第四章均相混合物的分离与设备第一节气体的吸收与吸收塔第二节简单蒸馏与蒸馏釜第三节精馏与精馏塔第四节萃取与萃取设备第五节离子交换与离子交换设备第六节结晶与结晶设备第一节气体的吸收与吸收塔一、气体的吸收过程三、填料吸收塔二、强化吸收的主要途径Theabsorptionoftheairandabsorbthetower一、气体的吸收过程1.吸收过程的基本类型气体的吸收在此是指，以（适当的）液体作吸收剂，吸收气相中某种气体（吸收质）的过程。在化工生产中，气体的吸收过程基本上可分为“物理吸收”和“化学吸收”两种类型。焦炉气洗油（贫油）煤气富油⑴物理吸收所谓物理吸收是指，在吸收过程中，吸收质与吸收剂间无显著的化学变化（有微弱的化学反应）。例如：用“洗油”吸收焦炉气中的苯粗苯回收洗油（贫油）来自氨回收煤气富油（送粗苯加工）焦炉气本节仅就气体的“物理吸收”问题进行讨论。⑵化学吸收例如：用93%的硫酸吸收SO3转化气（SO3）所谓化学吸收是指，在吸收过程中，吸收质与吸收剂间发生了强烈的化学变化。吸收过程主要是化学过程。吸收来自SO2转化93%H2SO4产品(98%H2SO4)尾气SO3+H2O＝H2SO4吸收原理过程速率=推动力阻力问题：我们知道，过程速率可表示为：问，吸收过程的“推动力”是什么？其“阻力”又是什么？要讨论气体吸收的过程速率，确定其推动力、阻力，首先须搞清楚其吸收机理。关于气体的吸收机理是一个争论较多的问题。例如：1923年，W.G.Whitman和W.K.Lewis提出“双膜理论”；1935年，Higbie提出“渗透膜理论”；1958年，Toor和Marchello提出了“膜——渗透理论”。尽管如此，双膜理论至今仍然是工程上讨论气体的吸收机理的理论基础。2.气体的吸收机理——双膜理论⑴吸收过程的物理模型对于稳定的吸收过程，相互接触的气、液两相存在着稳定的界面，界面两侧各有一个很薄的滞流膜层，吸收质是以分子扩散的方式通过此二膜层。界面气膜液膜气相主体液相主体气相扩散液相扩散pACA【结论1】若上述假设成立，则：吸收过程的阻力应“全部”集中在两个滞流膜层（双膜）上。⑵吸收过程的机理假设Ⅰ：两膜外的区域为气相主体和液相主体；在主体区域，流体处于充分湍动。界面气膜液膜气相主体液相主体气相扩散液相扩散pACA理由：在气体的吸收生产实际中，气体和吸收剂均处于湍流状态。Why?原因：气相主体中吸收质以分子扩散的形式穿气膜；吸收质通过界面后，仍然以分子扩散的形式穿过液膜。假设Ⅱ：在相界面处，气－液相吸收质总是处于一种溶解平衡状态（理想化）；在“气膜”一方，吸收质的压强为pAi；在“液膜”一方，吸收质的浓度为CAi。界面气膜液膜气相主体液相主体气相扩散液相扩散pACACAipAi上述讨论就是“双膜”理论的要点。该理论的建立，把十分复杂的吸收过程大为简化。【结论2】气相传质过程的推动力pA-pAi液相传质过程的推动力CAi-CA（吸收质A的压强差）（吸收质A的浓度差）理由：气体中分子扩散的推动力是压强差；液体中分子扩散的推动力是浓度差。吸收质分子A通过扩散，穿过气膜的扩散速率。即，吸收速率包含着两个方面：气膜扩散速率液膜扩散速率吸收质分子A通过扩散，穿过液膜的扩散速率。从“双膜”理论的讨论不难看出，吸收质从气相转入液相的吸收过程可描述为：气相主体分子扩散分子扩散液相主体吸收质A穿过气膜穿过液膜吸收质A相界面3.吸收速率方程这两个扩散步骤，不论哪一个是控制步骤，我们只需知道其中一个扩散速率，便可知道总吸收速率。由隔板实验不难发现，扩散中影响A的压强降的主要因素有：【吸收质的浓度yA】体系Ⅰ中yA越大，产生的压强降越大。【介质B的浓度yB】体系Ⅱ中yB越大，越有利于A的扩散，使A的压强降越大。【扩散速度uA、uB】A的压强降与A和B的扩散速度有关，两者的速度差（uA-uB）越大，产生的压强降越大。⑴气膜吸收速率方程A隔板B体系Ⅰ体系ⅡyByAA打开隔板BuAuB①Stefan定律此外，A的压强降还与其扩散距离z有关。若z越大，产生的压强降也越大。于是：-dpA=α·yA·yB·dz(uA-uB)α暂称为比例系数假设，NA是吸收质A的扩散速率，S为吸收质A扩散的面积（相接触面积。则：NA=yA·uA·Sdz若吸收质A服从理想气体行为。则有：pA=RT=yA·RTnAV...
