第九章 吸收塔設(shè)計計算ppt課件

.,吸收塔的設(shè)計計算,1.物料衡算2.最佳氣液比的確定3.填料塔塔徑、阻力、高度計算,.,1物料衡算,物料衡算基準(zhǔn)的選擇-吸收過程當(dāng)中不變量吸收操作過程中，由于氣液兩相之間有物質(zhì)傳遞，通過吸收塔的氣液量隨時都在變化。液體由于不斷吸收氣體中的可溶組分，質(zhì)量流量不斷增加；氣體的質(zhì)量流量不斷減少，無法采用作為基準(zhǔn)吸收過程中純吸收劑和氣體中的惰性氣體這兩種載體的流量是不變的，可作為計算的基準(zhǔn),.,物料平衡是吸收設(shè)備計算的基礎(chǔ)逆流吸收時，塔內(nèi)氣液流量和組成變化情況圖中各符號的意義如下：G、L分別表示單位時間通過塔任一截面單位面積的惰性氣體和純吸收劑的量，Kmol/(m2h)Y、Y1、Y2分別表示在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)臍庀嘟M成，（Kmol吸收質(zhì)/Kmol惰性氣體）X、X1、X2分別表示在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)囊合嘟M成，（Kmol吸收質(zhì)/Kmol吸收劑）對全塔進(jìn)行物料衡算，有氣體中由于吸收而減小的吸收質(zhì)的量等于溶液中增加的吸收質(zhì)的量,.,1.操作線方程式就任意截面與塔底間進(jìn)行物料衡算有：或此式即為吸收操作線方程式。,.,圖線為一條直線(見圖),直線斜率為L/G，截距為直線的兩端分別反映了塔底（Y1，X1）和塔頂（Y2，X2）的氣液兩相組成。此直線上任一點的Y、X都對應(yīng)著吸收塔中某一截面處的氣液相組成。吸收操作線斜率L/G稱為吸收操作的液氣比,物理含義為處理單位惰性氣體所消耗的純吸收劑的量,.,2、操作線方程式的作用1）說明塔內(nèi)氣液濃度變化情況，2）通過與平衡線的對比，確定吸收推動力,進(jìn)行吸收速率計算3）確定吸收劑的最小用量,從而確定吸收劑的操作用量。,3、操作線與平衡線間的關(guān)系，要掌握以下三個方面：(1)在YX圖上，吸收操作線必須處于平衡線之上吸收是溶質(zhì)由氣相進(jìn)入液相的過程。吸收能夠進(jìn)行必須要求：吸收操作時溶質(zhì)在氣相中的濃度大于平衡時溶質(zhì)在氣相中的濃度,.,(2)操作線與平衡線之間的距離反映了吸收推動力的大小操作線上任一點代表某截面上氣、液組成（Y,X），該點到平衡線的垂直距離和水平距離分別代表該截面上的吸收推動力。,(3)平衡線與操作線不能相交或相切如果相交，說明在塔的某一個截面處推動力為零，未達(dá)到一定的濃度變化，則需要兩相接觸時間無限長,.,2.最佳氣液比的確定,在吸收塔設(shè)計中處理的惰性氣體流量G是已知的、氣相進(jìn)出塔濃度Y1是已知的、Y2由大氣污染控制標(biāo)準(zhǔn)而定，液相進(jìn)塔濃度X2是工藝生產(chǎn)提供的基本參數(shù)，而只有吸收劑流量L及液相出塔濃度X1是需要計算的。根據(jù)物料衡算，L與X1之中只有一個是獨立的未知量，通常在計算中先確定L值，則X1便隨之而定了。由于G屬已知條件，因而可通過確定操作線斜率L/G（液氣比）來確定L。,.,最小液氣比L/Gmin,由于Y2,X2已知，則操作線下端點位置確定，G為已知量，隨著L的減小，操作線斜率不斷降低，此時操作線越靠近平衡線。當(dāng)L減小到與平衡線相交時，如圖中BC線，推動力減小為零，此時L達(dá)到最小值（Lmin），對應(yīng)的直線斜率L/Gmin為最小液氣比。,.,實際設(shè)計中氣液比的確定必須滿足下列三個原則：（1）操作液氣比必須大于最小液氣比；（2）就填料塔而言操作液體的噴淋密度（即每平方米的塔截面上每小時的噴淋量，m3/m2h）應(yīng)大于為充分潤濕填料所必需的最小噴淋密度，一般為3-4m3/m2h，此時設(shè)備的阻力較小。（3）操作氣液比的選定應(yīng)盡可能從設(shè)備投資和操作費用兩方面權(quán)衡考慮，以達(dá)到最經(jīng)濟的要求。這是因為：設(shè)備投資和操作費用間矛盾。L，L/G，推動力增加,有利于吸收的操作，設(shè)備的尺寸和投資；L，動力消耗，X1，對需回收吸收劑的操作來說，增加了溶液再生的困難，操作費用選用一個最佳的L/G，首先要求Lmin，然后確定吸收劑操作用量L，根據(jù)實際經(jīng)驗，?。篖=(1.1-2.0)Lmin。,.,3.填料塔塔徑和阻力計算,1填料塔內(nèi)流體力學(xué)特性-載點，泛點（圖示）氣體和液體逆向流動，較低氣速下，填料塔內(nèi)阻力和氣速的關(guān)系呈一條直線。當(dāng)氣速的增加到某一個值時，液體向下運動受向上氣流的牽制變得明顯，此時對應(yīng)的氣速點稱為載點，當(dāng)氣速超過載點時，填料塔的阻力隨著氣速的增加變大。當(dāng)氣體流速繼續(xù)增加到一定值時，液體停止下降，開始同向上的氣流一起被吹出塔外，此時氣體的流速稱為泛點。當(dāng)氣速超過泛點時，填料塔的阻力隨著氣速的增加幾乎呈直線上升吸收法凈化采用的最佳氣速應(yīng)為載點速度的80%，或為泛點速度的50-70%,.,2.泛點氣速的計算吸收塔設(shè)計的第一步確定泛點對應(yīng)的氣速，從而確定操作氣速泛點氣速與流體特性、填料特性和液氣流量比有關(guān)，采用通用關(guān)聯(lián)圖,.,泛點氣速計算步驟1）根據(jù)操作條件計算出關(guān)聯(lián)圖中橫坐標(biāo)2）根據(jù)給定的填料查出對應(yīng)的縱坐標(biāo)值3）將已知的GLe等值代入求出泛點速度值4）選擇實際操作流速v,圖中各符號的含義:L、G、氣體和液體的質(zhì)量速度kg/m2hGL氣體和液體的密度kg/m3水的密度和液體密度的比值填料特性值e液體的黏度mPa.s,.,3.填料塔塔徑的計算D取決于處理的氣體量Q和適宜的空塔氣速v，即：D塔徑,m；Q處理氣量,m3/h；v空塔氣速,m/s1)Q一定時，若v，D，則動力消耗少，但設(shè)備投資高2)若v，D，則動力消耗大，但設(shè)備投資少,.,4.填料塔阻力（壓強降）的計算通過關(guān)聯(lián)圖確定壓強降1）由給定的實際操作流速計算出縱坐標(biāo)2）由上述縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)在圖中找出壓強降值,.,5.填料層高度計算對于低濃度的氣體混合物和低濃度溶液而言，溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度較低，因此可采用惰性氣體流量表示混合氣體流量GKmol/(m2h)，采用吸收劑流量代替溶液流量L填料塔是逆流式連續(xù)吸收裝置，氣液兩相濃度沿高度方向連續(xù)變化，因此采用填料層的微分段來分析當(dāng)填料層高度變化dh時，氣體的濃度由YY+dY,液體濃度由XX+dX設(shè)塔內(nèi)截面積為S，則通過塔內(nèi)截面的氣體流量為GS保持不變，故在此微分段dh內(nèi)由氣相傳入液相的溶質(zhì)的量為GSdY,或可表示為LSdX,.,設(shè)單位體積填料層所提供的有效氣液接觸面積為a，則微分段dh范圍內(nèi)，總的接觸面積等于aSdh當(dāng)傳質(zhì)速率為NA時，微分段內(nèi)由氣相傳入液相的溶質(zhì)的量等于NAaSdh,.,填料層高度h為和兩個量的乘積總傳質(zhì)單元高度HOG總傳質(zhì)單元數(shù)NOG,.,1）總傳質(zhì)單元高度HOG,總傳質(zhì)單元高度取決于填料的性能，填料的性能好，每個傳質(zhì)單元的高度就小當(dāng)氣相總傳質(zhì)系數(shù)為未知時，可由下式計算HOG式中HG-氣相傳質(zhì)單元高度HL-液相傳質(zhì)單元高度-系數(shù)，為平衡線斜率和操作線斜率之比式中Qv-氣相的體積流率m3/m2.h-液相的噴淋密度m3/m2.hA-溶質(zhì)的密度kg/m3-溶解度系數(shù)（C=HPe）(kg/m3.atm)P-系統(tǒng)總壓力，atm,.,2)總傳質(zhì)單元數(shù)NOG,物理意義積分符號里的dY為氣相濃度變化值，分母Y-Ye為吸收推動力，故NOG是取決于吸收過程中濃度變化和推動力大小的一個值。若吸收要求的氣相濃度變化大，推動力有很小，則氣相總傳質(zhì)單元數(shù)就大，在填料塔中要求的發(fā)生傳質(zhì)的單元個數(shù)就越多，填充塔高度就越大,.,當(dāng)平衡線為直線時,