) 08 屆畢業(yè)設(shè)計 環(huán)境 05 上官海燕 33050018 9 基于雙膜理論，應(yīng)用 Fick 定理在液膜內(nèi)取一微元做物料衡算，可得溶質(zhì) A 由氣相經(jīng)氣膜或液膜傳遞的速率： （ AN L) = LK （ AiC ALC ） = )(ALAiLAi CCZD ? )()()(AiAGGAGAiAGGGA PPZDPPKN ???? 式中 AN — 傳質(zhì)速率。 Kmol 21 ?? ?ms ； LK — 基于推動力（ AiC ALC ）的液膜傳質(zhì)分系數(shù)， 。1??sm ?GK 基于推動力 )( AiAG Pp ? 的氣膜傳質(zhì)分系 kmol 。)( 12 ??? akpsm ALD — 溶質(zhì) A 液相擴(kuò)散系數(shù)、 。12 ??scm AGD — 溶質(zhì) A 氣相擴(kuò)散系數(shù)， 12 ??scm ； LZ — 有效液膜厚度， m； GZ — 有效氣膜厚度， m； 雙膜模型假定溶質(zhì)以穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散方式通過氣膜和液膜，因此，氣相和液相的對流傳質(zhì)速率（即擴(kuò)散通量）相等。 )()()()( AAiLAiAGLAGA CCkPPkNN ????? 同理，溶質(zhì) A 由氣相向液相傳遞的總速率表達(dá)為： )( ??? AAGGA PPKN )( ALALA CCKN ?? ? 式中 GK — 基于推動力 )( ?? AAG PP 的氣相傳質(zhì)總系數(shù)； ?LK 基于推動力 )( ALA CC ?? 的液相傳質(zhì)總系數(shù)。 由此可見，氣相中溶質(zhì) A 穿過氣膜（或液膜）遷移的通量，正比于 A 的氣相或液相主體濃度（或分壓）與界面上 A 的濃度（與分壓）之差（即推動力），其比例系數(shù)為氣膜（或液膜）傳質(zhì)分系數(shù)。 若溶質(zhì)在界面兩側(cè)的濃度符合亨利定律的平衡關(guān)系，即 AAA CEP ???? ，則可推出： LGG kEkK 39。11 ?? 浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè) 08 屆畢業(yè)設(shè)計 環(huán)境 05 上官海燕 33050018 10 或LGL kkEK111 39。 ?? 可以看出，吸收過程總阻力 )1(GK等于氣膜阻力 )1(Gk與液膜阻力 )( 39。LkE 之和，與雙膜理論吻合。 三、氣膜控制與液膜控制 不同體系的吸收過程，其氣膜阻力與液膜阻力往往不相等。溶解度較小的溶質(zhì)的吸收過程，如用水吸收 2CO 、 H H2S 等難溶氣體時，由于 39。E 很大（可查表，AE1 為溶解度系數(shù)，溶解度小，意味著 EA 大），可認(rèn)為 lL kK ? （見前公式），過程阻力主要集中在液膜之內(nèi)，吸收速率主要受液膜一方控制，稱該吸收過程為液膜控制過程。反之，易溶氣體的吸收過程，如水對 HCL、 3NH 的吸收，可認(rèn)為 GG kK ? ，稱為氣膜控制過程。 填料吸收 技術(shù) 最小液氣比及吸收劑用量 圖中是一氣 液逆流操作填料吸收塔示意圖，圖中各符號意義為： G—— 氣體總流量， Kmolm2s 1； L—— 液體總流量， Kmolm2s 1； GB—— 惰性氣體流量， Kmolm2s 1； LS—— 吸收溶劑流量， Kmolm2s 1； x—— 液相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)， K mol 溶質(zhì) （ K mol 吸收液） 1； y—— 氣相溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)， K mol 溶質(zhì) （ K mol 混合氣體） 1； X—— 液相溶質(zhì)摩爾比， K mol 溶質(zhì) （ K mol 溶劑） 1； Y—— 氣相溶質(zhì)摩爾比， K mol 溶質(zhì) （ K mol 惰氣） 1； 浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè) 08 屆畢業(yè)設(shè)計 環(huán)境 05 上官海燕 33050018 11 上述參數(shù)可導(dǎo)出如下關(guān)系： X=x/1x ， Y=y/1y， GB =G(1y) ， Ls=L(1x)； 對上圖所示吸收塔內(nèi)某一截面至塔底（下端）作物料衡算，可得： GB(Y1Y)=Ls(X1X)； 對圖示全塔作物料衡算，則： GB(Y2Y1)=Ls(X2X1)。 G2， y2 GB， Y2 L2， x2 LS， X2 2 2 G。 y GB. Y L。 x LS. X G1， Y1 GB， Y1 L1， x1 LS， X1 1 1 圖 22 吸收塔操作線與平衡線 圖 21 逆流填料塔示意圖 浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè) 08 屆畢業(yè)設(shè)計 環(huán)境 05 上官海燕 33050018 12 上式可視為該塔的操作線方程，操作線的斜率為 Ls / GB，上圖中 AB 線即為操作線，OE 線為平衡線?？芍?，操作線上一點(diǎn) P（ X， Y）代表了塔內(nèi)某一點(diǎn)的氣、液相組成，與P 點(diǎn)對應(yīng)的在平衡線 上的某一點(diǎn) M，表示了與 X、 Y 相平衡的濃度 X*、 Y*，二者的距離（ Y Y*），（ X X*）為傳質(zhì)推動力。 最小液氣比的確定，是為了確定操作液氣比及吸收劑用量。當(dāng)吸收塔頂氣、液相濃度確定以后，上圖中 A 點(diǎn)固定以后，隨著吸收劑用量 Ls 加大， 兩式、 LS/GB 變大，操作線斜率增大，吸收傳質(zhì)推動力增加，吸收設(shè)備尺寸減少，但操作費(fèi)用增加。反之，吸收劑用量減少，雖可減少動力消耗，但由于傳質(zhì)推動力減少（斜率越小，推動力越?。蚨O(shè)備尺寸增大。 泛點(diǎn)計算及塔徑確定 逆流填料塔內(nèi)，氣流速度不能無限制的增大。在一定 的液流速率下，當(dāng)氣速不斷增加至某一程度時，液流不能通暢下降，在填料層中產(chǎn)生積液現(xiàn)象，并且隨氣相流速增加，氣相壓降迅速增加。此時，氣體呈鼓泡通過液層或夾帶液沫從塔頂排出，稱之為液泛。達(dá)到液泛時的空塔氣速稱為泛點(diǎn)氣速。實(shí)際操作氣速控制為液泛氣速的 60%— 80%。 對于泛點(diǎn)氣速的研究，以 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖用得較多。如圖 3 所示，縱坐標(biāo)為 )( LLGfgu ???? ,橫坐標(biāo)為 )(LGGLWW ?? 。 浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè) 08 屆畢業(yè)設(shè)計 環(huán)境 05 上官海燕 33050018 13 各符號及單位為： L 為 液相流量， kg/h； G 為氣相流量 kg/h； ρG、 ρL為氣相及液相密度， kg/m3； u 為空塔氣速， m/s； g 為重力加速度； 181。L為液相粘度， mpas ； Φ 為填料因子，m1； φ 為液相密度收系數(shù) φ=p 水 /pL。 填料層高 在下圖中所示填料吸收塔，由于一般工業(yè)廢氣中氣態(tài)污染物含量較低，可假定 G≈ GB，L≈ Ls，在填料層中放一微元高 h,作物料衡算。 圖 23 填料層壓降的通用關(guān)聯(lián)圖 浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè) 08 屆畢業(yè)設(shè)計 環(huán)境 05 上官海燕 33050018 14 如圖示，在塔中取一高度為 dh 的填料層微元作物料衡算 ， GBdYA =NAasdh； 式中 GB： 單位時間內(nèi)通過填料層的惰性氣 體摩爾量 ,k mol/h； YA：氣相溶質(zhì)摩爾比； AN ：傳質(zhì)速率， Kmol 21 ?? ?ms ； a:微分單元填料層所提供的有效傳質(zhì)表面積， m2/m3； S:填料層橫截面積 ； dh：微分高度 ； 積分之可得： ? ?? 12 2)(PAPA AAPAB aNPP dPGh （ P 為氣相總壓） 。 L2， CLB2 2 2 XB L1， CLB1 1 G2， YA2 YA XB+dXB YA+dYA G1， YA1 1 h dh 圖 24 填料塔示意圖 浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè) 08 屆畢業(yè)設(shè)計 環(huán)境 05 上官海燕 33050018 15 第 三 章 凈化系統(tǒng)設(shè)計 凈化系統(tǒng)設(shè)計工藝方案的分析確定 此次畢業(yè)設(shè)計選用液體吸收法進(jìn)行治理，即采用 5%NaOH 溶液在填料吸收塔中吸收凈化硫酸 煙霧。 集氣罩的設(shè)計 集氣罩基本參數(shù)的確定 集氣罩的罩口尺寸不應(yīng)下于罩子所在污染位置的污染物擴(kuò)散的斷面積。如果設(shè)集氣罩連接風(fēng)管的特征尺寸為 0d (圓形為直徑，方形為短邊 )，污染源的特征尺寸為 d (圓形為直徑，方形為短邊 )，集氣罩距污染源的垂直距離 H，集氣罩口的特征尺寸為 0D (圓形為直徑，方形為短邊 )，集氣罩喇叭口長度 h2，則應(yīng)滿足 ?dd ， ?? dD 和 H/d ＜ （若影響操作，可適當(dāng)增加）和 2h / 0d ≤ 3。 設(shè)計資料 ○ 1 廢氣特點(diǎn) （ 1）廢氣成分：近似空氣，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下酸霧含量為 3210mg/m3； （ 2）廢氣溫度： 60℃；料槽溫度： 100℃（加酸后） ； ○ 2 氣象資料 （ 1）氣溫： 冬季 6℃ ； 夏季 31℃ ； （ 2）大氣壓力： 冬季 310 pa； 夏季 310 pa； 浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境監(jiān)測與治理技術(shù)專業(yè) 08 屆畢業(yè)設(shè)計 環(huán)境 05 上官海燕 33050018 16 集氣罩 各部分尺寸計算 已知污染源的特征尺寸為 700d mm? ， 可得： 22 23 .1 4 0 .7 0 .3 8 544dFm? ?? ? ?， 式中 F —— 污染源斷面積， m2 ； 當(dāng)采用低懸罩時 ? ，當(dāng)采用高懸罩時 ? 。圓形時 d H