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第四章 净化气态污染物的方法我们都知道，大气污染物分类为气态污染物和颗粒状污染物，本章是针对于气态污染物的处理方法进行学习。
工程上净化气态污染物的方法主要有以下几种：利用溶液的溶解作用所组成的气体吸收净化；利用固体表面吸附作用的吸附净化；利用某些催化剂的催化转化；有机物的高温焚烧等方法。
§1 吸收法净化气态污染物吸收法净化气态污染物是利用气体混合物中各种成分在吸收剂中的溶解度不同，或者与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的操作过程。
吸收分为物理吸收和化学吸收两大类。
吸收过程无明显的化学反应时为物理吸收，如用水吸收氯化氢。
用水吸收二氧化碳的感。
吸收过程中伴有明显化学反应时为化学吸收，如用碱液吸收难以达到排放标准，因此大多数采用化学吸收。
吸收法不但能消除气态污染物对大气的污染，而且开可以使其还可以使其转化为有用的产品。
并且还有捕集效率高、设备简单、一次性投资低等优点，因此，广泛用于气态污染物的处理。
如处理含有SO 2、H 2S 、HF 和NO x 等废气的污染物。
一、吸收平衡理论物理吸收时，常用亨利定律来描述气液两相间的平衡，即i i i x E p =* 式中*i p ——i 组分在气相中的平衡分压，Pa ；i x ——i 组分在液相中的浓度，mol%；i E ——i 组分的亨利系数，Pa 。
若溶液中的吸收质（被吸收组分）的含量i c 以千摩尔/米3表示，亨利定律可表示为： i i i H c p =*或i i i p H c =i H ——i 气体在溶液中的溶解度，kmol/m 3·Pa 。
亨利定律适用于常压或低压下的溶液中，且溶质在气相及液相中的分子状态相同。
如被溶解的气体在溶液中发生某种变化（化学反应、离解、聚合等），此定律只适用于溶液中未发生化学变化的那部分溶质的分子浓度，而该项浓度决定于液相化学反应条件。
二、双膜理论吸收是气相组分向液向转移的过程，由于涉及气液两相间的传质，因此这种转移过程十分复杂，现已提出了一些简化模型及理论描述，其中最常用的是双膜理论，它不仅用于物理吸收，也适用于气液相反应。
第四章气体吸收4.3 多组分吸收和解吸的简捷算法要点（1）概念吸收因子；有效吸收因子；解吸因子；有效解吸因子。
（2）简捷算法Horton—Franklin方程普适性；平均吸收因子法；平均有效吸收因子法；平均解吸因子法；平均有效解吸因子法；4.3 多组分吸收和解吸的简捷算法简捷算法常用于过程设计的初始阶段，对吸收操作作粗略分析，其结果亦可作为严格算法的初值。
4.3.1 吸收因子法模型塔介绍：ijij v V V ∑==Ln-1VnLnVn+1nn 板上的总气相摩尔流率Kmol/hn 板上的总液相摩尔流率Kmol/hijij l L L ∑==4.3.1 吸收因子法对n 板i 组分作物料衡算：Ln-1VnLnVn+1n11n n n nl l v v −+−=−（4-15）n 板上组分i的气相摩尔流率n 板上组分i的液相摩尔流率平衡关系为：ni n i x k y ,,)(⋅=即:v l K V L=(/)l L KV v A v=⋅=⋅（4-16）ijij v V V ∑==ijij l L L ∑==移项:定义吸收因子：VK LA ⋅=A 为综合考虑了塔内气液两相流率和平衡关系的一个无因次数。
L/V 大，K 小，A 大，有利于吸收。
4.3.1 吸收因子法注意: A ij 为组分i 在j 板上的吸收因子，简记为A j 。
11n n n nl l v v −+−=−（4-15）可改写为：111n n n n n n A v v A v v −−++=+移项:（4-17）n=1时，（4-18）即：（4-19）n=2时，（4-20）（4-15）把气相流率与吸收因子关联1111n n n n n v A v v A +−−+=+逐板向下直到N 板，得：（4-21）为了消去v N ，做全塔物料衡算：011n n l l v v +−=−011N n n A v l v v +−=−（4-22）（4-23）由于式(4-21)等于式(4-22)，联立得:(4-23)式关联了吸收率，吸收因子和理论板数，称为Horton-Franklin 方程，即：()ij f A N φ=⋅式（4-23）在推导中未作任何假设，是普遍适用的。
目录第一章绪论 (1)第二章单级平衡过程 (6)第三章多组分精馏和特殊精馏 (19)第四章气体吸收 (24)第五章液液萃取 (27)第六章多组分多级分离的严格计算 (28)第七章吸附 (34)第八章结晶 (35)第九章膜分离 (36)第十章分离过程与设备的选择与放大 (37)第一章绪论1.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。
答：属于ESA分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。
属于MSA分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。
2.比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。
答：当被分离组分间相对挥发度很小，必须采用具有大量塔板数的精馏塔才能分离时，就要考虑采用萃取精馏（MSA），但萃取精馏需要加入大量萃取剂，萃取剂的分离比较困难，需要消耗较多能量，因此，分离混合物优先选择能量媒介(ESA)方法。
3.气体分离与渗透蒸发这两种膜分离过程有何区别？答：气体分离与渗透蒸发式两种正在开发应用中的膜技术。
气体分离更成熟些，渗透蒸发是有相变的膜分离过程，利用混合液体中不同组分在膜中溶解与扩散性能的差别而实现分离。
4. 海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M ，式中C 为溶解盐的浓度，g/cm 3；M 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。
若从含盐0.035 g/cm 3的海水中制取纯水，M=31.5，操作温度为298K 。
问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa? 答：渗透压π=RTC/M ＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa 。
所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa 。
5. 假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。
求： （1） 总变更量数Nv;（2） 有关变更量的独立方程数Nc ； （3） 设计变量数Ni;（4） 固定和可调设计变量数Nx ,Na ；（5） 对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？思路1：3股物流均视为单相物流， 总变量数Nv=3(C+2)=3c+6 独立方程数Nc 物料衡算式 C 个热量衡算式1个 相平衡组成关系式C 个 1个平衡温度等式1个平衡压力等式 共2C+3个 故设计变量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定设计变量Nx ＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na ＝0 解：（1） Nv = 3 ( c+2 )（2） Nc 物 c 能 1 相 cF ziT F P FV , yi ,T v , P vL , x i , T L , P L习题5附图内在(P ，T) 2 Nc = 2c+3 （3） Ni = Nv – Nc = c+3 （4） Nxu = ( c+2 )+1 = c+3 （5） Nau = c+3 – ( c+3 ) = 0 思路2：输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数Nv=2(C+2) 独立方程数Nc ：物料衡算式 C 个 ，热量衡算式1个 ,共 C+1个 设计变量数 Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3固定设计变量Nx:有 C+2个加上节流后的压力共C+3个 可调设计变量Na ：有06. 满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求： （1） 设计变更量数是多少？ （2） 如果有，请指出哪些附加变量需要规定？解： N x u 进料 c+2压力 9 c+11=7+11=18N a u 串级单元 1 传热 1 合计 2 N V U = N x u +N a u = 20 附加变量：总理论板数。
第四章气体吸收Chapter4 Gas Absorption§4-1多组分吸收和解吸过程分析Analysis of Multicomponent Absorbing and Desorbing Process吸收是化工生产中分离气体混合物的重要方法之一，在化工生产中，无论是原料的精制或产品的分离，常常需要从气体混合物中分出一种或若干种组分，因而吸收的应用十分广泛。
吸收在化工原理中曾接触这个概念，现在不是旧曲重弹，而是赋予新的内容，在原来的基础上更进一步的研究，由原来的单组分吸收，扩展到现在的多组分吸收。
1、吸收和解吸吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体中溶解度的不同，而达到分离目的传质过程。
吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。
当吸收过程用于中间产物分离时，离开吸收塔的吸收液需进行解吸操作，其作用是将溶质从吸收液中驱赶出来，并使吸收剂获得再生，所以解吸是吸收的逆过程。
2、工业生产中的吸收过程①净化或精制气体为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的方法。
如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫化氢，乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的脱硫、脱卤化，二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等。
物，合成甲烷工业中的脱硫、脱CO2②分离气体混合物以上的用以得到目的产物或回收其中一些组分，如石油裂解气的油吸收，将C2组分与甲烷、氢分开；用N－甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯以及乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。
③将最终气态产品制成溶液或中间产品将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如用水吸收氯化氢气体制成盐酸；在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；用水吸收丙烯腈作为中间产物等。
④废气治理很多工业废气中含2SO 、x NO （主要是NO 及2NO ），汞蒸汽等有害成分，虽然浓度一般很低，但对人体和环境的危害甚大，而必须进行治理，这类环境保护问题在我国已愈来愈受重视。
选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气处理中应用较广的方法。
3、吸收过程的分类由于处理的气体混合物的性质不同，所采用的设备不同，吸收可分为许多类，根据讨论问题的方法和着眼点不同，吸收过程可以有许多分类方法：①按组分的相对溶解度的大小⑴单组分吸收气体吸收过程中只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度，其它组分的溶解度均小到可以忽略不计，如制氢工业中，将空气进行深冷分离前，用碱液脱出其中的二氧化碳以净化空气，这时仅2CO 在碱液中具有显著的溶解度，而空气中的氮、氧、氩等气体的溶解度均可忽略。
⑵多组分吸收气体混合物中具有显著溶解度的组分不止一个，如用油吸收法分离石油裂解气，除氩以外，其它组分都程度不同的从气相溶到吸收剂中。
②吸收过程有无化学反应⑴物理吸收所溶组分与吸收剂不起化学反应，如VCM 生产中的水洗塔。
⑵化学吸收所溶组分与吸收剂起化学反应，如VCM 生产中的碱洗塔。
③吸收过程温度变化是否显著⑴等温吸收气体吸收相当于由气态变液态，所以会产生近于冷凝热的溶解热，在吸收过程中，有溶解热+反应热，其量往往较大，故温度总有上升，所以没有绝对的等温，只有当溶剂用量相对大，温升不明显。
⑵非等温吸收吸收过程温度变化明显。
④按吸收量的多少⑴贫气吸收吸收量不大，对吸收塔内的吸收剂和气体量影响不大。
⑵富气吸收吸收量大的情况。
⑤按汽液两相接触方式和采用的设备形式⑴喷淋吸收填料塔或空塔：气、液两相都连续。
淋降板塔：气相连续，液相分散。
⑵鼓泡吸收鼓泡塔或泡罩塔：使气相分离在液相中，即液相保持为连续相，气相分离为小气泡通过液层。
⑶降膜吸收降膜式吸收器，使气、液两相均连续，用于吸收热效应大的情况，吸收剂顺着管壁形成一层液膜，由于重力作用而往下流动，原料气以一定的流率逆流向上，两相在管壁中进行传质过程，产生的吸收热通过管壁传给冷凝剂，不断被冷凝剂带走。
每一具体的吸收过程以采用哪一种分类方法为宜，完全视何种分类方法能较准确的反映出该具体过程的特点来衡量，如采用油吸收法分离石油气，在进行吸收计算时，应突出说明它是多组分吸收，在计算进行过程中，应考虑到它是一个非等温吸收，在比较采用何种设备时，应考虑到使用鼓泡吸收还是喷淋吸收或其它等。
4、吸收过程的特点①原理不同。
吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。
精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。
②塔式不同。
精馏有简单塔和复杂塔。
最简单的吸收为精馏中的复杂精馏，即两股进料，两股出料。
被分离的气体混合物均是从吸收塔的下部进入，在塔内自下而上的运动过程中与从塔顶喷淋下来的液体吸收剂中去，溶解度较低的气体（亦称为惰性气体）不被吸收而从吸收塔顶部排出，吸收剂从塔顶喷入后，在与气体混合物的接触过程中不断吸收易溶解的组分，最后吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出。
③传质形式不同。
吸收是单向传质，精馏是双向传质。
在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的较重组分向液相中传质（冷凝），液相中的较轻组分向汽相中传质（汽化），所以传质过程是在两相中交替进行。
当轻、重组分的分子汽化潜热相近时，塔内可以近似看作恒摩尔流，而不至于引起太大的误差。
而对于吸收系统，一般吸收剂是不易挥发的液体，气相中的某些组分不断溶解到不易挥发的吸收剂中，属于单向传质。
在吸收过程中，气相的量是不断减少，而液相的量在不断的增加，除非是贫气吸收，气液相流量在塔内不能视为常数，不能用恒摩尔流的假设，从而就增加了吸收计算的复杂性。
④温度范围、变化不同。
在精馏过程中沸点范围相对窄，而多组分吸收中，各溶质组分的沸点范围很宽，有的在操作条件下已接近或超过其临界状态（不能冷凝），所以多组分吸收不能视为理想系统来处理。
在精馏过程中，由于气化潜热与冷凝潜热相互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。
每块板上由于组成改变而引起的温度变化，可用泡露点方程定出。
而吸收过程由于气相中易溶组分溶解到溶剂中，会放出溶解热，这一热效应会使液相和气相的温度都升高，而温度升高又将影响到溶解的量，而溶解量又与溶质的溶解量有关系，因而气相中各组分沿塔高的溶解量分布不均衡，这就导致了溶解热的大小以至吸收温度变化是不均匀的，所以不能用精馏中常用的泡露点方程来确定吸收塔中温度沿塔高的分布，通常要采用热量衡算来确定温度的分布。
⑤物料的预分布不同。
精馏可按清晰分割和不清晰分割进行物料的预分布。
由于吸收每端既有进料，又有出料。
所以吸收塔的端点条件，即吸收液和尾气的组成温度，比常规的多组分精馏更难分配。
⑥精馏有两个关键组分，吸收只有一个关键组分。
在精馏中，有轻、重两个关键组分，这两个关键组分由分离要求来确定。
这主要是精馏是在两相传质。
而对吸收而言，因为各个组分在同一塔内进行吸收，所有L，但是它们各自的溶解度不组分面临的客观条件都一样，pT,、塔板数、塔高、V同，所以吸收量不同，吸收量的多少由各自的平衡常数决定，而且相互之间存在一定的关系，所以不能对所有的组分规定分离要求，而只能指定某一个组分的分离要求，根据对此组分的分离要求计算出所需的理论板数，然后再根据此理论板数计算出其它组分的分离程度。
这个首先被指定的组分通常是选取在吸收操作中起关键作用的组分，也就是必须控制其分离要求的组分，称之为关键组分。
吸收只有一个关键组分，是因为吸收是单向传质的缘故。
⑦组分分布不同精馏过程，关键组分的浓度分布有极大值，非关键组分在进料板上下形成几乎恒浓的区域。
吸收过程，不同组分和不同塔段的吸收程度是不同的，轻组分（即难溶组分）一般只在靠近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小。
重组分（易溶组分）主要在塔底附近的若干级上被吸收，而关键组分才在全塔范围内被吸收。
§4-2吸收和解吸过程流程(Absorbing and Desorbing Process)吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出后一般要把吸收剂与易溶组分分离开，即解吸过程，解吸过程一般可采用的方法有：加热升温；减压闪蒸；精馏解吸。
分离后易溶组分单独作为一种气体产品送出，而吸收剂则再送回吸收塔内循环使用。
一、单纯吸收工艺流程。
二、吸收—解吸法该法用于气体混合物通过吸收方法将其分离为惰性气体和易溶气体两部分的情况。
解吸的常用方法是使溶液升温，以减小气体溶质的溶解度，所以在解吸塔底部没有加热器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通过加热器提供热量使易溶组分蒸出并从解吸塔顶排出，解吸塔底的吸收剂经冷却再送往吸收塔循环使用。
解吸塔也可采用精馏塔，可起到提高蒸出溶质的纯度和回收吸收剂的作用。
三、吸收蒸出塔当吸收尾气中某些组分在吸收剂中有一定的溶解度，为保证关键组分的纯度采用吸收蒸出塔，即将吸收塔与精馏塔的提馏段组合在一起，原料气从塔中部进入，进料口上面为吸收段，下部为蒸出段，当吸收液（含有关键组分和其它组分的溶质）与塔釜再沸器蒸发上来的温度较高的蒸汽相接触，使其它组分从吸收液中蒸出，塔釜的吸收液部分从再沸器中加热蒸发以提供蒸出段必须的热量，大部分则进入蒸出塔内部使易溶组分与吸收剂分离开，吸收剂经冷却后再送入吸收塔循环使用。
一般只适用关键组分为重组分的场合。
§4-3多组分吸收和解吸过程简捷计算4.3 Short-cut Calculation method about multicomponent absorbing and desorbing process一、吸收过程工艺计算的基本概念1、吸收、解吸作用发生的条件根据相平衡的概念，可判断气液接触时吸收和解吸的条件。
吸收：溶质由气相溶于液相 *i i p p >，*i i y y >解吸：溶质由液相转入气相 *i i p p <，*i i y y <2、吸收过程的限度进料气体混合物中易溶组分i 的组成为i F y ,，出塔吸收液中i 组分含量为i N x ,，显然：i i N K y ,1+≥i N x ,。
从塔顶加入的吸收剂中i 组分含量为i x ,0，离开塔顶气相中i 组分的含量为i y ,1，显然：i y ,1≥i i x K ,0。
由此规定了设计吸收塔的限度，i x ,0是解吸过程分离后吸收剂中i 组分的含量，它与i y ,1由密切的关系，在设计时要将吸收和解吸一起考虑。
一般按照规定的分离要求先确定吸收塔的气体组成，根据已知选定的出塔气体组成再考虑气液相平衡数据来确定吸收剂在解吸后易溶组分的含量。
3、吸收过程的理论板吸收过程吸收液沿塔逐板下流时，易溶组分的含量不断升高，气体混合物在沿塔高上升过程中易溶组分的含量不断降低。
在吸收过程中为了计算方便起见，像精馏过程一样引入了理论板的概念。
