吸收第五節(jié)講稿

1、2021-10-31第八章 氣體吸收第五節(jié)第五節(jié) 低含量氣體吸收低含量氣體吸收一一 吸收過程的數(shù)學(xué)描述吸收過程的數(shù)學(xué)描述二二 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定三 填料層高度計算填料層高度計算四四 塔徑的計算塔徑的計算 五五 吸收的操作型計算吸收的操作型計算 2021-10-31吸收塔的設(shè)計型計算吸收塔的設(shè)計型計算已知條件：已知條件： 1）氣體混合物中溶質(zhì)A的組成（mol分率）以及 氣相流量G (kmol/m2.s) ；2）吸收劑的種類及T、P下的相平衡關(guān)系； 3）出塔的氣體組成。待計算：待計算：1）吸收劑用量L (kmol/m2.s) ；2）塔的工藝尺寸、塔徑和填料層高度。2021-10-31

2、低濃度氣體(貧氣)吸收：進塔氣濃度ye，故操作線總是位于平衡線上方；操作線位于平衡線下方，則應(yīng)進行脫吸過程。 2021-10-31121211進塔氣體中的溶質(zhì)量 被吸收的溶質(zhì)yyyyy量液氣比(L/G):單位混合氣消耗的吸收劑量。1 吸收率 定義：)1 (yy122021-10-312 最小液氣比(L/G)min L，操作線與平衡線相交或相切，推動力為零，此時操作線斜率為(L/G)min。2021-10-311） 圖解法圖解法 正常的平衡線 2e121minxxyy)GL(2e121minxxyyGL 平衡線為上凸形221minxxyy)GL(1221minxxyyGL12021-10-312

3、） 計算法計算法適用條件：平衡線符合亨利定律，可用 y=mx表示 平衡關(guān)系2121minxm/yyy)GL(2121minxm/yyyGL3 適宜液氣比適宜液氣比 min適宜)GL)(0 . 21 . 1 ()GL(2021-10-31例：例：空氣與氨的混合氣體，總壓為101.33kPa，其中氨的分壓為1333Pa，用20的水吸收混合氣中的氨，要求氨的回收率為99%，每小時的處理量為1000kg空氣。物系的平衡關(guān)系列于本例附表中，若吸收劑用量取最小用量的2倍，試求每小時送入塔內(nèi)的水量。溶液濃度(gNH3/100gH2O) 2 2.5 3分壓Pa 1600 2000 24272021-10-31

4、分析：分析：求水量吸收劑用量L已知L/Lmin求Lmin平衡常數(shù)解：解：1）平衡關(guān)系 Ppyee0158. 01033.101106 . 1330207. 017/218/10017/2x763. 00207. 00158. 0 xymexy763. 0:平衡關(guān)系為2021-10-31 采用不同的平衡數(shù)據(jù)，m相同。 2）最小吸收劑用量： 2121minxmyyyGL其中： hkmol/5 .34空氣291000G 0132. 033.101333. 1y112y)99. 01 (y0132. 001. 0000132. 00 x2763. 0m 2021-10-312121minxmy)yy(

5、GL0763. 00132. 0)000132. 00132. 0(5 .34h/kmol1 .262121minxmy)yy(GL或myGy11 Gm99. 0763. 05 .34h/kmol1 .263）每小時用水量 Lmin2L1 .262h/kmol2 .52h/kg6 .9392021-10-31三 填料層高度計算a: 填料的有效比表面積，m2/m3;A: 塔截面積。LdxGdy 1 基本計算式在塔內(nèi)微元高度dh對A組分作物料衡算由速率方程可得對氣相adhyyKadhNGdyeyA)( 對液相adhxxKadhNLdxexA)(2021-10-31在全塔范圍內(nèi)積分 120yyeyH

6、yydyaKGdhH120 xxexHxxdxaKLdhHKy a, Kx a : 氣相總體積吸收系數(shù)及液相總體積吸收 系數(shù)，kmol/m3s。 定態(tài)低濃度吸收，G、L、a、A為定值，不隨時 間和位置而變，Kx、Ky可視為常數(shù)。 2021-10-31討論討論 a總是小于填料的比表面積at操作中溶液不能潤濕填料的所有表面；液體停滯不動等原因而不能有效地傳質(zhì)； a難以測定與填料性質(zhì)、設(shè)備、流體物性和流動狀態(tài)有關(guān)； G/Ky a （L/Kx a) 與流率基本無關(guān)Ky a (Kx a)隨流率G（L)增加而增加。2021-10-312 傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù) (1) 傳質(zhì)單元數(shù)

7、與傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度令 氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 12yyeOGyydyN液相總傳質(zhì)單元數(shù) 氣相總傳質(zhì)單元高度 液相總傳質(zhì)單元高度 12xxeOLxxdxNaKGHyOGaKLHXOLOLOLOGOGNHNHH2021-10-31物理意義：位的單aKGy s .m/kmol s .m/kmol32m（1）總傳質(zhì)單元數(shù) 只與相平衡關(guān)系及進出口的濃度有關(guān)，反映了推動 力的大小，即反映了吸收過程進行的難易程度,與 吸收塔的結(jié)構(gòu)以及氣液流動狀況無關(guān)；（2）總傳質(zhì)單元高度 只與設(shè)備填料性能及操作條件有關(guān)，反映了吸收設(shè) 備效能的高低。2021-10-313 3 傳質(zhì)單元數(shù)的計算傳質(zhì)單元數(shù)的計算平

8、衡線為直線對數(shù)平均推動力法吸收因數(shù)法平衡線為曲線圖解積分法近似梯級法（1）平衡線為直線）平衡線為直線 1）對數(shù)平均推動力法 前提：1）氣液平衡關(guān)系服從亨利定律（或在研究范圍內(nèi) 為一直線）即mxyeb;mxy或e2）操作線為直線。 2021-10-31塔底推動力：bmxymxyyyyeee或,1111111塔頂推動力：bmxymxyyyyeee或,22222222021-10-31令12m12lnyyyyy 12121212d()d(),ddyyxxyxyyyxxx112212121OGe12122dd()lnyyyyyyyyyyyNyyyyyyyy氣相對數(shù)平均推動力 則12OGmyyNy202

9、1-10-31同理 111e11e1e1222e22e2e2,yybxxx xxmmyybxxx xxmm或或112212121OLe12122dd()lnxxxxxxxxxxxNx xxxxxxx 12OLmxxNx液相對數(shù)平均推動力 時，或當(dāng)2xx212yy212121用算術(shù)平均代替對數(shù)平均值。例85 作業(yè)8，152021-10-312）吸收因數(shù)法前提:同對數(shù)平均推動力法，平衡線和操作線均為直線。1212)(yyyyeOGbmxydyyydyN22)(xyyLGx: 吸收因數(shù)mGLA 令LmGAS1: :脫吸因數(shù)S愈大，脫吸愈易進行。 2021-10-311bmxybmxy)A1ln(1A

10、111N2221OGA積分可得 1yyyy)A1ln(1A1112e22e1ASyyyyS)ln(1S112e22e1同理 bmxybmxyA)ln(1A11112112AxxdxNxxeOLyyyyA)ln(1A111e12e1A2021-10-312021-10-31討論：討論：橫坐標(biāo)橫坐標(biāo) 2221mxymxy值的大小，反映了溶質(zhì)吸收率的高低值的大小，反映了溶質(zhì)吸收率的高低 在氣液進出口濃度一定的情況下，吸收率愈高，吸收率愈高，y2愈小，愈小， 橫坐標(biāo)的數(shù)值愈大，對應(yīng)于同一橫坐標(biāo)的數(shù)值愈大，對應(yīng)于同一S值的值的NOG愈大。愈大。S反映吸收推動力的大小反映吸收推動力的大小 在氣液進出口濃度

11、及溶質(zhì)吸收率已知的條件下，若增大若增大S值值，也就是減小液氣比L/G，則溶液出口濃度提高，塔內(nèi)吸溶液出口濃度提高，塔內(nèi)吸收推動力變小，收推動力變小， NOG值增大。值增大。 2021-10-31對于一固定的吸收塔來說，當(dāng)NOG已確定時，S值越小，值越小，2221mxymxy愈大，愈能提高吸收的程度。愈大，愈能提高吸收的程度。 減小S增大液氣比 吸收劑用量增大，能耗加大，吸收液濃度降低 適宜的S值： 8 . 07 . 0SS1, 即m1, 即mL/G, 塔底平衡。 y1 y2 y=mxx1 x2 2021-10-312）平衡線不為直線）平衡線不為直線A 圖解積分法2021-10-31 當(dāng)平衡線為

12、曲線，NOG為1/(y-ye) y曲線在y2到y(tǒng)1 范圍內(nèi)的面積。步驟： 1 在y-x圖上作平衡線和操作線； 2 在y1，y2間任取n個值，讀出y-ye值； 3 計算1/(y-ye)值； 4 繪制1/(y-ye)y關(guān)系圖； 5 計算曲線下陰影面積NOG。B 數(shù)值積分法 p33作業(yè) 16 2021-10-31 例例：某生產(chǎn)車間使用一填料塔，用清水逆流吸收混合氣中有害組分A，已知操作條件下，氣相總傳質(zhì)單元高度為1.5m，進料混合氣組成為0.04（A組分的mol分率，下同），出塔尾氣組成為0.0053，出塔水溶液濃度為0.0128，操作條件下的平衡關(guān)系為y=2.5x，試求：1）L/G為(L/G)mi

13、n的多少倍？2）所需填料層高度。3）若氣液流量和初始組成均不變，要求最終的尾氣排放濃度降至0.0033，求此時所需填料層高度為若干米？ 2021-10-31解：解： 1）L/G為(L/G)min的倍數(shù)2121xxyyGL00128. 000533. 004. 071. 22121min)(xmyyyGL)1 (12yym)04. 000533. 01 (5 . 217. 225. 1)/()(minGLGL2021-10-31)1ln(112221SyyyySSNeeOGLmGS 71. 25 . 2922. 02）所需填料層高度脫吸因數(shù)法 922. 0000533. 004. 0)922.

14、01ln(922. 011OGN26. 5OGOGNHZ26. 55 . 189. 72021-10-31對數(shù)平均推動力法mOGyyyN21my00533. 004. 02121lnyyyyymeeeeyyyyyyyy22112211ln)()(00533. 00128. 05 . 204. 0ln)000533. 0()0128. 05 . 204. 0(00657. 0mOGyyyN2100657. 000533. 004. 027. 52021-10-313）尾氣濃度下降后所需的填料層高度 )1ln(1121SyySSNOG0033. 004. 021yy1 .12922. 01 .12

15、)922. 01ln(922. 011OGN99. 7OGOGNHZ99. 75 . 1m98.112021-10-31四四 塔徑的計算塔徑的計算 qv：混合氣體積流量，m3/s；u：空塔速度，m/s；算出的D應(yīng)按壓力容器公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)進行圓整。例87， 88 作業(yè)20，21，222021-10-31五五 吸收的操作型計算吸收的操作型計算 例：例：某吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮空氣混合物中的丙酮，操作液氣比為2.1時,丙酮回收率可達95%。已知物系的濃度較低，丙酮在兩相間的平衡關(guān)系為y=1.18x，吸收過程為氣膜控制，總傳質(zhì)系數(shù)Kya與氣體流率的0.8次方成正比，1)今

16、氣體流率增加20%,而流體及氣液進出口組成不變,試求：a）丙酮的回收率有何變化？b）單位時間內(nèi)被吸收的丙酮量增加多少？2021-10-312）若氣體流率，氣液進出口組成，吸收塔的操作溫度和壓強皆不變，欲將丙酮回收率由原來95%的提高至98%，吸收劑用量應(yīng)增加到原用量的多少倍？思路：思路：1）已知L/G、m、吸收率脫吸因數(shù)法求NOGG改變HOG變塔高不變求NOG脫吸因數(shù)法求改變后的吸收率2）G不變脫吸因數(shù)法求改變后的S求LNOG不變H不變2021-10-31解：解：求原有條件下的傳質(zhì)單元數(shù) NOG)1ln(112221SmxymxySSNOG其中： LmGS 1 . 218. 1562. 022

17、21mxymxy21yy)1 (11yy112021-10-31時當(dāng)95. 02095. 0112221mxymxy562. 020)562. 01ln(562. 011OGN097. 51）氣體流量增加20%時的操作效果 aKGHyOGaKGGGGGy8 . 0)/ ()/ (OGHGG2 . 0)(2021-10-31OGOGHH04. 12 . 12 . 0OGOGOGOGHNHNOGOGHH04. 1091. 59 . 4/GLmS 2 . 1/1 . 228. 1731. 0731. 011)731. 01ln(731. 019 . 4%912021-10-31在單位時間內(nèi)，氣量提高

18、后的丙酮回收量之比為： )()(2 . 12121yyGyyG)95. 01 ()91. 01 ( 2 . 11111yyyy149. 1 2）當(dāng)吸收率由95%提高至98%，由于氣體流率未變，因此對于氣膜控制的吸收過程HOG不變，塔高是一定的，故NOG仍為5.097 11)1ln(11097. 5SSS 2021-10-3198. 011)1ln(11SSS 用試差法求解 301. 0 S故液氣比應(yīng)提高到： 92. 3301. 018. 1 GL吸收劑用量應(yīng)增至： 1 . 292. 3 LL87. 12021-10-31習(xí)題課習(xí)題課 某廠擬安裝填料吸收塔，用水回收尾氣中的組分A。每小時處理20

19、00m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）含5(體積百分比)A的空氣尾氣 。塔頂送出的尾氣含0.263A(體積百分率)，塔底送出的每公斤溶液含61.2g A，在此操作條件下，平衡關(guān)系為y=2.0 x，問:1）每小時能回收多少A？2）若在此操作條件下傳質(zhì)單元高度為0.7m，填料高為多少？ 已知A的分子量為58。3) 欲使A的回收量增加2，填料高應(yīng)增加多少？2021-10-31解解：4 .222000G1）回收A量：NA=G(y1-y2)=89.28(0.05-0.00263) = 4.23kmol/h18/ )2 .611000(58/2 .6158/2 .611x111mxyy2121lnyyyyymhkmol/2

20、8.890198. 00198. 0205. 00104. 000263. 00104. 0ln00263. 00104. 000565. 02）2021-10-31mOGyyyN21H=HOGNOG=8.380.7 = 5.89m3）NA=1.02NA 即1.02NA=G(y1-y2)1.024.23=89.28(0.05-y2)解得 y20.0016x1=G/L(y1-y2)212111yyyyxx00565. 000263. 005. 038. 800263. 005. 00016. 005. 002. 12021-10-31x1=1.02x1=1.020.0198 = 0.020221

21、21yyyyNNAA212111yyyyxx或 111mxyy222mxyy11yy02. 102. 102. 10198. 0205. 00096. 00016.02021-10-311212lnyyyyym0016. 00096. 0ln0016. 00096. 00046. 012mOGyyyN85.10OGOGNHHHHH7 . 085.10m6 . 79 . 56 . 7m7 . 12021-10-31已知：吸收塔G0.5kmol/s，y10.05，y20.005（摩爾分率），塔徑為0.8m，Kya0.85kmol/m3.s，x2=0，采用液氣比L/G=1.5(L/G)min，平衡關(guān)

22、系為y=1.5x，試求：1）出塔液體組成x1？2）填料高度為多少？3) 若填料層高度增加2m，則回收率為多少？解解：1）2121min/xmyyyGLL/G =1.5(L/G)min=1.51.35 = 2.2055 . 105. 0005. 005. 035. 12021-10-31x1=G/L(y1-y2)= (0.05-0.005)/2.025 = 0.0222AKGHyaOG2121lnyyyyymmOGyyyN21OGOGNHH85. 08 . 045 . 02m171. 1005. 0)0222. 05 . 105. 0(ln005. 0)0222. 05 . 105. 0(0097. 00097. 0005. 005. 064. 417. 164. 4m43. 52）2021-