【正文】 零，即濃度梯度全部集中在兩個有效膜層中。 （ 2）雙膜理論 （ twofilm theory） pA cA pA,i cA,i 氣膜 液膜 相界面 氣相主體 液相主體 傳質方向 圖 雙膜理論 示意圖 溶質A在氣相中的分壓 溶質A在液相中的摩爾濃度 板式塔 (1) 按吸收過程是否發(fā)生化學反應分類：物理吸收、化學吸收 (2) 按吸收過程中體系的溫度變化分類：等溫吸收、非等溫吸收 (3) 按被吸收組分的數目分類：單組分吸收、多組分吸收 本節(jié)主要討論低濃度氣體混合物的單組分等溫物理吸收。 吸收是分離氣體混合物的重要單元操作之一。 2) 在同一溫度下，對于不同種類的氣體組分，欲得到相同濃度的溶液，易溶氣體僅需控制較低的分壓，而難溶氣體則需較高分壓。 當總壓不高 （ 5 105Pa） 時 ， 在一定溫度下 ， 稀溶液上方溶質的平衡分壓與其在液相中的濃度之間存在著如下的關系： 上式表示溶液的濃度低于一定數值時溶質的平衡分壓與它在溶液中的摩爾分率成正比 。 一般 E值隨溫度的升高而增大 。x 式中 : PA*溶質在氣相中的平衡分壓 , kPa； x溶質在液相中的摩爾分率 E享利系數 ， kPa （ 2）亨利定律 EMH?? ?—— 溶液的密度 , kg/m3 ； M—— 溶液的平均分子量 , kg/kmol PA*=cA/H 式中： c—— 液相中溶質的摩爾濃度 , kmol/m3 。Pa。對于一定的溶質和溶劑 ， H值一般隨溫度升高減小 。 （ 3）亨利定律的其它形式 1) 氣相用平衡分壓，液相用物質的量濃度表示 y*=m m=E/P 上式中 P為系統(tǒng)總壓 ， ｍ 值越大 ， 表示溶解度越小 。 y GiiGiBmGAkppppkpppR T zDPN1)()(??????LiiLiSmLAkcccckccczCDN1)()(??????? 液膜 吸收速率方程式 總傳質速率方程 吸收過程中的 吸收速率 是指單位時間內，在單位面積上被吸收的溶質量。 氣膜 吸收速率方程式 )()( cckppkN iLiGA ????GLiikkccpp ???? 上式表明，在分壓 — 濃度圖上， pici關系為過定點 D（ c，p），斜率為 kG/kL的直線。 1) 以（ pp*）表示總推動力 雙膜理論： pi=ci/H 亨利定律： p*=c/H 液相吸收速率方程 NA=kL(cic) NA=kLH(pip*) 氣相吸收速率方程 NA=kg(ppi) *)11( ppkHkN gLA ???代入 （ 2）總吸收速率方程 令 GLG kHkK111 ??式中 Kg—— 氣相總吸收系數， kmol/(m2?s?kPa) 對于易溶氣體， H值很大，則有： 1/HkL1/kg ，此時傳質阻力的絕大部分存在于氣膜之中，液膜阻力可以忽略。 即氣膜阻力控制著整個吸收過程的速率，吸收總推動力的絕大部分用于克服氣膜阻力，此種情況稱為 “ 氣膜控制 ”（ gasfilm control）。 2)以（ C*C）表示總推動力 *)11( ppkHkN gLA ??? HcHckHkN gLA ???*)11(cckHkNgLA ???*)1(gLL kHkK ??11令 代入 NA=KL(c*c) KL—— 液相總吸收系數， m/s 對于難溶氣體， H值很小，則有： H/kG1/kL ，此時傳質阻力的絕大部分存在于液膜之中，氣膜阻力可以忽略。如：水吸收氧或氫。 液膜控制 3) 以（ YYe）表示總推動力 分壓定律： p=Py Y=y/（ 1y） y=Y/（ 1+Y） YYPp?? 1eee YYPp?? 1 同理 式中 Ye— 表示與液相濃度 X成平衡的氣相濃度 NA=KG(ppe) )()()1)(1( eYeeGA YYKYYYYPKN ??????當吸收質在氣相中的濃度很小時， Y和 Ye都很小，則有 KY ≈ KGP 4) 以（ XeX）表示傳質總推動力 液相濃度以 X表示，與氣相濃度成平衡的液相濃度以 Xe表示。 ?吸收操作多采用逆流； ?低濃度氣體吸收； ?吸收是在等溫下進行； ?傳質分系數 kg、 kL在全塔為常數； ?傳質總系數 Kg或 KL也可認為是常數。 同理 ， 可得 上兩式稱為吸收操作線方程式 。端點 B代表塔底端面，稱為 “ 濃端 ” ，端點 T代表塔頂端面，稱為 “ 稀端 ” 。 2) 吸收操作線方程是從溶質的物料平衡關系出發(fā)而推得的關系式，它取決于氣液兩相和流量Ｌ、Ｖ，以吸收塔內某截面上的氣液濃度有關，而與相平衡關系、塔的類型、相際接觸情況及操作條件無關。 0 X2 X1 Y1 Y2 T B Ye=f（ X） B? 操作線的斜率 V/L稱為 “ 液氣比 ” ，是溶劑與惰性氣體摩爾流量的比值。 如左圖所示，在 V、 YY2及 X2已知的情況下，吸收操作線的一個端點 T已固定，另一個端點 B則在 Y=Y1上移動，點 B的橫坐標由操作線的斜率 V/L決定。此種狀況下，吸收操作線的斜率稱為 最小液氣比 ，以 (L/V)min。 增大吸收劑用量可以使吸收推動力增大，達到一定限度后，效果變得不明顯，而溶劑的消耗、輸送及回收等項操作費用急劇增加。 L/V=(~)(L/V)min 或 L= (~) Lmin 2121m in)( XXYYVLe ???2121m in XXYYVLe ???(1) 平衡線為凹形 根據水平線 Y=Y1與平衡線的交點 B? 的橫坐標 Xe1求出。 0 X2 X1 Y1 Y2 T B Ye=f（ X） B? 若氣液濃度都很低，平衡關系符合亨利定律，可用 Ye=mX表示，可直接用下式計算出最小液氣比，即 2121m in)(XmYYYVL???2121m inXmYYYVL???例 在一逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合氣體中的 SO2。試求： （ 1）用水量為多少？ （ 2）若吸收率提高至 90%，用水量又為多少？ 113313)()()( ???????????? sm olm olmsmV1 111 ????? yyY解 ：惰性氣體量為 例題 （ 1）當吸收率為 85%時 )( 32121m i n ?????????XXYYVLe實際液氣比 最小液氣比 Y2=Y1（ 1φA） = ()= Xe1=Y1/= 103 X2=0（ 清水 ） L== =1677mols 1 L/V=(L/V)min = = 實際用水量 （ 2）若吸收率提高至 90%，出塔氣體濃度為 Y?2，則最小液氣比 0)1()(1112121m i n ??????????????? mmYYYXXYYVLAAe??實際液氣比 L ? == =1777mols 1 從計算結果可知，在其他條件相同時，吸收率提高，最小液氣比增大，所需的吸收劑用量也增大。 吸收塔簡介 （ 1） 吸收設備的作用 液體分布器 氣體出口 液體入口 塔殼 填料 液體再分布器 支承柵板 氣體入口 液體出口 （ 2） 填料塔的結構與操作 ?填料的作用：液相分散造型的支撐體，為氣、液兩相提供充分的接觸面，并為強化其湍動程度創(chuàng)造條件，以利于傳質。 比重小，減輕塔和基座負荷。 耐腐蝕性好 。 ?常用填料：拉西環(huán)（又分金屬、陶瓷等）、鮑爾環(huán)、杯形和 鞍形填料、波紋板、柵板等。同一種填料其尺寸愈小，比表面積愈大。 (3) 填料因子 表示填料阻力及液泛條件的重要參數。蒸餾是分離液相混合物的典型單元操作。 難揮發(fā)組分 ： 沸點高的組分，又稱為重組分 。 ?蒸餾是氣液兩相間的傳質過程； ?組分在兩相中的濃度（組成）偏離平衡的程度來衡量傳質推動力的大小，傳質過程以兩相達到相平衡為極限； ?氣液相平衡是分析蒸餾原理和進行蒸餾設備計算的理論基礎。 F = Cφ+2 式中 F—— 自由度數 C—— 獨立組分數 φ—— 相數 2表示外界只有溫度和壓強可以影響物系的平衡關系。 ?溶液的分類：理想溶液和非理想溶液。 000BABA pppPx??? （ a） AAA xPpy 0? （ b） ?上曲線：平衡時汽相組成與溫度的關系，稱為汽相線（ 露點曲線 ）； ?下曲線：平衡時液相組成與溫度的關系，稱為液相線（ 泡點曲線 ）。 TX(Y) x1(y1) t4 B H J A t x t y T t3 t2 t1 （ 2） 氣液平衡圖 (Graph of G—L Equilibrium) 1） 溫度 –組成圖（ t – x – y圖） T X (Y) T— X— Y圖 的作法 液相組成 x 氣相組成 y 1 1 0 X — Y 圖 ?平衡線位于對角線的上方； ?平衡線離對角線越遠，表示該溶液越易分離。 2） 汽液相平衡圖 （ X — Y 圖 ） ?純液體的揮發(fā)度是指該液體在一定溫度下的飽和蒸氣壓。 ?溶液中各組分的揮發(fā)度定義為該組分在蒸氣中的分壓和與之相平衡的液相中的摩爾分率之比，即 α=vA/vB=（ PA/XA） /（ PB/XB） vA=PA/xA vB=PB/xB （ 3） 相對揮發(fā)度及氣液平衡方程 BBAABAxpxpvv ???BBAABBAAxyxyxPyxPy ???AAAAxxyy??? 11 ?xxy)1(1 ??? ??當總壓不高時 ， 蒸氣服從道爾頓分壓定律 對于二元溶液 xB=1xA yB=1yA 整理后，略去下標 相平衡方程 相對揮發(fā)度的意義 其值的大小可用于判斷某混合溶液能否用蒸餾方法加以分離以及分離的難易程度。 ?當 α=1時，氣相組成與液相組成相同，不能用普通精餾方法加以分離。對于乙醇 – 水體系，其恒沸組成為 x=y=，恒沸點t=℃ ( 常壓下 )。 ?與理想溶液發(fā)生負偏差的溶液：如硝酸 – 水、氯仿 – 丙酮等物系。稱為具有最高恒沸點的溶液。在理論上可采用改變壓強的方法來分離恒沸溶液。 （ 4） 兩組分非理想溶液的氣液平衡相圖 將一定組分的液體加熱至泡點以上，使其部分氣化，或者將一定組分的蒸汽冷卻至露點以下，使其部分冷凝，兩相達到平衡，然后將兩相分離。 （ 1） 平衡蒸餾 （閃蒸） 平衡蒸餾和簡單蒸餾 加熱器 減壓閥 分離器 原料 底部產品 冷凝器 塔頂產品 平衡蒸餾流程 ?歷史上最早應用的蒸餾方法； ?一種單級蒸餾操作，常以間歇方式進行； ?