化工原理下册第四-六节.ppt

1、第四节 低含量气体吸收,一、特点,1、G、L不变 G：kmol混合气/（m2塔截面s） L：kmol溶液/（m2塔截面s）,2、等温吸收 由溶解热引起的液体温度升高不显著，可不作热量衡算,3、kx、ky为常量,二、吸收塔的物料衡算 操作线方程,1、操作线,逆流操作,取控制体，全塔衡算 G（y1-y2）=L（x1-x2）,对塔中某一截面衡算,寻找任一截面上 y 与 x 的关系,即：,操作线方程,操作线在相图中表示,（1）由塔顶，塔底两端点作直线,（2）由塔顶或塔底一个端点及 操作线斜率L/G作直线,线段AB：全塔操作线,B为塔底两相浓度坐标（y1,x1）,A为塔顶两相浓度坐标（y2,x2）,点M

2、为塔某一截面两相浓度坐标,线上任一点坐标代表塔内某一截面上气液两相组成,操作线斜率：,并流操作,G（y1-y2）=L（x2-x1）,操作线斜率：,操作线方程：,2、操作线与推动力,操作线与平衡线于同一图中，则操 作线上任一点M与平衡线间的垂直距 离即为塔内某截面上以气相组成表示 的吸收推动力（y-ye），操作点与平 衡线的水平距离即为该截面上以液相 组成表示的吸收推动力（xe-x）。,由图可见，在吸收塔内推动力的变化规律是由操作线与平衡线共同决定的。,三、相际传质速率方程式 吸收过程基本方程,1、物料衡算微分方程式,主要讨论：微分接触吸收塔中，塔高与吸收速率关系,同时：dydx,对微元塔段dh

3、进行物料衡算,-Gdy = dN = Ldx,2、吸收过程的积分表达式 吸收过程的基本方程式 填料层高度计算式,随着吸收的进行，气体浓度y逐渐下降，而液体浓度x逐渐 上升。因此，吸收塔内各截面的传质速率NA是变化的。,积分：,吸收过程基本方程式 塔高计算基本方程式,3、传质单元数和传质单元高度,将以上塔高计算分成两个部分研究便于工程分析处理,HOG：称为传质单元高度，具有长度因次，单位是m,NOG：称为以（y-ye）为推动力的传质单元数，为无因次量,因此上式可写成：,同样，另一式可写成以（xe-x）为推动力的传质单元数 和相应的传质单元高度,HOG、HOL指完成一个传质单元所需塔高，是吸收设备

4、效能 高低的反映。,讨论：传质单元数和传质单元高度的意义,NOG、NOL反映了分离任务的难易：数值太大表明吸收剂 性能差或表明分离要求过高。,HOG和HOL中的 Kya, Kxa称为容积传质系数，与Ky、Kx相比，还包括了填料性能的优劣及表面润湿情况好坏的因素。,常用设备的传质单元高度为 0.151.5m，由实验测定。,思考：OG 与 HOL 及 NOG 及 NOL 之间的关系换算式是什么？,4、传质单元数的计算,(1)对数平均推动力法,其推导过程类似于传热对数平均温差tm,在吸收塔内，各个截面上的推动力是在变化的， 本方法在于寻求各截面推动力的平均值，以便于计算,前提：气液相平衡曲线为直线,

5、气相传质推动力,液相传质推动力,任一截面,同理：,（2）吸收因数法（类似于传热单元数法）,主要用于处理工程实际问题，计算操作型时比较方便。,（2）公式中有三个数群：,绘图如下：,同理：,讨论：,（1）用吸收因数法处理工程实际问题进行操作型计算方便,由图直接查出NOG 教材P32. 图8-22,利用该图象进行吸收操作参数变化的分析比较方便,该数群中两个为入塔浓度，只 有一个为出塔浓度,分析：入塔条件不变，即G、L、m不变，1/A，HOG不变，,由图可知 不变，y1增大，显然y2也增大,x1的变化用NOL、A、 三个数群关系处理 同理因为NOL、A不变，故 不变， 由于x1x2, 数群为假分数，当

6、y1增大时，x1必定增大,不确定,解吸因数增大，表明操作线斜率减小，向平衡线靠近， 推动力减小，不利于吸收，使y2增大。 x1的变化与m及L/G有关，而m与L/G的具体变化有关， 本题没有明确，因此x1的变化不确定,（3）图解积分法及数值积分法：,图解积分,当平衡线ye = f（x）为一曲线时，平衡线斜率处处不等 总传质系数Kya也不再是常数，不能使用对数平均推动力 或吸收因数法，而只能采用图解积分法或数值积分计算,数值积分,教材中辛普生法,作业：8、9、/1014,四、吸收塔的设计型计算,1、设计型命题,设计要求：H,吸收率（回收率）,对低浓度,计算方法：,过程数学描述,给定条件：y1、G、

7、y2或（回收率）、y=f（x）或m。,选择条件,流向逆、并流 x2溶剂进塔浓度 L吸收剂用量 溶剂再循环等,（1）流向选择,y= f(x),由图可知，并流下端点比逆流下端点离m线近，其ym并 ym逆,讨论：,A、当吸收塔进出口浓度相同时一样时，ym逆ym并,B、采用逆流可使吸收操作范围大，如平衡线为y=mx,则一般只宜采用逆流，若为并流则推动力小,一般 采用 逆流,D、逆流的缺点在于上升气体对下流液体有作用力，限 制了吸收塔所允许的液体流速和气体流速,（2）x2 选择,分析：,作图： x2 的选择必将是斜率为L/G的直线在y1及y2间平行移动。,流向已定（逆流）,流量L已定（ L/G斜率已定）

8、,y1（任务）、y2（规定分离要求）已定,根据全塔物料衡算可知选择x2则确定x1,（1）x2选择过低则对吸收剂的再生提出过高要求使 再生设备和再生费用加大。,讨论：,（2）x2选择过高则推动力减小，塔高变大,结论：对规定的分离要求，x2必须小于x2e=y2/m， 具体大小要多方案比较确定,存在最适 宜x2， 经济优化 问题,x2e = x2max 技术限制,（3）L 选择,此时流向、x2已定，同时任务y1、规定分离要求y2及G已定,操作线斜率改变，X1将改变,塔顶状况已定（y2，x2） 则A点已经确定 L确定，则x1确定,选择L，即改变液气比 L/G 改变操作线斜率,讨论：,结果,经济 优化

9、问题,结果,C、,相应的吸收剂用量为最小吸收剂用量Lmin,技术限 制问题,D、,由图可知：,A、,y = mx 相平衡关系为直线：符合亨利定律,y = f（x），相平衡关系为曲线,（4）吸收剂再循环与返混,A、再循环,虚线为无再循环时的操作线和平衡线,实线为再循环时的操作线和平衡线。,溶剂无循环时为虚线位置 AB为无循环时的操作线,再循环时平衡线下移原因：再循环溶液经冷却器后温度 下降，使气体溶解度增大，即m下降（平衡线斜率下降）,B、返混,流体自身由下游返回上游的现象称为返混。,任何形式的返混均使传质推动力下降，对传质不利。,由图可知，液体局部返混相当于A、B两截面间再循环。,讨论：,（2

10、）再循环适用场合,B、,2、解题示例,例题1、 塔高的计算 教材P37，例85,（1）对数平均推动力法,思路分析：,（2）吸收因数法：,可无须知道亨利定律的具体形式，即无须知道m的具体数值。,例题2、吸收率与塔高关系,根据传质单元数图,例题3 教材P64，习题13（b） 画操作线，关键：找点与斜率,五、吸收塔操作型计算,1、操作型命题,2、计算方法：,解题基本方法是试差法。,基本公式仍是三个,试差过程：,判断依据：H = 定值，以计算值与给定值比较,传质量：,可不试差而得到精确解,方法之二：吸收因数法,某定值 即由公式算出y2,3、吸收塔的操作和调节,操作型最重要的特征：H一定（气体入口条件y

11、1、G已定）,调节手段：L、x2、t 三要素,最终结果：y2或组分的回收率,过程分析：,（1）改变吸收剂用量 L常用方法,G、y1不变， x2、t不变,（2）改变吸收剂入口温度 t,（3）改变吸收剂进口浓度 x2,有利吸收,注意事项：,A、气液两相在塔底接近平衡,红线,欲降低y2，使升高，用增大 吸收剂用量L增大的方法更有效。,B、气液两相在塔顶接近平衡,例题：气体处理量的变化对吸收操作的影响 教材P47，例 8-7,解：（1）对数平均推动力法,y1、x2不变，y2、x1变化,物料衡算式,吸收过程基本方程式,（2）吸收因数法,由原工况已知：,新工况：,讨论：,丙酮易溶，气膜控制，增大气体流率则

12、增大传质系数Kya。 而推动力未有很大变化，传质量的增大是,解题要领：,（1）三个方程,（2）四个浓度 y1、y2、x1、x2 关键是求出x1,（4）,（3）,（5）,塔高求算解题思路,（）阻力控制调节,讨论：,（1）阻力控制的判断方法,气体的溶解性， 相平衡常数m的大小,传质系数ky、kx的大小,易溶，m很小，ky很小 气相阻力控制,难溶，m很大，kx很小 液相阻力控制,作业：15、16、17、19/20-22,六、解吸塔计算,（解吸是吸收的相反过程，教材P38）,惰性气流一般为零 y2=0,1、物料衡算,2、最小气液比,解吸液量L由生产任务所定，,方法之二：,3、解吸塔高计算(推动力与吸收相反）,方法之一：,例题 P39. 解吸气流用量的计算,第五节 高含量气体吸收,一、特点：,1、G、L 沿塔高变化，但惰性气体流率GB及不挥发性溶剂流 率LS不变,2、吸收过程非等温的，应考虑温度对吸收过程的