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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 一、气体的吸收过程 二、强化吸收过程的主要途径 问题讨论与练习 三、填料吸收塔 问题讨论与练习 * 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 一、气体的吸收过程 三、填料吸收塔 二、强化吸收的主要途径 The absorption of the air and absorb the tower 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 pA CA 【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 pA CA 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 pA CA CAi pAi 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