[科普中國]-有機(jī)廢氣吸收處理法

釋義

用吸收法凈化氣態(tài)污染物，與化工生產(chǎn)中的吸收過程相比較具有處理氣體量大、吸收組分濃度低及要求吸收效率和吸收速率較高等特點(diǎn)。所以，采用一般簡單的物理吸收是不能滿足要求的，多采用化學(xué)吸收過程。如用堿性溶液或漿液吸收燃燒煙氣中低濃度SO2的過程。另外，需要凈化的氣體成分往往較復(fù)雜。例如，燃燒煙氣中除含有SO2外，還含有NOX、C02、C0和煙塵等，會給吸收過程帶來困難。多數(shù)情況下，吸收過程僅是將污染物由氣相轉(zhuǎn)入液相，還需對吸收液進(jìn)一步處理，以免造成二次污染。1

化學(xué)吸收的基本概念在物理吸收中，氣體組分在吸收劑中只是單純物理溶解過程。在化學(xué)吸收中，由于吸收質(zhì)在液相中與反應(yīng)組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低了液相中純吸收質(zhì)含量，因而增加了吸收過程推動力，從而提高了吸收速率。同時，由于溶液表面上被吸收組分的平衡分壓大為降低，增大了吸收劑的吸收能力，使出塔氣體中吸收質(zhì)含量進(jìn)一步降低，達(dá)到使氣體進(jìn)一步凈化之目的。

在物理吸收過程中，吸收速率決定于吸收質(zhì)在氣膜和液膜中的擴(kuò)散速率。在化學(xué)吸收過程中，吸收速率除與擴(kuò)散速率有關(guān)外，還與化學(xué)反應(yīng)的速率有關(guān)。如果反應(yīng)進(jìn)行迅速，以至在氣液界面附近便把溶人的溶質(zhì)消耗凈，使溶質(zhì)在液膜內(nèi)的擴(kuò)散阻力大為降低，因而加大了總傳質(zhì)系數(shù)。例如，水吸收SO2為氣、液膜共同控制，若改用堿液吸收，則變?yōu)闅饽た刂啤?

相平衡與化學(xué)平衡的關(guān)系化學(xué)吸收過程既應(yīng)服從被吸收組分的氣液平衡關(guān)系即相平衡關(guān)系，也應(yīng)服從化學(xué)平衡關(guān)系。在這種情況下，亨利定律僅可適用于被溶解氣體沒有變化的分子的濃度，此濃度決定于溶液中進(jìn)行反應(yīng)的平衡條件。

對吸收設(shè)備的基本要求及類型(1) 對吸收設(shè)備的基本要求為了強(qiáng)化吸收過程，降低設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，吸收設(shè)備必須滿足以下基本要求：

① 氣液之間有較大的接觸面積和一定的接觸時間；

② 氣液之間擾動強(qiáng)烈，吸收阻力小，吸收效率高；

③ 操作穩(wěn)定，并有合適的操作彈性；通氣流通過時的壓降?。?/p>

⑤ 結(jié)構(gòu)簡單，制作維修方便，造價低廉；

⑥ 針對具體情況，要求具有抗腐和防堵能力。

(2)吸收設(shè)備的分類 由吸收過程的分析指出，氣液兩相界面的狀況對吸收過程有著決定性影響。吸收設(shè)備的主要功能就在于建立最大的并能迅速更新的相接觸表面。因此，對各種吸收設(shè)備進(jìn)行分類時，主要根據(jù)氣液兩相界面形成的原理。為此，吸收設(shè)備可以分為三類：

①具有固定相界面的吸收設(shè)備；②在氣液兩相流動過程中形成相界面的吸收設(shè)備；③有外部能量引入的吸收設(shè)備。

上述三類吸收設(shè)備中所包含的典型設(shè)備見表6—3。

氣態(tài)污染物吸收凈化過程，處理一些低濃度的組分，且氣體量大，因而多選用氣相為連續(xù)相、湍流程度較高、相界面大的吸收設(shè)備。最常用的是填料塔，其次是板式塔，此外還有噴灑塔和文丘里吸收器，文丘里吸收器是近代高效率吸收設(shè)備之一。3

表6—3吸收設(shè)備的分類

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典型的幾種吸收設(shè)備（1）填料塔

塔內(nèi)裝有支板，板上堆放填料層，噴淋的液體通過分布器灑向填料。在吸收器內(nèi)，填料在整個塔內(nèi)堆成一個整體。有時也將填料裝成幾層，每層的下邊都設(shè)有單獨(dú)的支承板，當(dāng)填料分層堆放時，層與層之間常裝有液體再分布裝置，在吸收塔內(nèi)，氣體和液體的運(yùn)動經(jīng)常是逆流的，即吸收劑自塔頂向下噴淋，在填料表面分散成薄膜，經(jīng)填料間的縫隙下流，亦可形成液滴落下，氣體從塔底被送人，沿填料間空隙上升，填料層的潤濕表面就成為氣液接觸的傳質(zhì)表面。填料種類很多，常用的有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)，鞍形和波紋填料等。對填料的基本要求是：單位體積填料所具有的表面積大，氣體通過填料時的阻力低。

填料塔的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、便于用耐腐蝕材料制造，氣液接觸效果較好，壓降較小。缺點(diǎn)是當(dāng)煙氣中含有懸浮顆粒時，填料容易堵塞，清理榆修時填料損耗大。

（2）湍球塔

湍球塔是近年來新發(fā)展的一種吸收設(shè)備。它是填料塔的一種特殊情況，其填料為在塔內(nèi)不斷湍動的空心或?qū)嵭男∏颍伤?nèi)開孔率較大的篩板支承和限位。支承板的開孔率約為0.35-0.45；限位板取0.8-0.9。氣流通過篩板時，小球在其中湍動旋轉(zhuǎn)，相互碰撞，吸收劑自上向下噴淋，潤濕小球表面，進(jìn)行吸收。由于氣、液、固三相接觸，小球表面的液膜不斷更新，增強(qiáng)了氣液相之間的接觸和傳質(zhì)，提高了吸收效率。

小球應(yīng)質(zhì)輕、耐磨、耐腐蝕、耐高溫。通常由聚乙烯、聚丙烯或發(fā)泡聚苯乙烯等塑料制作，塔的直徑大于200mm時，可以采用直徑25、30、38mm的小球。填料的靜止床層高度為0.2—0.3m。

湍球塔的空塔速度一般為2-6m/S。湍球塔被推薦用于處理含顆粒物的氣體或液體以及可能發(fā)生結(jié)晶的過程。在這種設(shè)備中由于填料劇烈地湍動，不易被固體顆粒堵塞。一般情況下，每段塔的阻力約為0.4—1.2kPa。在相同的氣流速度下，湍球塔的阻力要比填料塔小。

湍球塔的優(yōu)點(diǎn)是氣流速度高，處理能力大；設(shè)備體積小，吸收效率高。它的缺點(diǎn)是隨小球的運(yùn)動，有一定程度的返混；段數(shù)多時阻力較高；塑料小球不能承受高溫，使用壽命短，需經(jīng)常更換。4

（3）篩板塔

要使操作正常、穩(wěn)定，氣液量必須適當(dāng)。在正常的氣體負(fù)荷下，液體是不會從篩孔泄漏下來的，須經(jīng)溢流管逐板下流。但若氣體負(fù)荷過小，氣體的壓力不足以維持與溢流堰高度相應(yīng)的液層，液體便會通過篩孔泄漏，使操作效率降低。若氣體負(fù)荷過大，則氣流通過篩板后猛烈將液體推開，以連續(xù)迅速通過塔板液層，尤如氣體短路，造成氣液接觸不良，形成嚴(yán)重的霧沫夾帶現(xiàn)象，且使壓降增長很快。

氣體通過篩板塔的空塔速度一般為1.0-2.5m/s，氣體穿過篩孔的氣速約為4.5-12.8m/s。液體流量按空塔截面計約為1.5-3.8m(h·m)。每塊板的壓降為0.8-2.0kPa。

篩板塔與其它板式塔相比，具有處理能力大，壓降小，在一定負(fù)荷范圍內(nèi)容易操作，塔板效率高及制作安裝簡單，金屬耗量省，造價低等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是必須維持恒定的操作條件，負(fù)荷范圍比較窄。另外，小孔徑篩孔容易堵塞。

板式塔種類很多，除篩板塔外，還有浮閥塔、噴射塔等，它們各有特點(diǎn)，并在氣體凈化中得到應(yīng)用。5

（4）填料塔與板式塔的比較

選用吸收設(shè)備時，需要考慮的因素很多。在下述情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮選用填料塔：

① 所處理的物料具有強(qiáng)腐蝕性。因?yàn)樘盍闲误w簡單，可以方便的用陶瓷、玻璃、石墨、塑料等化學(xué)惰性材料制造。

② 為了降低氣相壓降。因?yàn)樘盍纤臍饬髯枇h(yuǎn)比板式塔低。

③ 傳質(zhì)阻力為氣相控制的傳質(zhì)過程。由于在填料塔中氣相處于湍流狀態(tài)，有助于降低氣相傳質(zhì)阻力。

④ 易發(fā)沫的物料。板式塔在處理此類物料時易出現(xiàn)液乏現(xiàn)象。

⑤ 直徑小于0.8m的塔。小直徑的板式塔在板結(jié)構(gòu)上有困難，造價高，而填料塔的經(jīng)濟(jì)性能更好一些。

在下述情況下，以選板式塔為宜：

① 對于生產(chǎn)能力大的塔，即采用較大塔徑時，宜采用板式塔。因?yàn)榘迨剿詥挝幻娣e計的價格隨塔徑增大而減少，對于大塔而言，板式塔檢修、清理比填料塔容易。

② 對于含有固體顆粒的物系宜選用液流通道較大的板式塔型。

③ 傳質(zhì)阻力為液膜控制的傳質(zhì)過程。因?yàn)榘迨剿?，氣體在液層鼓泡，有利于處理液相阻力為主的系統(tǒng)。

④ 對于操作彈性要求高的場合。板式塔中以浮閥或其它浮動型塔板的操作彈性為大。

⑤ 若占地面積受限制，用板式塔較適宜。因?yàn)閷τ谕瑯犹幚須怏w量，填料塔直徑較大。6