吸收塔的计算课件

吸收塔的计算

操作型：核算；操作条件与吸收结果的关系。计算依据：物料恒算相平衡吸收速率方程吸收塔的计算内容：

设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂浓度、塔高、塔径5.5.吸收塔的计算5.5.1.物料衡算与操作线方程1．物料衡算定态，假设S不挥发，B不溶于S全塔范围内，对A作物料衡算：GBYb+LsXa=GBYa+LSXb

GB（Yb－Ya）=LS（Xb－Xa）GB，YaGB，YbLS，XaLS，XbXb=Xa＋GB（Yb－Ya）/LS2．操作线方程式及操作线（1）逆流吸收GB，YaGB，YbLS，XaLS，XbGB，YLs，XGBY+LSXa=GBYa+LSXYa=Yb（1－

）

——A被吸收的百分率，称为回收率或吸收率。同理：逆流吸收操作线具有如下特点：XYbYaXbXaABY3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。2）操作线通过塔顶（稀端）A（Xa，Ya）及塔底（浓端）

B（Xb，Yb）;1）定态，LS、GB、Yb、Xa恒定，操作线在X～Y

坐标上为一直线，斜率为LS/GB

。LS/GB为吸收操作的液气比；5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大；4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平衡线OE下方。XABYK.YXX*Y*（2）并流吸收GB，YaGB，YbLS，XaLS，XbGB，YLS，XGBY+LSX=GBYa+LSXaYaYbXaXbABXY逆流与并流的比较：1）逆流推动力均匀，且2）Yb大，逆流时Yb与Xb在塔底相迂有利于提高Xb；

Xa小，逆流时Ya与Xa在塔顶相迂有利于降低Ya。逆流与并流操作线练习Y3X2X1Y1Y2X2Y2X3CDABY1Y2Y3X1X2X3CDAB5.5.2.吸收剂用量的确定B1YbYaABOEXYXaXbX*bP1．最小液气比最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。最小液气比的计算（1）平衡曲线一般情况X*b——与Yb相平衡的液相组成。平衡关系符合亨利定律时：2）平衡曲线为凸形曲线情况2．操作液气比【例5-5】某矿石焙烧炉排出含SO2的混合气体，除SO2外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入填料吸收塔中，用清水洗涤以除去其中的SO2。吸收塔的操作温度为20℃，压力为101.3kPa。混合气的流量为1000m3/h，其中含SO2体积百分数为9%，要求SO2的回收率为90%。若吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算：（1）吸收剂用量及塔底吸收液的组成X1；2）当用含SO20.0003（摩尔比）的水溶液作吸收剂时，保持二氧化硫回收率不变，吸收剂用量比原情况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？已知101.3kPa，20℃条件下SO2在水中的平衡数据：与Y1相平衡的液相组成=0.0032低浓度吸收的特点：5.5.3.填料层高度的计算1．传质单元数法

（1）塔高计算基本关系式hoyy+dyxx+dxhdhyaxaxbyb单位时间，dh内吸收A的量：——塔截面积，㎡;GA——A的流率，kmol/(㎡·s)；G——混合气体流率，kmol/(㎡·s)；L——吸收剂流率，kmol/(㎡·s)。a——单位体积填料的有效传质面积，㎡。填料层高度同理：——气相总体积传质系数，kmol/（m3·s）

——液相总体积传质系数，kmol/（m3·s）

填料层高度可用下面的通式计算：

Z=传质单元高度×传质单元数体积传质系数的物理意义：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

以为例1）传质单元数、—液相总传质单元高度、总传质单元数——气相传质单元高度、传质单元数——液相传质单元高度、传质单元数—气相总传质单元高度、总传质单元数定义：气相总传质单元数传质单元数的意义：反映了取得一定吸收效果的难易程度。

气体流经一段填料，溶质组成变化（yb

－

ya）等于该段填料平均吸收推动力（y－y*）m时，，该段填料为一个传质单元。2）传质单元高度

定义：气相总传质单元高度，m。

传质单元高度的意义:

完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了吸收设备效能的高低。传质单元高度影响因素：填料性能、流动状况体积总传质系数与传质单元高度的关系:传质单元高度变化范围：0.15～1.5m。各种传质单元高度之间的关系平衡线斜率为m

同理：比较上式：（3）传质单元数的计算1）对数平均推动力法气液平衡线为直线操作线也为直线=y－y＊=Ay+B同理：平衡线与操作线平行时，当、时，对数平均推动力可用算术平均推动力。注意：平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。2）吸收因数法平衡线为通过原点的直线，服从亨利定律

逆流为例：S——解吸因数（脱吸因数）讨论：m、yb、xa、S一定时：

注意：图的适用范围为>20及S<0.75。

的意义：反映了A吸收率的高低。

参数S的意义：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。

S范围在0.7～0.8

——吸收因数3）数值积分法平衡线曲线时图解积分法步骤如下：

操作线上任取一点（x,y），其推动力为(y-y*)。

系列y～作图得曲线。

积分计算ya至yb范围内的阴影面积。ybyaxayybyaoE2．等板高度法理论级:不平衡的气液两相在一段填料层内相互接触，离开该段填料的气液两相达到相平衡，此段填料为一个理论级。Z=HETP×NT

NT——完成分离任务，所需的理论级数；HETP——等板高度。等板高度：分离效果达到一个理论级所需的填料层高度。5.5.4.吸收塔的计算命题：物系、操作条件一定，计算达到指定分离要求所需塔高。分离要求：残余浓度ya或溶质的回收率

1．设计型（1）流向的选择

逆流特点：1)逆流推动力大，传质速率快；2）吸收液的浓度高；3）溶质的吸收率高；4）液体受到上升气体的曳力，限制了液体流量和气体流量。（2）吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度（3）吸收剂流量的确定【例5-6】在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h，气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.333kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关系为y*=0.75x，气相总体积吸收系数为0.088kmol/m3·s，试求（1）每小时用水量；（2）用平均推动力法求出所需填料层高度。

【例5-7】空气中含丙酮2%（体积百分数）的混合气以0.024kmol/m2·s的流率进入一填料塔，今用流率为0.065kmol/m2·s的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收率为98.8%。已知操作压力为100kPa，操作温度下的亨利系数为177kPa，气相总体积吸收系数为0.0231kmol/m3·s，试用解吸因数法求填料层高度。2．吸收塔的操作型计算命题：塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的分析和计算;

吸收塔的核算。

（１）定性分析【例5-8】在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则ya、xb何变化？（已知体积传质系数随流量变化关系为）

定性分析步骤：

1）根据条件确定HOG、S；

2）利用ho=，确定的变化;

3）采用吸收因数法确定ya的变化;4）利用全塔物料衡算分析xb变化。

（2）定量计算问题：吸收温度降低，ya、xb、吸收操作线如何变化？

xa降低，ya、xb

、吸收操作线如何变化？吸收压力提高，ya、xb

、吸收操作线如何变化？【例5-9】某填料吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮—空气混合气中的丙酮，操作液气比为2.0，丙酮的回收率为95%。已知该吸收为低浓度吸收，操作条件下气液平衡关系为，吸收过程为气膜控制，气相总体积吸收系数与气体流率的0.8次方成正比。（塔截面积为1㎡）（1）若气体流量增加15%，而液体流量及气、液进口组成不变，试求丙酮的回收率有何变化？（2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而气体流量，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压力皆不变，试求吸收剂用量提高到原来的多少倍。3．吸收过程的强化目标：提高吸收过程的推动力；降低吸收过程的阻力。（1）提高吸收过程的推动力【例5-10】在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099（摩尔分率）的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的85%，进塔气体中溶质浓度为0.091（摩尔分率），操作液气比为0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为，试求：（1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。假设体积传质系数与流动方式无关。1）逆流操作比并流操作的推动力大；2）提高吸收剂的流量；ybyaya’xbxb’xa（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。3）吸收过程为气膜控制时，降低吸收剂入口温度；4）降低吸收剂入口溶质的浓度；5）吸收过程为气膜控制时，提高吸收的压力。5.5.5.塔板数的计算ya=y1xa=x0y1yix11ii+1Nxiyi+1xi+1yNxNyb=yN+1xb=xN理论板：气液两相充分接触，达到平衡的板。操作关系：