概述吸收原理：利用氣態(tài)污染物中各組分在吸收劑中溶解度不同，或選擇性化學(xué)反應(yīng)，將其中的一個(gè)或幾個(gè)污染物組分溶于吸收劑內(nèi)，達(dá)到凈化的目的。分類：物理吸收化學(xué)吸收

*實(shí)際的吸收過(guò)程=物理吸收+化學(xué)吸收優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)強(qiáng)度大、凈化效率高吸收過(guò)程涉及物理溶解和化學(xué)反應(yīng)，研究吸收的規(guī)律必須明確吸收質(zhì)的溶解與相平衡規(guī)律、化學(xué)反應(yīng)與相平衡間的相互關(guān)系，最終明確化學(xué)反應(yīng)在吸收過(guò)程中的強(qiáng)化作用。第8章吸收法凈化氣態(tài)污染物8.1氣體的溶解與相平衡氣體和液體接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生氣相中可溶組分向液體中轉(zhuǎn)移的溶解過(guò)程和溶液中已溶解的溶質(zhì)從液相向氣相逃逸的解吸過(guò)程。達(dá)到平衡的氣、液兩相間組成關(guān)系用亨利定律來(lái)描述。8.1.1溶解度曲線

若在一定溫度下，將平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相中的分壓p*與其在液相中的摩爾分率x相關(guān)聯(lián)，即得溶解度曲線。

圖8－11atm下SO2溶解度曲線8.1.2亨利定律

亨利定律是描述達(dá)到平衡的氣、液兩相間組成關(guān)系的重要定律。由于相組成可有多種表示方法，因此亨利定律有多種表達(dá)式。

當(dāng)用可溶組分（溶質(zhì)）的摩爾分?jǐn)?shù)與其氣相的平衡分壓p*之間建立關(guān)系式時(shí)，亨利定律表示為

當(dāng)以其它單位表示可溶組分在兩相中的濃度時(shí)，亨利定律也可表示為

（8-2）

（8-3）適用條件：

①稀溶液；②適用于分子態(tài)物質(zhì)。

8.1.3伴有化學(xué)反應(yīng)的相平衡溶質(zhì)溶于吸收劑后既發(fā)生物理溶解又可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)——伴有化學(xué)反應(yīng)的相平衡8.1.3.1相平衡與化學(xué)平衡的關(guān)聯(lián)

設(shè)氣相組分A進(jìn)入液相后，與液相中組分B發(fā)生可逆反應(yīng)，生成了M和N，則氣、液相間平衡與化學(xué)反應(yīng)平衡可表示為

化學(xué)平衡常數(shù)為令則因此由于溶質(zhì)在液相中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，進(jìn)入液相的溶質(zhì)A轉(zhuǎn)變成了游離的A與化合態(tài)的A兩部分。設(shè)該氣液體系氣相為理想氣體，液相為稀溶液，則與游離態(tài)A的濃度cA平衡的氣相分壓為可以看出，游離態(tài)A的濃度cA的大小同時(shí)受相平衡與化學(xué)平衡關(guān)系的影響。下面具體介紹幾種化學(xué)吸收相平衡與化學(xué)平衡的關(guān)聯(lián)類型

1、溶質(zhì)與溶劑相互作用

設(shè)溶質(zhì)A在液相中的總濃度為溶劑化產(chǎn)物M和未溶劑化A的濃度之和，即，由式（8－11）可得

對(duì)于常壓或者低壓下的稀溶液，由亨利定律得（8-12）由于稀溶液中溶劑是大量的，cB可視為常數(shù)，

K’也不隨濃度而變，式（8-12）中分母可視為常數(shù)，表觀上亨利定律仍然適用，但表觀上的亨利系數(shù)值卻縮小了。

2、溶質(zhì)在溶液中離解

離解平衡常數(shù)為

當(dāng)溶液中沒(méi)有同離子存在時(shí)，由式（8-13）得

進(jìn)入液相中的A的總濃度為

（8-14）由亨利定律得

式（8-14）表示溶質(zhì)A在液相中離解后，進(jìn)入液相的A組分為物理溶解量與離解溶解量之和。用水吸收SO2即屬于此類型，SO2溶于水后生成的H2SO3又進(jìn)一步離解為H+與HSO-3。

3、溶質(zhì)與溶劑中活性組分作用

設(shè)溶劑中活性組分B的起始濃度為，平衡轉(zhuǎn)化率為R，無(wú)副反應(yīng)，則溶液中活性組分的平衡濃度為，生成物M的平衡濃度，化學(xué)平衡常數(shù)K’為

（8-15）因物理溶解量很小，可忽略不計(jì)，則

（8-16）由式（8-16）可見(jiàn)，液相吸收能力與氣相中A組分分壓pA的關(guān)系既與亨利系數(shù)有關(guān)，也與化學(xué)平衡常數(shù)K’有關(guān)。

4、部分氣液平衡經(jīng)驗(yàn)公式

1）SO2-H2O系統(tǒng)2）Cl2-H2O體系3）NH3-H2O體系4）NH3-SO2-H2O體系

8.1.3.2電解質(zhì)溶液中氣體的溶解度估算

化學(xué)吸收中，如果溶液中存有電解質(zhì)，通常要降低氣體的溶解度（也有極少數(shù)例外），影響了氣液平衡關(guān)系。氣體在電解質(zhì)中的溶解度除少數(shù)可查手冊(cè)外，大多數(shù)要實(shí)測(cè)或估算。

8.1.4相平衡與吸收過(guò)程的關(guān)系

1.判別過(guò)程方向當(dāng)氣、液兩相接觸時(shí)，可根據(jù)氣－液相平衡關(guān)系確定一相與另一相呈平衡狀態(tài)時(shí)的組成，將此平衡關(guān)系與實(shí)際相組成進(jìn)行比較，可判斷過(guò)程方向。2.指明過(guò)程的極限氣液相達(dá)到平衡是吸收過(guò)程的極限，即若保持液相濃度x不變，氣相濃度y最低只能降到與之相平衡的濃度y*，即ymin=y*，而液相濃度x只能升高到與氣相濃度y相平衡的濃度x*，即xmax=x*。在工程實(shí)際中，往往不能達(dá)到極限狀態(tài)，而用塔（板）效率來(lái)描述實(shí)際與理想（極限）間的差距。

3.計(jì)算過(guò)程的推動(dòng)力

平衡是過(guò)程的極限，只有不平衡的兩相互相接觸才會(huì)發(fā)生氣體的吸收或解吸。實(shí)際濃度偏離平衡濃度越遠(yuǎn)，過(guò)程的推動(dòng)力越大，過(guò)程的速率也越快。在吸收過(guò)程中，通常以實(shí)際濃度與平衡濃度的偏離程度來(lái)表示吸收的推動(dòng)力。

8.2氣液傳質(zhì)理論

任何傳質(zhì)過(guò)程都需解決過(guò)程的極限和速率的問(wèn)題。

極限問(wèn)題:相平衡關(guān)系速率:氣液傳質(zhì)理論則涉及到過(guò)程的速率。

不論氣相或液相，物質(zhì)傳遞的機(jī)理不外兩種：（1）分子擴(kuò)散在一相流體內(nèi)部存在某一組分的濃度差時(shí)，因分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)使該組分由高濃度處傳遞至低濃度處，這種物質(zhì)傳遞現(xiàn)象稱為分子擴(kuò)散。（2）對(duì)流傳質(zhì)

在流動(dòng)的流體中不僅有分子擴(kuò)散，而且流體的宏觀流動(dòng)也將導(dǎo)致物質(zhì)的傳遞，這種現(xiàn)象稱為對(duì)流傳質(zhì)。對(duì)流傳質(zhì)通常是指流體與某一界面(如氣液界面)之間的傳質(zhì)。

界面氣相主體組分組分液相主體1擴(kuò)散物質(zhì)從一相的主體擴(kuò)散到兩相界面（單相中的擴(kuò)散）；2在界面上的擴(kuò)散物質(zhì)從一相進(jìn)入另一相（相際間傳質(zhì)）；3進(jìn)入另一相的擴(kuò)散物質(zhì)從界面向該相的主體擴(kuò)散（單相中的擴(kuò)散）；物質(zhì)傳遞的三個(gè)步驟：8.2.1分子擴(kuò)散與菲克定律

物質(zhì)在單相中的傳遞靠擴(kuò)散，發(fā)生在流體中的擴(kuò)散有分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散兩種。分子擴(kuò)散：依靠分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，主要發(fā)生在靜止或?qū)恿髁黧w中。

渦流擴(kuò)散：依靠流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦而傳遞物質(zhì)，主要發(fā)生在湍流流體中。

物質(zhì)在單相中的擴(kuò)散

A

BAB

A

BAB分子擴(kuò)散：在一相內(nèi)部存在濃度差或濃度梯度的情況下，由于分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。分子擴(kuò)散是物質(zhì)分子微觀運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。擴(kuò)散通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位面積上擴(kuò)散傳遞的物質(zhì)量，其單位為mol/(m2·s)。分子擴(kuò)散與菲克定律

1分子擴(kuò)散式中JA——物質(zhì)A在z方向上的分子擴(kuò)散通量，kmol/(m2s)

dCA/dz——物質(zhì)A的濃度梯度，kmol/m4

DAB——物質(zhì)A在介質(zhì)B中的分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s

負(fù)號(hào)——表示擴(kuò)散是沿著物質(zhì)A濃度降低的方向進(jìn)行的。

當(dāng)物質(zhì)A在介質(zhì)B中發(fā)生擴(kuò)散時(shí)，任一點(diǎn)處物質(zhì)A的擴(kuò)散通量與該位置上A的濃度梯度成正比，即：2菲克（Fick）定律8.2.2擴(kuò)散系數(shù)

分子擴(kuò)散系數(shù)簡(jiǎn)稱擴(kuò)散系數(shù)，它系單位濃度梯度的擴(kuò)散通量，是物質(zhì)的特性常數(shù)之一。同一物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)隨環(huán)境介質(zhì)的種類、溫度、壓強(qiáng)及濃度的不同而變化。氣相體系中的擴(kuò)散系數(shù)，可忽略濃度的影響，液相體系中的擴(kuò)散系數(shù)，則不可忽略濃度的影響，而壓強(qiáng)的影響不顯著。質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)一般由實(shí)驗(yàn)確定，或從有關(guān)手冊(cè)中查找，有時(shí)也可由物質(zhì)本身的基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)及狀態(tài)參數(shù)估算。

8.2.3對(duì)流擴(kuò)散1.渦流擴(kuò)散在湍流流體中，依靠流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)與漩渦等來(lái)傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象，稱為渦流擴(kuò)散。湍流中發(fā)生的旋渦，引起各部流體間的劇烈混合，在有濃度差存在的條件下，物質(zhì)便朝著濃度降低的方向進(jìn)行傳遞。

2.對(duì)流擴(kuò)散對(duì)流擴(kuò)散是湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散及分子擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用的總稱。流體作湍流流動(dòng)時(shí)，湍流主體中溶質(zhì)濃度是均勻的，濃度梯度和傳質(zhì)過(guò)程只存在于靠近相界面的一層很薄的滯流層內(nèi)，這就是“有效滯流膜層”膜型。

物質(zhì)在湍流的流體中傳質(zhì)，主要憑藉湍流流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦引起流體各部分之間的劇烈混合，在有濃度差存在的條件下，物質(zhì)朝著濃度降低的方向進(jìn)行傳遞，這種現(xiàn)象稱為渦流擴(kuò)散（eddydiffusion）。

1渦流擴(kuò)散

在湍流流體中同時(shí)存在渦流擴(kuò)散和分子擴(kuò)散（渦流擴(kuò)散占主導(dǎo)地位），其總擴(kuò)散通量為式中D——分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；

DE——渦流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；

dCA/dZ——沿z方向的濃度梯度，kmol/m4；

J——總擴(kuò)散通量kmol/(m2?s)注：渦流擴(kuò)散系數(shù)DE不是物性常數(shù)，它與湍動(dòng)有關(guān)，且隨位置而不同。由于其難以測(cè)定，常將分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散結(jié)合在一起考慮。對(duì)流擴(kuò)散是指發(fā)生在運(yùn)動(dòng)著的流體與相截面之間的傳質(zhì)過(guò)程。在實(shí)際生產(chǎn)中，傳質(zhì)操作多發(fā)生在流體湍流的情況下，此時(shí)的對(duì)流擴(kuò)散是湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散與分子擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用的總和。

以吸收為例：吸收劑沿壁面自上而下流動(dòng)，混合氣體自下而上流過(guò)液體表面?？疾旆€(wěn)定操作狀況下吸收塔設(shè)備任一截面m-n處相界面的氣相一側(cè)溶質(zhì)A濃度分布情況。2對(duì)流擴(kuò)散液相mn相界面氣相滯流內(nèi)層氣相

0z?G

zG距離zpHpi氣相分壓p氣相有效膜層厚度滯流內(nèi)層厚度

流體主體與相界面之間存在三個(gè)流動(dòng)區(qū)域，即湍流主體、過(guò)度層和滯流層。過(guò)渡層同時(shí)存在分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散，分壓梯度逐漸變小，曲線逐漸平緩。滯流層溶質(zhì)的傳遞主要依靠分子擴(kuò)散作用，由于D值較小，在該區(qū)域內(nèi)分壓梯度較大，曲線陡峭。湍流主體主要依靠渦流擴(kuò)散，大量旋渦引起的混合作用使得氣相主體內(nèi)溶質(zhì)的分壓趨于一致，分壓線為直線。流動(dòng)區(qū)域

延長(zhǎng)滯流內(nèi)層的分壓線和氣相主體的分壓線交于H點(diǎn)，此點(diǎn)與相界面的距離為zG，在zG以內(nèi)的流動(dòng)為滯流，其物質(zhì)傳遞純屬分子擴(kuò)散，此虛擬的膜層稱為有效滯流膜。

整個(gè)有效滯流層的傳質(zhì)推動(dòng)力為氣相主體與相界面處的分壓之差，即全部傳質(zhì)阻力都包含在有效滯流膜層內(nèi)。

由氣相主體至相界面的對(duì)流傳質(zhì)速率為（按有效滯流膜層內(nèi)的分子擴(kuò)散速率計(jì)算）式中NA——溶質(zhì)A的對(duì)流傳質(zhì)速率，kmol/(m2s)；

zG——?dú)庀嘤行髂雍穸?m；

kG——?dú)饽の障禂?shù)；

p——?dú)庀嘀黧w中溶質(zhì)A的分壓,kPa；

pi——相界面處溶質(zhì)A的分壓,kPa；

pBM——惰性組分B在氣相主體中與相界面處的分壓的對(duì)數(shù)平均值,kPa；在液相中的傳質(zhì)速率為式中zL——液相有效滯流膜層厚度，m；

C——液相主體中的溶質(zhì)A濃度，kmol/m3；

ci——相界面處的溶質(zhì)A濃度，kmol/m3；

cSm——溶劑S在液相主題與相界面處的濃度的對(duì)數(shù)均值，kmol/m3；

kL——液膜吸收系數(shù)或液膜傳質(zhì)系數(shù)8.3吸收速率方程式

8.3.1吸收過(guò)程機(jī)理

當(dāng)氣液兩相接觸時(shí)，兩相之間有一個(gè)相界面，在相界面兩側(cè)分別存在著呈層流流動(dòng)的穩(wěn)定膜層（有效層流膜層）。溶質(zhì)必須以分子擴(kuò)散的形式連續(xù)的通過(guò)這兩個(gè)膜層，膜層的厚度主要隨流速而變，流速愈大厚度愈小。雙膜理論（two-filmtheory）在相界面上氣液兩相相互成平衡。在膜層以外的主體內(nèi)，由于流體的充分湍動(dòng)，溶質(zhì)的濃度分布均勻，可認(rèn)為兩相主體中的濃度梯度為零，即濃度梯度全部集中在兩個(gè)有效膜層中。

用雙膜理論解釋具有固定相界面的系統(tǒng)及速度不高的兩流體間的傳質(zhì)過(guò)程（如濕壁塔），與實(shí)際情況是大致相符合的。pAcA

pA,i

cA,i氣膜液膜相界面氣相主體液相主體傳質(zhì)方向圖8－3雙膜理論示意圖溶質(zhì)A在氣相中的分壓溶質(zhì)A在液相中的摩爾濃度8.3.2.吸收速率方程式

吸收速率是指單位相際傳質(zhì)面積上、單位時(shí)間內(nèi)吸收溶質(zhì)的量。通常將吸收速率方程式表示為“吸收速率＝吸收系數(shù)×推動(dòng)力”的形式。推動(dòng)力是指濃度差，吸收系數(shù)的倒數(shù)稱為吸收阻力。

穩(wěn)態(tài)下，任一傳質(zhì)相界面兩側(cè)的氣、液膜層中的傳質(zhì)速率應(yīng)是相同的。因此，其中任何一側(cè)有效膜中的傳質(zhì)速率都能代表該處的吸收速率。

8.3.2.1氣膜吸收速率方程

（8-26）或8.3.2.2液膜吸收速率方程

（8-28）或推動(dòng)力阻力8.3.2.3界面濃度

所以有（8-30）參照?qǐng)D8-4，a點(diǎn)坐標(biāo)為（y，x），b點(diǎn)坐標(biāo)為（yi，xi）故ab聯(lián)線的斜率為(－kx/ky)。確定界面濃度（yi，xi）的方法有二：

a)從氣、液相的實(shí)際濃度點(diǎn)a出發(fā)，以(－kx/ky)為斜率作一直線，此直線與平衡線交點(diǎn)b的坐標(biāo)即為所求的界面濃度；b)當(dāng)平衡線可用某種函數(shù)形式y(tǒng)*=f(x)表示時(shí)，則將其與式（8-17）聯(lián)立求解，可得界面濃度yi與xi。

圖8－4界面濃度的求取8.3.2.4總吸收速率方程

膜吸收速率方程式中的推動(dòng)力，都涉及相界面處溶質(zhì)A的濃度，但相界面濃度卻難以確定。為消去界面濃度，可以用兩相主體濃度的某種差值來(lái)表示推動(dòng)力，并寫(xiě)出總吸收速率方程式，該方程式中的吸收系數(shù)稱為總吸收系數(shù)，以K表示?？偽障禂?shù)的倒數(shù)1/K即為總阻力，總阻力應(yīng)當(dāng)是兩膜傳質(zhì)阻力之和。或（8-32）（8-35）

以(p-p*)表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式

令p*為某溶質(zhì)的與液相主體濃度c成平衡的氣相分壓，當(dāng)氣、液兩相平衡服從亨利定律時(shí)，有根據(jù)雙膜理論，相界面上兩相互成平衡，則將上兩式分別代入液相吸收速率方程式（8-28），得氣相吸收速率方程式（8-26）也可寫(xiě)成上兩式相加，得則式（8-33）即為以（p-p*）為總推動(dòng)力的吸收速率方程式，也稱為氣相總吸收速率方程式?？傁禂?shù)KG的倒數(shù)為兩膜總阻力。由式（8-32）可以看出，總阻力是氣膜阻力1/kG與液膜阻力1/HkL兩部分之和。（8-33）對(duì)易溶氣體，H值很大，在kG與kL數(shù)量級(jí)相同或接近的情況下存在如下關(guān)系此時(shí)傳質(zhì)總阻力主要集中在氣膜之中，而液膜阻力可以忽略，有并且因?yàn)?/H很小，所以p-p*≈p-pi，即氣相傳質(zhì)推動(dòng)力近似等于總推動(dòng)力。吸收總推動(dòng)力的絕大部分用于克服氣膜阻力，如水對(duì)HCl，HN3的吸收過(guò)程，通常被視為“氣膜控制”的吸收過(guò)程。顯然，如要提高其吸收速率，在設(shè)備選型及確定操作條件時(shí)應(yīng)注意減小氣膜阻力。2)以(c*-c)表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式以c*代表與氣相分壓p成平衡的液相濃度，類似地可推出（8-34）式（8-34）即為以(c*-c)為總推動(dòng)力的吸收速率方程式，也稱為液相總吸收速率方程式。（8-35）表明，總系數(shù)KL的倒數(shù)為兩膜總阻力，由氣膜阻力H/kG與液膜阻力1/kL組成。

對(duì)難溶氣體，H值甚小，在kG與kL數(shù)量級(jí)相同或接近的情況下，有此時(shí)傳質(zhì)阻力的絕大部分存在于液膜之中，氣膜阻力可以忽略，因而式（8-35）可以簡(jiǎn)化為并且因?yàn)?/H很大，所以c*-c≈ci-c

，吸收總推動(dòng)力的絕大部分用于克服液膜阻力。如用水吸收CO，H2，O2等，稱為“液膜控制”吸收過(guò)程。對(duì)于液膜控制的吸收過(guò)程，如要提高其速率，在設(shè)備選型及確定操作條件時(shí)，應(yīng)特別注意減小液膜阻力。一般情況下，對(duì)于具有中等溶解度的氣體吸收過(guò)程，氣膜阻力與液膜阻力均不可忽略。如水對(duì)SO2的吸收，要提高過(guò)程速率，必須兼顧氣、液兩膜阻力的降低。3)以氣相主體摩爾分率差（Y-Y*）表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式在吸收計(jì)算中常認(rèn)為惰性組分不進(jìn)入液相，當(dāng)溶質(zhì)濃度較低時(shí)，通常以摩爾比表示濃度比較方便。因此，可以定義氣相摩爾比Y和液相摩爾比X如下可推得（8-36）

式（8-36）是穩(wěn)定吸收操作條件下，以氣相主體摩爾分率差（Y-Y*）為推動(dòng)力表示的吸收速率方程式。對(duì)易溶氣體即氣相摩爾分率Y和Y*都很小時(shí)，（1+Y）（1+Y*）趨近于1，故KGP≈KY．

其中4)以液相主體摩爾分率差（X*-X）表示總推動(dòng)力的吸收速率方程式為其中式（8-37）是穩(wěn)定吸收條件下，以液相主體摩爾分率差（X*-X）為推動(dòng)力表示的吸收速率方程式。對(duì)于難溶氣體，X*和X都很小，(1+X*)·(1+X)趨近于1，故有KLC≈Kx

（8-37）氣膜液膜界面濃度總速率8.3.3伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收速率

假定化學(xué)吸收過(guò)程按以下步驟進(jìn)行：1）相中溶質(zhì)A從氣相主體通過(guò)氣膜向氣液相界面?zhèn)鬟f；2）質(zhì)A自氣液界面向液相主體傳遞；3）溶質(zhì)在液膜或液相主體中與活性組分B相遇，發(fā)生反應(yīng)；4）A與B反應(yīng)生成的液相產(chǎn)物向液相主體擴(kuò)散，留存在液相中，若生成氣相產(chǎn)物則向相界面擴(kuò)散，再穿過(guò)氣膜向氣相氣相主體擴(kuò)散。

圖8－5物理吸收與化學(xué)吸收的濃度分布8.3.3.1瞬間不可逆反應(yīng)

設(shè)反應(yīng)A＋qB→C是一級(jí)不可逆的瞬間反應(yīng)，當(dāng)廢氣中的有害組分A與液相中的活性組分B在相界面接觸后，立即發(fā)生反應(yīng)，生成產(chǎn)物C。假若產(chǎn)物C不揮發(fā)，則在液膜中形成一個(gè)由產(chǎn)物C組成的產(chǎn)物層，在該產(chǎn)物層之外，在C向液相主體擴(kuò)散的過(guò)程中，在液膜中形成了一個(gè)C的濃度梯度。

圖8-6瞬間反應(yīng)濃度分布

分別在0<Z<Z1，Z1<Z<ZL液膜內(nèi)取dZ微元對(duì)傳遞進(jìn)出微元的A、B組分作物料衡算，可得邊界條件

解上述微分方程組，得溶質(zhì)組分CA在液膜內(nèi)隨液膜內(nèi)距離Z變化的關(guān)系式

應(yīng)用菲克定律可得相界面處的吸收速率方程式為（8-38）其中為瞬間反應(yīng)增強(qiáng)因子。與物理吸收液膜吸收速率式NA=kLA(cAi-cAL)=kLA(cAi-0)比較，反應(yīng)了由于化學(xué)反應(yīng)使得吸收速率增加的倍數(shù)。

由式（8-38）還可進(jìn)一步得到

即

（8-39）（8-40）（8-41）由式（8-39）可見(jiàn)，當(dāng)氣相分壓pA為常數(shù)、兩膜狀況不變時(shí)，NA與cLB成直線關(guān)系變化，即隨液相活性組分B濃度增加，吸收速率增加。cLB增加，也使反應(yīng)面向氣液相界面靠近。

反應(yīng)面與相界面重合時(shí)的cLB稱為臨界濃度cLB臨（圖8-7），此時(shí)，反應(yīng)面即為相界面，且界面處pA=0，cAi=0，cBi=0．若cLB進(jìn)一步增加，整個(gè)吸收過(guò)程轉(zhuǎn)為氣膜控制，吸收速率表達(dá)式變?yōu)椋阂M(jìn)一步提高吸收速率，需增加A的氣相分壓，而不是增加cLB．

（8-42）圖8－7

瞬間反應(yīng)吸收濃度分布

由式（8-39）及當(dāng)pAi=0時(shí)，可推出：

可見(jiàn)，伴有瞬間不可逆反應(yīng)的吸收過(guò)程，在活性組分濃度cLB<cLB臨時(shí)，過(guò)程速率隨cLB增大而增大，反應(yīng)面位于液膜內(nèi)，在反應(yīng)面處cAi=0，cBi=0，吸收速率可用式（8-38）或（8-39）計(jì)算；而當(dāng)cBL≥cBL臨時(shí)，過(guò)程轉(zhuǎn)為氣膜控制，吸收速率隨pA增加而增大，此時(shí)反應(yīng)面位于氣液相界面上。在相界面上有pAi=0，cBi=0（cBL=cBL臨時(shí)），或pAi=0，cBi>0（cBL>cBL臨時(shí)），吸收速率為NA=kGApA．

（8-43）

例8－3用乙醇胺（MEA）溶液作吸收劑處理含0.1％H2S的廢氣，廢氣壓力為2MPa，吸收劑中含250mol/m3的游離MEA。吸收在20℃下進(jìn)行，反應(yīng)可視為瞬間不可逆反應(yīng)H2S+CH2OHCH2NH2→HS-+CH2OHCH2NH3+已知：kLAa=108h-1,kGAa=2.13×103mol·（m3·h·kPa）-1,DLA=5.4×10－6m2·h-1,DLB=3.6×10-6m2·h-1,求吸收速率NA。解：先求出CLB臨，以便判別過(guò)程是否屬氣膜控制由于CLB=250(mol·m-3)>59(mol·m-3)，過(guò)程屬氣膜控制，故NA=kGAapA=2.13×103×2×103×10－3＝4.26×103kmol·(m3·h)-1

8.3.3.2慢速擬一級(jí)可逆反應(yīng)

若廢氣中組分A與液相中活性組分B發(fā)生的是慢速反應(yīng)，由于反應(yīng)速度慢，兩組分接觸后不是立即反應(yīng)完畢，而是溶質(zhì)A在液膜內(nèi)邊擴(kuò)散邊反應(yīng)，故化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域不是一個(gè)面，而是一個(gè)區(qū)間。這個(gè)區(qū)間不僅存在于液膜內(nèi)，還可能延續(xù)到液相主體中。在該區(qū)間內(nèi)，組分A與B同時(shí)存在，如圖8-8所示。

圖8-8慢速反應(yīng)濃度分布

設(shè)含有溶質(zhì)A的廢氣與含有活性組分B的吸收劑發(fā)生下列慢速二級(jí)可逆反應(yīng)：A+B<=>C，若液相主體中B的濃度cLB很高，以至于可將其視為常量，上述反應(yīng)可視為一級(jí)可逆反應(yīng)，稱為擬一級(jí)可逆反應(yīng)，正反應(yīng)速度可表示為

逆反應(yīng)速度則可表示為

若假定，該化學(xué)反應(yīng)在液相主體中達(dá)成平衡，活性組分B在液膜及液相主體中的濃度很高且相等，并且在液膜及液相主體中逆反應(yīng)速度相等。由此可以推出，液相主體中正逆反應(yīng)速度相等，且液相主體中正逆反應(yīng)速度與液膜中逆反應(yīng)速度相等。利用菲克定律，取液膜中dZ微元進(jìn)行物料衡算，可推出液膜中進(jìn)行可逆一級(jí)反應(yīng)時(shí)組分A濃度沿?cái)U(kuò)散距離Z的變化規(guī)律為

邊界條件為

令

解上述微分方程，得cA與Z的關(guān)系式

在相界面上（Z＝0）處的吸收速率為

（8-44）

為增強(qiáng)因子

進(jìn)一步還可以推出

（8-46）

在Z＝ZL處，A組分的傳遞速率為

在液膜中未反應(yīng)且達(dá)到液相主體的A組分分率F

8.3.3.3快速擬一級(jí)不可逆反應(yīng)

伴有快速反應(yīng)吸收的反應(yīng)能力低于瞬間反應(yīng)，但它的反應(yīng)能力仍比傳質(zhì)能力高?？焖俜磻?yīng)時(shí)，其化學(xué)吸收基本上在液膜中進(jìn)行，但反應(yīng)區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)區(qū)間，不是一個(gè)面，如圖8-9所示。組分A在液相主體中濃度cLA=0，組分A、B僅在液膜內(nèi)共存。

圖8－9快速反應(yīng)濃度分布

設(shè)有一伴有快速不可逆反應(yīng)A＋B→C的吸收過(guò)程，液相中活性組分B濃度較高，其濃度在液相主體中幾乎不變化，將其視為擬一級(jí)反應(yīng)，由液膜內(nèi)微元的物料衡算，得

邊界條件

解上述微分方程得

（8-47）8.3.3.4化學(xué)吸收速率式中的幾個(gè)參數(shù)

由上述討論可見(jiàn)，由于吸收過(guò)程中伴有化學(xué)反應(yīng)，使得吸收速度增加，其增大的程度，采用增強(qiáng)因子β來(lái)表示。反應(yīng)類型不同，β也不同。

瞬間不可逆反應(yīng)時(shí)

快速及慢速反應(yīng)時(shí)

在快速及慢速反應(yīng)吸收速率式的推導(dǎo)過(guò)程中，引進(jìn)了一個(gè)參數(shù)，它反映了反應(yīng)速度常數(shù)k1與擴(kuò)散系數(shù)DLA的相對(duì)大小，有人將αZL一起用γ表示，并將γ2稱為膜內(nèi)轉(zhuǎn)化系數(shù)。它的大小反映了A組分在液膜內(nèi)反應(yīng)能力與傳質(zhì)能力的相對(duì)大小。

引入?yún)?shù)F表示透過(guò)液膜、未經(jīng)反應(yīng)到達(dá)液相主體的A組分的分率。

圖8-10表示出參數(shù)β、F、γ之間的變化關(guān)系：γ→0時(shí)，β→1，F(xiàn)→1；γ≥2時(shí)，β≈γ，F(xiàn)隨γ增大而下降；即當(dāng)γ很小（反應(yīng)速度很小或液膜很?。r(shí)，β趨近于1，無(wú)增強(qiáng)作用，相當(dāng)于物理吸收，吸收速率可按物理吸收計(jì)算；這時(shí)F也趨近于1，幾乎全體溶質(zhì)A均穿透液膜在液相主體中進(jìn)行反應(yīng)。反之，當(dāng)γ較大時(shí)（反應(yīng)速度較快或液膜較厚），β≈γ．可利用β與γ近似相等的關(guān)系，簡(jiǎn)化KGA的計(jì)算，不必計(jì)算含有液膜厚度參數(shù)的β值：

圖8－10β、F與γ關(guān)系曲線kLA=DLA/ZL

在系統(tǒng)及操作條件確定以后，可視為常數(shù)

KGA的大小僅取決于kGA的值，與液膜厚度無(wú)關(guān)，即與液相流體流動(dòng)無(wú)關(guān)，故液相中伴有快速反應(yīng)時(shí)，過(guò)程可能轉(zhuǎn)為氣膜控制。隨著γ的增加，F(xiàn)下降，即未在液膜中反應(yīng)、穿過(guò)液膜到達(dá)液相主體的組分A的百分?jǐn)?shù)減少，在液膜中完成反應(yīng)的百分?jǐn)?shù)增加。因而，由γ的大小，可以近似地判斷化學(xué)吸收中化學(xué)反應(yīng)的快慢程度及類型，采用相應(yīng)的化學(xué)吸收速率式計(jì)算吸收速率。一般為γ>2，反應(yīng)在液膜內(nèi)進(jìn)行，瞬間及快速反應(yīng)；0.02<γ<2，反應(yīng)在液膜和液相主體內(nèi)進(jìn)行，中速及慢速反應(yīng)；γ<0.02，反應(yīng)在液相主體進(jìn)行，極慢反應(yīng)。

例8-4用堿性溶液吸收廢氣中某種酸性氣體污染物反應(yīng)A+B→C，已知化學(xué)反應(yīng)速度，CBL=0.5kmol/m3在液膜內(nèi)可視為不變，k=5000m3/kmol·s，kLA=1.5×10-4m/s,DLA=1.8×10-9m2/s

，DLB=2DLA，

HA=1.38×10－4kmol·(m3·kPa)－1，pAi=1.013kPa,試求化學(xué)吸收總速率NA。解：由于CLB可視為常數(shù)，則kCBL=k1為常數(shù)。

k1=kCBL=5×103×0.5=2.5×103s

可視為快速擬一級(jí)反應(yīng)，故

吸收塔的計(jì)算按給定條件、要求和任務(wù)的不同，可分為設(shè)計(jì)型和操作型兩類。

設(shè)計(jì)型計(jì)算是在給定的工藝條件下，設(shè)計(jì)計(jì)算能達(dá)到分離要求的吸收塔參數(shù)。

操作型計(jì)算則是根據(jù)已有的吸收設(shè)備對(duì)其操作條件與吸收效果間的關(guān)系進(jìn)行分析計(jì)算，可以由給定操作條件求算吸收效果；也可由給定吸收效果確定操作條件。

8.4吸收塔的計(jì)算8.4.1吸收塔的基本計(jì)算

1.全塔物料衡算

對(duì)于穩(wěn)定過(guò)程，單位時(shí)間進(jìn)、出吸收塔的氣態(tài)污染物量，可通過(guò)全塔物料衡算確定，即若GA為吸收塔的傳質(zhì)負(fù)荷，即廢氣通過(guò)吸收塔時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)氣態(tài)污染物被吸收劑吸收的量（kmol·h－1），則

圖8－11逆流吸收塔物料衡算2.操作線方程與操作線

在逆流操作的吸收塔內(nèi)，由塔中任一截面m-n分別至塔1端或2端間對(duì)氣態(tài)污染物A作物料衡算可得塔中任一截面處氣相組成Y與液相組成X間的關(guān)系

或液氣比3.最小液氣比的確定

在塔的底端的推動(dòng)力ΔY＝0，若要出塔尾氣中氣態(tài)污染物A的組成降至Y2，所需塔高為無(wú)窮高。這是液氣比的下限，此時(shí)的液氣比稱為最小液氣比，以(L/V)min表示，相應(yīng)的吸收劑用量為最小吸收劑用量，以Lmin表示。當(dāng)液氣比小于最小液氣比時(shí)，凈化的要求將無(wú)法完成。

圖8－13吸收塔的最小液氣比

最小液氣比的確定與平衡線的形狀有關(guān)，若平衡線符合圖8-13(a)所示的一般情況，則Y＝Y(jié)1的水平線與平衡線的交點(diǎn)B*為最小液氣比時(shí)的操作線高濃端，讀出B*的橫坐標(biāo)X1*，于是得

若平衡關(guān)系符合亨利定律，則Y＝Y(jié)1水平線和直線Y＝mX的交點(diǎn)B*為最小液氣比時(shí)操作線的高濃端，X1*＝Y(jié)1/m，將此關(guān)系代入式（8-52）得

（8-52）

實(shí)際采用的液氣比必須大于最小液氣比，其具體大小，取決于綜合經(jīng)濟(jì)核算。顯然當(dāng)吸收劑用量L為最小吸收劑用量時(shí)，所需塔高為無(wú)窮大，設(shè)備費(fèi)用無(wú)窮大；隨著吸收劑用量增加，吸收劑的消耗量、液體的輸送功率等操作費(fèi)用增加；但塔高降低，設(shè)備費(fèi)用隨之減少；因此，應(yīng)尋求包括操作費(fèi)及設(shè)備費(fèi)在內(nèi)的總費(fèi)用的最低點(diǎn)，選取適宜的液氣比。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，吸收劑用量為最小吸收劑用量的1.1～2.0倍。

4.塔徑的確定

隨著氣相中的氣態(tài)污染物逐步被吸收，氣體壓力逐漸降低，不同塔截面上的Vs有所不同，計(jì)算時(shí)一般取全塔中最大的體積流量。u的選取與液氣比、氣液密度、液體的粘度以及塔板的結(jié)構(gòu)或填料的種類和尺寸相關(guān)，可查有關(guān)工程手冊(cè)參考選取。

8.4.2吸收填料吸收塔的計(jì)算

填料吸收塔計(jì)算的一項(xiàng)重要內(nèi)容是確定填料層高度，有理論級(jí)法和傳質(zhì)速率法（后者又稱傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度法）。下面重點(diǎn)討論物理吸收的傳質(zhì)單元高度法。

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(qiáng)化其湍動(dòng)程度創(chuàng)造條件，以利于傳質(zhì)。對(duì)于填料的要求：1、比表面積大，即單位體積的填料所具有的表面積大。2、比重小，減輕塔和基座負(fù)荷。3、機(jī)械強(qiáng)度好，不易破碎。4、耐腐蝕性好。5、價(jià)格低廉，容易制得。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。填料填料特性參數(shù)(1)比表面積

比表面積大，則能提供的相接觸面積大。同一種填料其尺寸愈小，比表面積愈大。(2)空隙率

空隙率大，則氣體通過(guò)時(shí)阻力小，因而流量可以增大。(3)填料因子

表示填料阻力及液泛條件的重要參數(shù)。8.4.2.1基本關(guān)系式的導(dǎo)出

如圖8-14所示，塔內(nèi)某一微分段填料層dH中的傳質(zhì)面積dA（m2）為

圖8－14微元填料層的物料衡算（8-56）

對(duì)微分段dH內(nèi)的氣態(tài)污染物作物料衡算，可得整理后可得微分段高dH表達(dá)式

（8-58）

（8-57）

有效接觸面積a總小于單位體積填料層中的固體表面積(稱為比表面積)。a值不僅與填料的形狀、尺寸及充填狀況有關(guān)，而且受流體物性及流動(dòng)狀況的影響。a的數(shù)值難于直接測(cè)定，為此常將它與吸收系數(shù)的乘積視為一體，作為一個(gè)完整的物理量看待，一并測(cè)定，稱為體積吸收系數(shù)。

KYa及Kxa則分別稱為氣相總體積吸收系數(shù)及液相總體積吸收系數(shù)，其單位為kmol·(m3·s)－1。其物理意義是在單位推動(dòng)力，單位時(shí)間，單位體積填料層內(nèi)吸收的氣態(tài)污染物量。

對(duì)于穩(wěn)定操作的吸收塔，Ω，V為常數(shù)，將式(8-57)積分可得所需填料層高度H（m）當(dāng)氣體濃度較低時(shí)，Y較小，可以認(rèn)為包含氣態(tài)污染物A在內(nèi)的氣體流量V’及液流量L’在全塔中基本上不變，氣、液相的物性變化也較小，因此各截面上的體積傳質(zhì)系數(shù)KYa變化不大，可視為是一個(gè)和塔高無(wú)關(guān)的常數(shù)，可取平均值，于是

（8-60）

（8-59）

單位為高度單位m，故稱其為氣相總傳質(zhì)單元高度，以HOG表示。

無(wú)因次數(shù)值，稱為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)，以NOG表示。8.4.2.2低濃氣體傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)

因此填料層高度計(jì)算的通式為：填料層高度＝傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)。

8.4.2.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算

1.平衡關(guān)系為直線時(shí)（平均推動(dòng)力法）

操作線、平衡線為直線時(shí)，操作線與平衡線間的垂直距離ΔY＝Y(jié)-Y*(或水平距離ΔX＝X*-X)亦為Y(或X)的直線函數(shù)(圖8-15)，據(jù)此可由（8－63）導(dǎo)出氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG

圖8－15操作線與平衡線均為直線時(shí)的總推動(dòng)力塔底的氣相總推動(dòng)力

塔頂?shù)臍庀嗫偼苿?dòng)力

過(guò)程平均推動(dòng)力

2.平衡關(guān)系為曲線時(shí)(圖解積分法)

當(dāng)平衡關(guān)系為曲線時(shí)，難以用解析法求傳質(zhì)單元數(shù)，通常采用圖解積分法求傳質(zhì)單元數(shù)圖8－16圖解積分法求NOG圖解積分法的步驟為：

a.由操作線和平衡線求出與Y相應(yīng)的Y-Y*，如圖8-16(a)所示；

b.在Yl到Y(jié)2的范圍內(nèi)作Y-[1/(Y-Y*)]曲線；如圖8-16(b)；

c.在Y1與Y2之間，Y-[1/(Y-Ye)]曲線和橫坐標(biāo)所包圍的面積即為傳質(zhì)單元數(shù)，如圖8-16(b)之陰影部分所示。

8.4.2.4傳質(zhì)單元高度和吸收系數(shù)

傳質(zhì)單元高度或吸收系數(shù)是反映吸收過(guò)程物料體系及設(shè)備傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)特性的參數(shù)，是吸收塔設(shè)計(jì)計(jì)算的必需數(shù)據(jù)，多通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定獲得；實(shí)驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)又常被整理成適用于一定條件和范圍的經(jīng)驗(yàn)公式以供計(jì)算時(shí)選用，故也可從有關(guān)手冊(cè)、資料中查取。通常，對(duì)同一種填料來(lái)說(shuō)，傳質(zhì)單元高度變化不大。

實(shí)驗(yàn)測(cè)定吸收系數(shù)一般在中間試驗(yàn)設(shè)備上或生產(chǎn)裝置上進(jìn)行。用實(shí)際操作的物系，選定一定的操作條件實(shí)驗(yàn)，得出分離效果，應(yīng)用相應(yīng)的關(guān)系式便可求出相應(yīng)的吸收系數(shù)或傳質(zhì)單元高度。

8.4.3吸收板式吸收塔的計(jì)算

8.4.3.1吸收過(guò)程的多級(jí)逆流理論板模型

板式塔的塔高可以用多級(jí)逆流的理論板模型進(jìn)行描述和計(jì)算，如圖8-17示。實(shí)際塔內(nèi)，各板上氣、液間并未達(dá)平衡，因而實(shí)際所需塔板數(shù)大于理論塔板數(shù)，實(shí)際所需塔板數(shù)NP可用下式確定

圖8－17塔效率

8.4.3.2理論板數(shù)的計(jì)算

1.逐板計(jì)算法求理論板數(shù)

由塔的某一端開(kāi)始，根據(jù)“離開(kāi)同一個(gè)理論板的氣、液相組成呈平衡關(guān)系，相鄰板間的氣、液相組成服從操作線方程的原則”，進(jìn)行逐板計(jì)算，直至兩相組成達(dá)到塔的另一端點(diǎn)的組成為止。在計(jì)算過(guò)程中，平衡線的使用次數(shù)即為理論板數(shù)。如從塔底端點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行逐板計(jì)算，其步驟如下：(1)由已知的氣體初始組成Y0和吸收分離要求EA，求出塔頂尾氣組成Yout，Yout＝(1-EA)Y0；

(2)由給定的操作條件確定高濃端〔Xout，Y0〕和低濃端(X0，Yout)，得出操作線方程；(3)從塔底(也可由塔頂)開(kāi)始，作逐板計(jì)算。用平衡關(guān)系，由Xl求出Y1，用操作線方程，由Y1求出X2；再用平衡關(guān)系，由X2求出Y2，如此反復(fù)逐板計(jì)算，直至求出的YN等于(或剛小于)Yout為止。運(yùn)算過(guò)程中，使用吸收相平衡關(guān)系的次數(shù)N，即為吸收所需的理論板數(shù)。2.圖解法求理論板數(shù)

圖解法的實(shí)質(zhì)是根據(jù)逐板法求理論板的原理，用圖解來(lái)進(jìn)行逐板計(jì)算。其作法如下：①

在X－Y坐標(biāo)圖上繪出平衡線與操作線，參見(jiàn)圖8-18。

②

從操作線上的塔底高濃端(Xout，Y0)開(kāi)始(也可以從塔頂開(kāi)始)，向下作一垂直線，與平衡線交于點(diǎn)1，然后由點(diǎn)1作水平線與操作線交于點(diǎn)1’。再由點(diǎn)1’作垂直線與平衡線相交于點(diǎn)2得X2，由點(diǎn)2作水平線與操作線交于點(diǎn)2’得X3，如此反復(fù)作階梯，直至Y等于或剛小于YN為止，繪出的階梯數(shù)為理論板數(shù)，如圖示為5塊理論板

圖8－18圖解法求理論板數(shù)8.4.4伴有化學(xué)反應(yīng)吸收塔計(jì)算

伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收過(guò)程采用的設(shè)備與物理吸收類似，其設(shè)備的計(jì)算原則也基本相同，只是由于化學(xué)反應(yīng)的存在，影響了過(guò)程推動(dòng)力的大小，并進(jìn)而影響到吸收速率及吸收設(shè)備的選擇及計(jì)算。

8.4.4.1設(shè)備選擇與強(qiáng)化伴有化學(xué)反應(yīng)吸收設(shè)備的選擇往往與化學(xué)反應(yīng)的類型密切相關(guān)?；瘜W(xué)吸收中反應(yīng)過(guò)程的快慢、反應(yīng)能力與擴(kuò)散傳質(zhì)能力的相對(duì)大小決定了吸收過(guò)程的控制過(guò)程或步驟?？刂七^(guò)程（步驟）不同，選擇設(shè)備及強(qiáng)化過(guò)程的措施也有不同的考慮。

對(duì)于β與γ值較大的過(guò)程，由于反應(yīng)速度快，過(guò)程往往由擴(kuò)散控制，任何強(qiáng)化物質(zhì)擴(kuò)散的手段都會(huì)顯著地增加過(guò)程的總速率。因而要選擇氣液比較大或氣液相界面較大、有利于傳質(zhì)的設(shè)備，如噴霧塔、文丘里等。填料塔與淋降板式塔也常被用來(lái)處理瞬間反應(yīng)與快速反應(yīng)吸收過(guò)程，因?yàn)樗鼈兂忠毫可伲庖罕却螅┒a(chǎn)強(qiáng)度大。強(qiáng)化該過(guò)程的措施也就是強(qiáng)化擴(kuò)散、傳質(zhì)的措施，例如增加相際接觸面、增加氣相或液相湍動(dòng)程度、增加過(guò)程推動(dòng)力、降低吸收溫度、提高吸收壓力等。

對(duì)于β與γ值較小的反應(yīng)速度較低的吸收過(guò)程，由于往往屬于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制體系，需要注意保證液相體積以及足夠的反應(yīng)空間。要選擇氣液比較小、液相體積較大的設(shè)備，如鼓泡塔、鼓泡攪拌釜等。由于鼓泡塔氣速低，生產(chǎn)強(qiáng)度一般不高，也常采用具有溢流管的板式塔，例如泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、浮動(dòng)噴射塔等，在這些塔的多級(jí)塔盤上，氣體鼓泡通過(guò)液體層，類似多個(gè)串聯(lián)的鼓泡塔。強(qiáng)化過(guò)程的措施包括提高吸收劑中活性組分濃度、增加設(shè)備中儲(chǔ)液量、保證反應(yīng)溫度等提高反應(yīng)速率的措施。

8.4.4.2填料塔計(jì)算

如圖8-19所示，在填料塔中取一高度為dh的填料層微元作物料衡算得積分得

圖8-19填料塔計(jì)算示意圖

（8－76）

（8－77）

還可以推得

廢氣中有害濃度很低時(shí)，pu≈p，cR≈cu，則式（8-76）和式（8-77）可分別寫(xiě)成

（8－78）

（8－79）

（8－80）

可見(jiàn)，伴有化學(xué)反應(yīng)時(shí)填料層高度計(jì)算與物理吸收計(jì)算式（例如式8－60與8－61）十分類似，不同的只是化學(xué)吸收的速率式NA中，比物理吸收多了一個(gè)增強(qiáng)因子。在式（8-76）～式（8-80）中，只要將不同反應(yīng)類型的化學(xué)吸收速率式NA代入，就可以計(jì)算相應(yīng)的填料層高度h了。例如伴有瞬間化學(xué)反應(yīng)吸收過(guò)程，當(dāng)cLB≥cLB臨時(shí)，過(guò)程屬于氣膜控制，因此有

（8－81）

若kGAa可視為常數(shù)，低濃度廢氣吸收，則YA≈yA，yA=

pA/p。當(dāng)cLB<cLB臨時(shí)，過(guò)程屬于液膜控制，由式（8-80）可得填料層總高h(yuǎn)=h1+h2。

（8－82）

（8－83）

例8-5采用逆流穩(wěn)定操作的填料塔吸收凈化尾氣，使尾氣中某有害組分從0.1％降低到0.02％（體積百分?jǐn)?shù)），試比較用純水吸收和采用不同濃度的B組分溶液進(jìn)行化學(xué)吸收時(shí)的塔高。（1）用純水吸收，已知kGAa=320mol·(h·m3·kPa)-1，kLAa=0.1h-1，1/HA=12.5Pa·m3·mol-1，液體流量L=LS=7×105mol·(h·m2)-1，氣體流量V=1×105mol·(h·m2)-1，總壓p=105Pa，液體總濃度cR=56000mol·m-3。（2）水中加入組分B，進(jìn)行極快反應(yīng)吸收，反應(yīng)式為A＋qB→