当前课程知识点：大气污染控制工程 > 第七章 气态污染物控制技术基础（选修） > 7-1 物理吸收传质计算 > Video
同学们好，现在我们开始学习第七章
气态污染物控制技术基础
从废气中去除气态污染物
常常涉及气体吸收、气体吸附、气体催化转化等单元操作
我们首先来学习物理吸收的传质计算
吸收，是指利用吸收剂将混合气体中
一种或数种组分有选择地分离的过程
被吸收的污染物称为吸收质，常指气态污染物
用于吸收气态污染物的溶剂称为吸收剂，往往是液态
因此，从本质上讲
气体吸收是溶质从气相传递到液相的相际间传质过程
气液接触时，气相中的吸收质发生
从气相到液相的吸收过程
同时也发生液相中吸收质向气相逸出的解吸过程
在一定的温度和压力条件下
吸收过程的传质速率等于解吸过程的传质速率
气液两相即达到动态平衡，称为相平衡
气液相平衡时，每100kg溶剂中溶解气体的kg数
我们称之为平衡溶解度。平衡溶解度也是吸收的极限
达到气液平衡时
气相平衡分压和液相平衡溶解度有什么关系呢
亨利定律就揭示了两者之间的关系
当总压不太高时，一定温度下的稀溶液中
溶质的溶解度c与气相中溶质的平衡分压p*成正比
亨利定律还有另外一种表达式
即吸收质在液相摩尔分数x与在气相摩尔分数y成正比
其中的比例系数H、m均称为亨利系数
m又称相平衡系数
刚才我们介绍的是吸收能进行的程度
那么如何确定吸收的速率呢
为研究吸收速率，需要首先确定吸收的理论模型
气液两相间吸收过程最常用的模型是双膜模型
双膜理论认为，当气液两相接触时，两相间有相界面
在相界面两侧分别存在一层稳定的层流膜
称为气膜和液膜
在气相和液相主体内，主要为湍流，无浓度梯度
即无扩散阻力
在气膜和液膜内，主要是层流，是分子扩散
在相界面上，气液两相浓度平衡，并没有物质积累
通过这些假定，双膜理论把吸收过程简化为
通过气液两层层流膜内的分子扩散
通过此两层膜的分子扩散阻力就是吸收过程的总阻力
吸收速率是指吸收质在单位时间内
通过单位面积相界面而被吸收剂吸收的量
它可以用吸收推动力除以吸收阻力得到
也可以表示为吸收推动力乘以吸收系数
其中吸收系数和吸收阻力互为倒数
吸收速率还可以表示为气相分传质速率
液相分传质速率和总传质速率
分传质速率表示从一相主体到相界面的传质过程
用一相主体与界面的浓度差表示推动力
如气相分传质速率方程的吸收推动力
可以用y减去yi表示
这里的y表示气相主体中吸收质的浓度
yi表示相界面处吸收质的浓度
总传质速率方程中
以一相主体浓度与该组分平衡浓度的浓度差
为总传质过程的推动力
比如气相总传质速率方程，推动力用y减去y*表示
这里y*表示气相平衡浓度
由于单位时间内吸收质从气相传递到界面上的通量
等于从界面传递到液相中的通量
因此，总传质速率等于气相分传质速率
也等于液相分传质速率
可以看出，要提高吸收速率，就要降低吸收阻力
吸收阻力可以表示为气膜吸收阻力加上液膜吸收阻力
如果气膜吸收阻力远远大于液膜的吸收阻力
那么我们就说这个吸收过程是气膜控制的
这种往往是易溶的气体，在液相容易溶解
因此液相阻力较小
例如碱溶液吸收酸性气体的过程
我们可以通过增大气相湍流程度来要降低气膜的阻力
第二种是液膜控制，主要是难溶气体的吸收过程
这种情况下可通过化学吸收或改进吸收装置降低液膜阻力
第三种是气、液膜共同控制，两方面的因素都要考虑
这时候，另一种提高吸收速率的方法是提高吸收推动力
使用分传质速率方程计算吸收推动力需要知道界面的浓度
那么如何确定界面浓度呢？最简单的是作图法
在气液平衡时，气相和液相分传质速率相等
可以由此可以得到
气液相主体浓度与界面浓度之间的线性关系
因此，我们首先在图上确定
气相、液相浓度分别为（xA,yA）的点a
过点a画出斜率为-kx/ky的直线
该直线与气液平衡线的交点b就是气液界面上的浓度(xi, yi)
吸收往往在吸收塔内进行
这里给出了逆流式吸收塔的工作过程
含气态污染物的混合气体从塔底引入
上升过程中可溶组分不断被吸收。吸收剂从塔顶喷淋
在下降过程中不断吸收气体中的可溶组分
最后清洁气体从塔上部排放
而吸收了气态污染物的吸收剂则从塔底流出
我们往往想知道
通过吸收塔后排出的气体污染物浓度是多少
或者要达到某个排放标准需要的塔高
为此我们要确定在吸收塔在任意截面上
污染物浓度在气液相的分布
也就是吸收塔的操作线方程
首先，我们假设，在吸收塔任何截面上
气相中污染物减少的量等于液相中增加的量
也就是质量守恒
其次，我们假设，在整个吸收过程中
吸收剂和混合气体中惰性成分的总量不变
由此可推出塔内任一截面上气液两相组成
这里给出的是一个逆流式吸收塔的操作线方程的表达式
其中，大写的Y表示单位惰性气体含有的吸收质的量
X表示单位吸收剂含有的吸收质的量
LS、GB分别是吸收剂流量和气相中惰性组分流量
我们把LS/GB称为液气比
从吸收操作线方程可以看出
吸收操作线是一条以液气比为斜率
以Y1减去液气比乘以X1为截距的直线，就是这张图里的AB线
操作线的上端点（X1，Y1）表示
吸收塔底部液相主体和气相主体中吸收质的含量
下端点（X2，Y2）表示吸收塔顶部液相主体和气相主体的组成
操作线上任一点代表操作过程中
某一截面上气相主体、液相主体的组成
这张图里的OE表示气液平衡线
我们可以看到，由于任一截面上
气相主体的吸收质含量都大于气液平衡时的吸收质浓度
因此吸收操作线一直处于平衡线的上方
操作线上任何一点到气液平衡线的垂直距离
和水平距离分别为(Y-Y*)和（X-X*）
代表了该点所在吸收塔截面的总吸收推动力
吸收的一个重要操作参数是吸收剂用量
如果吸收剂用量过小，就不能满足对净化效率的要求
吸收剂用量过大，又会增加操作费用
因此在吸收塔设计中
一个实际的问题是确定合理的吸收剂用量
我们看到，吸收操作线的斜率就是液气比
因此只要确定了吸收操作线
就可以求出吸收剂的用量
下面我们来观察一条吸收操作线AB
这里X1代表从塔底流出的液相主体中吸收质的浓度
X*表示与气相主体浓度Y1平衡的虚拟液相浓度
因此，（X1*-X1）表示液相总传质动力
由于X1*>X1，说明吸收液还有继续吸收的能力
吸收液的吸收能力并没有得到充分的利用
即吸收液用量过多
我们逐步减小操作线的斜率
当操作线与气液平衡线相交
交点D表似乎塔底处气相主体和液相主体的达到平衡
吸收液的吸收能力得到完全发挥
此时的吸收剂用量就是达到处理要求的最小的吸收剂用量
对应的液气比为最小液气比
最小液气比可以用全塔物料衡算来确定，就是这个公式
实际上吸收剂的用量往往取最小吸收剂用量的1.2到1.5倍
在吸收塔设计里，最重要的是确定吸收塔的塔径和塔高
吸收塔的塔径可通过
要处理的气体体积流量和空塔气速来计算
这里的空塔气速通常取液泛气速的0.75倍左右
不能超过液泛气速
所谓“液泛”，是指在一定喷淋量下
气速速度增大到一定数值时
吸收塔内液体不能及时下流，出现局部积液
压力损失急剧增加的现象
刚刚出现这个现象时的气速为液泛气速
吸收塔的塔高，可以通过物料衡算来推导
具体的推导的过程请大家参考教材，这里不再赘述
在这个公式中，积分外边这一项称为气相总传质单元高度
反映了吸收设备传质效能的高低
积分项称为气相总传质单元数
反映了吸收过程的难易程度
传质单元数的计算有两种方法，一种是对数平均法
这种方法适用于相平衡线近似为直线的情况
其所对应的传质单元数就可以用右边的含对数的式子来求出
另一种方法是图解积分法
我们首先做出吸收操作线和气液平衡线
在操作线上任取一点Y，通过该点做垂线
与平衡线的交点为其对应的Y*
这样我们就可以得到Y减Y*分之一
通过得到多组Y减Y*分之一后
以Y为横坐标轴，以Y减去Y星分之一为纵坐标轴
做出的曲线在Y1、 Y2和X轴之间围成的面积
即大家看到的图中阴影部分面积
就是我们要求的传质单元数
有关物理吸收的内容就介绍到这里，谢谢大家
-1-1 大气污染的定义和分类
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-第一章 绪论--1-1 大气污染的定义和分类
-1-2 大气污染物和排放源
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-第一章 绪论--1-2 大气污染物和排放源
-1-3 大气污染的影响
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-第一章 绪论--1-3 大气污染的影响
-1-4 大气污染防治法规及标准体系
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-第一章 绪论--1-4 大气污染防治法规及标准体系
-第一章 绪论--第一章 作业习题
-2-1 燃料的性质与分类
-第二章 燃烧与大气污染--2-1 燃料的性质与分类
-2-2 燃烧过程和计算
--燃烧过程和计算
-第二章 燃烧与大气污染--2-2 燃烧过程和计算
-2-3 硫氧化物的生成
--硫氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-3 硫氧化物的生成
-2-4 氮氧化物的生成
--氮氧化物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-4 氮氧化物的生成
-2-5 颗粒物的生成
-2-5 颗粒物的生成--作业
-2-6 其他污染物的生成
--其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--2-6 其他污染物的生成
-第二章 燃烧与大气污染--第二章 作业习题
-3-1 概述
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-第三章 大气污染气象学--3-1 概述
-3-2 大气的垂直结构
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-第三章 大气污染气象学--3-2 大气的垂直结构
-3-3 大气的热力过程
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-第三章 大气污染气象学--3-3 大气的热力过程
-3-4 大气稳定度与逆温
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-3-4 大气稳定度与逆温--作业
-3-5 大气的运动和风
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-第三章 大气污染气象学--3-5 大气的运动和风
-第三章 大气污染气象学--第三章 作业习题
-4-1 概述
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-1 概述
-4-2 点源扩散的高斯模式
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-2 点源扩散的高斯模式
-4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
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-第四章--4-3 特殊气象和地形条件下的高斯扩散模式（选修）
-4-4 点源扩散浓度的估算
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-第四章 大气污染浓度估算模式--4-4 点源扩散浓度的估算
-4-5 线源和面源扩散模式（选修）
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-第四章--4-5 线源和面源扩散模式（选修）
-4-6 空气质量模型的研究进展
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-4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
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-第四章--4-7 区域空气质量模型的应用案例（选修）
-第四章 大气污染浓度估算模式--第四章 作业习题
-5-1 粒径与粒径分布
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-1 粒径与粒径分布
-5-2 颗粒物的形貌特征
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-2 颗粒物的形貌特征
-5-3 化学组成和光学性质
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-5-3 化学组成和光学性质--作业
-5-4 粉尘的物理性质
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-4 粉尘的物理性质
-5-5 净化装置的性能
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-第五章 颗粒污染物控制技术基础--5-5 净化装置的性能
-5-6 流体阻力和颗粒的沉降
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-第五章--5-6 流体阻力和颗粒的沉降
-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）
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-5-7 惯性碰撞、机械拦截和扩散（选修）--作业
-第五章 颗粒污染物控制技术基础--第5章 作业习题
-6-1 重力沉降室
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-第六章 除尘装置--6-1 重力沉降室
-6-2 旋风除尘器
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-6-2 旋风除尘器--作业
-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
-6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
-6-5 电除尘器的结构和设计
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
-6-6 袋式除尘器的工作原理
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
-6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
-6-8 袋式除尘器的设计和应用
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
-6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
-6-10 文丘里洗涤器（选修）
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
-6-11 除尘器的选择与发展
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-6-11 除尘器的选择与发展--作业
-第六章 除尘装置--第六章 作业习题
-期中测试--期中测试
-7-1 物理吸收传质计算
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-第七章 --7-1 物理吸收传质计算
-7-2 化学吸收传质计算
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-7-2 化学吸收传质计算--作业
-7-3 吸收设备和工艺
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-7-3 吸收设备和工艺--作业
-7-4 气体吸附原理与速率
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-7-4 气体吸附原理与速率--作业
-7-5 吸附设备与工艺
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-7-5 吸附设备与工艺--作业
-7-6 吸附器的设计计算
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-第七章 --7-6 吸附器的设计计算
-7-7 催化原理
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-7-7 催化原理--作业
-7-8 气固催化反应动力学
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-7-8 气固催化反应动力学--作业
-7-9 气固相催化反应器的设计
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-7-9 气固相催化反应器的设计--作业
-第七章 气态污染物控制技术基础（选修）--第七章 作业习题
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-8-1 概述--作业
-8-2 燃烧前燃料脱硫
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-第八章 硫氧化物控制技术--8-2 燃烧前燃料脱硫
-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
-8-4 高浓度二氧化硫回收
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
-8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）
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-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-9 喷雾干燥法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-10 循环流化床干法烟气脱硫--作业
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-8-11 烟气脱硫技术的综合比较--作业
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-第八章 硫氧化物控制技术--第八章 作业习题
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-2 低氮氧化物燃烧技术
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--9-3 选择性催化还原技术
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-第九章--9-4 选择性非催化还原技术
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-9-7 固定源氮氧化物控制技术评价--作业
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-第九章 固定源氮氧化物控制技术--第九章作业习题
-10-1 概述
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-10-1 概述--作业
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-2 蒸气压及蒸发
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-第十章 挥发性有机物控制技术--10-3 VOCs污染预防
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-10-4 冷凝法控制VOCs污染--作业
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-第十章--10-5 燃烧法控制VOCs污染
-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）
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-10-6 生物法控制VOCs污染（选修）--作业
-第十章 挥发性有机物控制技术--第十章作业习题
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-11-1 机动车污染概述--作业
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--11-2-2
-第十一章--11-2 内燃机工作原理和污染物生成机制
-11-3 机动车排放控制技术
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-第十一章 机动车污染控制--11-3 机动车排放控制技术
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-第十一章--11-4 先进车辆技术和清洁替代燃料技术
-11-5 交通规划与交通管理（选修）
--11-5
-11-5 交通规划与交通管理（选修）--作业
-第十一章 机动车污染控制--第十一章作业习题
-12-1 全球气候变化与温室效应
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-12-1 全球气候变化与温室效应--作业
-12-2 气候变化的应对措施
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-12-2 气候变化的应对措施--作业
-12-3 臭氧层破坏问题
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-12-4 臭氧层破坏的应对措施
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-第十二章 全球性大气环境问题--第十二章作业习题
-Lecture 01
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-Lecture 02
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-Conversation
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-附加：--Exercise
