第3章吸收5節(jié)填料吸收塔的計(jì)算

1、5 填料吸收塔的計(jì)算填料吸收塔的計(jì)算本節(jié)重點(diǎn)討論氣液逆流操作時(shí)填料本節(jié)重點(diǎn)討論氣液逆流操作時(shí)填料塔的有關(guān)計(jì)算。塔的有關(guān)計(jì)算。 、1Y2Y2XL1X具體內(nèi)容主要包括對(duì)于給定的生產(chǎn)任務(wù)（、已知），計(jì)算吸收劑用量、塔底完成、塔高、塔徑。 V液濃度5.1 吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡算 在進(jìn)行物料衡算時(shí)，以不變的惰性組分流量和吸收劑流量作為計(jì)算基準(zhǔn)，并用摩爾比表示氣相和液相的組成將很方便。 逆流吸收塔模型原料氣：AB吸收劑：S尾氣：B(含微量A)溶液：S+AV (kmolB/s)Y1 (kmolA/kmolB)L (kmolS/s)X2 (kmolA/kmolS)L(kmolS/s)X1(kmolA

2、/kmolS)mnYXV (kmolB/s)Y2 (kmolA/kmolB)穩(wěn)定操作，在兩端面間，對(duì)溶質(zhì) A 作物料衡算VYLXVYLX12212121XXLYYV5.1.1 全塔物料衡算VY1LX2L X1VY22121XXYYVL (2)直接規(guī)定出塔氣體中吸收質(zhì)的殘余濃度 吸收程度可有兩種方式表征吸收程度可有兩種方式表征 :（1）用吸收率）用吸收率 表示表示121YYY 質(zhì)的量進(jìn)塔氣體中原有的吸收的量氣相中被吸收的吸收質(zhì)2Y)1 (12YY操作線方程式 22XXLYYV22)(YXXVLY直線的斜率為(即液氣比) VL/5.1.2 操作線方程與操作線操作線方程與操作線 逆流吸收塔中的操作線

3、2X2Y1Y1XBA 斜率 L/V（液氣比） XY*YY*=f (X)操作線*X推動(dòng)力*YYY推動(dòng)力XXX* 吸收塔的最小液氣比Y*=f (X)2X2Y1YB1XAA1X*A*1XVL)(VLmin)(VL5.2 吸吸收收劑劑的的用用量量L*1X1Y是與濃度為的進(jìn)塔氣體平衡的液相濃度，即理論mYX1*1上出塔液體的最大濃度。若符合亨利定律，則2*121minXXYYVL)()(2121XXYYVL處理量V 一定LL/V操作費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用填料層高度動(dòng)力消耗推動(dòng)力討論適宜的液氣比:min0 . 22 . 1VLVLmin0 . 22 . 1LL適宜液氣比適宜溶劑用量工程設(shè)計(jì)通常取 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，

4、取 min7 . 14 . 1VLVL 吸收塔的最小液氣比（非正常曲線）LVY YXXm in1212LYYXXVm in1212P96例3-45.3 填料塔直徑的計(jì)算填料塔直徑的計(jì)算v在計(jì)算填料塔的直徑時(shí)，主要考慮的是氣體在塔內(nèi)的流速 。氣體在塔內(nèi)的流速通常用空塔氣速表示，空塔氣速是假定當(dāng)塔內(nèi)無(wú)填料時(shí)氣體通過(guò)的速度。v正常操作時(shí)，通?？账馑贋橐悍核俣鹊?0%80%vlog層料填干DCBA區(qū)泛液區(qū)液攔載點(diǎn)泛點(diǎn)plog5.3.1液泛氣速液泛氣速L如液體流量 （或噴淋密度）固定， pv增大氣速壓強(qiáng)降 與空塔氣速 AB呈階段性變化：當(dāng)氣速較低時(shí)，即 段內(nèi) 8 . 1vp ；因?yàn)檫@時(shí)液體濕潤(rùn)填料的一

5、部分表面，填料的持液量(單位體積填料層上附著的液體體積)較小，液體并未占據(jù)多少空間，氣相與液相干擾較小，當(dāng)然這是對(duì)傳質(zhì)不利的。 當(dāng)氣速增大到點(diǎn)B 時(shí)，填料層的持液量增加了，流通截面積減小，使壓強(qiáng)較前增大。開(kāi)始攔液的B點(diǎn)稱為攔液點(diǎn)（或載點(diǎn)），與其相應(yīng)的氣速稱為攔液氣速（或載點(diǎn)氣速）。vlog層料填干DCBA區(qū)泛液區(qū)液攔載點(diǎn)泛點(diǎn)plog當(dāng)氣速增大到 C點(diǎn)時(shí)，液體充滿了整個(gè)空隙，氣體的壓強(qiáng)降幾乎是垂直上升。同時(shí)填料層頂部開(kāi)始出現(xiàn)泡沫層，進(jìn)而充滿整個(gè)塔，氣體以氣泡狀通過(guò)液體，這種現(xiàn)象稱為液泛現(xiàn)象。把開(kāi)始出現(xiàn)此現(xiàn)象的點(diǎn)稱為泛點(diǎn)。fv泛點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣速稱為泛點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣速稱為液泛速度液泛速度。要使塔的操作正常及

6、。要使塔的操作正常及壓強(qiáng)降不致過(guò)大，壓強(qiáng)降不致過(guò)大，氣速必須低于液泛速度氣速必須低于液泛速度，但要高于，但要高于載點(diǎn)氣速。由于，從低持液量到載點(diǎn)的轉(zhuǎn)變不十分明載點(diǎn)氣速。由于，從低持液量到載點(diǎn)的轉(zhuǎn)變不十分明顯，無(wú)法目測(cè)，即載點(diǎn)及載點(diǎn)氣速難以明確定出。而顯，無(wú)法目測(cè)，即載點(diǎn)及載點(diǎn)氣速難以明確定出。而液泛現(xiàn)象十分明顯，可以目測(cè)，即液泛點(diǎn)及液泛氣速液泛現(xiàn)象十分明顯，可以目測(cè)，即液泛點(diǎn)及液泛氣速可明確定出。液泛速度較易確定，通常以液泛速度可明確定出。液泛速度較易確定，通常以液泛速度 為基礎(chǔ)來(lái)確定操作的為基礎(chǔ)來(lái)確定操作的空塔氣速空塔氣速 。v 影響液泛速度影響液泛速度 的因素很多的因素很多填料的形狀、大填

7、料的形狀、大小，氣、液相的物理性質(zhì)，氣、液相的相對(duì)流量等小，氣、液相的物理性質(zhì)，氣、液相的相對(duì)流量等常用的液泛速度關(guān)聯(lián)式如下：常用的液泛速度關(guān)聯(lián)式如下：814116. 003275. 1lgLVLLVfVLbgva a32mm33mmfv1smg2smLV0LVLb填料的有效比表面積，單位 填料的空隙率（自由空間），單位為液泛速度，單位為 重力加速度，單位為氣體與液體的密度之比； 液體與20 水的粘度之比；液體對(duì)氣體的質(zhì)量流量之比；常數(shù)，對(duì)拉西環(huán)為0.022，對(duì)弧鞍填料為0.26。5.3.2 塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 vqDV4 通過(guò)塔的實(shí)際氣量，單位為 ； 選定的空塔氣速，單位為 ； 塔的直徑1

8、3sm1smVqvD5.4 填料層高度的計(jì)算填料層高度的計(jì)算5.1 填料層高度的基本計(jì)算式填料層高度的基本計(jì)算式dAYYKdNY)(*LdXVdYdNa塔的橫截面積，m2；單位體積填料層提供的有效傳質(zhì)面積，m2m-3。S4/2DSSadHdALdXVdYdNdAYYKdNY)(*SadHdA*YYdYaSKVdHYXXdXaSKLdHX*1212*XXXYYYXXdXaSKLYYdYaSKVHdAXXKdNX)(*aKYaKX、 分別稱為氣相總分別稱為氣相總體積吸收系數(shù)體積吸收系數(shù)、液相總液相總體積吸收系數(shù)體積吸收系數(shù)，單位均為，單位均為kmolm-3s-1。體積傳質(zhì)系數(shù)可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，其物理

9、意義體積傳質(zhì)系數(shù)可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，其物理意義是在推動(dòng)力為一個(gè)單位的情況下，單位時(shí)間是在推動(dòng)力為一個(gè)單位的情況下，單位時(shí)間里單位體積填料層內(nèi)吸收的吸收質(zhì)的量。里單位體積填料層內(nèi)吸收的吸收質(zhì)的量。 1212*XXXYYYXXdXaSKLYYdYaSKVHdAYYKdNY)(*SadHdA SdHYYaKSadHYYKdNYY)()(*5.2傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)氣相總氣相總傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元高度，單位，單位m 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 12*YYYYYdYaSKVHaSKVHYOG12*YYOGYYdYNOGOGNH液相總液相總傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元高度，單位，單位

10、m 液相總傳質(zhì)單元數(shù)液相總傳質(zhì)單元數(shù) 12*XXXXXdXaSKLHaSKLHXOL12*XXOLXXdXNOLOLNHH傳質(zhì)單元傳質(zhì)單元可理解為：當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)一段填料層后，當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)一段填料層后，其濃度的變化剛好等于該段填料層氣相平均總推其濃度的變化剛好等于該段填料層氣相平均總推動(dòng)力時(shí)，則稱該段填料層為一個(gè)傳質(zhì)單元。整個(gè)動(dòng)力時(shí)，則稱該段填料層為一個(gè)傳質(zhì)單元。整個(gè)填料層就是由若干這樣的傳質(zhì)單元構(gòu)成。填料層就是由若干這樣的傳質(zhì)單元構(gòu)成。OGOGNHH傳質(zhì)單元高度OGH即為一個(gè)傳質(zhì)單元的高度 12*YYOGYYdYNOGOGYYYNHYYdYaSKVH12*只與體系的相平衡及氣體進(jìn)出口的濃度有關(guān)，它

11、反只與體系的相平衡及氣體進(jìn)出口的濃度有關(guān)，它反映了吸收過(guò)程的難易程度。分離要求高或吸收劑性映了吸收過(guò)程的難易程度。分離要求高或吸收劑性能差，過(guò)程的平均能差，過(guò)程的平均推動(dòng)力推動(dòng)力小，則表明吸收過(guò)程難度小，則表明吸收過(guò)程難度大，相應(yīng)傳質(zhì)單元數(shù)就多。大，相應(yīng)傳質(zhì)單元數(shù)就多。OGN與設(shè)備的型式及操作條件有關(guān)，是吸收設(shè)備效能與設(shè)備的型式及操作條件有關(guān)，是吸收設(shè)備效能高低的反映。吸收過(guò)程的傳質(zhì)高低的反映。吸收過(guò)程的傳質(zhì)阻力阻力大，填料層的大，填料層的有效比表面積小，則一個(gè)傳質(zhì)單元所相當(dāng)?shù)奶盍嫌行П缺砻娣e小，則一個(gè)傳質(zhì)單元所相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨染痛蟆痈叨染痛?。OGH5.4.3 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)

12、算*222YYY*111YYY吸收塔頂部的推動(dòng)力為吸收塔頂部的推動(dòng)力為吸收塔底部的推動(dòng)力為吸收塔底部的推動(dòng)力為*1Y*2Y1X2X、分別為與塔底液相分別為與塔底液相、塔頂液相、塔頂液相平衡的氣相濃度。平衡的氣相濃度。 2121lnYYYYYm氣相氣相對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力 21YY 與mY當(dāng)當(dāng)相差不大時(shí)，可取二者的算術(shù)平均值作為相差不大時(shí)，可取二者的算術(shù)平均值作為。 mOGYYYN2121YY21YYYm注意：當(dāng)時(shí)， 例 空氣和氨的混合氣體，在直徑為0.8m 的 填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。已 知進(jìn)入塔的空氣流量為1450kg/h，混合氣體中氨的分壓為10mmHg,吸收率為99.5。

13、操作溫度為20，操作壓力為760mmHg，在操作條件下平衡關(guān)系為 。若吸收劑（水）的用量是最小吸收劑用量的1.2倍，且已知氨的氣相體積吸收總系數(shù) 。試求填料層高度。 XY75. 0hmkmolaKY3/314解：依題意 0132. 07601011Ppy0134. 00132. 010132. 01111yyY512107 . 6)995.1 (0134. 0)1 (oYY02X150291450hkmolMqVm74625. 0075. 00134. 0107 . 60134. 052121XmYYYVLM1775.445074625. 02 . 12 . 1hkmolLLM0149. 0775.44)107 . 60134. 0(50