課件5.4填料吸收塔的計算

1、5.4 填料吸收塔的計算 氣體吸收常在吸收塔中進行。塔設備主要有板式塔和填料塔。本節(jié)介紹填料塔的工藝計算。主要包括1吸收劑的用量2填料層高度3塔徑 常見的氣體吸收為氣液逆流接觸。逆流操作的優(yōu)點：1、可以提高溶劑的使用效率（塔底）。進口氣體濃度大，溶液還能吸收，使溶液濃度盡量提高。2、可以提高混合氣體的分離效率（塔頂）。 出口氣體濃度低，但和溶劑接觸仍能溶解一部分，使出口氣體濃度盡量降低。 一、物料衡算操作線方程（5-43） 它表達了塔的任意截面m-n 上兩相濃度之間的關系。 在虛線框內(nèi)對溶質(zhì)做物料衡算。此式為操作線方程。 在穩(wěn)定情況下，L、V、Y1、X1不變，操作線方程為直線。（5-44） 對

2、全塔作物料衡算：幾點說明：1 液氣比（吸收劑的單位耗用量） 在穩(wěn)定情況下， 不變，叫恒分子流。2操作線在平衡線的上方。說明在任一截面，它的平衡濃度總是小于混合氣體中溶質(zhì)的濃度。3操作線方程是在穩(wěn)定、連續(xù)、逆流條件下導出的。二吸收劑用量全塔的物料衡算式，可以改寫成下式： V moL/s Y1、Y2(或通過Y1求出Y2) X2由生產(chǎn)任務已知在一般情況下，（5-44） 若已知 可求出Y2 需求取 L 和X1 （溶液出口濃度）動耗若若動耗 借助回收率若操作線為Df，說明在塔底相遇的氣液兩相濃度（Y、X）既符合操作關系，又符合平衡關系。 在點f 處推動力= 0完成此吸收操作所需要的相際接觸表面積為無限大

3、，即塔無限高。 Lmin X1max 推動力= 0 適宜的吸收劑用量 L適宜=（1.1 2）Lmin 要求取L適宜，必須先求取Lmin 1、平衡線為上凹曲線在圖中找到X1*后，即可求得Lmin/V，進一步求得L。 2、平衡線為直線 即氣液平衡關系服從亨利定律3、平衡線為上凸的曲線 三填料層高度z的計算 氣相吸收總速率方程： 寫成微分式則為：1、填料層高度z的基本算式：NA為傳遞通量即G（5-48）LdX=VdY吸收速率：LX+V(Y+dY)=VY+L(X+dX)LXL(X+dX)=VYV(Y+dY) 在吸收塔中，取一微元高度做物料衡算， 單位時間內(nèi)吸收質(zhì)傳遞的量，式中： “”表示含量降低。Y任

4、一截面吸收質(zhì)的比mol分率， V單位時間內(nèi)通過吸收塔的惰氣量， 聯(lián)立上述二式式中A 傳質(zhì)面積 z 填料層高度 塔截面積 m2 單位體積有效比表面積 m2/m3 (5-53)同理，（5-54） 令 傳質(zhì)單元高度，m傳質(zhì)單元數(shù)(55-58)2傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度的物理意義由 可知， 為氣相濃度的變化，分母 為吸收推動力，故 的數(shù)值表示吸收的難易程度，其數(shù)值越大，吸收傳質(zhì)推動力 越小，吸收越難；反之，其值 越小，吸收越容易。在填料層內(nèi)任取一單元高度填料層，氣體通過此單元時濃度變化為 。在整個填料層中，吸收推動力雖是一變量，但總可以找到某一平均 ,用來代替積分中的 ，而不改變積分值。即 也就是說，

5、氣體通過某單元高度填料層而發(fā)生的濃度變化等于氣相平均推動力時，則此單元稱為一個傳質(zhì)單元。我們把整個填料層以相同高度劃分成若干個填料層單元（不一定是整數(shù)），使得氣體經(jīng)每個填料層單元的氣相濃度變化均與氣相平均推動力相等，即： 填料吸收塔可看成是由若干個具有上述特征的填料層單元迭加而成的。有n個這樣的傳質(zhì)單元，其傳質(zhì)單元數(shù)就為n，吸收的推動力越小，吸收越困難， nG的數(shù)值越大；NOG的數(shù)值大小表示吸收的難易程度。反之，吸收的推動力越大，吸收越容易，其值越小?？梢哉f傳質(zhì)單元數(shù)是從推動力角度描述了吸收的難易程度。也就是說，完成一個傳質(zhì)單元的分離任務所需要的填料層高度稱為傳質(zhì)單元高度。該傳質(zhì)單元填料層的高

6、度即為傳質(zhì)單元高度一個傳質(zhì)單元的高度，即為傳質(zhì)單元高度 。 由式知：阻力越小，吸收越容易，阻力越大，吸收越困難，可以說傳質(zhì)單元高度是從阻力角度描述了吸收的難易程度。所以， 是從（推動力、阻力）兩個不同的角度描述了吸收的難易程度。 YOGKH1OGHOGH3、傳質(zhì)單元數(shù)的計算 （1） 解析法（對數(shù)平均推動力法） 該法適用于氣液平衡關系服從亨利定律的情況。即在處理的濃度變化范圍內(nèi)平衡線為直線，或接近直線的情況。因為（5-60） 同理，以液相表示推動力的計算H的公式為 (2) 圖解法 圖解積分法是直接根據(jù)定積分的幾何意義引出的一種計算傳質(zhì)單元數(shù)的方法。它普遍應用于平衡關系的各種情況（即直線、曲線均可

7、）。具體步驟見161頁例題。4、吸收因子法求氣相傳質(zhì)單元數(shù)用式：*求氣相傳質(zhì)單元數(shù)，由于式中含有 可稱為對數(shù)平均濃度差法。我們把上式變換一下形式： 又 令： 稱為吸收因子， ，吸收越易進行；反之， ，吸收越難進行。 則： 將 代入*式 四、塔徑的計算與液泛速度1、液泛氣速 在氣液兩相逆流流動的填料塔內(nèi)，正常操作情況下，氣相是連續(xù)相，液相是分散相，即分散在填料表面上。如液體流量（或噴淋密度）固定，增大氣速壓強降 與空塔氣速L呈階段性變化：當氣速較低時，段內(nèi); 因為這時液體濕潤填料的一部分表面，填料的持液量(單位體積填料層上附著的即AB 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

8、然這是對傳質(zhì)不利的。 當氣速增大到點 B時，填料層的持液量增加了，而且逐漸積聚起來，勢必占據(jù)一部分空間，流通截面積減小，使壓強較前增大。通常將開始攔液的 B 點稱為攔液點（或載點）。B與其相應的氣速稱為攔液氣速（或載點氣速）。當氣速增大到 C 點時，由于填料層中的持液量愈積愈多，充滿了整個空隙，所以氣體的壓強降幾乎是垂直上升。同時還可以看到填料層頂部開始出現(xiàn)泡沫層，進而充滿整個塔，這時塔內(nèi)的氣相由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾?；而液相則由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，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C點稱為泛點。例題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