6.3吸收(或解析)塔的计算

第四节吸收(或解析)塔的计算•吸收与解吸的不同点：推动力和传质方向相反。•根据给定的吸收任务(处理气量及其初终浓度)，选定吸收剂后，工艺计算的主要项目有：1.吸收剂的用量及吸收液的浓度2.填料塔的填料层高度或板式塔的塔板数3.塔直径，可由处理气量及塔的操作气速决定。一、物料衡算1.全塔物料衡算bbaaaabbGyLxGyLxLb,xbGb,ybGa,yaLa,xaGb、Ga－气体入塔、出塔流率，kmol/(m2.s)La、Lb－液体入塔、出塔流率，kmol/(m2.s)GB－气体中惰性组分B的流率，kmol/(m2.s)G、L随塔高而变LS－液体中纯溶剂S的流率，kmol/(m2.s)()()BbaSbaGYYLXX100%babYYY吸收率＝11BbbaaGGyGy11SaabbLLxLx1yYy1xXxBSGYALXA－气相中的量－液相中的量2、操作线方程G,yL,x如用Y、X浓度表示，则操作线方程为：对塔顶到任一截面作物料衡算：吸收操作中，G、L随塔高变化，而GB、LS则不随塔高变化。Y～X之间的关系为一线性关系，而y~x之间的关系不为线性关系。Lb,xbGb,ybGa,yaLa,xa逆流操作的塔由前式知，如用y、x浓度表示，操作线方程为：操作线上任意一点代表塔内某一截面上的气、液相组成的大小。BSaaaSGYLXGYLXGyLxLaaaayxGGaaaaGyLxGyLx()SaaBLYXXYGbbbbLGyLxyxGG()SbbBLYXXYG或对塔底到任一截面作物料衡算：操作线方程的图示AayaxBbybxxyAaYaXBbYbX当低浓度吸收（进气浓度低于5～10％）时，L、G随塔高的变化较小，可认为近似不变。则以y、x表示的操作线也可认为是一条直线。MYXaaaaLGyLxyxGG()SaaBLYXXYG()aaLyxxyG（塔底）（塔顶）（塔底）（塔顶）并流吸收塔的操作L,xbG,ybG,yaL,xa并流操作的塔AayaxBbybx并流操作的操作线方程并流操作的操作线GL斜率yxaaGyyLxx()aaLyyxxG从塔顶到任一截面作物料衡算：（塔顶）（塔底）3.吸收剂用量的确定与最小液气比AaYaXBbYbXmaxbXSaaBLXXYGYmaxminSbabaBbabaLYYYYGXXXXmin1.1~2.0SSBBLLGG适宜液气比:＝bX最小液气比maxbXbYaYaX低浓度吸收时的最小液气比最小液气比bybx最小液气比byayax*bxaayxxGLyababxxyyGL*min操作费用提高但设备费降低LGLmin1.1~2.0LLGG适宜液汽比＝倍bxBayaxAB*bxB实际选：1.2~1.5倍二、填料层高度的计算(低浓度气体吸收)低浓度气体吸收的特点：•G、L(GB、LS)不随塔高变化•吸收过程为等温•传质系数为常数1.吸收过程基本方程式L,xbG,ybG,yaL,xa逆流操作的塔dhyy+dyxx+dx对高度dh微元段：adhNGdyA气相：ALdxNadh液相：a－单位体积填料层的有效传质面积，m2/m3adh-单位体积填料层提供的有效传质体积G、L－气体、液体的摩尔流率，kmol/m2.sNA－组分A的传质速率，kmol/m2.sxxKyyKNxyAadhNGdyA气相：yyKNyAdhyyaKGdyyyydyaKGdhbayyyh00bayyiyyydyakGh0baxxxxxdxaKLh0Kya－气相总体积吸收系数，kmol/m3.sKxa－液相总体积吸收系数，kmol/m3.sxxkyykNixiyAbayyyyydyaKGh0baxxixxxdxakLh0以气相或液相为推动力表示：同样可推出液相:2、传质单元数与传质单元高度OGyGHmKa令：称为气相总传质单元高度，,baxOLOLxxLdxHNKaxxOGOGNHh0OLOLNHh0,bayGGyiyGdyHNkayyGGNHh0,baxLLxixLdxHNkaxxLLNHh0bayOGydyNyy称为气相总传质单元数，无因次传质单元数传质单元高度填料层高度(1)传质单元数NOG仅与气体的进出口浓度、相平衡关系有关，与塔的结构、操作条件(G、L)无关，反映分离任务的难易程度。(2)传质单元高度HOG与操作条件G、L、物系的性质、填料几何特性有关，反映吸收设备性能的高低。其值由实验确定，一般为0.15—1.5米。HOG的物理意义：aKGHyOG＝msmkmolsmkmol32单位：01,bayOGydyhHyy当时yb-ya=(y-y*)myb-ya=(y-y*)mbayOGydyNyy无因次总结xyykmkK11LmGakLakGaKGxyyOLOGOLOGANNSHH＝或yxxmkkK111mGLakGakLaKLyxxGLOLAHHHLGOGSHHHOGOGNHh0aKGHyOG＝bayyOGyydyN＝OLOLNHh0aKLHxOL＝baxxOLxxdxN＝GGNHh0akGHyG＝bayyiGyydyN＝LLNHh0akLHxL＝baxxiLxxdxN＝脱吸因数GLmLmGS吸收因数mGLmGLA填料层高度传质单元高度传质单元数使用场合溶解度大或中等的体系溶解度小或中等的体系相平衡关系为非线性的体系3、传质单元数的计算方法(1)对数平均推动力法bxaxaybybbbyyyaaayyybbbxxxaaaxxxlnbambayyyyy令::lnbambaxxxxx令,babababadyyyyydydydyyyyy*ln()bbaayybababOGbabaayydydyyyyyyNyyyyyyyybaOGmyyNybaOLmxxNxab(2)脱吸因数(S=mG/L)法：讨论：baaOGaaymxSyNhymx一定，提高吸收率hNSmxymxyOGaaab不变一定，1ln111baybaOGaaaaydyymxbNSSSySymxbSymxb1ln11baOGaaymxNSSSymxln11baOLOGaaSymxNSNSSSymx平衡线为直线:y*=mx+b()aaGxyyxL操作线：()1aaaaGmGmGyyymxbymyyxbyymxbLLL三、吸收塔的设计型计算1、计算公式：ababxxLyyG物料衡算式：xfy相平衡式：吸收过程的基本方程式：bayyyyydyaKGh0baxxxxxdxaKLh02、设计型问题的命题设计要求：为达到指定分离要求,所需的塔高及吸收剂用量的确定。设计条件：已知G、yb、分离要求η或ya、相平衡关系3、设计条件的选择0xyham技术上：最高浓度：xamax=x*,Δya=0,h0→∞0,axh经济上设备费用但解吸要求高,费用需综合考虑：(1)流向：逆流的推动力较大(2)吸收剂进口浓度byaybxax吸收剂进口浓度的上限maxax（3）吸收剂用量的确定：mOGLyNhGL即设备费降低但操作费用提高min0.2~1.1GLGL＝四、吸收塔的操作型计算(1)操作型问题的命题第一类：已知塔高h0、L、G、xa、yb，相平衡关系,Kya、Kxa，求：气液的出口浓度ya、xb。第二类：已知h0、G、ya、yb，相平衡关系，Kya、Kxa，求：吸收剂用量L及其出口浓度xb。(2)计算方法：仍利用物料衡算式、相平衡关系、吸收过程的基本方程，但往往这些方程是非线性的，有时需试差。五、解吸1、解吸的方法：a.通入惰性气体－气提，即降低yb.加热使液体升温－提高气液平衡常数mc.降低系统的压力－提高气液平衡常数m2、解吸塔高的计算:方法与吸收塔相似，只是推动力与吸收时相反式中：y1－－－解吸气入塔浓度xxKyyKNxyA吸收：AyxNKyyKxx解吸：－111/ln11/bOLaxymNAAAxym1ln11baOGaaymxNSSSymx3、解吸塔的最小气液比吸收解吸byaybxax1y2y1ybxB2yaxAAAmax2y21221()(),ababLxxGyyGxxGyLyy解吸塔的物料衡算：＝2max1minabGxxLyy1ybx2yaxmax2yA（塔顶）（塔底）六、吸收塔的理论塔板数板式塔与填料塔的区别在于气液两相的接触是在塔板上进行的，故组成沿塔高是阶跃式而不是连续变化的。121－NN1y1yya2y3y1x2x0xxa2NxNbxx1NbyyNy1Nx1Ny理论板：气液两相在塔板上充分接触，传质、传热达平衡。)(nnxfy相平衡关系：1x1E2yA1y0xBbybx意图解法求理论塔板的示3E2x2E3y图解法求理论板数P1P2解析法求理论板数平衡线方程：y=mx操作线方程：y=ya+L/G(x-xa)121－NN1y1yya2y3y1x2x0xxa2NxNbxx1NbyyNy1Nx1Ny由第一板下的截面到塔顶作物料衡算：aaxxGLyy1211mxyyaaaaaaAmxyAxmyGLyy)1(2由第二板下的截面到塔顶作物料衡算：aaaaaaaaaaaamxAAyAAAmxAmxyAAyAmxAyyxmyGLyxxGLyy)(11222223＝aNNaNNNmxAAAAyAAAy)(12111aaNaNmxyAAmxy1111121－NN1y1yya2y3y1x2x0xxa2NxNbxx1NbyyNy1Nx1Ny理论塔板数为：理论塔板数与气相总传质单元数的关系为：aaNaNaNNaNNNmxmxAAyAAmxAAAAyAAAy1111)(1112111)1(111AAAmxymxyNaaab11baaaAymxymxN当＝时，SSmxymxyANaaab1lnln1＝1ln11baOGaaymxNSSSymxlnln1111OGNAAAANAA谢谢观看！2020