化工原理_26低組成氣體吸收的計算_等板高度法

1、8.4 低組成氣體吸收的計算 8.4.1 物料衡算與操作線方程 第八章 氣體吸收 8.4.2 吸收劑用量的確定 8.4.3 塔徑的計算 8.4.4 吸收塔有效高度的計算 一、傳質單元數(shù)法 二、等板高度法 (3) 解析法 (克列姆塞爾法) 依次使用操作線方程和平衡方程，經(jīng)推導可得 1 1 1 * 21 21 T T N N A AA YY YY 平衡關系 bmXY* 操作關系 )( 2 , , 2 , , X q q YX q q Y Vn Ln Vn Ln 二、等板高度法 克列姆塞爾方程 溶質的吸收率 1 21 Y YY A 溶質的最大吸收率 1 * 21 max, Y YY A 溶質的相對吸

2、收率 * 21 21 max, YY YY A A 1 ln 1 ln A A NT 代入整理得 二、等板高度法 克列姆塞爾方程 克列姆塞爾算圖 進一步整理得 AYY YY AA NT 11 1ln ln 1 * 22 * 21 整理可得 1 ln S S N N T OG 或 1 ln A A N N T OL 二、等板高度法 克列姆塞 爾方程 NT * 22 * 21 YY YY 關系曲線圖 8.7.1 塔填料 第八章 氣體吸收 8.5 吸收系數(shù) 8.6 其他吸收與解吸 8.7 填料塔 一、填料的類型 (1) 環(huán)形填料 拉西環(huán) 勒辛環(huán) 十字隔 板環(huán) 螺旋環(huán) 鮑爾環(huán)階梯環(huán) 扁環(huán) 改變通量，改

3、善氣液流動狀況 增加填料比表面積 1.散裝填料 拉西環(huán)鮑爾環(huán) 階梯環(huán)扁環(huán) (2)鞍形填料與環(huán)鞍形填料 弧鞍填料改進矩鞍填料矩鞍填料 與環(huán)形填 料相結合 環(huán)矩鞍填料 一、填料的類型 弧鞍填料矩鞍填料 金屬環(huán)矩鞍填料 (3)球形填料與花環(huán)填料 球形填料 v 多面球填料 v 花環(huán)填料 通常用塑料注塑而成 v TRI球形填料 v 共軛環(huán)填料 v 海爾環(huán)填料 v 納特環(huán)填料 花環(huán)填料 一、填料的類型 多面球形填料TRI 球形填料 花環(huán)填料海爾環(huán)填料 共軛環(huán)填料納特環(huán)填料 塑料異型環(huán) 矩鞍填料 (1)格柵填料 格柵填料是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的， 具有多種結構形式。工業(yè)上應用最早的格柵填料為 木格

4、柵填料。目前應用較為普遍的有格里奇格柵填 料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等。格柵填料的 比表面積較低，主要用于要求壓降小、負荷大及防 堵等場合。 2.規(guī)整填料 一、填料的類型 木格柵填料格里奇格柵填料 (2)波紋填料 目前工業(yè)上應用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填 料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波 紋與塔軸的傾角有30和45兩種，組裝時相鄰 兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相 鄰的兩盤填料間交錯90排列。 波紋填料按結構可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填 料兩大類。 一、填料的類型 金屬孔板波紋填料金屬絲網(wǎng)波紋填料 陶瓷板波紋填料塑料板波紋填料 二、填料的性能及其評價 (1)比表面積 單位

5、體積填料層的表面積稱為比表面積，以 表示，其單位為 m2/m3。 傳質面積傳質效率 流動阻力 生產(chǎn)能力 分析 t a t a t a 1.填料的幾何特性 (2)空隙率 單位體積填料層的空隙體積稱為空隙率，以 表示，其單位為 m3/m3，或以%表示。 流動阻力塔壓降 生產(chǎn)能力 傳質效率 流動阻力 分析 二、填料的性能及其評價 (3)填料因子 填料的比表面積與空隙率三次方的比值稱為填 料因子，以 表示，其單位為1/m。 3 t a 分析 傳質效率 流動阻力 生產(chǎn)能力 t a 二、填料的性能及其評價 干填料 因子 二、填料的性能及其評價 2.填料的性能評價 填料的性能評價指標 v 生產(chǎn)能力大 v 傳

6、質效率高 v 填料層壓降低 v 操作彈性大 v 造價低 9 種填料綜合性能評價 填料名稱 評估值 評 價 排序 絲網(wǎng)波紋填料 0.86 很好 1 孔板波紋填料 0.61 相當好 2 金屬Intalox填料 0.59 相當好 3 金屬鞍形環(huán)填料 0.57 相當好 4 金屬階梯環(huán)填料 0.53 一般好 5 金屬鮑爾環(huán)填料 0.51 一般好 6 瓷Intalox填料 0.41 較好 7 瓷鞍形環(huán)填料 0.38 略好 8 瓷拉西環(huán)填料 0.36 略好 9 二、填料的性能及其評價 練 習 題 目 思考題 作業(yè)題: 13、14 1.氣提解吸的計算與吸收的計算有何異同？ 2.填料有哪些主要類型？ 3.填料的

7、幾何特性包括哪些參數(shù)？ 4.評價填料性能有那些指標？ 8.1 吸收過程概述 8.2 吸收過程的相平衡關系 8.3 吸收過程的速率關系 8.4 低組成氣體吸收的計算 第八章 氣體吸收 8.5 吸收系數(shù) 吸收系數(shù)是吸收過程計算的關鍵。吸收系數(shù)不 僅與物性、設備類型、填料形狀和規(guī)格等有關，而 且還與塔內(nèi)流體流動狀況、操作條件密切相關。 吸收系數(shù)的獲取途徑 實驗測定 經(jīng)驗公式計算 準數(shù)關聯(lián)式計算 獲取吸收 系數(shù)途徑 8.1 吸收過程概述 8.2 吸收過程的相平衡關系 8.3 吸收過程的速率關系 8.4 低組成氣體吸收的計算 8.5.1 吸收系數(shù)的測定 第八章 氣體吸收 8.5 吸收系數(shù) 一、實驗裝置與

8、流程 實驗測定是獲得吸收系數(shù)的根本途徑。實驗測 定一般在已知內(nèi)徑和填料層高度的中間實驗設備上 或生產(chǎn)裝置上進行，用實際操作的物系，選定一定 的操作條件進行實驗。 水吸收氨過程吸收系數(shù)的測定實驗流程 二、測定方法 測定數(shù)據(jù)： 計算進塔氣體組成 Y1 操作溫度 t 操作壓力 P 出塔氣體組成 Y2 出塔液體組成 X1 空氣流量 Vn q , 水流量Ln q , 氨氣流量 An q , 總體積吸收系數(shù)KY a 計算公式： 三、吸收系數(shù)的計算 mY Vn Y YY aK q Z 21 , )()( 21,21, XXqYYqq LnVnGn A mP Gn m Vn Y YV q Y YYq aK A

9、 ,21, )( 8.5.1 吸收系數(shù)的測定 第八章 氣體吸收 8.5 吸收系數(shù) 8.5.2 吸收系數(shù)的經(jīng)驗公式(選讀) 8.5.3 吸收系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式 一、準數(shù)關聯(lián)式中常用的準數(shù) 1.施伍德(Sherwood)數(shù) 氣相施伍德數(shù) AB Bm GG D l P RTp kSh AB Sm LL D l C c kSh 液相施伍德數(shù) 施伍德數(shù)為量綱 為一的吸收系數(shù) 特征尺寸 2.施密特(Schmidt)數(shù) 氣相施密特數(shù) ABG G G D Sc 液相施密特數(shù) 施密特數(shù)反映物性 對吸收過程的影響 ABL L L D Sc 一、準數(shù)關聯(lián)式中常用的準數(shù) 3.雷諾(Reynolds)數(shù) 氣相雷諾數(shù) G

10、GGe G ud Re 液相雷諾數(shù) L LLe L ud Re 一、準數(shù)關聯(lián)式中常用的準數(shù) 填料層當 量直徑 P S 4 e d H r4 潤濕周邊長 填料層空隙截面積 4 填料層高度 填料層高度 塔截面積 潤濕周邊長 填料層高度 填料層高度 塔截面積 填料層空隙截面積 4 t a 4 一、準數(shù)關聯(lián)式中常用的準數(shù) 填料層空隙率 填料比表面積 填料塔中氣相雷諾數(shù) 一、準數(shù)關聯(lián)式中常用的準數(shù) G氣相空塔質量速度，kg/(m2s) GtGt G Gt G Gt G G a G a u a u a u Re 44 4 4 0 Gt G a G Re 4 實 際 氣 速 空 塔 氣 速 填料塔中液相雷諾

11、數(shù) 一、準數(shù)關聯(lián)式中常用的準數(shù) W液相空塔質量速度，kg/(m2s) 雷諾數(shù)反映流動狀況對吸收過程的影響 Lt L a W Re 4 4.伽利略(Gallilio)數(shù) Ga gl L L 32 2 伽利略數(shù) 伽利略數(shù)反映重力 對吸收過程的影響 一、準數(shù)關聯(lián)式中常用的準數(shù) 重力加 速度 液相在填料塔內(nèi)靠重力下流，故與重力場有關。 5.彼克列(Peclet)數(shù) 氣相彼克列數(shù) 彼克列數(shù)反映混合特 性對吸收過程的影響 液相彼克列數(shù) AB Le LLL D ud ScPe Re AB Ge GGG D ud ScPe Re 一、準數(shù)關聯(lián)式中常用的準數(shù) 填料塔內(nèi)存在氣、液兩相的返混。 傳質 效率 降低 氣

12、膜吸收系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式 )()()(Re GGGG PeScASh 液膜吸收系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式 )()()()(Re LLLL PeGaScASh 吸收系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式公式(選讀) 二、吸收系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式 第八章 氣體吸收 8.5 吸收系數(shù) 8.6 其他吸收與解吸 8.6.1 其他吸收過程(選讀) 8.6.2 解吸(脫吸) 一、解吸的原理與應用 吸收解吸 氣相中的溶質 向液相中溶解 液相中的溶質 向氣相中釋放 低溫、高壓高溫、低壓 應用場合 v溶劑昂貴；不易獲得 v吸收溶質為目的產(chǎn)物 傳質 方向 操作 條件 二、化工中常用的解吸方法 解吸 方法 加熱解吸 加入氣提氣，降低溶質的分壓。 吸收在加

13、壓下進行，通過減壓進行解吸。 對吸收液加熱，通過升溫進行解吸。 加熱減壓聯(lián)合進行，提高解吸程度。 氣提解吸 減壓解吸 加熱減壓聯(lián)合解吸 脫碳系統(tǒng)吸收液的減壓解吸工藝流程 1吸收塔 2閃蒸罐 3溶劑泵 4解吸塔 2.2 MPa 0.6 MPa 0.1 MPa 脫碳系統(tǒng)吸收液的減壓氣提解吸工藝流程 1吸收塔；2閃蒸罐；3溶劑泵；4解吸塔；5氣提解吸塔 2.2 MPa 0.6 MPa 0.1 MPa 三、氣提解吸的計算 從原理上，氣提解吸與逆流吸收是相同的，只 是在解吸中傳質的方向與吸收相反，吸收過程的操 作線在平衡線的上方，而解吸過程的操作線在平衡 線的下方。因此，吸收過程的分析方法和計算方法 均適用于解吸過程。 氣提解吸過程示意圖 1.操作線方程 氣提解吸操作線方程可通過物料衡算獲得 三、氣提解吸的計算 氣提解吸操 作線方程 22 , , )(YXX q q Y Vn Ln 或 11 , , )(