化工原理吸收塔的計(jì)算

1、吸收塔的計(jì)算內(nèi)容：吸收塔的計(jì)算內(nèi)容： 設(shè)計(jì)型：流向、流程、吸收劑用量、吸收劑設(shè)計(jì)型：流向、流程、吸收劑用量、吸收劑 濃度、塔高、塔徑。濃度、塔高、塔徑。 操作型：核算、操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。操作型：核算、操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。 計(jì)算依據(jù)：物料恒算、相平衡、吸收速率方程。計(jì)算依據(jù)：物料恒算、相平衡、吸收速率方程。第四節(jié)第四節(jié) 吸收塔的計(jì)算吸收塔的計(jì)算一、物料衡算與操作線方程一、物料衡算與操作線方程虛框范圍內(nèi)，對(duì)溶質(zhì)作物料衡算：虛框范圍內(nèi)，對(duì)溶質(zhì)作物料衡算：)(222222XGLYXGLYXXYYGLGYLXGYLXG-G-通過(guò)吸收塔的通過(guò)吸收塔的惰性氣體流率惰性氣體流率，kmol/s.m

2、kmol/s.m2 2L-L-通過(guò)吸收塔的通過(guò)吸收塔的吸收劑流率吸收劑流率，kmol/s.mkmol/s.m2 2L/G-L/G-液氣比液氣比吸收操作線吸收操作線(operating line)(operating line)方程方程G,Y2G，Y1,L，X2L,X1G，YL,X稀端稀端濃端濃端2121XXYYGL全塔物料衡算式全塔物料衡算式：X XY Y1 1Y Y2 2X X1 1X X2 2T TB BGL斜率Y YX XY Y* *Y YX X* *平衡線O O(Y-Y(Y-Y* *) )或或(X-X(X-X* *) )為塔內(nèi)為塔內(nèi)該截面處的傳質(zhì)推動(dòng)力該截面處的傳質(zhì)推動(dòng)力, ,操作線與

3、平衡線越遠(yuǎn)，操作線與平衡線越遠(yuǎn)，傳質(zhì)推動(dòng)力就越大。傳質(zhì)推動(dòng)力就越大。二、最小液氣比與吸收劑的用量二、最小液氣比與吸收劑的用量（一）已知量與待求量（一）已知量與待求量 已知混合氣中的惰性氣體量已知混合氣中的惰性氣體量G G，進(jìn)料氣體量，進(jìn)料氣體量Y Y1 1，吸收，吸收劑組成劑組成X X2 2以及分離要求。待求量為吸收劑用量以及分離要求。待求量為吸收劑用量 L L 。（二）分離要求的表示方式（二）分離要求的表示方式 回收有用物質(zhì)時(shí)，用溶質(zhì)的回收率（或吸收率）表示?；厥沼杏梦镔|(zhì)時(shí)，用溶質(zhì)的回收率（或吸收率）表示。 除去氣體中有害物質(zhì)時(shí)，一般規(guī)定尾氣中殘留有害物除去氣體中有害物質(zhì)時(shí)，一般規(guī)定尾氣中殘

4、留有害物 質(zhì)的組成質(zhì)的組成Y Y2 2。121211)(YYGYYYG 最小液氣比定義：最小液氣比定義：針對(duì)一定的分離任務(wù)，操作條件和吸針對(duì)一定的分離任務(wù)，操作條件和吸收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推動(dòng)力為零，達(dá)到分離程度收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推動(dòng)力為零，達(dá)到分離程度所需塔高無(wú)窮大時(shí)的液氣比。所需塔高無(wú)窮大時(shí)的液氣比。 （三）最小液氣比的計(jì)算（三）最小液氣比的計(jì)算B BY Y1 1Y Y2 2T TO OB B* *X X2 2X X1 1X X* *1 1GL正常平衡曲線正常平衡曲線21212*121min/XmYYYXXYYGL當(dāng)X2=0時(shí)：mmYYYGL/121min2121minXXY

5、YGL)(*XfY 1Y2Y2X1XX平衡曲線為凸形曲線平衡曲線為凸形曲線 （四）操作液氣比（四）操作液氣比min)(0 . 21 . 1 (,GLGLGLGL。設(shè)備費(fèi)吸收塔低操作費(fèi)用吸收劑用量。設(shè)備費(fèi)吸收塔高操作費(fèi)用吸收劑用量三、填料層高度的計(jì)算三、填料層高度的計(jì)算（一）填料層高度的基本計(jì)算式（一）填料層高度的基本計(jì)算式XLGadZNdANadZdAAAddY 單位時(shí)間，單位時(shí)間，dZdZ內(nèi)吸收內(nèi)吸收A A的量：的量： 塔截面積，塔截面積，; ;G G惰性氣體流率，惰性氣體流率，kmol/(kmol/(s s) )；L L吸收劑流率，吸收劑流率， kmol/(kmol/(s s););a a

6、單位體積填料的有效傳質(zhì)面積，單位體積填料的有效傳質(zhì)面積，。Z Zy yY+dYY+dYx xX+dXX+dXdZdZY Y2 2L,XL,X2 2X X1 1G,YG,Y1 1)()()()(*1XXaKLdXXXakLdXdZYYaKGdYYYakGdYdZXiXYiY均為定值。以及塔的橫截面積、液相流量氣對(duì)穩(wěn)態(tài)操作的吸收塔，平均值）時(shí)，近似為常數(shù)，或取（對(duì)低濃度氣體的吸收等稱(chēng)為體積傳質(zhì)系數(shù)。LGaKakaKakXXYY,氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)，氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmolkmol/ /（m m3 3s s） aKyaKx液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmolkmol/ /（m m3

7、3s s） 12121212*1XXXXXiXYYYYYiYXXdXaKLXXdXakLZYYdYaKGYYdYakGZ低濃度氣體吸收塔計(jì)算填料層高度的基本公式低濃度氣體吸收塔計(jì)算填料層高度的基本公式HGNGHOGNOGHLNLHOLNOL液相總傳質(zhì)單元數(shù)液相總傳質(zhì)單元高度液相傳質(zhì)單元數(shù)液相傳質(zhì)單元高度氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元高度氣相傳質(zhì)單元數(shù)氣相傳質(zhì)單元高度OLOLLLOGOGGGNHZNHZNHZNHZ（二）傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)（二）傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)填料層高度傳質(zhì)單元高度填料層高度傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù)（1 1）傳質(zhì)單元數(shù)（以）傳質(zhì)單元數(shù)（以N NOGOG為例）

8、為例）平均傳質(zhì)推動(dòng)力氣相組成變化mYYOGYYYYYYdYN)(*21*12定義：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 12*YYOGYYdYN 當(dāng)所要求的當(dāng)所要求的(Y(Y1 1-Y-Y2 2) )為一定值時(shí)，平均吸收推動(dòng)力為一定值時(shí)，平均吸收推動(dòng)力(Y-(Y-Y Y* *) )m m越大，越大，N NOGOG就越小，所需的填料層高度就越小。就越小，所需的填料層高度就越小。 傳質(zhì)單元數(shù)的意義：傳質(zhì)單元數(shù)的意義： 反映了取得一定吸收效果的難易程度。反映了取得一定吸收效果的難易程度。 （2 2）傳質(zhì)單元高度）傳質(zhì)單元高度 定義：定義：aKGHyOG氣相總傳質(zhì)單元高度，氣相總傳質(zhì)單元高度，m m。 傳

9、質(zhì)單元高度的意義傳質(zhì)單元高度的意義: :完成一個(gè)傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度，完成一個(gè)傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度，反映了吸收設(shè)備效能的高低。反映了吸收設(shè)備效能的高低。 傳質(zhì)單元高度影響因素：傳質(zhì)單元高度影響因素：填料性能、流動(dòng)狀況填料性能、流動(dòng)狀況 體積總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度的關(guān)系體積總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度的關(guān)系: : 2 . 0OG8 . 0GH,GaKGaKYY（三）傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算（三）傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算1.1.對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法Y Y1 1Y Y2 2Y Y* *1 1Y Y* *2 2B BT TO OX X2 2X X1 1Y Y1 1Y Y2 2常數(shù)21

10、21d)d(YYYYYY21212121211 2 lnd12YYYYYYNYYdYYYYYYNOGYYYYOGmOGYYYN212121/ln/YYYYYm）（平衡線與操作線平行時(shí)，平衡線與操作線平行時(shí)，當(dāng)當(dāng) 、 時(shí)，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力可用算術(shù)時(shí)，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力可用算術(shù) 平均推動(dòng)力計(jì)算平均推動(dòng)力計(jì)算 ，221YY221XX 注意：注意：平均推動(dòng)力法適用于平衡線為直線，逆流、并流平均推動(dòng)力法適用于平衡線為直線，逆流、并流吸收皆可。吸收皆可。2121XXXYYYmm2/2/2121）（）（XXXYYYmm2.2.吸收因數(shù)法吸收因數(shù)法平衡線為通過(guò)原點(diǎn)的直線平衡線為通過(guò)原點(diǎn)的直線 ，服從亨利定律，服從亨

11、利定律 )(22*XYYLGmY（逆流）（逆流）LmGYYYYLmGLmGLmGmXYmXYLmGLmGmXYLmGYLmGYXYYLGmYYNYYYYOG*22*212221 22 221ln111ln11)()1(d)(d1212LmGS 解吸因數(shù)（脫吸因數(shù)）解吸因數(shù)（脫吸因數(shù)） (1) L(1) L、G G、m m影響影響NOG的因素：的因素：L、G、m、X2、Y1、Y2 OGmOGmOGNYmNYGLmNmGLmGL推動(dòng)力遠(yuǎn)離操作線平衡線斜率推動(dòng)力遠(yuǎn)離平衡線操作線斜率不變,(2) X(2) X2 2、Y Y1 1、Y Y2 2 OGNmXYmXYYY212221或當(dāng)當(dāng)X2增大：操作線下

12、移，吸收推動(dòng)力減小，達(dá)到同樣的吸收效果，NOG加大。【例【例4-14-1】空氣和氨的混合氣體在直徑為空氣和氨的混合氣體在直徑為0.8m0.8m的填料吸收的填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。已知送入的空氣量為塔中用清水吸收其中的氨。已知送入的空氣量為1390 1390 kg/hkg/h，混合氣體中氨的分壓為，混合氣體中氨的分壓為1.33kPa1.33kPa，經(jīng)過(guò)吸收后混合，經(jīng)過(guò)吸收后混合氣中有氣中有99.599.5的氨被吸收下來(lái)。操作溫度為的氨被吸收下來(lái)。操作溫度為2020，壓力為，壓力為101.325kPa101.325kPa。在操作條件下，平衡關(guān)系為。在操作條件下，平衡關(guān)系為Y Y* *0.7

13、5X0.75X。若。若吸收劑（水）用量為吸收劑（水）用量為52kmol/h52kmol/h。已知氨的氣相體積吸收總。已知氨的氣相體積吸收總系數(shù)系數(shù)K KY Ya a314 kmol/(m314 kmol/(m3 3h)h)。試求所需填料層高度。試求所需填料層高度。四、吸收塔的操作計(jì)算四、吸收塔的操作計(jì)算1.1.吸收過(guò)程的強(qiáng)化吸收過(guò)程的強(qiáng)化B BY Y1 1Y Y2 2T TO OX X2 2X X1 1Y Y* *1 1Y Y1 1Y Y2 2Y Y* *2 2吸收阻力吸收推動(dòng)力AN目標(biāo)：提高吸收過(guò)程的推動(dòng)力；目標(biāo)：提高吸收過(guò)程的推動(dòng)力； 降低吸收過(guò)程的阻力。降低吸收過(guò)程的阻力。從從L L、G G、m m、X2X2、Y1Y1、Y2Y2著手。著手。 其它因素：其它因素：1 1）降低吸收劑入口溫度；）降低吸收劑入口溫度；2 2）提高吸收的壓力；）提高吸收的壓力；3 3）提高流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度；）提高流體流動(dòng)的湍動(dòng)程度；4 4）改善填料的性能。）改善填料的性能。 2.2.影響影響Y Y2 2的因素的因素L L、G G、m m、X X2 2、Y Y1 1212212212222122,) 1(/1/,YYXmXYYmXYmXYmGLNYmXYmXYNmGLmGLOGOG則：一定，令為已定時(shí)，則、當(dāng)已定，則由圖可知：若當(dāng)【例5-2】某填料吸收塔在101.3 kPa，293K下用清水逆流吸收