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同学们好，这一讲我们介绍工业上应用广泛的化学吸收
化学吸收是指伴有明显化学反应的吸收过程
由于发生化学反应
气态污染物在吸收剂中的溶解度增加、吸收推动力增大
吸收速率和吸收容量都有所提高
化学吸收的机理仍然可以用双膜理论来研究
这里过O点的垂直线表示气液界面
绿色部分为液膜，z1代表液膜的厚度
根据化学反应速率从低到高
可以将化学吸收过程分成极慢反应、缓慢反应
快速反应、瞬时反应四种类型
对于用含活性组分B的吸收剂吸收气态污染物A的情况
如果化学反应非常慢
则液相中污染物A的浓度变化和物理吸收一致
从界面处的CAi直线下降到液膜内侧
而B的浓度在整个液相都不变
如果A和B发生缓慢反应， A与B主要在液相主体反应
液膜内A和B的浓度稍有减小
A的浓度曲线稍向下凹
B的浓度在靠近界面时略有下降
此时吸收速率由反应速率控制
如果A和B发生快速反应
A在液膜内反应就完全消耗掉了
液相主体中A的浓度为0，A、B浓度曲线均下凹
A的浓度，在液膜内侧前降为0
此时吸收速率取决于反应速率和扩散速率
如果A和B发生瞬时反应
A与B接触的反应面上两种物质均消耗完毕
浓度都为0，A、B的浓度在液膜中从两侧到反应面直线下降
此时吸收速率只受控于A扩散到反应面的速率
在计算化学吸收时，就不能用物理吸收的公式来计算了
一方面，由于发生化学反应
吸收质进入吸收液后因化学反应被消耗掉
单位体积溶剂容纳的吸收质量增多
溶液的平衡浓度降低，吸收推动力增大
另一方面，若反应够快
吸收质进入气液界面就被消耗掉
液膜的扩散阻力也大大降低，吸收系数增大
因此化学吸收速率相应加快
这里我们引入一个增强系数β
作为由于化学反应使吸收速率增强的系数
这样化学吸收速率就可以用物理吸收的速率乘以系数β得到
β的计算较为复杂，常常通过实验确定
大家可以通过化工手册查到
在物理吸收时存在气液平衡
那么化学吸收时，能不能达到气液平衡呢
答案是肯定的
只要化学吸收速度与解吸速度相等，即可达到气液平衡
但化学吸收的气液平衡与物理吸收有所不同
主要体现在两个方面
首先，若吸收质在溶液中发生化学反应
溶于液相的溶质量为
气相浓度物理平衡时的溶质量与化学反应消耗量之和
其次，亨利定律只适用于
溶液中未发生反应的那部分吸收质浓度
而该浓度取决于液相化学反应的平衡条件
因此被吸收组分的气液平衡关系取决于相平衡
又服从化学平衡
对于一般化学反应，这里以A与B反应生成C和D为例
其中，A在液相中的平衡浓度既符合亨利定律
又满足化学平衡
物理吸收的平衡关系仍可以用亨利定律表示，即[A]=HA·pA*
化学平衡常数则可以表示为产物的幂次方除以反应物的幂次方
将两式联立，我们就可以得到A的气相平衡分压pA*
和吸收液中活性组分B和反应产物C、D浓度的关系
大家可以看到
化学吸收的气液平衡关系在形式上仍然符合亨利定律
可以用亨利系数将产物、反应物浓度和平衡分压联系起来
这个关系式比较复杂，下面我们来看三种特殊的情况
在被吸收的组分A和溶剂B相互作用生成M时
A在液相中的平衡浓度仍符合亨利定律
但这时A的溶解度为物理吸收的溶解度
加上化学反应消耗掉的量，即[A]+[M]
化学平衡常数可以用产物浓度除以反应物浓度乘积得到
两个方程联立，我们发现
这种情况下的气液平衡关系在形式上仍然
符合亨利定律，但是与物理吸收相比
亨利常数是物理吸收的（1+K[B]）倍
平衡蒸汽压降低，有利于吸收
这就解释了为什么化学吸收比物理吸收更快一些
如果被吸收组分A和溶剂B相互作用
生成的反应物M又离解成离子时
离解反应导致化学平衡向右移动
更多的A被溶剂吸收，因此A在溶液中的溶解度增加了
意味着气液平衡时A 的气相平衡分压降低
在这种情况下需要首先确定离解反应的离解常数K1
把K1代入亨利定律，得到气液平衡关系式
我们把这个关系式与单纯化学反应下的气液平衡关系式相减
可以看到在中括号内这一项，消去cA,由于开平方项大于KA
说明离解反应的平衡分压小于单纯化学反应的平衡分压
即离解过程加速了A的 吸收
如果被吸收组分A与溶剂中活性组分作用
例如用含氢氧化钙、碳酸钠等活性组分的吸收液
来净化废气中的二氧化硫
溶液中含有组分A、活性组分B和惰性溶剂
假设B的初始浓度为CB0，平衡时转化率为R
则B的平衡浓度为CB0（1-R）
产物M的平衡浓度为CB0*R，在忽略物理吸收的情况下
溶液对A的吸收能力就不能超过通过化学反应产生M的量
也就是CB0*R
说明A的平衡浓度受到活性组分B的初始浓度的影响
CB0越大，吸收能力就会越高
将化学反应常数公式代入亨利定律
得到气液平衡关系，也可以推出B的平衡转化率R
采用化学吸收时，塔高的设计需要同时考虑
相平衡、化学平衡和物料守恒关系
这里以碱液吸收二氧化硫为例来进行简单介绍
这张图给出了一个逆流的吸收塔，废气从塔底进入
从塔顶流出；吸收液从塔顶喷淋下来
用G1 、 G2表示入塔、出塔气体的总摩尔流量
y1、y2表示入塔、出塔气体的SO2摩尔分率数
pH1表示浆液的初始pH值，W表示吸收剂的体积流率
我们在距塔顶z处，取一个厚度为dz 的单元
进行物料衡算
z+dz 处气相二氧化硫含量与z处气相二氧化硫含量之差
就等于dz微元中液相吸收的二氧化硫
其中，y减yi是气相的传质推动力
这里的边界条件是，在塔底，即z=zT处
气相二氧化硫浓度为y1
第二步，我们来看化学反应平衡
这里涉及的反应包括：二氧化硫溶于水生成亚硫酸
亚硫酸离解为氢离子和亚硫酸氢根离子
亚硫酸氢根进一步离解、以及水的离解过程
根据这些反应的平衡常数
可以得到用气相二氧化硫分压和氢离子浓度表示的亚硫酸
亚硫酸氢根和亚硫酸根浓度表达式
这里我们要注意的是
吸收剂中的水分子和活性组分也会离解出碱性阳离子
氢氧根离子和氢离子
我们知道，溶液永远是电中性的
所以阳离子带的正电荷总量=阴离子带的负电荷总量
即氢离子和碱性阳离子带的正电荷量之和
等于氢氧根离子、亚硫酸氢根离子和亚硫酸根离子带的负电荷之和
这样我们得到了任意时间溶液电荷守恒方程
最后，我们要考虑二氧化硫在塔底和z之间的物料平衡
也就是说，塔底随气相流入的SO2
加上 z处随液相流入的SO2，就等于塔底随液相流出的SO2
加上 z处随气相流出的SO2
代入亚硫酸、亚硫酸氢根和亚硫酸根浓度的表达式
就可以得到塔底和z之间的二氧化硫物理平衡关系
我们将氢离子的浓度记作伊塔
并定义五个参数A、B、C、D、E
就可以得到根据质量守恒关系
得到二氧化硫分压的参数化方程
同样，可以基于电荷守恒方程写出
二氧化硫分压的参数化方程
两者联立和积分，即可计算得到塔高
这里的边界条件是在塔底的y与伊塔之间的关系
实际上，吸收二氧化硫时，真正的困难在于二氧化碳
一般情况下，烟气中二氧化碳的浓度约为12%
相当于二氧化硫浓度的120倍
30度下二氧化碳的亨利常数约为1900个大气压
根据亨利定律，我们可以发现，如果用水吸收二氧化硫
实际二氧化碳的溶解量将是二氧化硫的3.2倍
用碱液吸收的情况虽然更复杂，但结果是相似的
所以问题在于如何保证在吸收二氧化硫的同时不吸收二氧化碳
怎么解决这个问题呢
我们想一想，二氧化硫溶解形成的亚硫酸
远远强于二氧化碳形成的碳酸
所以只要保证适当的氢离子浓度
就可以保证二氧化硫的溶解平衡向右移动
而二氧化碳的溶解平衡向左移动
在pH值为4-6时，这是可能的
有关化学吸收的内容我们就介绍到这里，同学们再见
-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
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-2-2 燃烧过程和计算
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-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
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-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
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-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
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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
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-6-2 旋风除尘器--作业
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-6-3 电晕放电和粒子荷电（选修）--作业
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-第六章 除尘装置--6-4 荷电颗粒的运动和捕集
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-第六章 除尘装置--6-5 电除尘器的结构和设计
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-6-6 袋式除尘器的工作原理--作业
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-第六章--6-7 袋式除尘器的压力损失和清灰（选修）
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-6-8 袋式除尘器的设计和应用--作业
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-第六章 除尘装置--6-9 湿式除尘器的工作原理
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-第六章 除尘装置--6-10 文丘里洗涤器（选修）
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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
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-8-3 流化床燃烧脱硫
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-8-3 流化床燃烧脱硫--作业
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-8-4 高浓度二氧化硫回收--作业
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-第八章 --8-5 石灰石/石灰湿法烟气脱硫技术
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-8-6 氧化镁湿法烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-7 海水烟气脱硫技术（选修）--作业
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-8-8 湿式氨法烟气脱硫技术（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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-12-1 全球气候变化与温室效应--作业
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-12-2 气候变化的应对措施--作业
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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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