化工基础ch4(吸收)

第四章

吸收一、物料衡算与操作线方程二、吸收剂用量确实定三、塔径的计算四、填料层高度的计算五、实际板层数的计算六、吸收的操作型计算第四节

吸收塔的计算2023/12/29吸收塔的实践计算，普通的知条件是：1〕气体混合物中溶质A的组成〔mol分率〕以及流量kmol/(m2.s)2〕吸收剂的种类及T、P下的相平衡关系；3〕出塔的气体组成需求计算：1〕吸收剂的用量kmol/(m2.s)(操作型问题)2〕塔的工艺尺寸，塔径和填料层高度(设计型问题)2023/12/29一、吸收塔的物料衡算与操作线方程1、物料衡算目的：确定各物流之间的量的关系以及设备中恣意位置两物料组成之间的关系。对单位时间内进出吸收塔的A的物质量作衡算2023/12/29吸收率混合气中溶质A被吸收的百分率2、吸收塔的操作线方程式与操作线在m—n截面与塔底截面之间作组分A的衡算2023/12/29——逆流吸收塔操作线方程在m—n截面与塔顶截面之间作组分A的衡算——逆流吸收塔操作线方程阐明：塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线关系，直线的斜率为L/V。2023/12/292023/12/29并流吸收塔的操作线：吸收操作线总是位于平衡线的上方，如操作线位于平衡线下方，那么应进展解吸过程。2023/12/29二、吸收剂用量确实定液气比Y1L/VBB*最小液气比2023/12/29最小液气比的求法图解法正常的平衡线2023/12/29平衡线为上凸形时2023/12/29计算法适用条件：平衡线符合亨利定律，可用表示例：空气与氨的混合气体，总压为101.33kPa，其中氨的分压为1333Pa，用20℃的水吸收混合气中的氨，要求氨的回收率为99%，每小时的处置量为1000kg空气。物系的平衡关系列于本例附表中，假设吸收剂用量取最小用量的2倍，试2023/12/29求每小时送入塔内的水量。溶液浓度(gNH3/100gH2O)22.53分压Pa160020002427分析：求水量吸收剂用量L求Lmin知L/Lmin平衡常数解：1〕平衡关系2023/12/292〕最小吸收剂用量：2023/12/29其中：2023/12/293〕每小时用水量三、塔径的计算—空塔气速2023/12/29四、填料层高度的计算1、填料层高度的根本计算式对组分A作物料衡算单位时间内由气相转入液相的A物质的量为：2023/12/29微元填料层内的吸收速率方程式为：2023/12/29低浓度气体吸收时填料层的根本关系式为气相总体积吸收系数及液相总体积吸收系数物理意义：在推进力为一个单位的情况下，单位时间单位体积填料层内吸收的溶质量。2、传质单元高度与传质单元数1〕传质单元高度与传质单元数的概念2023/12/29的单位称为“气相总传质单元高度〞，用表示——气相总传质单元数2023/12/29—液相总传质单元高度，m；—液相总传质单元数，无因次；依此类推，可以写出通式：试写出用膜系数及相应的推进力表示的填料层高度的计算式。填料层高度=传质单元高度×传质单元数2023/12/29—气膜传质单元高度，m—气膜传质单元数—液膜传质单元高度，m—液膜传质单元数2023/12/292〕传质单元高度的物理意义2023/12/29气体流经一段填料层前后的浓度变化恰等于此段填料层内以气相浓度差表示的总推进力的的平均值时，那么，这段填料层的高度就是一个气相总传质单元高度。2023/12/29吸收过程的传质阻力越大，填料层的有效比面积越小，每个传质单元所相当的填料层高度越大。传质单元数反映吸收过程的难度，义务所要求的气体浓度变化越大，过程的平均推进力越小，那么意味着过程难度越大，此时所需的传质单元数越大。3、传质单元数的求法平衡线为直线时对数平均推进力法解吸因数法平衡线为曲线时图解积分法近似梯级法2023/12/29a〕对数平均推进力法吸收的操作线为直线，当平衡线也为直线时——直线函数1〕平衡线为直线时2023/12/292023/12/29其中：——塔顶与塔底两截面上吸收推进力的对数平均，称为对数平均推进力。当相应的对数平均推进力可用算术平均推进力替代。写出NOL、NG、NL的表达式。2023/12/292023/12/29b〕解吸因数法平衡关系用直线表示时，将代入2023/12/29令2023/12/29——解吸因数。平衡线斜率和操作线斜率的比值无因次。S愈大，解吸愈易进展。——吸收因数2023/12/292023/12/29分析：横坐标值的大小，反映了溶质吸收率的高低。在气液进口浓度一定的情况下，吸收率愈高，Y2愈小，横坐标的数值愈大，对应于同一S值的NOG愈大。S反映吸收推进力的大小在气液进出口浓度及溶质吸收率知的条件下，假设增大S值，也就是减小液气比L/V，那么溶液出口浓度提高，塔内吸收推进力变小，NOG值增大。2023/12/29对于一固定的吸收塔来说，当NOG已确定时，S值越小，愈大，愈能提高吸收的程度。减小S增大液气比吸收剂用量增大，能耗加大，吸收液浓度降低适宜的S值：2023/12/29例：某消费车间运用一填料塔，用清水逆流吸收混合气中有害组分A，知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m，进料混合气组成为0.04〔组分A的mol分率，下同〕，出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下的平衡关系为Y=2.5X〔X、Y均为摩尔比〕，试求：1〕L/V为(L/V)min的多少倍？2〕所需填料层高度。3〕假设气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓度降至0.0033，求此时所需填料层高度为假设干米？2023/12/29解：1〕L/V为(L/V)min的倍数2023/12/292〕所需填料层高度解吸因数法2023/12/29对数平均推进力法2023/12/29

2023/12/293〕尾气浓度下降后所需的填料层高度尾气浓度2023/12/292〕平衡线不为直线a〕图解积分法AA*YY*XYY2Y12023/12/29b〕近似梯级法MM’M1F1F2023/12/29分析梯级TF1F在梯级T*A*FT中，——平均推进力2023/12/29五、实际板层数的计算1、图解法2023/12/292、解析法求实际板层数1〕实际板数的解析表达式当吸收涉及的浓度区间内平衡关系为直线时在层板间任一截面到塔顶范围内作组分A的衡算假设相平衡关系可采用表示2023/12/292023/12/29在板间任一截面到塔顶范围内作组分A的衡算2023/12/29将代入，得：同理，可以推到第N与N+1板与塔顶，即塔顶与塔底间组分A的物料衡算式：两端同减2023/12/29相对吸收率溶质的吸收率与实际最大吸收率的比值分析相对吸收率与吸收率的区别与联络2023/12/29——克列姆塞尔方程2023/12/292023/12/292〕实际板数与NOG的关系2023/12/29当时，当时，当时，2023/12/29六、吸收的操作型计算例：某吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合物中的丙酮，操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。知物系的浓度较低，丙酮在两相间的平衡关系为y=1.18x，吸收过程为气膜控制，总传质系数Kya与气体流率的0.8次方成正比，1〕今气体流率添加20%，而流体及气液进出口组成不变，试求：a〕丙酮的回收率有何变化？2023/12/29b〕单位时间内被吸收的丙酮量添加多少？2〕假设气体流率，气液进出口组成，吸收塔的操作温度和压强皆不变，欲将丙酮回收率由原来95%的提高至98%，吸收剂用量应添加到原用量的多少倍？思绪：1〕知L/V、m、吸收率解吸因数法求NOGV改动HOG变塔高不变求N’OG解吸因数法求改动后的吸收率2〕V不变解吸因数法求改动后的S求LNOG不变Z不变2023/12/29解：求原有条件下的传质单元数NOG其中：2023/12/