【正文】 屬于液膜傳質(zhì)過(guò)程控制。（3）氣液膜控制 對(duì)于中等溶解度的氣體組分，m值適中時(shí)，氣液兩相傳質(zhì)阻力都不可忽略，受氣液膜傳質(zhì)過(guò)程控制。如水吸收SO丙酮等過(guò)程?？傊谶x擇設(shè)備形式及確定操作條件時(shí)，應(yīng)特別注意減小傳質(zhì)阻力，以提高傳質(zhì)速率。補(bǔ)參考郭靜編，P114， 表81 控制因素舉例氣膜控制液膜控制雙膜控制H2O吸收NH3H2O或弱堿吸收CO2H2O吸收SO2H2O吸收HClH2O吸收Cl2H2O吸收丙酮堿液或氨水吸收SO2H2O吸收O2濃硫酸吸收NO2濃硫酸吸收SO2H2O吸收H2弱堿吸收H2S（1）用水吸收氨 式中：kga——?dú)饽んw積吸收系數(shù)，kmol/（m3hkPa）； G——?dú)庀嗫账|(zhì)量流量，kg/(m2h)；L——液氣相空塔質(zhì)量流量，kg/(m2h)（2）常壓下用水吸收CO2 式中：k1a——液膜體積吸收系數(shù)，kmol/（m3hkmol/m3），即1/h； U——噴淋密度，即單位時(shí)間內(nèi)噴淋在單位塔截面積上的液相體積，m3/(m2h），即m/h。（3）用水吸收SO2 氣液界面上氣相濃度和液相濃度難以用取樣分析法確定，常用作圖法和解析法求算。（1）作圖法已知?dú)庖合鄠髻|(zhì)分系數(shù)kx、ky，和某一界面氣液相主體中組分A的濃度xA、yA，則通過(guò)該點(diǎn)（xA、yA）作斜率為kx/ ky的直線，與平衡線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)即為界面濃度（xAi、yAi）。解釋：（結(jié)合推導(dǎo)及圖示）穩(wěn)定傳質(zhì)過(guò)程滿足： （730） 所以： 圖75 界面濃度的確定 或 （731） 其中xA、yA易測(cè)得，若kx、ky已知，則上式在xA、yA坐標(biāo)系中是一條通過(guò)點(diǎn)（xA、yA）而斜率為kx/ ky的直線。（2）解析法聯(lián)立方程組： 求解可得xAi、yAi。 物理吸收1. 吸收操作線方程在吸收操作中，一般應(yīng)用逆流原理可提高溶劑的使用效率，獲得最大的分離效果，所以在此重點(diǎn)討論逆流操作的物料平衡。另外，在吸收操作中，由于在氣、液兩相間有物質(zhì)傳遞，通過(guò)全塔的氣液流量都在隨時(shí)變化。液體因不斷吸收可溶組分，其流量不斷增大；與此相反，氣體流量也不斷減少。氣液流量作為變量，以它們?yōu)榛鶞?zhǔn)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)是不方便的。然而純吸收劑和惰性氣體這兩種載體的流量是不變的，所以在吸收設(shè)計(jì)中，通常是采用載體流量作為運(yùn)算的基準(zhǔn)，這時(shí)氣液濃度就以摩爾分子比來(lái)表示。逆流吸收時(shí)，塔內(nèi)氣液流量和組成變化情況見圖76。 參數(shù)加下標(biāo)“1”代表濃端；參數(shù)加下標(biāo)“2”代表稀端。圖中各符號(hào)的意義如下： 圖76 逆流吸收塔操作示意圖G——單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積的混合氣體的流量，kmol/(m2s)；GB——單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積的惰性氣體的量，kmol/(m2s)；Ls——單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積純吸收劑的量，kmol/(m2h)；Y、YY2——分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)臍庀嘟M成，（kmol吸收質(zhì)/kmol惰性氣體）； X、XX2——分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)囊合嘟M成，（kmol吸收質(zhì)/kmol吸收劑）。 對(duì)全塔進(jìn)行物料衡算有： （735） 若就任意截面與塔底間進(jìn)行物料衡算有： 或 （736） 在Y—X圖上作式（736）的圖線為一條直線，直線斜率為L(zhǎng)/G，截距為，直線的兩端分別反映了塔底（Y1，X1）和塔頂（Y2，X2）的氣液兩相組成。此直線上任一點(diǎn)的Y、X都對(duì)應(yīng)著吸收塔中某一截面處的氣液相組成。吸收操作線斜率L/G稱為吸收操作的液氣比，物理含義為處理單位惰性氣體所消耗的純吸收劑的量。(1)操作線方程式的作用 說(shuō)明塔內(nèi)氣液濃度變化情況，更重要的是通過(guò)氣液情況與平衡關(guān)系的對(duì)比，確定吸收推動(dòng)力，進(jìn)行吸收速率計(jì)算，并可確定吸收劑的最小用量，計(jì)算出吸收劑的操作用量。(2)操作線與平衡線間的關(guān)系，要掌握以下三個(gè)方面： 在YX圖上，吸收操作線必須處于平衡線之上。?解釋：從吸收質(zhì)氣相角度分析，由于吸收過(guò)程是可溶組分有氣相溶于液相的過(guò)程，所以可溶組分在氣相中的濃度必定大于其在液相的和氣相相平衡的濃度；否則就成為工業(yè)廢水處理中的“吹脫”處理，而變成一個(gè)解吸過(guò)程。 ?操作線與平衡線之間的距離反映了吸收推動(dòng)力的大小如對(duì)操作線上任一點(diǎn)M，截交操作線和平衡線的垂直線段就等于推動(dòng)力（YY*），而截交此同一點(diǎn)的水平線段等于推動(dòng)力（X*X），這就是說(shuō)，在任一塔截面上，氣相中可溶組分的濃度比與液相平衡濃度相對(duì)應(yīng)氣相平衡濃度大的愈多，則吸收推動(dòng)力愈大。 ?平衡線與操作線不能相交或相切 假如兩者相交，就意味著在塔的某一截面處吸收推動(dòng)力等于零， 圖77 吸收操作線和推動(dòng)力因此為達(dá)到一定的濃度變化，需兩相的接觸時(shí)間為無(wú)限長(zhǎng)，因而需要的填料層高度為無(wú)限大，這種操作情況是不可能實(shí)現(xiàn)的。(3)低濃度氣體吸收操作線方程式 G——表示單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積的混合氣體摩爾流量，kmol/(m2s)；L——表示單位時(shí)間通過(guò)塔任一截面單位面積吸收液摩爾流量，kmol/(m2s)；y、yy2——分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)幕旌蠚怏w中溶質(zhì)的摩爾分率，（kmol溶質(zhì)/kmol混合氣體）； x、xx2——分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)奈找褐腥苜|(zhì)的摩爾分率，（kmol溶質(zhì)/kmol吸收液）。當(dāng)y110%時(shí)，在溶液內(nèi)的濃度也很低，則Y≈y，X≈x(因?yàn)閄=x/(1x)，Y=y/(1y))而且通過(guò)塔內(nèi)任意截面混合氣體量近似于惰性氣體量，即G≈GB，同理L≈Ls，代入公式（717），有： （737）此即稱為低濃度氣體吸收操作線方程式，表明對(duì)于低濃度氣體的吸收，在x—y坐標(biāo)上繪出的操作線基本上也成直線，其斜率為L(zhǎng)/G。2. 吸收劑用量與液氣比對(duì)于一定的氣液體系，當(dāng)溫度、壓力一定時(shí)，平衡關(guān)系全部確定，也就是平衡線在Y—X圖上的位置是確定的，而操作線的位置則是由操作條件來(lái)決定的。在吸收塔設(shè)計(jì)中要處理的廢氣流量、進(jìn)出塔氣體溶質(zhì)濃度（即G、GB、YY2）均由設(shè)計(jì)任務(wù)而定，吸收劑的種類和進(jìn)塔濃度X2由設(shè)計(jì)者決定。因此，只有吸收劑用量Ls及出塔溶液中吸收質(zhì)濃度x是待機(jī)算的。根據(jù)物料衡算，Ls與X1之中只有一個(gè)是獨(dú)立的未知量，通常在計(jì)算中先確定Ls值，則X1便隨之而定了。由于GB屬已知條件，因而可通過(guò)確定操作線斜率Ls/GB（液氣比）來(lái)確定Ls。(1) 如何確定Ls/GB？（Ls/GB）min的提出。結(jié)合圖78(a)可見，由于XY2已知，即A點(diǎn)（XY2）位置一定，從A點(diǎn)按斜率Ls/GB引直線終于縱坐標(biāo)為Y1的某點(diǎn)即為吸收操作線。當(dāng)減少吸收劑流量Ls時(shí)，Ls/GB下降，即操作線斜率變小，出塔吸收液濃度X1減小，如ACABAD線變化趨勢(shì)所示。當(dāng)塔底操作點(diǎn)D與平衡線相交時(shí)，X1與Y1成平衡，這時(shí)理論上吸收液所能達(dá)到的最高濃度，以X1*表示，此操作線對(duì)應(yīng)的液氣比稱為最小液氣比，以（Ls/GB）min表示。最小液氣比可用作圖法求取，具體作法分兩種情況： ?吸收平衡線下凹，如圖76（a）所示。由Y=Y1作水平線與平衡線相交，交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即為X1*，由全塔的物料平衡計(jì)算可得： （739） ?吸收平衡線上凸，如圖76（b）所示。當(dāng)氣液比（Ls/GB）減少到操作線與平衡線相切，盡管塔底兩相濃度（XY1）未達(dá)到平衡，但切點(diǎn)處達(dá)到平衡，此時(shí)的氣液比即為（Ls/GB）min。理論上吸收液的最大濃度為該切線和Y=Y1水平線交點(diǎn)D的橫坐標(biāo)X1max，此時(shí)最小氣液比計(jì)算式為： （740） 圖78 吸收塔的氣液比(2)實(shí)際設(shè)計(jì)中氣液比的確定必須滿足下列三個(gè)原則： ?操作液氣比必須大于最小液氣比； ?就填料塔而言操作液體的噴淋密度（即每平方米的塔截面上每小時(shí)的噴淋量，m3/m2h）應(yīng)大于為充分潤(rùn)濕填料所必需的最小噴淋密度，一般為34 m3/m2h，此時(shí)設(shè)備的阻力較小。 ?操作氣液比的選定應(yīng)盡可能從設(shè)備投資和操作費(fèi)用兩方面權(quán)衡考慮，以達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的要求。解釋：從設(shè)備投資和操作費(fèi)用間矛盾開展。一方面選擇較大的噴淋量，操作線的斜率增大，傳質(zhì)推動(dòng)力增大，有利于吸收的操作，可減少設(shè)備的尺寸和投資；另一方面增大吸收劑用量，動(dòng)力消耗增大，X1降低，對(duì)需回收吸收劑的操作來(lái)說(shuō)，增加了溶液再生的困難，操作費(fèi)用增加。兩方面綜合得出氣液比的最佳值。 首先要求Lmin，然后確定吸收劑操作用量L，在選用一個(gè)合適的L/G，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，?。篖=()Lmin。通過(guò)上述分析，可利用操作線圖，結(jié)合考慮吸收液用量來(lái)確定吸收液最終濃度和吸收器尺寸等參數(shù)，從而選擇最佳操作條件。3. 填料層高度計(jì)算（自學(xué)）填料層高度等于所需的填料層體積除以塔截面積。填料層高度的計(jì)算涉及物料衡算、傳質(zhì)速率與相平衡三種關(guān)系的應(yīng)用。 化學(xué)吸收化學(xué)吸收與物理吸收相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 溶質(zhì)進(jìn)入溶劑后因化學(xué)反應(yīng)而消耗掉，單位體積溶劑能容納的溶質(zhì)量增多，表現(xiàn)在平衡關(guān)系上為溶液的平衡分壓降低，甚至可以降到零，從而使吸收推動(dòng)力增加。（2） 如果反應(yīng)進(jìn)行的很快，以致氣體剛進(jìn)入氣液界面就被消耗殆盡，則溶質(zhì)在液膜中的擴(kuò)散阻力大為降低，甚至降為零。這就使總吸收系數(shù)增大，吸收速率提高。（3） 填料表明有一部分液體停滯不動(dòng)或流動(dòng)很慢，在物理吸收中這部分液體往往被溶質(zhì)所飽和而不能再進(jìn)行吸收，但在化學(xué)吸收中則要吸收多得多的溶質(zhì)才能達(dá)到飽和。所以對(duì)物理吸收不是有效的濕表面，對(duì)化學(xué)吸收仍然可能是有效的。 吸收操作中的化學(xué)反應(yīng)有許多種。這里選取兩分子反應(yīng)（A+B→AB），定性地考察化學(xué)反應(yīng)速率對(duì)液相吸收系數(shù)，即對(duì)吸收速率的影響。如圖710所示，a、b、c、d各圖的縱坐標(biāo)表示液相內(nèi)A的濃度與B的濃度；過(guò)o點(diǎn)的垂直線代表氣液界面；橫坐標(biāo)表示液相內(nèi)各點(diǎn)距相界面的距離，z1為液膜的厚度。圖710 兩分子反應(yīng)中相界面附近液相內(nèi)A與B的濃度分布亨利定律只適用于常壓或低壓下的稀溶液，而且吸收質(zhì)（被吸收組分）在氣相與溶劑中的分子狀態(tài)應(yīng)相同，若被溶解的氣體分子在溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則此時(shí)亨利定律只適用于溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的那部分吸收質(zhì)分子的濃度，而該濃度決定于液相化學(xué)反應(yīng)的平衡條件。氣體溶于液體中，若發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則被吸收組分的氣液平衡關(guān)系應(yīng)既服從相平衡關(guān)系，又應(yīng)服從化學(xué)平衡關(guān)系。即有： （748）為討論方便，設(shè)備吸收組分A與溶液中所含的組分B發(fā)生相互反應(yīng)：（通式） 有關(guān)系式（前提：被吸收組分濃度及各反應(yīng)組分濃度較低）① 亨利定律關(guān)系式： （749）② 化學(xué)平衡關(guān)系式：（750） （751） 將（751）代入（749）得：（752）下面從幾種具體的情況來(lái)討論化學(xué)吸收的氣液平衡關(guān)系：(1)被吸收組分與溶劑的相互作