化工原理5-5.ppt

化工原理 第五节 主讲 计建洪 5 5吸收塔的计算 5 5 1物料衡算和操作线方程 5 5 2吸收剂用量与最小液气比 5 5 3吸收塔填料层高度的计算 5 5 4吸收塔塔径的计算 5 5 5吸收塔的操作型计算 5 5 7强化吸收过程的措施 书面作业 P252 10 11 12 13 P253 21 5 5 1物料衡算和操作线方程 1 物料衡算及吸收液浓度的计算 V Y1 Y2 L X1 X2 Y2 Y1 1 式中 混合气中溶质A被吸收的百分率 称为回收率或吸收率 V 通过吸收塔的惰性气体流量 kmol s L 通过吸收塔的溶剂流量 kmol s 塔底排出液中溶质的浓度X1 X2 V Y1 Y2 L 2 吸收操作线方程与操作线 若在塔顶与中间任一截面之间做物料衡算V Y Y2 L X X2 若在塔底与中间任一截面之间做物料衡算V Y Y1 L X X1 这两个公式称为逆流吸收操作线方程式 逆流吸收操作线具有如下特点 返回 5 5 2吸收剂用量与最小液气比 最小液气比是针对一定的分离任务 操作条件和吸收物系 当塔内某截面吸收推动力为零时 达到分离程度所需塔高为无穷大时的液气比 以表示 对应的吸收剂用量称为最小吸收剂用量 记作 通常吸收剂用量为最小用量的1 1 2 0倍 即L 1 1 2 0 需要指出的是 L值必须保证操作条件时 填料表面被液体充分润湿 即保证单位塔截面上单位时间内流下的液体量不得小于某一最低允许值 最小液气比的计算 若平衡关系符合亨利定律 如果平衡线凹型曲线 则可按下式计算最小液气比 D B A 例 返回 分析 5 5 3吸收塔填料层高度的计算 1 塔高计算基本关系式 推导 为气相总体积传质系数 单位为kmol m3 s 体积传质系数的物理意义为 在单位推动力下 单位时间 单位体积填料层内吸收的溶质量 2 传质单元数与传质单元高度 称为气相总传质单元高度 以HOG表示 称为气相总传质单元数 以表示 填料层高度 意义 3 传质单元数的计算 1 对数平均推动力法当气液平衡线为直线时 NOL 例 塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数平均值 称为对数平均推动力 一起看P236例5 7 若气液平衡关系在吸收过程所涉及的组成范围内服从亨利定律 2 吸收因数法 式中为解吸因数 脱吸因数 参数S反映了吸收过程推动力的大小 其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值 值的大小反映了溶质A吸收率的高低 液相总传质单元数用吸收因数法计算 其计算式为 式中A 称为吸收因数 例 一起看P236例5 8 返回 5 5 4吸收塔塔径的计算 计算塔径关键是确定适宜的空塔气速 通常先确定液泛气速 然后考虑一个小于1的安全系数 计算出空塔气速 计算出的塔径 还应根据国家压力容器公称直径的标准进行圆整 返回 5 5 5吸收塔的操作型计算 吸收塔的操作型计算是指吸收塔塔高一定时 吸收操作条件与吸收效果间的分析和计算 例如已知塔高Z 气 液流量 混合气体中溶质进口组成Y1 吸收剂进口组成X2 体积传质系数KYa时 核算指定设备能否完成分离任务 又如某一操作条件 L V T p Y1 X2 之一变化时 计算吸收效果如何变化 返回 在定性分析时 常根据条件确定HOG S 然后用Z HoG NOG确定NOG的变化 再用吸收因数法图确定Y2的变化趋势 最后 用全塔物料衡算分析X1的变化 在定量计算时 由于传质单元数计算式的非线性 因此 计算需采用试差法及对比法求解 5 5 7强化吸收过程的措施 1 提高吸收过程的推动力 1 逆流操作 2 提高吸收剂的流量 3 降低吸收剂入口温度 4 降低吸收剂入口溶质的浓度 2 降低吸收过程的传质阻力 1 提高流体流动的湍动程度 2 改善填料的性能 返回 13 用清水逆流吸收混合气体中的CO2 已知混合气体的流量为300标准m3 h 进塔气体中CO2含量为0 06 摩尔分数 操作液气比为最小液气比的1 6倍 传质单元高度为0 8m 操作条件下物系的平衡关系为Y 1200X 要求CO2吸收率为95 试求 1 吸收液组成及吸收剂流量 2 写出操作线方程 3 填料层高度 解 1 由已知可知惰性气体流量 X2 0 最小液气比 操作液气比 吸收剂流量 L 1824 12 59 22963kmol h 2 操作线方程 整理得Y 1824X 3 26 10 3 3 脱吸因数 返回 12 用SO2含量为1 1 10 3 摩尔分数 的水溶液吸收含SO2为0 09 摩尔分数 的混合气中的SO2 已知进塔吸收剂流量为37800kg h 混合气流量为100kmol h 要求SO2的吸收率为80 在吸收操作条件下 系统的平衡关系为 求气相总传质单元数 解 吸收剂流量 惰性气体流量 返回 在使用平均推动力法时应注意 当 时 对数平均推动力可用算术平均推动力替代 产生的误差小于4 当平衡线与操作线平行时 返回 1 当定态连续吸收时 若L V一定 Y1 X2恒定 则该吸收操作线在X Y直角坐标图上为通过塔顶A X2 Y2 及塔底B X1 Y1 的直线 其斜率为 称为吸收操作的液气比 2 此操作线仅与吸收操作的液气比 塔底及塔顶溶质组成有关 与系统的平衡关系 塔型及操作条件T p无关 3 吸收操作时 吸收操作线在平衡线的上方 且塔内某一截面mn处吸收的推动力为操作线上点K X Y 与平衡线的垂直距离 Y Y 或水平距离 X X 操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大 解吸操作时 Y Y 或X X 故解吸操作线在平衡线的下方 返回 K X2 Y2 A B Y1 X1 返回 V Y1 Y2 L X1 X2 在吸收塔的设计计算中 气体的处理量 进塔气体的组成Y1 吸收剂的入塔组成X2以及分离要求都是作为设计的已知条件规定了的 单吸收的目的是除去气体中的有害物质 一般直接规定气体中参与有害溶质的组成Y2 见图 返回 K X2 Y2 A B Y1 X1 返回 吸收剂用量是影响吸收操作的重要因素之一 它直接影响设备尺寸和操作费用 当气体处理量一定时 操作线的斜率L V决定了吸收剂用量的多少 1 L L V 推动力 操作费 2 L L V 推动力 设备费 L L V 推动力 0 设备费 返回 液气比的影响 因为dGA VdY LdX NAdANA KY Y Y KX X X dA a dZ所以 联立 积分 0 Z dZ Y dY X X dX 返回 填料层高度可用下面的通式计算 Z 传质单元高度 传质单元数 1 传质单元数 计算式中的分子为气相或液相组成变化 即分离效果 分离要求 分母为吸收过程的推动力 若吸收要求愈高 吸收的推动力愈小 传质单元数就愈大 所以传质单元数反映了吸收过程的难易程度 当吸收要求一定时 欲减少传质单元数 则应设法增大吸收推动力 2 传质单元的意义以为例 由积分中值定理得知 当气体流经一段填料 其气相中溶质组成变化 Ya Yb 等于该段填料平均吸收推动力 Y Y m 即时 该段填料为一个传质单元 3 传质单元高度以为例 时 故传质单元高度的物理意义为完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度 因在中 为传质阻力 体积传质系数与填料性能和填料润湿情况有关 故传质单元高度的数值反映了吸收设备传质效能的高低 愈小 吸收设备传质效能愈高 完成一定分离任务所需填料层高度愈小 与物系性质 操作条件 及传质设备结构参数有关 为减少填料层高度 应减少传质阻力 降低传质单元高度 4 体积总传质系数与传质单元高度的关系体积总传质系数与传质单元高度同样反映了设备分离效能 但体积总传质系数随流体流量的变化较大 通常 而传质单元高度受流体流量变化的影响很小 通常的变化在0 15 1 5m范围内 具体数值通过实验确定 故工程上常采用传质单元高度反映设备的分离效能 5 各种传质单元高度之间的关系当气液平衡线斜率为m时其中为解吸因数 其倒数为吸收因数 吸收因数的意义