第5章吸收3.ppt

1、学习目的 与要求,1,第五章 吸收,通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过 程的平衡关系与速率关系；掌握低浓度气体吸收的计 算方法；了解传质与分离过程的基本概念及吸收系数 的获取途径、解吸过程的概念。,2,5.5.1 物料衡算与吸收操作线方程 5.5.2 吸收剂用量与最小液气比 5.5.3 填料层高度的基本计算式 5.5.4 低浓度气体吸收填料层高度的计算 5.5.5 吸收塔的调节与操作型计算,5.5 吸收塔的计算,设计计算的主要内容与步骤:,(1) 吸收剂的选择及用量的计算； (2) 设备类型的选择； (3) 塔径计算； (4) 填料层高度的计算； (5) 确定塔的高度； (6) 塔的流

2、体力学计算及校核； (7) 塔的附件设计。,计算依据：物系的相平衡关系和传质速率,操作型计算：对已有吸收塔，讨论操作条件与吸收 效果间的关系。,本节只讨论逆流填料塔内的稳定吸收过程,逆流吸收的特点 传质推动力较大，故吸收速率较大； 入塔新鲜吸收剂与从塔顶引出的尾气接触，有利于降低出塔尾气的浓度； 入塔混合气与从塔底引出的吸收液接触，有利于提高出塔液体的浓度。,计算的前提条件 低浓度、等温、物理吸收，总吸收系数为常数； 情性气体B完全不溶解，溶剂S完全不挥发； 气、液逆流流动。,4,5.5.1 物料衡算与吸收操作线方程,一、物料衡算,目的：计算给定吸收任务下所需的吸收剂用量 L 或吸收剂出口浓度

3、 X1。,V, Y2,V, Y1,L, X1,L, X2,V, Y,L, X,5,下标“1”代表塔内填料层下底截面， 下标“2”代表填料层上顶截面。 V 惰性气体B的摩尔流率kmol/s； L 吸收剂S的摩尔流率kmol/s； Y 溶质A在气相中的比摩尔分数； X 溶质A在液相中的比摩尔分数； L 液体的总摩尔流率kmol/s； V气体的总摩尔流率kmol/s,全塔物料衡算为：,6,若GA为吸收塔的传质负荷，单位时间内溶质被吸收剂吸收的量 kmol/s，则,进塔气量 V 和组成 Y1 是吸收任务规定的，进塔吸收剂温度和组成 X2 一般由工艺条件所确定，出塔气体组成 Y2 则由任务给定的吸收率

4、求出：,则有,二、操作线方程与操作线,同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A的物料衡算，有,L/V吸收塔操作的液气比。,若取填料层任一截面与塔底之间进行物料衡算，则对溶质 A 的物料衡算式为,吸收操作线方程,吸收操作线方程,7,V, Y2,V, Y1,L, X1,L, X2,V, Y,L, X,逆流吸收塔中的操作线,Y*=f(X),操作线,推动力,斜率 （液气比）,8,操作线上任一点的坐标(Y，X)代表了塔内该截面上气、液两相的组成。,二、操作线方程与操作线,9,操作线上任一点P与平衡线间的垂直距离(Y-Y*)为塔内该截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平距离(X*-X) 为该截面

5、上以液相为基准的吸收传质推动力。,两线间垂直距离(Y-Y*)或水平距离(X*-X)的变化显示了吸收过程推动力沿塔高的变化规律。,Y,X,o,Y*=f(X),A,Y1,X1,X2,Y2,B,Y,X,X*,Y*,P,Y- Y*,X*-X,二、操作线方程与操作线,10,三、并流操作线方程与操作线,V, Y2,V, Y1,L, X1,L, X2,V, Y,L, X,并流时的操作线方程，其斜率为（-L/V）。,Y,X,o,Y*=f(X),A,Y2,X2,X1,Y1,B,Y,X,X*,Y*,P,Y- Y*,X*-X,11,5.5.2 吸收剂用量与最小液气比,在吸收塔的设计计算中，惰性气体流量V，以及进、出

6、塔组成Y1、Y2由设计任务给定，吸收剂入塔组成X2则是由工艺条件决定或设计人员选定。,可知吸收剂出塔浓度 X1 与吸收剂用量 L 是相互制约的。,由全塔物料衡算式,L/V，操作线斜率，操作线与平衡线的距离，塔内传质推动力 ，完成一定分离任务所需塔高； L/V，吸收剂用量，吸收剂出塔浓度 X1 ，循环和再生费用；塔内传质推动力 ，完成相同任务所需塔高 ，设备费用 。,12,一、最小液气比(L/V)min,当L/V下降到某一值时，操作线将与平衡线相交或者相切，此时吸收推动力为零，对应的L/V称为最小液气比，用(L/V)min表示，而对应的 X1 则用 X1,max 表示。,13,吸收塔的最小液气比

7、,Y*=f(X）,L/V,操作线与平衡线是相交或相切取决于平衡线的形状。,两线在 Y1 处相交，X1,max=X1*；两线在中间某个浓度处相切时， X1,max X1* 。,15,最小吸收剂用量：,平衡关系符合亨利定律，,表示,则,平衡线无拐点时的最小液气比,用,16,最小液气比只对设计型问题有意义。,可以， 能， 但达不到指定的吸收要求,思考：实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？,17,二、实际吸收剂用量,实际液气比应大于最小液气比，且兼顾设备费用和操作费用两方面因素，按总费用最低的原则来选取。,18,根据生产实践经验，一般取,注意：以上由最小

8、液气比确定吸收剂用量是以热力学平衡为出发点的。从流体力学角度出发，还必须使填料表面能被液体充分润湿以保证两相均匀分散并有足够的传质面积，因此所取L值还应不小于所选填料的最低润湿率，即单位塔截面上、单位时间内的液体流量不得小于某一最低允许值。,则有实际吸收剂用量：,例5-3用洗油吸收焦炉气中的芳烃，吸收塔内的温度为27，压强为106.6kPa，焦炉气流量为850m3/h，其中芳烃的摩尔分数为0.02，要芳烃的回收率不低于95%，进入吸收塔顶的洗油中，所含芳烃的摩尔分数为0.005，若取溶剂用量为理论最小用量的1.5倍，试求每小时送入塔内的洗油量及塔底流出的吸收液浓度。操作条件下的平衡关系为Y=0

9、.125X。,解：1）已知,19,混合气中惰性组分流量,20,则送入塔内的洗油量为：6.57/(1-0.005) =6.60komol/h,出塔吸收液浓度：,在填料塔内，气、液两相传质面积由填充的填料表面提供。,a为填料的有效比表面积，是填料的一个重要特性数据，填料及填料填充方式一定即为定值。,5.5.3 填料层高度的基本计算式,一、传质面积,传质面积：若塔的截面积为(m2)，填料层高度为z(m)，单位体积的填料所提供的传质表面积为a(m2/m3)，则该塔所能提供的传质面积 A(m2)为,21,二、塔截面积与塔径,塔截面积：,填料塔的直径D可根据圆形管道内的流量公式计算,式中：Vs 操作条件下

10、气体体积流量，m3/s； u 操作条件下的空塔气速，m/s。 一般取 u = (0.50.8) uf ， uf 泛点气速。,按上式算出的塔径，应按压力容器公称直径进行圆整，如圆整为600、700、800、1000、1200 mm 等。,22,三、基本关系式,吸收负荷计算,物料衡算关系,吸收速率,吸收速率方程式,推动力,相平衡关系,23,24,填料塔内气、液组成Y、X和传质推动力Y（或X）均随塔高变化，故塔内各截面上的吸收速率也不相同。,V, Y2,V, Y1,Y,X,z,Y+dY,dz,X+dX,a也可视为常数，a与填料形状、尺寸及填充状况有关,气相中溶质A的减少速率 液相中溶质A的增加速率 从气相到液相的传质速率,对微元段填料dz作物料衡算：,填料有效比表面积m2/m3,填料总比 表面积at,填料润湿比表面积aW,填料有效比表面积a,L, X2,L, X1,对填料层中高度为dz的微分段，对溶质 A作物料衡算，在单位时间内由气相转入液相的溶质量dGA 为,V, Y2,V, Y1,L, X1,L, X2,Y,X,z,Y+dY,dz,X+dX,25,将,代入，则有:,或,对上两式沿塔高积分得：,26,在上述推导中，用相内传质速率方程NA=kY(Y-Yi) 和