波波大人,吸收气体.docx

《环工综合实验（2）》
（吸收法净化空气污染物实验）

实验报告

专 业 环境工程
班 级
姓 名
指导教师 余 阳
成 绩

东华大学环境科学与工程学院实验中心
二0一六年

诚信做人；数据真实；分析合理；富于创新
实验题目
吸收法净化气体污染物实验
实验类别
综合
实 验 室
2136
实 验 时 间
2016年 4 月28日 13 时~ 17时
实验环境
温度:19.3℃
湿度:68%
同组人数
7
本实验报告由我独立完成，绝无抄袭！
承诺人签名

一、 实验目的
1. 了解吸收法净化气体污染物的原理。
2. 计算实际吸收效率。
二、 实验仪器及设备
1. 气体吸收装置，分析天平。
2. 氢氧化钠溶液，盐酸溶液，碳酸钠，邻苯二甲酸氢钾，甲基橙指示剂，酚酞指示剂。
实验装置

三、实验原理
1. 气体吸收是气体混合物中一种或多种组分溶解于选定的液体吸收剂中，或者与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将其从气流中分离出来的操作过程。
2. 从大气污染控制的角度看，用吸收法净化气态污染物，不仅是减少甚至消除气态污染物向大气中排放的重要途径，而且还能将污染物转化为有用的产品。
3. 吸收可分为物理吸收和化学吸收。在物理吸收中，气体组分在吸收剂中只是单纯的物理溶解过程；而在化学吸收中，吸收质在液相中与反应组分发生化学反应，从而降低液相中纯吸收质的含量，增加了吸收过程的推动力，提高了吸收速率。
4．物理吸收中，吸收速率决定于吸收质在气膜和液膜中的扩散速率。化学吸收中，吸收速率除与扩散速率有关外，还与化学反应的速率有关。化学吸收过程既应服从被吸收组分的气液平衡关系即相平衡关系，也应服从化学平衡关系。对于物理吸收及气液相反应原理，应用最广泛且较成熟的是“双膜理论”。
5．采用一般的物理吸收是不能满足实际处理中处理气体流量大、吸收组分浓度低、吸收效率高和吸收速率快等要求，所以一般多采用化学吸收过程。
6．在实际生产中，对于吸收设备的最基本要求是：气液之间有较大的接触面积和一定的接触时间，且气液之间扰动强烈，吸收阻力小，吸收效率高；结构简单，操作稳定。最常用的是填料塔，其次是板式塔，另外还有喷洒塔和文丘里吸收器。
7．本实验中采用的吸收装置是填料塔，填料采用的是鲍尔环。
气体化学吸收操作中的几个问题
吸收剂的选择是决定分离效果的关键因素之一。
原则
（1）溶解度要大
（2）良好的选择性
（3）蒸汽压要低
（4）较低的粘度且不易起泡
（5）再生性能好
（6）化学及热稳定性好
（7）毒、腐蚀性小，不易燃
（8）资源充足，廉价易得
填料塔的结构
1、结构
液体--在填料表面成膜流下
气体--通过填料中的自由空间上升
2、填料
（1）填料的作用及要求
增加气液扰动；改善表面润湿性能；减小压降；增大比表面积。
（2）材质
陶瓷、金属、塑料、玻璃、石墨等

四、实验步骤
1、在碱液储槽中加入自来水，尾气吸收瓶中加入2L 0.2mol/L的NaOH溶液。
2、合上水泵，打开吸收塔进液阀，并调节喷淋流量使其充分润湿填料塔，并使喷淋液能均匀流下，测定尾气吸收瓶中碱液的初始浓度。
3、开启空压机，调节进气阀，使尾气吸收瓶中液体出现少量气泡后，关闭空压机。
4、在具塞锥形瓶中加入约150mL水后，加入200mL浓盐酸，盖上塞子并开启空压机，加热具塞锥形瓶。瓶中液体沸腾后开始计时，吸收10分钟后，关闭水泵再关闭气泵。测定自来水吸收废酸吸收效率。
5、往碱液储槽中加入NaOH，将碱液槽中液体NaOH浓度调整为0.10mol/L左右。
6、合上水泵，打开吸收塔进液阀，并调节喷淋流量使其充分润湿填料塔，并使喷淋液能均匀流下，测定碱液槽中碱液的准确浓度。
7、在具塞锥形瓶中加入约150mL水后，加入200mL浓盐酸，盖上塞子并开启空压机，加热具塞锥形瓶。瓶中液体沸腾后开始计时，吸收10分钟后，关闭水泵再关闭气泵。测定碱液吸收废酸吸收效率。
8、计算自来水和碱液吸收废酸的效率，并效率形成差异的分析原因。
五、 实验数据记录
项目
实验序号
储液槽溶液
吸收瓶溶液
吸收后
吸收前
吸收后

碳酸钠质量，g
标定溶液体积，mL
邻苯二甲酸氢钾，g
标定溶液体积，mL
邻苯二甲酸氢钾，g
标定溶液体积，mL
物理吸收
1
0.0692
140.6
1.4752
37.9
1.1427
30.1

项目
实验序号
储液槽溶液
吸收瓶溶液
吸收后
吸收前
吸收后
邻苯二甲酸氢钾，g
标定溶液体积，mL
邻苯二甲酸氢钾，g
标定溶液体积，mL
邻苯二甲酸氢钾，g
标定溶液体积，mL
化学吸收
1
1.0276
105.4
1.1852
30.85
1.2803
44.05

六、 数据处理及结论
（1）物理吸收
水槽中HCL浓度为：
C(HCL)=
吸收塔（水槽中）吸收HCL的物质的量为：
0.009310=0.093mol
吸收前吸收瓶内NaOH 浓度为：
C(NaOH)=
吸收后吸收瓶内NaOH 浓度为：
C(NaOH)=
吸收瓶中吸收HCL的物质的量为：
M(HCL)=
吸收效率为：
=91.24%

（2）化学吸收
吸收后水槽内NaOH 浓度为：
C(NaOH)=
吸收塔（水槽中）吸收HCL物质的量为：
(0.1-0.0482)×10=0.518mol
吸收前吸收瓶内NaOH 浓度为：
C(NaOH)=
吸收后吸收瓶内NaOH 浓度为：
C(NaOH)=
吸收瓶中吸收HCL的物质的量为：
M(HCL)=
吸收效率为：
=99.23%
由此可见，化学吸收效率高于物理吸收。

七、 思考题
1.填料塔吸收影响传质系数的因素有哪些？
答：
答：1、温度：在一定的温度条件下温度对反应有利，但当温度很高时吸收剂会大量挥发，影响传质的进行。
2、溶解度；吸收剂对于溶质组分应有较大的溶解度，这样可以可以提高吸收速率。
3、粘度：操作温度下吸收剂的粘度要低，这样可以改善吸收塔内的流动状况，从而提高吸收速率。
4、填料特性：单位体积填料内的有效接触面积称为比表面积，其越大传质系数越大。
另外传质阻力的大小、填料的润湿情况的好坏。物系的性质（如流体的物性、浓度分布及流体速率）、操作条件（传质的两相并流、逆流等）和设备的性能也不可以忽视。

2.工业生产中如何处理含二氧化硫废气？可以用填料塔吸收二氧化硫工业尾气吗？
答：答：工业中处理含SO2的废气的方法称为脱硫技术，目前烟气脱硫技术种类达几十种，按脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，可将脱硫技术分为：湿法、半干法、干法三大类脱硫工艺。其中湿法脱硫技术较为成熟，效率高，操作简单；但其脱硫产物的处理较难，烟气温度较低，不利于扩散，设备及管道防腐蚀问题较为突出。半干法、干法脱硫技术的脱硫产物为干粉状，容易处理，工艺较简单；但脱硫效率较低，脱硫剂利用率低。脱硫技术受以下因素的影响：脱硫率、硫钙比、脱硫剂利用率、脱硫剂来源、脱硫副产品的处置与处理、对锅炉系统的原有的影响、占地面积等。
湿法烟气脱硫技术按使用脱硫剂种类可分为：石灰石石膏法、简易石灰石石膏法、双碱法、石灰液法、钠碱法、氧化镁法、有机胺循环法、海水脱硫法等。按脱硫设备采用的技术种类不同，湿法烟气脱硫技术可分为：旋流板技术、气泡雾化技术、填料塔技术、静电脱硫技术、文丘里脱硫技术、电子束脱硫技术等。
以下为烟气脱硫技术综合评价:

采用填料塔吸收二氧化硫尾气时，其工艺流程如下图：

该技术根据双膜理论， SO2吸收过程属于气膜控制吸收过程，采用液相分散型装置¬¬—喷淋填料塔。在填料塔中烟气与喷淋液充分接触、扩散、吸收以此完成烟气中SO2吸收及除尘。

3.某厂主要生产铝百叶窗帘，其中铝片生产工艺如下：
其中，清洗并烘干后的铝卷通过自动滚涂过程上色，上色剂采用采用油漆粉和稀释剂配制而成，稀释剂中含苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃等成分。自动滚涂后通过烘干过程使得着色牢固。上色好色的铝卷即可倒卷、包装、入成品库。
喷涂线工艺流程烘干工段产生的废气，铝片烤漆线工艺流程烘干工段和自动滚涂工段产生的废气年排放量为1500万m3/a，废气中含有苯、甲苯、二甲苯等有毒害物质，混合浓度为800mg/m3，非甲烷总烃浓度为800mg/m3， 请设计方案对喷涂线产生废气进行治理。

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答：目前含苯废气治理技术主要为吸附净化技术、吸收净化技术、催化燃烧净化技术、生物净化技术和光催化氧化技术。
①吸附净化：吸附净化法处理含苯废气是利用颗粒活性炭、纤维活性炭或蜂窝状活性炭巨大的比表面积吸附废气中的苯系物，使其净化。当活性炭吸附饱和后可用蒸汽进行解析，并回收吸附质，活性炭吸附工艺最常用的是固定床吸附器。
 ②吸收净化：吸收法净化含苯废气是采用吸收剂吸收废气中的苯系物。常用的吸收剂为柴油、煤油、664消泡剂、碳酸丙烯醋等。该方法对处理大风量、常温、低浓度含苯废气比较有效和费用低，在工程上得到实际应用。在喷漆工艺过程中，油漆随压缩空气由喷枪中喷出，涂于工件表面，既产生部分漆雾飞扬，又有苯、甲苯、二甲苯等溶剂扩散。由于漆雾与溶剂混杂在气相中，形成气相非均一系统，目前主要采用吸收净化法处理。以水为吸收介质，对“三苯”去除率达到以上80%。
③催化燃烧净化：
催化燃烧净化是在克服热力燃烧耗能大等缺点上发展起来的。目前国内工业应用中比较先进的工艺是采用“ 吸附浓缩一催化燃烧”流程，即将浓度较低的含苯废气先用蜂窝状活性炭吸附以达到净化空气的目的，当吸附饱和后再用热空气脱附使蜂窝活性炭再生，脱附温度控制在120~150℃ 。脱附出的含苯废气被送往土钙钦矿蜂窝陶瓷催化床进行催化燃烧温度控制在300℃，脱附浓度可达到2000mg/m3以上，可在催化床上维持自燃，达到节能、运行管理费用少的目的。
 ④生物净化：生物净化法处理有机废气是在已成熟的采用微生物处理废水方法的基础上发展起来的。生物净化含苯废气过程实质上是一种氧化分解过程。 
⑤光催化氧化法：适合处理高浓度、气量大、稳定性强的有毒有害气体，是利用人工紫外线灯管产生的真空波紫外光作为能源来活化光催化剂，驱动氧化还原反应，利用空气中的氧作为氧化剂，能够在常温下将废臭气体完全氧化成无毒无害的物质，不留任何二次污染。
（1）在喷漆工艺过程中，油漆随压缩空气由喷枪中喷出，涂于工件表面，既产生部分漆雾飞扬，又有苯、甲苯、二甲苯等溶剂扩散。由于漆雾与溶剂混杂在气相中，形成气相非均一系统，目前主要采用吸收净化法处理。以水为吸收介质，对“三苯”去除率达到以上80%，因此，用吸收净化法能达到较好处理效果。

（2）我国《大气污染物综合排放标准》(B16297-1996)对现有污染源中苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃的最高允许排放浓度分别为17 mg/m3 、60 mg/m3、90mg/m3、150mg/m3，而该厂废气中苯、甲苯、二甲苯等有害物质的混合浓度为800mg/m3，非甲烷总烃浓度为800mg/m3，废气排放量比较大，可以将吸附法和催化燃烧净化法结合起来同时使用。先采用活性炭进行吸附提浓，然后将含有高浓度有机物的解析气进行催化燃烧。
由于活性炭吸附塔具有净化效率高、结构紧凑、相对塔高低、占地面积小、耐腐蚀、耐老化等特点，所以我设计利用专门的活性炭来吸附废气中的苯、甲苯、二甲苯等有机气体，将废气通入立式活性炭吸附塔中，当吸附一定量的废气后，吸附容量开始下降，这时需要更换活性炭或对活性炭进行再生处理。这种方法适用于处理低浓度、气量不大的工况，如果废气量大或浓度较高，则需要频繁的更换活性炭，产生的大量废弃活性炭容易成为二次污染，并且运行成本很高。此外，活性炭对其它直链的烷烃吸附效果较差。对于低浓度、大气量的废气，通常是将活性炭吸附和催化燃烧法结合起来同时使用。先采用活性炭进行吸附提浓，然后在再生过程将含有高浓度有机物的解析气进行催化燃烧，这样可以避免产生大量的活性炭污染物。