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第六章 吸收

第三节 吸收塔的计算

一、物料衡算与操作线方程

二、吸收剂用量的确定

三、塔径的计算

四、填料层高度的计算

五、理论板层数的计算

六、吸收的操作型计算 吸收塔的设计计算,一般的已知条件是:1)混合气体中溶质A的组成及流量;

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 ;

需要计算的量:1)吸收剂的用量kmol/(m2.

s);

2)塔径和填料层高度

1、物料衡算 确定各物流之间的量的关系;

确定设备中任意位置两物料 组成之间的关系. 对单位时间内进出吸收塔的A的 量作衡算 :

一、吸收塔的物料衡算与操作线方程 吸收率 :混合气中溶质A 被吸收的百分率

2、吸收塔的操作线方程式与操作线 在m―n截面与塔底截面之间作组分A的衡算 ――逆流吸收塔操作线方程 在m―n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 表明 : 塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线关系,直线的斜率为L/V. 并流吸收塔的操作线: 注意: 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,则应进行脱吸过程. 液气比 Y1 L/V B B* 最小 液气比

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二、吸收剂用量的确定 最小液气比的求法: 图解法 正常的平衡线 平衡线为上凸形时 计算法 适用条件: 平衡线符合亨利定律,可用 表示 例:空气与氨的混合气体,总压为101.33kPa,其中氨的分压为1333Pa,用20℃的水吸收混合气中的氨,要求氨的回收率为99%,每小时的处理量为1000kg空气.物系的平衡关系列于本例附表中,若吸收剂用量取最小用量的2倍,试 求每小时送入塔内的水量. 溶液浓度(gNH3/100gH2O)

2 2.5

3 分压 ( Pa

1600 2000

2427 分析: 求水量 吸收剂用量L 求Lmin 已知L/Lmin 平衡常数 解: 1)平衡关系 2)最小吸收剂用量: 其中: 3)每小时用水量

三、塔径的计算 ―空塔气速

1、填料层高度的基本计算式 对组分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:

四、填料层高度的计算 微元填料层内的吸收速率方程式为: 低浓度气体吸收时填料层高度的基本关系式为: 气相总体积吸收系数及液相总体积吸收系数 物理意义 : 在推动力为一个单位的情况下,单位时间单位体积填料层内吸收的溶质量.

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念 的单位: 称为"气相总传质单元高度" ,用 表示 ――气相总传质单元数 ―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: 试写出用膜系数及相应的推动力表示的填料层高度的计算式. ―气膜传质单元高度,m ―气膜传质单元数 ―液膜传质单元高度,m ―液膜传质单元数 2)传质单元高度的物理意义 假定某吸收过程: Z=HOG 气体流经一段填料层前后的浓度变化恰等于此段填料层 内以气相浓度差表示的总推动力的的平均值时,这段填 料层的高度就是一个气相总传质单元高度. 吸收过程的传质阻力越大,填料层的有效比面积(a)越小 ,每个传质单元所相当的填料层高度越大;

传质单元数反映吸收过程的难度,任务所要求的气体浓度 变化越大,过程的平均推动力越小,则意味着过程难度越 大,此时所需的传质单元数越大.

3、传质单元数的求法 平衡线为直线时 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 1)平衡线为直线时 a)脱吸因数法 平衡关系用直线 表示时, 将 代入上式,得: 令 ―脱吸因数.平衡线斜率和操作线斜率的比值 无因次.S愈大,脱吸愈易进行. ―吸收因数 分析 : 横坐标 值的大小,反映了溶质吸收率的高低. 在气液进出浓度(Y1,X2)一定的情况下,吸收率愈高, Y2愈小,横坐标的数值愈大,对应于同一S值的NOG愈大. S反映吸收推动力的大小 在气液进出口浓度及溶质吸收率已知的条件下,若增大S值(减小液气比L/V),则溶液出口浓度提高,塔内吸收推动力变小, NOG值增大. 对于一固定的吸收塔来说,当NOG已确定时,S值越小, 愈大,愈能提高吸收的程度. 减小S 增大液气比 吸收剂用量增大,能耗加大,吸收液浓度降低 适宜的S值: b)对数平均推动力法 吸收的操作线为直线,当平衡线也为直线时: ――直线函数 其中: ――塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数平均值,称为 对数平均推动力. 时, 当 相应的对数平均推动力可用算术平均 推动力代替. 写出NOL、NG、NL的表达式. 例:某生产车间使用一填料塔,用清水逆流吸收混合气中有害组分A,已知操作条件下,气相总传质单元高度为1.5m,进料混合气组成为0.04(组分的mol分率,下同),出塔尾气组成为0.0053,出塔水溶液浓度为0.0128,操作条件下的平衡关系为Y=2.5X(X、Y均为摩尔比),试求: 1)L/V为(L/V)min的多少倍? 2)所需填料层高度. 3)若气液流量和初始组成均不变,要求最终的尾气排放浓度降至0.0033,求此时所需填料层高度为若干米? 解: 1)L/V为(L/V)min的倍数 2)所需填料层高度 脱吸因数法 对数平均推动力法 3)尾气浓度下降后所需的填料层高度 尾气浓度 2)平衡线不为直线 a)图解积分法 A A* Y Y* X Y Y2 Y1 b)近似梯级法 M M' M1 F1 F 分析梯级TF1F 在梯级 T*A*FT中, ――平均推动力