页数：42页文件大小：1.79 MB来源： 化工原理ppt课件
本课件讲授利用气体溶解度差异分离气体混合物：先讲气液相平衡与亨利定律、分子扩散与菲克定律，再讲双膜理论与吸收速率方程，随后推导吸收塔的操作线、填料层高度与传质单元数，最后介绍吸收系数与脱吸。
用途：回收有用物质（硫酸吸收焦炉气中的氨）、净化气体（铜氨液吸收合成气中的一氧化碳）、制取液体产品（水吸收三氧化硫制硫酸）。
溶解度特性：温度升高溶解度下降，平衡分压升高溶解度上升，故低温高压有利于吸收，高温低压有利于解吸。
亨利定律：在一定温度和压力（不太高）下，稀溶液中溶质在气相中的平衡分压与其在液相中的溶解度成正比。
定义摩尔比X与Y后，可由摩尔分率形式的亨利定律推出摩尔比形式的表达式；当x不大于0.05时，X与x数值接近。
由亨利定律与分压定律可得相平衡常数m与亨利系数E的关系。
设溶质与溶剂的摩尔质量、溶液密度以及各自的质量浓度与摩尔浓度，代入亨利定律两种形式并整理，对稀溶液可得溶解度系数H与亨利系数E的换算关系。
菲克定律：双组分混合流体中任一点，某组分沿任一方向的分子扩散通量与该组分在该方向上的浓度梯度成正比，比例系数为分子扩散系数DAB。
以抽掉隔板后两种气体互扩散为例，由菲克定律可得：容器任一点总浓度为常数，故在任何一点的任何方向上两组分的扩散通量大小相等方向相反；该结论也适用于液体。
由菲克定律积分可知组分分压与距离成线性关系，该结论对另一组分同样适用。
将一侧容器改盛溶剂并设界面只允许A分子通过、溶剂不挥发，则联通管中的传质是稳定的。
传质速率等于分子扩散通量与总体流动引起的传质速率之和；因界面不允许B分子通过，可得总体流动通量的表达式。
将界面条件代入传质速率式并沿扩散距离定积分，可得用对数平均分压表示的传质速率方程；对数平均分压为界面处与主体处两处惰性组分分压的对数平均值。
与等分子反向扩散对比可知，漂流因数反映总体流动对传质的作用，其效果如同顺水行舟加大了船速。
由于漂流因数随分压变化，溶质分压沿距离向下弯曲，惰性组分分压则向上弯曲。
将气液界面移至截面处，仿效气相中一组分通过另一静止组分的分子扩散，可得液相中的扩散速率方程。因对液体分子运动规律研究远不及气体充分，只能仿照气相写出相应方程。
设有效膜内流体按层流流动，可得气膜与液膜的传质速率方程。
溶质渗透理论与表面更新理论虽更接近实验结果，但还不能用于设计计算，故吸收设备设计仍以双膜理论为基础。
仿效牛顿冷却定律的形式，引入气膜分传质系数与液膜分传质系数，即得气膜与液膜的吸收速率方程。
由两式之比可用作图法求出界面浓度。
仿效分吸收速率方程的形式，引入气相总传质系数与液相总传质系数，即得总吸收速率方程，推动力用实际组成与平衡组成之差表示。
由气相与液相两侧推动力的相加关系对比可得：总阻力等于气膜阻力与液膜阻力之和，总传质系数与两个分系数之间满足倒数相加的关系。
设V为惰性气体摩尔流量、L为溶剂摩尔流量，对全塔作溶质物料衡算即得基本关系。
回收率：溶质被吸收的百分率。已知回收率可求出塔气体组成，再由总衡算求液相组成。
对塔内任一截面与塔顶（或塔底）之间的虚线范围作溶质物料衡算，即得吸收操作线方程；该线在Y-X图上为一直线，斜率等于液气比。
由操作线方程可知液气比影响操作线位置，故存在适宜的吸收剂用量或适宜的液气比。理论上以设备费和操作费之和最小确定，实际按最小液气比的某个倍数选取操作液气比。
当塔底流出液与进塔气体达到平衡时液气比最小，可由图解法或相平衡关系求出最小液气比，再按经验倍数确定操作液气比。
塔径由混合气体的体积流量与空塔气速求得；空塔气速即按空塔截面积计算的混合气体流速，一般取泛点气速的某个倍数并按标准系列圆整。
对微元填料层作溶质物料衡算，传质速率用总吸收速率方程表示，接触面积由单位体积填料的气液接触面积与塔截面积确定。
对低浓度稳定吸收可视总传质系数为常数，积分即得填料层高度计算式。
由定积分中值定理可知：传质单元高度是溶质浓度改变与该层填料内平均推动力相等时的填料高度。
同理可定义气相与液相分传质单元高度及分传质单元数，并由总、分系数关系得到总、分传质单元高度之间的换算关系。
当平衡线为直线时，推动力与组成成线性关系，其斜率由操作线与平衡线斜率确定；由此积分并取对数平均推动力，即得传质单元数的计算式。
脱吸因数法：将吸收操作线方程代入传质单元数的积分式，在对数项分子中加入相应项并整理，引入脱吸因数S即得解析算式，便于手算与编程求解。
以脱吸因数S为参数可用平面图表示传质单元数与组成变化的关系，从而方便计算；同理可定义吸收因数并给出对应算式。
本页标注吸收塔理论板层数的计算为自学内容，可参照精馏中理论板的概念与梯级图解法理解，即用平衡线与操作线之间的梯级数表示分离要求。
传质（吸收）系数是进行吸收塔设计型和操作型计算的基础，获取途径包括实验测定、经验公式与准数关联式三类，分别适用于不同精度要求与设计阶段。
总系数：由气相体积总传质系数、吸收负荷与填料体积求得。膜（分）系数：可先测总系数，再求另一相分系数。
氧气微溶于水，常用于液膜控制的测定实验。
用水吸收二氧化硫的经验式中α为常数，可查相应表格取值；适用条件包括气相与液相空塔质量速度范围及环形填料规格。
气体通过填料层中通道的实际流速由空塔气速与空隙率确定，空塔质量流速与比表面积也参与雷诺数的构造。
在此基础上给出计算气膜与液膜吸收系数的准数关联式。
气相与液相分传质单元高度各有经验算式，相应系数可由手册表格查取；由总传质单元高度与分传质单元高度的关系即可相互换算，用于填料层高度计算。
脱吸的操作线方程与吸收相同，只是操作线位于平衡线下方。
脱吸计算同样包括最小气液比的确定与填料层高度的计算：最小气液比由塔顶达到平衡的条件求出，填料层高度的计算式中引入吸收因数（或脱吸因数）查图求解。
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