吸收塔計(jì)算（課堂PPT）

1、18.1 吸收過(guò)程概述 8.2 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系 8.3 吸收過(guò)程的速率關(guān)系8.4 低組成氣體吸收的計(jì)算 8.4.1 物料衡算與操作線方程 第八章 氣體吸收2一、全塔物料衡算 在工業(yè)中，吸收操作多采用塔式設(shè)備，既可采用氣液兩相在塔內(nèi)逐級(jí)接觸的板式塔，也可采用氣液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸的填料塔。工業(yè)中以采用填料塔為主，故本節(jié)對(duì)于吸收過(guò)程計(jì)算的討論結(jié)合填料塔進(jìn)行。3逆流吸收塔的物料衡算原料氣：AB吸收劑：S尾氣：B(含微量A)溶液：S+Akmol(B) /s)Y1 kmol(A)/kmol(B) kmol(S)/sX2 kmol(A)/kmol(S)kmol(S)/sX1kmol(A)/kmol(

2、S)mnYX kmol(B) /sY2 kmol(A)/kmol(B)填料塔,n Vq,n Vq,n Lq,n Lq4在吸收塔的兩端面間，對(duì)溶質(zhì)A作物料衡算,1,2,2,1n Vn Ln Vn LqYqXqYqX,12,12n Vn LqYYqXX溶質(zhì)A的吸收率211AYYY氣體出塔時(shí)的組成Y2 211AYY一、全塔物料衡算5二、操作線方程與操作線 吸收塔內(nèi)任一橫截面上，氣液組成Y與X之間的關(guān)系稱為操作關(guān)系，描述該關(guān)系的方程即為操作線方程。,1,1,n Vn Ln Vn LqYqXqYqX,11,n Ln Ln Vn VqqYXYXqq 在 m-n 截面與塔底端面之間對(duì)組分 A 進(jìn)行衡算，可得

3、 逆流吸收塔操作線方程6 同理，在 m-n 截面與塔頂端面之間作組分 A 的衡算，得 ,22,n Ln LnVnVqqYXYXqq操作線方程為直線斜率B (X1，Y1)T (X2，Y2)二、操作線方程與操作線 逆流吸收塔操作線方程,n Ln Vqq過(guò)點(diǎn)塔底塔頂7 逆流吸收操作線2X2Y1Y1XTBXY*YY*=f(X)操作線推動(dòng)力 斜率（液氣比） VnLnqq,/思考：如何得出并流吸收操作線？位置如何？88.4 低組成氣體吸收的計(jì)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9 在吸收塔的計(jì)算中，通常氣體處理量是已知的，而吸收劑的用量需通過(guò)工藝計(jì)算來(lái)確定。在

4、氣量一定的情況下，確定吸收劑的用量也即確定液氣比 。 ,/n Ln Vqq 液氣比 的常用確定方法是：先求出吸收過(guò)程的最小液氣比 ，然后再根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，確定適宜（操作）液氣比。 ,/n Ln Vqq,min(/)n Ln Vqq一、最小液氣比10最小液氣比可用圖解法求得 ：,1212*,1212min/n LnVqYYYYqXXY mX12, ,min,*12n Ln VYYqqXX,12,1min()n LAn Vqm YYmqY一、最小液氣比最小液氣比最小溶劑用量純?nèi)軇┪?1 吸收塔的最小液氣比（非正常曲線）2121min,XXYYqqVnLnVnLnqXXYYq,2121min,Y*=

5、mX12二、適宜的液氣比操作費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用填料層高度根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般取 ,min,1.1 2.0 ()n Ln Ln Vn Vqqqq, ,min1.1 2.0n Ln Lqq推動(dòng)力適宜液氣比適宜溶劑用量Lnq,VnLnqq,處理量 一定,n Vq動(dòng)力消耗138.4 低組成氣體吸收的計(jì)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(jì)算14塔徑的計(jì)算 工業(yè)上的吸收塔通常為圓柱形，故吸收塔的直徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計(jì)算： 注意v計(jì)算塔徑時(shí)，一般應(yīng)以塔底的氣量為依據(jù)。 uqDVV,4v計(jì)算塔徑的關(guān)鍵在于確定適宜的空塔氣速u 。 吸收塔直

6、徑計(jì)算式v計(jì)算塔徑時(shí)， 采用操作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。 VVq,158.4 低組成氣體吸收的計(jì)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(jì)算8.4.4 吸收塔有效高度的計(jì)算16一、傳質(zhì)單元數(shù)法 1. . 基本計(jì)算公式 填料塔為連續(xù)接觸式設(shè)備，隨著吸收的進(jìn)行，沿填料層高度氣液兩相的組成均不斷變化，塔內(nèi)各截面上的吸收速率并不相同。為解決填料層高度的計(jì)算問(wèn)題，需要對(duì)微元填料層進(jìn)行物料衡算。微元填料層的物料衡算17在微元填料層內(nèi)對(duì)組分A作物料衡算： dXqdYqdqLnVnGnA,dZaNdANdqAAGnA,填料總比表面積填料潤(rùn)濕比表面積aW填料有效

7、比表面積ata一、傳質(zhì)單元數(shù)法 填料有效比表面積m2/m3吸收塔截面積m218整理可得 dZqaKYYdYVnY,*dZqaKXXdXLnX,*在全塔范圍內(nèi)積分12*,YYYVnYYdYaKqZ12*,XXXLnXXdXaKqZ一、傳質(zhì)單元數(shù)法 填料層高度基本計(jì)算公式192. . 傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)21ttpcctTdtdKncWL12TphhTtTdTdKncWL比較：換熱器的換熱管長(zhǎng)度基本計(jì)算公式ccNTUHL)(hhNTUHL)(一、傳質(zhì)單元數(shù)法 傳熱單元長(zhǎng)度傳熱單元數(shù)傳熱單元長(zhǎng)度傳熱單元數(shù)20一、傳質(zhì)單元數(shù)法 分析令aKqHYVnOG,氣相總傳質(zhì)單元高度氣相總傳質(zhì)單元數(shù)ZHNOG

8、OG12*YYOGYYdYN,2232(kmol / s)m(kmol / m s)(m / m )(m )n VYqK a21HOG 的物理意義aKHYOG1KYNAHOG HOG 是反映吸收速率大小因數(shù)，HOG 越小，吸收速率越大，也可反映吸收設(shè)備的分離能力。*)(YYKNYA一、傳質(zhì)單元數(shù)法 22 NOG 是反映吸收分離難易程度的因數(shù)，NOG 越大，吸收分離的難度越大。OGOGNHZ ZNOGHOG 一定吸收分離的難度一、傳質(zhì)單元數(shù)法 NOG 的物理意義233. . 傳質(zhì)單元數(shù)的求法(1) 解析法 脫吸因數(shù)法 設(shè)平衡關(guān)系為*YmX由操作線方程，可得 2,2YYqqXXLnVn一、傳質(zhì)單元

9、數(shù)法 直線關(guān)系2412*YYOGYYdYN12,22,YOGYn Vn LdYNqYmYYXq一、傳質(zhì)單元數(shù)法 由代入得25LnVnqmqS,令脫吸因數(shù)為平衡線斜率與操作線斜率的比值 。一、傳質(zhì)單元數(shù)法 脫吸因數(shù)12)(1*22YYOGYSYYSdYN則26積分并化簡(jiǎn)，可得 SYYYYSSNOG*22*211ln11適用條件一、傳質(zhì)單元數(shù)法 同理，可導(dǎo)出AYYYYAANOL*11*211ln11VnLnmqqA,吸收因數(shù)吸收因數(shù)為操作線斜率與平衡線斜率的比值 。平衡關(guān)系為直線27 NOG *22*21YYYY關(guān)系曲線圖OGN2YS計(jì)算填料層高度計(jì)算尾氣濃度計(jì)算吸收劑用量28 對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法

10、由于21*2*1212121*2*1,YYYYYYXXXXYYqqmSLnVn 212121*22*111YYYYYYYYYYS所以一、傳質(zhì)單元數(shù)法 29212121lnYYYYYYNOG可導(dǎo)出令 *22*11*22*112121lnlnYYYYYYYYYYYYYm則mOGYYYN21一、傳質(zhì)單元數(shù)法 對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力30 同理，可導(dǎo)出NXXXOLm12 2*21*12*21*12121lnlnXXXXXXXXXXXXXm其中一、傳質(zhì)單元數(shù)法 適用條件平衡關(guān)系為近似直線31 若221YYYm一、傳質(zhì)單元數(shù)法 22121YY 或22121XX 則 或221XXXm可用算術(shù)平均值代替對(duì)數(shù)平均值328

11、.1 吸收過(guò)程概述 8.2 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系 8.3 吸收過(guò)程的速率關(guān)系8.4 低組成氣體吸收的計(jì)算 第八章 氣體吸收8.5 吸收系數(shù) 33 吸收系數(shù)是吸收過(guò)程計(jì)算的關(guān)鍵。吸收系數(shù)不僅與物性、設(shè)備類型、填料形狀和規(guī)格等有關(guān)，而且還與塔內(nèi)流體流動(dòng)狀況、操作條件密切相關(guān)。吸收系數(shù)的獲取途徑 實(shí)驗(yàn)測(cè)定經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算獲取吸收系數(shù)途徑348.1 吸收過(guò)程概述 8.2 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)系 8.3 吸收過(guò)程的速率關(guān)系8.4 低組成氣體吸收的計(jì)算 8.5.1 吸收系數(shù)的測(cè)定 第八章 氣體吸收8.5 吸收系數(shù) 35一、實(shí)驗(yàn)裝置與流程 實(shí)驗(yàn)測(cè)定是獲得吸收系數(shù)的根本途徑。實(shí)驗(yàn)測(cè)定一般在已知內(nèi)徑和填

12、料層高度的中間實(shí)驗(yàn)設(shè)備上或生產(chǎn)裝置上進(jìn)行，用實(shí)際操作的物系，選定一定的操作條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 36水吸收氨過(guò)程吸收系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)流程37二、測(cè)定方法 測(cè)定數(shù)據(jù)： 計(jì)算進(jìn)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,n Vq水流量,n Lq氨氣流量,n Aq38總體積吸收系數(shù)KY a 計(jì)算公式：三、吸收系數(shù)的計(jì)算 ,12n VYmqYYZK aY,12,12()()An Gn Vn LqqYYqXX,12()An Gn VYmmqqYYK aYY398.5.1 吸收系數(shù)的測(cè)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(yàn)公式(選讀)8.5.

13、3 吸收系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式(選讀)40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(guò)程(選讀)8.6.2 解吸(脫吸)41一、解吸的原理與應(yīng)用吸收解吸氣相中的溶質(zhì)向液相中溶解液相中的溶質(zhì)向氣相中釋放低溫、高壓高溫、低壓應(yīng)用場(chǎng)合v溶劑昂貴或不易獲得，需回收利用v溶質(zhì)為目的產(chǎn)物傳質(zhì)方向操作條件42二、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(zhì)的分壓。吸收在加壓下進(jìn)行，通過(guò)減壓進(jìn)行解吸。對(duì)吸收液加熱，通過(guò)升溫進(jìn)行解吸。加熱減壓聯(lián)合進(jìn)行，提高解吸程度。氣提解吸減壓解吸加熱減壓聯(lián)合解吸43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

14、MPa0.6 MPa0.1 MPa44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 MPa0.6 MPa0.1 MPa45三、氣提解吸的計(jì)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(zhì)的方向與吸收相反，吸收過(guò)程的操作線在平衡線的上方，而解吸過(guò)程的操作線在平衡線的下方。因此，吸收過(guò)程的分析方法和計(jì)算方法均適用于解吸過(guò)程。46氣提解吸過(guò)程示意圖47 吸收與解吸操作線的比較吸收解吸48思 考1.并流吸收的操作線如何導(dǎo)出？與逆流吸收有何差異？2.解吸有哪些方法，如何進(jìn)行選擇？498.7.1 填料 第八章 氣體吸收8.5 吸收系數(shù) 8.6 其

15、他吸收與解吸 8.7 填料塔 50特點(diǎn)：特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓降小、操作彈性大、 塔內(nèi)持液量小。51填料塔的結(jié)構(gòu)填料塔的結(jié)構(gòu)液 體捕 沫 器填 料 壓 板塔 殼填 料填 料 支 承 板液 體 再 分 布 器填 料 壓 板填 料 支 承 板氣 體氣 體液 體52一、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，改善氣液流動(dòng)狀況增加填料比表面積1.散裝填料53拉西環(huán)鮑爾環(huán)54階梯環(huán)扁環(huán)55(2)鞍形填料與環(huán)鞍形填料 弧鞍填料改進(jìn)矩鞍填料矩鞍填料與環(huán)形填料相結(jié)合環(huán)矩鞍填料一、填料的類型56弧鞍填料矩鞍填料57金屬環(huán)矩鞍填料58(3)球形填料與花環(huán)填料 球

16、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59多面球形填料TRI 球形填料60花環(huán)填料海爾環(huán)填料61共軛環(huán)填料納特環(huán)填料62塑料異型環(huán)矩鞍填料63(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(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用最早的格柵填料為木格柵填料。目前應(yīng)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(fù)荷大及防堵等場(chǎng)合。 2.規(guī)整填料一、填料的類型64木格柵填料格里奇格柵填料65(2)波紋填料 目前工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大

17、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(shí)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(cuò)90排列。 波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類。一、填料的類型66金屬孔板波紋填料金屬絲網(wǎng)波紋填料67陶瓷板波紋填料塑料板波紋填料68二、填料的性能及其評(píng)價(jià) (1)比表面積 單位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(zhì)面積傳質(zhì)效率流動(dòng)阻力生產(chǎn)能力分析 tatata1.填料的幾何特性 69(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(dòng)阻力塔壓降生

18、產(chǎn)能力傳質(zhì)效率流動(dòng)阻力分析 二、填料的性能及其評(píng)價(jià) 70(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。 3ta分析 傳質(zhì)效率流動(dòng)阻力生產(chǎn)能力ta二、填料的性能及其評(píng)價(jià) 干填料因子71在操作狀態(tài)下濕填料因子壓降填料因子 P泛點(diǎn)填料因子 F二、填料的性能及其評(píng)價(jià) PP 操作氣速 uFPF 泛點(diǎn)氣速 uF吸收劑用量濕填料因子72二、填料的性能及其評(píng)價(jià) 2.填料的性能評(píng)價(jià) 填料的性能評(píng)價(jià)指標(biāo) v 生產(chǎn)能力大v 傳質(zhì)效率高v 填料層壓降低v 操作彈性大v 造價(jià)低738.7.1 塔填料 第八章 氣體吸收8.7 填料塔 8.7.2 填料塔的流體力學(xué)性能與操作特性7

19、4一、填料塔的流體力學(xué)性能 填料層的持液量是指在一定操作的條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積。 持液量總持液量 Ht動(dòng)持液量 Ho靜持液量 Hs1.填料層的持液量 HtHo Hs33mm液體填料/分析 Ht填料層壓降傳質(zhì)效率生產(chǎn)能力75填料層的壓降形成v 液膜與填料表面的摩擦v 液膜與上升氣體的摩擦u 一定L L 一定u填料塔的流體力學(xué)性能分析 PPP/PZu單位高度填料層壓降一、填料塔的流體力學(xué)性能2.填料層的壓降 76填料層的P u關(guān)系液泛區(qū)載液區(qū)恒持液量區(qū)泛點(diǎn)載點(diǎn)77二、填料塔的操作特性 氣液兩相的均勻分布是填料塔設(shè)計(jì)與操作中十分重要的問(wèn)題。 氣液分布初始分布動(dòng)態(tài)分布1.填料塔內(nèi)

20、的氣液分布 進(jìn)塔的氣液兩相通過(guò)分布裝置所進(jìn)行的強(qiáng)制分布。 在一定的操作條件下，氣液兩相在填料層內(nèi)，依靠自身性質(zhì)與流動(dòng)狀態(tài)所進(jìn)行的隨機(jī)分布。 782.液體噴淋密度與填料表面的潤(rùn)濕 單位塔截面積上單位時(shí)間內(nèi)噴淋的液體體積液體噴淋密度。,3600V LqUm3/(m2h) 液體體積流量，m3/s 填料塔的截面積，m2二、填料塔的操作特性（1）液體噴淋密度 ,V Lq79(2)最小液體噴淋密度 為保證填料層的充分潤(rùn)濕，必須保證液體噴淋密度大于某一極限值 最小液體噴淋密度。Uminminmin()WtULa最小液體噴淋密度，m3/(m2h)最小噴淋密度計(jì)算式 最小潤(rùn)濕速率，m3/(mh)經(jīng)驗(yàn)值二、填料塔

21、的操作特性min()WL80 在泛點(diǎn)氣速下，持液量的增多使液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，而氣相則由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾?，此時(shí)氣體呈氣泡形式通過(guò)液層，氣流出現(xiàn)脈動(dòng)，液體被帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至被破壞，此種情況稱為液泛。 液泛時(shí)的空塔氣速泛點(diǎn)氣速 uF二、填料塔的操作特性3.液泛(1)填料塔的液泛現(xiàn)象 81uF影響液泛的因素填料特性流體物性LLV液氣比分析 uFuFuFuF二、填料塔的操作特性,m Lm Vqq(2)影響液泛的因素 82(3)泛點(diǎn)率100Fuu散裝填料50規(guī)整填料6085%95%二、填料塔的操作特性 為保證填料塔正常操作，其操作氣速應(yīng)低于泛點(diǎn)氣速，操作氣速與泛點(diǎn)氣速的比值稱為泛點(diǎn)率。 安全系數(shù)uFu83(4)泛點(diǎn)氣速的計(jì)算二、填料塔的操作特性 貝恩霍根關(guān)聯(lián)式 20.2,1/41/83,lg()()()()m LFtVVLLm VLquaAKgqA、K 關(guān)聯(lián)式常數(shù)，由表 8-9 查出。 ?？颂?Eckert)通用關(guān)聯(lián)圖 散裝填料的泛點(diǎn)氣速可用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算。84?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖5 . 0,)(LVVmLmqq橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)5 . 02)(LLVFFguLO2H85泛點(diǎn)填