第3章吸收5節(jié)填料吸收塔的計算

1、5 填料吸收塔的計算填料吸收塔的計算本節(jié)重點討論氣液逆流操作時填料本節(jié)重點討論氣液逆流操作時填料塔的有關計算。塔的有關計算。 、1Y2Y2XL1X具體內(nèi)容主要包括對于給定的生產(chǎn)任務（、已知），計算吸收劑用量、塔底完成、塔高、塔徑。 V液濃度5.1 吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡算 在進行物料衡算時，以不變的惰性組分流量和吸收劑流量作為計算基準，并用摩爾比表示氣相和液相的組成將很方便。 逆流吸收塔模型原料氣：AB吸收劑：S尾氣：B(含微量A)溶液：S+AV (kmolB/s)Y1 (kmolA/kmolB)L (kmolS/s)X2 (kmolA/kmolS)L(kmolS/s)X1(kmolA

2、/kmolS)mnYXV (kmolB/s)Y2 (kmolA/kmolB)穩(wěn)定操作，在兩端面間，對溶質 A 作物料衡算VYLXVYLX12212121XXLYYV5.1.1 全塔物料衡算VY1LX2L X1VY22121XXYYVL (2)直接規(guī)定出塔氣體中吸收質的殘余濃度 吸收程度可有兩種方式表征吸收程度可有兩種方式表征 :（1）用吸收率）用吸收率 表示表示121YYY 質的量進塔氣體中原有的吸收的量氣相中被吸收的吸收質2Y)1 (12YY操作線方程式 22XXLYYV22)(YXXVLY直線的斜率為(即液氣比) VL/5.1.2 操作線方程與操作線操作線方程與操作線 逆流吸收塔中的操作線

3、2X2Y1Y1XBA 斜率 L/V（液氣比） XY*YY*=f (X)操作線*X推動力*YYY推動力XXX* 吸收塔的最小液氣比Y*=f (X)2X2Y1YB1XAA1X*A*1XVL)(VLmin)(VL5.2 吸吸收收劑劑的的用用量量L*1X1Y是與濃度為的進塔氣體平衡的液相濃度，即理論mYX1*1上出塔液體的最大濃度。若符合亨利定律，則2*121minXXYYVL)()(2121XXYYVL處理量V 一定LL/V操作費用設備費用填料層高度動力消耗推動力討論適宜的液氣比:min0 . 22 . 1VLVLmin0 . 22 . 1LL適宜液氣比適宜溶劑用量工程設計通常取 根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，

4、取 min7 . 14 . 1VLVL 吸收塔的最小液氣比（非正常曲線）LVY YXXm in1212LYYXXVm in1212P96例3-45.3 填料塔直徑的計算填料塔直徑的計算v在計算填料塔的直徑時，主要考慮的是氣體在塔內(nèi)的流速 。氣體在塔內(nèi)的流速通常用空塔氣速表示，空塔氣速是假定當塔內(nèi)無填料時氣體通過的速度。v正常操作時，通?？账馑贋橐悍核俣鹊?0%80%vlog層料填干DCBA區(qū)泛液區(qū)液攔載點泛點plog5.3.1液泛氣速液泛氣速L如液體流量 （或噴淋密度）固定， pv增大氣速壓強降 與空塔氣速 AB呈階段性變化：當氣速較低時，即 段內(nèi) 8 . 1vp ；因為這時液體濕潤填料的一

5、部分表面，填料的持液量(單位體積填料層上附著的液體體積)較小，液體并未占據(jù)多少空間，氣相與液相干擾較小，當然這是對傳質不利的。 當氣速增大到點B 時，填料層的持液量增加了，流通截面積減小，使壓強較前增大。開始攔液的B點稱為攔液點（或載點），與其相應的氣速稱為攔液氣速（或載點氣速）。vlog層料填干DCBA區(qū)泛液區(qū)液攔載點泛點plog當氣速增大到 C點時，液體充滿了整個空隙，氣體的壓強降幾乎是垂直上升。同時填料層頂部開始出現(xiàn)泡沫層，進而充滿整個塔，氣體以氣泡狀通過液體，這種現(xiàn)象稱為液泛現(xiàn)象。把開始出現(xiàn)此現(xiàn)象的點稱為泛點。fv泛點對應的氣速稱為泛點對應的氣速稱為液泛速度液泛速度。要使塔的操作正常及

6、。要使塔的操作正常及壓強降不致過大，壓強降不致過大，氣速必須低于液泛速度氣速必須低于液泛速度，但要高于，但要高于載點氣速。由于，從低持液量到載點的轉變不十分明載點氣速。由于，從低持液量到載點的轉變不十分明顯，無法目測，即載點及載點氣速難以明確定出。而顯，無法目測，即載點及載點氣速難以明確定出。而液泛現(xiàn)象十分明顯，可以目測，即液泛點及液泛氣速液泛現(xiàn)象十分明顯，可以目測，即液泛點及液泛氣速可明確定出。液泛速度較易確定，通常以液泛速度可明確定出。液泛速度較易確定，通常以液泛速度 為基礎來確定操作的為基礎來確定操作的空塔氣速空塔氣速 。v 影響液泛速度影響液泛速度 的因素很多的因素很多填料的形狀、大填

7、料的形狀、大小，氣、液相的物理性質，氣、液相的相對流量等小，氣、液相的物理性質，氣、液相的相對流量等常用的液泛速度關聯(lián)式如下：常用的液泛速度關聯(lián)式如下：814116. 003275. 1lgLVLLVfVLbgva a32mm33mmfv1smg2smLV0LVLb填料的有效比表面積，單位 填料的空隙率（自由空間），單位為液泛速度，單位為 重力加速度，單位為氣體與液體的密度之比； 液體與20 水的粘度之比；液體對氣體的質量流量之比；常數(shù)，對拉西環(huán)為0.022，對弧鞍填料為0.26。5.3.2 塔徑的計算塔徑的計算 vqDV4 通過塔的實際氣量，單位為 ； 選定的空塔氣速，單位為 ； 塔的直徑1

8、3sm1smVqvD5.4 填料層高度的計算填料層高度的計算5.1 填料層高度的基本計算式填料層高度的基本計算式dAYYKdNY)(*LdXVdYdNa塔的橫截面積，m2；單位體積填料層提供的有效傳質面積，m2m-3。S4/2DSSadHdALdXVdYdNdAYYKdNY)(*SadHdA*YYdYaSKVdHYXXdXaSKLdHX*1212*XXXYYYXXdXaSKLYYdYaSKVHdAXXKdNX)(*aKYaKX、 分別稱為氣相總分別稱為氣相總體積吸收系數(shù)體積吸收系數(shù)、液相總液相總體積吸收系數(shù)體積吸收系數(shù)，單位均為，單位均為kmolm-3s-1。體積傳質系數(shù)可以由實驗測得，其物理

9、意義體積傳質系數(shù)可以由實驗測得，其物理意義是在推動力為一個單位的情況下，單位時間是在推動力為一個單位的情況下，單位時間里單位體積填料層內(nèi)吸收的吸收質的量。里單位體積填料層內(nèi)吸收的吸收質的量。 1212*XXXYYYXXdXaSKLYYdYaSKVHdAYYKdNY)(*SadHdA SdHYYaKSadHYYKdNYY)()(*5.2傳質單元高度與傳質單元數(shù)傳質單元高度與傳質單元數(shù)氣相總氣相總傳質單元高度傳質單元高度，單位，單位m 氣相總傳質單元數(shù)氣相總傳質單元數(shù) 12*YYYYYdYaSKVHaSKVHYOG12*YYOGYYdYNOGOGNH液相總液相總傳質單元高度傳質單元高度，單位，單位

10、m 液相總傳質單元數(shù)液相總傳質單元數(shù) 12*XXXXXdXaSKLHaSKLHXOL12*XXOLXXdXNOLOLNHH傳質單元傳質單元可理解為：當氣體經(jīng)過一段填料層后，當氣體經(jīng)過一段填料層后，其濃度的變化剛好等于該段填料層氣相平均總推其濃度的變化剛好等于該段填料層氣相平均總推動力時，則稱該段填料層為一個傳質單元。整個動力時，則稱該段填料層為一個傳質單元。整個填料層就是由若干這樣的傳質單元構成。填料層就是由若干這樣的傳質單元構成。OGOGNHH傳質單元高度OGH即為一個傳質單元的高度 12*YYOGYYdYNOGOGYYYNHYYdYaSKVH12*只與體系的相平衡及氣體進出口的濃度有關，它

11、反只與體系的相平衡及氣體進出口的濃度有關，它反映了吸收過程的難易程度。分離要求高或吸收劑性映了吸收過程的難易程度。分離要求高或吸收劑性能差，過程的平均能差，過程的平均推動力推動力小，則表明吸收過程難度小，則表明吸收過程難度大，相應傳質單元數(shù)就多。大，相應傳質單元數(shù)就多。OGN與設備的型式及操作條件有關，是吸收設備效能與設備的型式及操作條件有關，是吸收設備效能高低的反映。吸收過程的傳質高低的反映。吸收過程的傳質阻力阻力大，填料層的大，填料層的有效比表面積小，則一個傳質單元所相當?shù)奶盍嫌行П缺砻娣e小，則一個傳質單元所相當?shù)奶盍蠈痈叨染痛蟆痈叨染痛?。OGH5.4.3 傳質單元數(shù)的計算傳質單元數(shù)的計

12、算*222YYY*111YYY吸收塔頂部的推動力為吸收塔頂部的推動力為吸收塔底部的推動力為吸收塔底部的推動力為*1Y*2Y1X2X、分別為與塔底液相分別為與塔底液相、塔頂液相、塔頂液相平衡的氣相濃度。平衡的氣相濃度。 2121lnYYYYYm氣相氣相對數(shù)平均推動力對數(shù)平均推動力 21YY 與mY當當相差不大時，可取二者的算術平均值作為相差不大時，可取二者的算術平均值作為。 mOGYYYN2121YY21YYYm注意：當時， 例 空氣和氨的混合氣體，在直徑為0.8m 的 填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。已 知進入塔的空氣流量為1450kg/h，混合氣體中氨的分壓為10mmHg,吸收率為99.5。

13、操作溫度為20，操作壓力為760mmHg，在操作條件下平衡關系為 。若吸收劑（水）的用量是最小吸收劑用量的1.2倍，且已知氨的氣相體積吸收總系數(shù) 。試求填料層高度。 XY75. 0hmkmolaKY3/314解：依題意 0132. 07601011Ppy0134. 00132. 010132. 01111yyY512107 . 6)995.1 (0134. 0)1 (oYY02X150291450hkmolMqVm74625. 0075. 00134. 0107 . 60134. 052121XmYYYVLM1775.445074625. 02 . 12 . 1hkmolLLM0149. 0775.44)107 . 60134. 0(50