化工原理第五章-气体吸收第5节.ppt

1、2020/7/27,第5章 气体吸收,5.5.1 物料衡算与操作线方程 5.5.2 吸收剂用量的确定 5.5.3 塔径的计算 5.5.4 填料层高度的计算 5.5.5 高浓度气体的吸收 5.5.6 解吸过程及其计算,5.5 吸收塔的计算,2020/7/27,吸收塔的设计计算，一般的已知条件是： 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 需要计算： 1）吸收剂的用量kmol/(m2.s)； 2）塔的工艺尺寸，塔径和填料层高度,2020/7/27,2020/7/27,一、吸收塔的物料衡算与操作线方程,1、

2、物料衡算,目的 ：确定各物流之间的量的关系 以及设备中任意位置两物料 组成之间的关系 假设：定态、溶剂不挥发、惰性气体不溶解,对单位时间内进出吸收塔的溶质A的物质的量作衡算,2020/7/27,2、吸收塔的操作线方程式与操作线,在 mn截面与塔底截面之间作组分A的衡算,2020/7/27,逆流吸收塔操作线方程,在mn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,2020/7/27,说明： （1）定态连续操作时，若L、V一定，则吸收操作线为通过塔顶和塔底的一条直线 （2）操作线与吸收操作的液气比、塔底及塔顶溶质的组成有关 （3）吸收操作线总是位于平衡线的上方，操作线位于平衡线下方，则应

3、进行脱吸过程。,2020/7/27,二、吸收剂用量的确定,液气比,最小 液气比,2020/7/27,计算法 适用条件：,最小液气比的求法,2020/7/27,图解法 正常的平衡线,2020/7/27,平衡线为上凸形时,例：用清水洗涤含SO2气体，吸收塔的操作温度为20oC，压力为101.3kPa，混合气的流量为1000m3/h，其中SO2体积分数为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SO2回收率不变，吸收剂用量为多少？塔底吸收液的组成？ 解：,20

4、20/7/27,由表5-9中XY数据，采用插入法得到与气相进口组成Y1相平衡的液相组成X1*=0.0032,2020/7/27,实际吸收剂用量L1.2Lmin=1.21054=1265kmol/h 塔底吸收液的组成X1由全塔物料衡算求得： X1=X2+V(Y1-Y2)/L=0+37.85(0.099-0.0099)/1265=0.00267 (2) 吸收率不变，即Y20.0099，而X20.0003,2020/7/27,实际吸收剂用量L1.2Lmin=1.21163=1395kmol/h 塔底吸收液的组成X1由全塔物料衡算求得： X1=X2+V(Y1-Y2)/L=0.0003+37.85(0.

5、099-0.0099)/1395=0.00272,在（2）的基础上，如果将SO2吸收率提高到95%，其他条件不变，则吸收剂用量为多少？塔底吸收液的组成将如何变化？ L1473kmol/h；X10.00272,2020/7/27,三、塔径的计算,空塔气速,2020/7/27,四、填料层高度的计算,1、填料层高度的基本计算式,对溶质A作物料衡算 单位时间内由气相转入液相的A的物质量为：,2020/7/27,微元填料层内的吸收速率方程式为：,2020/7/27,低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为,气相总体积传质系数及液相总体积传质系数,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

6、念,填料层高度计算基本公式,2020/7/27,的单位,气相总传质单元数,2020/7/27,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：,填料层高度=传质单元高度传质单元数,传质单元数NOG、NOL等计算式（积分式）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。所以传质单元数反映了吸收过程的难易程度。,2020/7/27,2020/7/27,传质单元的意义当气体流经一段填料，其气相（或液相）中溶质组成变化（Y1Y2）等于该段填料平均吸收推动力（YY*)m，即NOG=1或NOL=1，该段填料即为一个传质单元。,2020/7/

7、27,传质单元高度完成一个传质单元分离效果所需的填料高度。它反映了吸收设备传质效能的高低。传质单元高度越小，吸收设备传质效能越高，完成一定分离任务所需的填料层高度越小。 体积总传质系数(KY)与传质单元高度(HOG)的关系传质单元高度在工程中应用更加广泛，主要是由于：（1）传质单元高度的单位与填料层高度单位相同，避免了传质系数单位的复杂换算；（2）流体流量对HOG的影响较小，一般Ky V0.70.8，而HOG V0.20.3 。,2020/7/27,各种传质单元高度之间的关系当气液平衡关系符合亨利定律或在操作范围内平衡线为直线，则有：,2020/7/27,3、传质单元数的求法,平衡线为直线时,

8、对数平均推动力法,脱吸因数法,平衡线为曲线时,图解积分法,近似梯级法,2020/7/27,1）平衡线为直线时 a）对数平均推动力法,前提：吸收的操作线为直线，当平衡线也为直线时,直线函数,2020/7/27,2020/7/27,其中：,塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数平均，称为对数平均推动力。,2020/7/27,2020/7/27,b）脱吸因数法,2020/7/27,2020/7/27,解吸因数(脱吸因数)。平衡线斜率和操作线斜率的比值，无因次。S愈大，越不易吸收。,吸收因数,令,2020/7/27,2020/7/27,液相总传质单元数NOL,2020/7/27,例：在一塔径为0.8m的填

9、料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为98%，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）下的汽液平衡关系为Y*=0.75X，气相总体积吸收系数为0.088kmol/(m3s)，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；（3）用吸收因数法求出所需填料层高度。(4)当氨的吸收率提高到99.5%时，请问该填埋塔是否还适用？,解,2020/7/27,2020/7/27,2020/7/27,如果改用HOL、NOL计算，结果如何？,2020/7/2

10、7,2020/7/27,2）平衡线不为直线 图解积分法,A,A*,Y,Y*,X,Y,高浓度气体吸收的特点 气液两相的摩尔流量沿塔高变化较大 这种变化对吸收过程的传质系数带来较大的影响 过程常伴有显著的热效应 温度的变化会导致物性参数发生变化，从而影响传质系数 高浓度气体吸收的计算 吸收过程的相平衡和操作线方程不在是直线，而是曲线。因此它的计算需要对系统的物料衡算、热量衡算、气液相间的传质速率方程和传热速率方程以及相平衡方程联立求解,2020/7/27,5.5.5 高浓度气体的吸收,解吸的目的 获得所需的较纯的气体溶质 使溶剂再生 解吸过程的推动力 解吸过程的推动力及必要条件与吸收过程相反 解吸

11、的必要条件：yAyA*或pApA* 解吸过程的推动力：（ yA* -yA）或（ pA* -pA）,2020/7/27,5.5.7 解吸过程及其计算,气提解吸（载气解吸）吸收液从解吸塔塔顶喷淋而下，载气从解吸塔底靠压差自下而上与吸收液逆流接触，载气不含溶质或含溶质量极少 减压解吸若吸收过程是在加压条件下进行的，可通过对吸收液降压处理来实现解吸 加热解吸通常溶质在溶剂中的溶解度随温度的升高而降低，因而将吸收液加热，降低它的溶解度，即提高它的平衡分压，使其满足解吸条件,2020/7/27,5.5.7.1 解吸方法,最小气液比和载气流量的确定 操作线方程,2020/7/27,5.5.7.2 解吸过程的计算,最小气液比,实际气液比,解吸填料层高度 传质单元数法,2020/7/27,当平衡线和解吸操作线均为直线时，传质单元数可以采用平均推动力法计算或吸收因数法计算,例：在一吸收解吸联合流程中，吸收塔内用洗油逆流吸收煤气中含苯蒸气。入塔气体中苯的浓度为0.03（摩尔分数，下同），吸收操作条件下，平衡关系为Y*=0.125X，吸收操作液气比为0.2444，进塔洗油中苯的浓度为0.007，出塔煤气中苯的浓度