浙大化工原理第九章-气体吸收-第四次课-2012.

第九章气体吸收GasAbsorption高浓度气体吸收的特点气、液相流率沿塔高是变化的吸收过程是非等温的吸收的溶质量大，产生的溶解热能使两相温度显著升高，相平衡关系也将沿塔高变化。温度升高，对吸收不利，但可以增加传质分系数。传质系数沿塔高变化大。高浓度气体吸收填料层高度的计算吸收塔的计算低浓度吸收时，漂流因子近似等于1，因而传质系数与浓度无关。高浓度吸收时，漂流因子的影响不可忽略，因而传质系数与浓度有关，而浓度是沿塔高变化的，所以传质系数亦沿塔高变化。液相漂流因子常可忽略。另外，沿塔高流动状态的变化也将导致传质系数的变化。myBmyBmyykpPkpPRTDPk1100吸收过程为组分A通过停滞组分B的扩散过程。按双膜理论，气相传质系数液相传质系数mxxxkk110吸收塔的计算全塔物料衡算式2121XXLYYV吸收塔的计算计算公式（低浓度气体吸收）相平衡关系MXY填料层高度计算式12YY*YOGOGYYYdaKVNHZ12XX*XOLOLXXXdaKLNHZaKVHYGOmOGYYYN21AYYYYAANOG111ln111*22*21123计算目的：求达到指定分离要求所需的塔高给定条件：Y1，V，相平衡关系，分离要求（Y2或）吸收塔的计算设计型计算的命题（1）流向选择一般选择逆流，Ym较大。（2）吸收剂进口浓度的选择技术上：X2max=X2*，Ym=0，Z→∞。设计条件的选择YXoY*=f(X)Y1X1X2Y2X2*吸收塔的设计型计算吸收塔的计算（2）吸收剂进口浓度的选择经济上：X2↓，Z↓，设备费↓，但解吸操作费↑。须优化选择。YXoY*=f(X)Y1X1X2Y2X2’吸收塔的设计型计算（3）吸收剂用量的选择min0.2~1.1VLVL2max,121minXXYYVL吸收塔的计算【例9-5】设计一瓷环填料塔，以吸收混合气中的丙酮，吸收剂为清水。进塔气在操作条件下（101.3kPa，25ºC）的流量为0.557m3/s，其丙酮含量为5%（mol%），要求塔内吸收率达98%，设计可取液气比为最小液气比的1.6倍。操作条件下，物系相平衡关系为Y=1.68X，气相总体积传质系数KYa为0.0215kmol/(s·m3)。若气体空塔速度为0.8m/s，求塔径及所需填料层高度。解：空塔气速为0.8m/s时，塔内径为m.m....uVDS940942080143557044吸收塔的计算塔的横截面积222694.094.044mD进塔惰性气体摩尔流率s/kmol....V0216005012982734225570）（0526005010501...Y进塔气体的丙酮含量出塔气体的丙酮含量001050980105260112...YY吸收塔的计算最小液气比实际液气比塔底排出水中丙酮的含量65.168.1/0526.000105.00526.02*121minXXYYVL64.265.16.16.1minVLVL0195.064.2)00105.00526.0()(211LYYVX吸收塔的计算传质单元高度maKVHYOG45.1694.00215.00216.0006390000105001950681052600001050019506810526022112211.....ln....YYYYln)YY(YY(Y***m）（）（）对数平均推动力吸收塔的计算传质单元数填料层高度m...NHZOGOG71106845106.800639.000105.00526.021mOGYYYN吸收塔的计算吸收塔的操作型计算给定条件：Z（及其他有关尺寸），V，L，Y1，X2，Y*=f(X)，流动方式，KYa或KXa。计算目的：Y2（），X1。操作型计算的命题（1）第一类命题（求操作结果）给定条件：Z（及其他有关尺寸），V，Y1，Y2，X2，Y*=f(X)，流动方式，KYa或KXa。计算目的：L，X1。（2）第二类命题（求操作条件）吸收塔的计算计算方法联立求解上节所列方程（计算公式）。一般情况下，由于相平衡方程和吸收过程方程（填料层高度计算式）的非线性，须试差或迭代。当相平衡方程在操作范围内可视为直线时，第一类命题可将基本方程线性化，但第二类命题仍须试差。公式吸收塔的计算操作性问题的定性分析低浓度、逆流吸收。（1）X2↑；L、V、Y1、t，p不变。不变aKVHYGO不变tVL,,不变mkkXY,,不变YK不变OGGOHzNY2=？（=？），X1=？作图法V,Y2V,Y1L,X1L,X2？？吸收塔的计算YXoX2′X1′a）假设Y2不变？X1X2Y1Y2YoY1Y2YY112YYGOYYYN*d12YY~积分限OGN×b）假设Y2减小？×Y2（）∨YY112YY~积分限OGNYY1吸收塔的计算YXoX1′X1?X1X2Y1Y2YoY1Y2YY112YYGOYYYN*d1X1X×∨YXoX1′X1X2Y1Y212XY),(1X×吸收塔的计算（2）L；V、Y1、X2、t，p不变。/aKVHYGOLXk/YK/OGGOHzNY2=？（=？），X1=？V,Y2V,Y1L,X1L,X2？？吸收塔的计算YXoX1′a）假设Y2不变？X1X2Y1Y2YoY1Y2YY112YYGOYYYN*dYY1OGN×b）假设Y2减小？×Y2（）∨OGN12YY~积分限12YY~积分限YY1吸收塔的计算YXoX1?X1X2Y1Y2XoX1X2XX112XXOLXXXN*dL∨×aKLHXOLOLOLHzN1X1X×1XOLNOLN吸收塔的计算YXoX1X2Y1Y2YoX1X2XX112YYGOYYYN*d12XY),(吸收塔的计算（3）V；Y1、L、X2、t，p不变。aKVHYGOVYk/YKOGGOHzNY2=？（=？），X1=？V,Y2V,Y1L,X1L,X2？？吸收因数法吸收塔的计算LMVA1**2221YYYY2YX2=仍需用作图法判断！吸收塔的计算（4）Y1；V、L、X2、t，p不变。aKVHYGOptLV,,,XYkk,YKOGGOHzNY2=？（=？），X1=？V,Y2V,Y1L,X1L,X2？？吸收塔的计算LMVA1**2221YYYY2YX2=仍需用作图法判断！吸收塔的计算【例9-7】某填料吸收塔用溶质含量为0.02（比摩尔分数，下同）的溶剂吸收混合气中的可溶组分，采用的液气比为3.2，气体入塔溶质的含量为2.0%，回收率LX2=0.02LX1VY1=0.02VY2=0.001可达95%。已知在操作范围内物系的平衡关系为Y=2X，吸收过程为气膜控制，总体积传质系数KYa与气体摩尔流率的0.8次方成正比。受前后工序操作状况的影响，该吸收塔的工艺参数也常有波动，试对以下几种情况进行计算。吸收塔的计算（1）当解吸不良使吸收剂入塔含量增高至0.04时，溶质的回收率下降至多少？塔内传质推动力有何变化？X2′=0.04，=？Ym′=？LX2=0.02LX1VY1=0.02VY2=0.001X2′=0.04Y1′=Y1=0.02Y2′=?X1′=?AYYYYAANOG111ln111*22*21原工况新工况AYYYYAANOG111ln111/*2/2/*21吸收塔的计算由于填料及气液两相流动状态未变化OGOGHHOGOGNNz=z’/*2/2/*21*22*21YYYYYYYY02.01Y001.0)95.01(02.0)1(12YY0004.00002.022*2MXY0008.00004.022*2MXY00139.0'2Y新工况回收率%....YYY/0593020001390020121吸收塔的计算吸收剂出塔组成传质平均推动力00614.00002.02.3001.002.02211XLYYVX）（00621.00004.02.300139.002.0/2/21/1XLYYVX）（OGOGOGmNNNYYY019.0001.002.021OGOGOGmNNNYYY0186.000139.002.0/21/可见，吸收剂入塔浓度增高，吸收塔内传质推动力下降，从而导致吸收率降低。%...YYm/m997019001860吸收塔的计算Vs′=1.2Vs，L′=L，Y1′=Y1，X2′=X2，=？，GA=？（2）气体流率增加20%，而溶剂量以及气、液进口组成不变，溶质的回收率有何变化？单位时间被吸收的溶质量增加多少？新工况下传质单元数OGOGYYsOGHHakVaKVH04.12.12.12.12.08.0因为KYa∝Vs0.8，所以当Vs气体流率增加20%后，新工况下填料塔的传质单元高度为04.1OGOGOGOGOGNHHNN吸收塔的计算而原工况6.122.3/MVLA81.66.110004.0001.00004.002.06.111ln625.011111ln111*22*21AYYYYAANOG）（所以55.604.181.6OGN吸收塔的计算又新工况下33.12.16.12.12.1//AMVLMVLA33.110004.00004.002.033.111ln752.01155.6/2YNOG00152.02Y%4.9202.000152.002.0121YYY气体流率增加20%后，多吸收的溶质量为smolVYYVYYVGA/k0032.02.12121计算结果表明，气体流率增加，虽溶质的吸收量有所增加，但因L/V减小，塔内传质推动力减小，从而导致出塔气中溶质含量增高即回收率下降。吸收塔的计算（3）入塔气体溶质含量增高至2.5%时，为保证气体出塔组成不变，吸收剂用量应增加为原用量的多少倍？Vs′=Vs，Y1′=0.025，X2′=X2，Y2′=Y2，L′=？由上式试差得81.6OGOGNNAAAAAA14111ln11110004.0001.00004.0025.011ln11181.6576.01A741.A故吸收剂用量应增至倍088.16.174.1AAAMVMVALLMVLA/吸收塔的计算YX0Y=2XY1X1Y2X2（1）吸收剂用量L的调节调节手段：改变吸收剂入塔参数(L，X2，t2)。吸收塔的操作和调节吸收塔的计算LXk/YKAGYY21AYYVGa）Y2不变？×YXoX1X2Y1Y2zaYAAAdAYYKdANGb）Y2增大？21AYYVG×吸收塔的计算Y2只能下降！（）YXoX1X2Y1Y2X1只能下降！吸收剂用量调节的限度无限塔高（Z→∞）①L/V＜Ｍ气液两相在塔底平衡吸收塔的计算MYXmax112112XXVLYYmax增大L能有效降低Y2。②L/V＞Ｍ气液两相在塔顶平衡22MXYmin增大L不