在逆流操作的填料塔内进行气体吸收.doc

吸收塔是是现代化工吸收和传质的核心设备。吸收塔有多种型式，如喷淋塔、液柱塔、填料塔等。不同型式的吸收塔各有优缺点。由于塔内气液流动、传质、化学反应的复杂性，目前喷淋塔的设计主要靠经验性设计。尤其在我国，目前大中型烟气脱硫设备都是从国外引进的，对吸收塔的理论研究很少。因此，对于塔内气液传质、流动等理论性的研究还需深入，以便为工程设计提供可靠的理论基础，使设计完善、精确。在逆流操作的填料塔内进行气体吸收，由于塔内各截面上气、液相浓度随塔高变化，吸收速率各不相同，要计算填料层高度，通常采用微分方法，即从分析塔中微元填料层高度dH的传质速率和物料平衡入手，得到填料塔填料层高度计算公式： （1） （2） 以上两式分别为填料塔内进行低浓度气体吸收用于计算填料层高度 H的 基本关系式，它们还可以写成下列形式： （3） （4）由式(3)、(4)可知，式的右边可分为两个部分，以式(3)为例，式中，常 把HOG称为气相总传质单元高度 m ，NOG称为气相总传质单元数无因次。将塔高写成HOG与NOG的乘积，只是变量的分离和合并，并无实际性的变化。但是这样的处理有明显的优点，传质单元数NOG中所含的变量只与物质的相平衡以及进、出口的含量条件有关，与设备的形式和设备中的操作条件（如流速）等无关。这样，在做出设备形式的选择之前即可先计算NOG。NOG反映了分离任务的难易。如果NOG的数值太大，则表明吸收剂性能太差，或表明分离要求过高。HOG则与设备的形式、设备中的操作条件有关，HOG表示完成一个传质单元所需的塔高，是吸收设备效能高低的反映。通常传质系数Kya随流率G增加而增加，但G/Kya则与流率的关系较小。传质单元高度的数值其变化量级不如传质系数那样大，常用吸收设备的传质单元高度约为0.151.5m。具体数值须由实验测定。即，在单位横截面积上，整个塔高吸收量取决于三个因素：传质系数、吸收区塔高、平均推动力。对于给定的吸收任务G(yly2)，这三个量此消彼长。由定义可见，传质单元数NTU表达的是吸收塔进出口物质浓度差与气侧平均传质推动力之比值。其物理意义表示吸收塔吸收物质的困难程度。由其定义可知，如果吸收任务(吸收总效率)给定，则NTU只受平均推动力影响；比如，加大浆液流量，或改变浆液性质，增强液侧吸收力，降低平衡浓度，可增大推动力，使NIU减小。根据喷淋塔的设计在计算时，一般分别计算HOG和NOG，其中HOG可直接代入计算，而对于NOG，它完全与平衡线和操作线有关，当平衡线为直线时，常采用对数平均浓度差法和吸收因数法等简化方法。连续式接触吸收过程的传质单元数NOG可用多种方法求得。当相平衡关系ye =f(x)在吸收塔操作范围内可近似看成直线时，可用对数平均推动力法求解当相平衡关系服从亨利定律ye=mx即平衡线为一通过原点的直线时，可用吸收因数法求解；当平衡线y e=f(x)为一曲线时，可用图解法或数值积分法求解。吸收、逆流的情况下，对于低含量气体的吸收过程，该过程的操作线为一直线或，气液平衡规律符合y=mxe，物料衡算的微分方程式为Gdy=Ldx，吸收的气相传质单元数，操作线方，L(x1-x2）=G(y1-y2)，上式为吸收逆流情况下NOG的基本表达式。这种表达式最为简洁；且具有一定的物理意义，即y1-mx1为吸收塔塔底的浓差推动力，y2- mx2为吸收塔塔顶的浓差推动力。但若采用这种形式解决吸收操作型问题并不方便，因为这种形式中包含了四个浓度x1，y1，x2，y2，其中x1，y2为未知的出口浓度。所以我们希望能从这种基本表达式中消去一个浓度，使该表达式更具有实际应用价值。消去x1，由于L(x1-x2)=G(y1-y2)，由此可以得到，所以，代入上面求得的式子可以得到，这个式子与上面直接求得的式子相比，少了一个未知量x1，更便于计算。消去y2，将代入式子得：消去x2，将代入基本表达式得以上每种情况中均出现了四种表达形式， 其中均以第一、二种形式最为常用。这主要是因为第一、二种形式虽然同样包含了三个浓度，但其中只有一个为未知的出1：3浓度。所以，应用第一、二种形式解决吸收操