氣體吸收過程精品課件

1、氣體吸收過程第1頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/20221Process System Principle 教學內(nèi)容相際傳質理論氣液相平衡理論吸收過程概述吸收過程計算第2頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/20222Process System Principle 吸收過程概述吸收的概念 傳質過程： 將均相物系混合物分離為較凈或幾乎純態(tài)的物質時，利用原物系中各組分間某種物性的差異，從而將均相物系形成一個兩相物質，達到分離的目的。 過程工業(yè)中常見的傳質過程有蒸餾、吸收、干燥、萃取和吸附等單元操作。 物質在相間的轉移過程稱為物質傳遞過

2、程（簡稱傳質過程）。 吸收： 利用混合氣體中各組分在液相吸收劑中溶解度的差異而實現(xiàn)氣體混合分離的操作稱為吸收。第3頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/20223Process System Principle 吸收過程概述吸收的概念 所用液體稱為吸收劑（或溶劑）。 氣體中被溶解的組分稱為吸收質或溶質。 不被溶解的組分稱為惰性氣體或載體。 吸收操作的目的： （1）分離和凈化原料氣： 原料氣在加工以前，其中無用的或有害的成分都要預先除去。如從合成氨所用的原料氣中分離出CO2、CO、H2S等雜質。 （2）分離和吸收氣體中的有用組分： 如從合成氨廠的放空氣中用水回收氨；從

3、焦爐煤氣中以洗油回收粗苯（含甲苯、二甲苯等）蒸氣和從某些干燥廢氣中回收有機溶劑蒸氣等。 第4頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/20224Process System Principle 吸收過程概述吸收的概念 （3）某些產(chǎn)品的制?。?選擇適當?shù)墓に嚭腿軇┻M行SO2、H2S吸收是廢氣治理中應用較廣的方法。 如制酸工業(yè)中用水分別吸收混合氣體中的HCl、SO3和NO2制取鹽酸、硫酸和硝酸。 （4）廢氣的治理：第5頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/20225Process System Principle 吸收過程概述工業(yè)吸收過程圖5-1

4、 吸收與解吸流程 第6頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/20226Process System Principle 吸收過程概述吸收操作需要解決的問題 選擇合適的溶劑，選擇性溶解被分離的組分： 吸收劑的選擇時要從以下幾方面來考慮： 對被吸收的組分要有較大的溶解度，且有較好的選擇性。即對溶質的溶解度要大，而對惰性氣體幾乎不溶解。 要有較低的蒸氣壓，以減少吸收過程中溶劑的揮發(fā)損失。 要有較好的化學穩(wěn)定性，以免使用過程中變質。 腐蝕性要小,以減小設備費用和維修費。 粘度要低，以利于傳質及輸送；比熱要小，使再生時的耗熱量較??；不易燃燒，以利于安全生產(chǎn)。 吸收后的溶劑應易

5、于再生。 第7頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/20227Process System Principle圖5-2 兩類吸收設備 吸收過程概述吸收操作需要解決的問題 提供適當?shù)膫髻|設備，實現(xiàn)氣液兩相的接觸：第8頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/20228Process System Principle 吸收過程概述吸收類型及操作假設 （1）物理吸收：氣體各組分因在溶劑中溶解度的不同而被分離的吸收操作，稱。 物理吸收和化學吸收： 例： （2）化學吸收：利用化學反應進行的吸收操作，稱 。 吸收操作假設： （1）氣體混合物中只有一個組分

6、溶于溶劑，其余組分在溶劑中的溶解度極低而可忽略不計，視為惰性氣體。 （2）溶劑的蒸汽壓很低，其揮發(fā)損失可以忽略 。 即：氣相中僅包含一個惰性組分和一個可溶解組分；液相中則包含著可溶解組分（溶質）和溶劑。第9頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/20229Process System Principle 氣液相平衡理論平衡溶解度 平衡溶解度的概念： 平衡溶解度曲線： 溶質與溶劑接觸，在進行溶解的過程中，隨著溶質在溶液中濃度C1的逐漸提高，傳質速率將逐漸減慢，最后降到零，C1達到一最大限度。這時稱氣液達到了平衡，稱為平衡溶解度。簡稱為溶解度。 溶解度隨溫度和溶質氣體的分

7、壓不同而不同，平衡時溶質在氣相中的分壓稱為平衡分壓e。溶質組分在兩相中的組成服從相平衡關系。平衡分壓e與溶解度間的關系如圖5-3、圖5-4等的曲線所示，這些曲線稱為溶解度曲線。 第10頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202210Process System Principle 氣液相平衡理論平衡溶解度圖5-3 氨在水中的平衡溶解度圖5-4 SO2在水中的平衡溶解度第11頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202211Process System Principle 氣液相平衡理論平衡溶解度 亨利定律： 當總壓不高（一般小于105

8、NCm-2)時，在一定溫度下，稀溶液上方溶質的平衡分壓與其在液相中的濃度之間存在著如下的關系： Pe=EX 式中： Pe - 溶質在氣相中的平衡分壓, KN/m2 X - 溶質在液相中的摩爾分率 E - 享利系數(shù)，kN/m2 亨利定律的其它表示方法： Pe=HC 式中： C - 液相中溶質的摩爾濃度, Kmol/m3 ; H - 溶解度系數(shù), mkN / kmol; 第12頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202212Process System Principle 氣液相平衡理論平衡溶解度 ye=mx 設：P - 總壓； CM - 液相總濃度。 所以享利系數(shù)E

9、、H、m之間的關系為： 式中： ye- 溶質在氣相的摩爾分率； m - 相平衡常數(shù)，無因次。 則：第13頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202213Process System Principle 氣液相平衡理論相平衡關系的應用 判斷傳質過程進行的方向： 設101.3kpa、20 下，稀氨在水中的相平衡方程： ye=0.94x 圖5-5 判斷吸收過程的方向第14頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202214Process System Principle 氣液相平衡理論相平衡關系的應用 指明過程的極限： 圖5-6 指明吸收過程的

10、極限第15頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202215Process System Principle 氣液相平衡理論相平衡關系的應用 計算過程的推動力： 圖5-7 計算吸收過程的推動力第16頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202216Process System Principle 相際傳質理論相際傳質過程 相際傳質過程的步驟： 吸收過程涉及兩相間的物質傳遞。 傳遞過程包括三個步驟： 溶質由氣相主體傳遞到兩相界面，即氣相內(nèi)的物質傳遞。 溶質在相界面上的溶解，由氣相轉入液相，即界面上發(fā)生的溶解過程； 溶質自界面被傳遞至液相主體

11、，即液相內(nèi)的物質傳遞。 物質傳遞機理： 分子擴散：濃度差。 對流傳質：流體的宏觀運動。第17頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202217Process System Principle 相際傳質理論分子擴散 主要討論雙組分混合物的分子擴散。 式中：JA - 擴散速率，kmol/（ m2 s） dCA/dz - 擴散方向上的濃度梯度， kmol/（ m3 m） DAB - 擴散系數(shù)， m2 /s （1）費克定律： 恒溫恒壓條件下： 又： 所以：第18頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202218Process System Pri

12、nciple 相際傳質理論分子擴散 由費克定律可知： 對于雙組分混合物： 則： （2）分子擴散與主體流動： 圖5-8 分子擴散 - 主體、界面 A 組分濃度。 所以： 或第19頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202219Process System Principle 相際傳質理論分子擴散 等分子擴散：在擴散方向上沒有流體的宏觀流動，即通過斷面PQ的凈物質量為零。 實際吸收過程：假設 B 物質為惰性物質，則A物質被吸收，B物質被阻隔，氣體主體與界面有微壓差，造成主體流動現(xiàn)象，吸收過程為分子 A單向擴散，而非等分子擴散。 （3）分子擴散速率方程： 通過任一與氣液

13、界面平行的靜止平面PQ，一般存在著三個物流：兩個擴散流JA、JB，及一個主體流動NM。 參見圖5-9所示。第20頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202220Process System Principle 相際傳質理論分子擴散圖5-9 主體流動與擴散流 凈物流N（kmol/m2s）： 因為： 所以： 稱該式為組分A的分子擴散速率方程。第21頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202221Process System Principle 相際傳質理論分子擴散 等分子擴散速率的積分式： 因為： 所以： 積分得： 對于理想氣體： 則：圖

14、5-10 等分子擴散第22頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202222Process System Principle 相際傳質理論分子擴散 單向擴散速率的積分式： 在吸收過程中： 則： 積分得： 式中：圖5-11 單項擴散第23頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202223Process System Principle 相際傳質理論分子擴散 （4）擴散系數(shù)： 式中：D - 氣體的擴散系數(shù)， cm2 /s ； T - 絕對溫度，K ； MA、MB - 組分A、B的摩爾質量，kg/kmol ； P - 總壓， kpa ； TCA

15、、TCB -組分A、B的臨界溫度，K； VCA、VCB -組分A、B的臨界體積，cm3/mol 。 組分在氣體中的擴散系數(shù)：第24頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202224Process System Principle 相際傳質理論分子擴散 組分在液體中的擴散系數(shù)： 式中：DAB - 組分A的擴散系數(shù)， cm2 /s ； T - 絕對溫度，K ； - 溶劑粘度，mPas ； MB - 溶劑B的摩爾質量，kg/mol ； VA -組分A在常沸點下的摩爾體積，cm3/mol 。 擴散組分為低摩爾質量的非電解質，在稀溶液中：第25頁，共80頁，2022年，5月2

16、0日，7點44分，星期四9/21/202225Process System Principle 相際傳質理論對流擴散 對流對傳質的貢獻：圖5-12 MN截面上可溶組分的濃度分布 1靜止流體；2滯流；3湍流 流動流體與相界面之間的物質傳遞稱為對流傳質。 參見圖5-12所示。第26頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202226Process System Principle 相際傳質理論對流擴散 對流傳質速率： 對流傳質現(xiàn)象復雜，傳質速率難以解析求得，必須依靠實驗測得。 氣相與界面的傳質速率式可寫成： 式中：p、pi-溶質A在氣相主體與界面處的分壓， kPa ； y

17、、yi-溶質A在氣相主體與界面處的摩爾分數(shù)； kG-以分壓差表示推動力的氣相傳質系數(shù)， kmol/(sm2kPa) ky-以摩爾分數(shù)差表示推動力的氣相傳質系數(shù)，kmol/(sm2) 第27頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202227Process System Principle 相際傳質理論對流擴散 液相與界面的傳質速率式可寫成： 式中：c、ci-溶質A的主體濃度和界面濃度，kmol/m3 ； x、xi-溶質A在主體與界面處的摩爾分數(shù)； kL-以濃度差表示推動力的液相傳質系數(shù)，m/s ； kx-以摩爾分數(shù)差表示推動力的液相傳質系數(shù)，kmol/(sm2) 比較

18、前幾個式子，可得：第28頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202228Process System Principle 相際傳質理論對流擴散 傳質系數(shù)的無因次關聯(lián)式： 影響因素： 流體密度（kg/m3） ；流體粘度（Pas） ； 流體速度u（m/s） ；定性尺寸d（m） ； 對流傳質系數(shù)k（氣相或液相均以濃度差c為推動力）（m/s） 。 擴散系數(shù)D（m2/s） ； 待求函數(shù)為： 傳質系數(shù)無因次化為：第29頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202229Process System Principle 相際傳質理論對流擴散 Schmi

19、dt number： Sherwood number： Reynlods number： 當氣體或液體在降膜吸收器內(nèi)作湍流流動，Re2100，Sc=0.63000時，實驗獲得的結果為：第30頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202230Process System Principle 相際傳質理論對流傳質理論 有效膜理論：圖5-13 有效膜理論 全部傳質阻力集中與該兩層靜止膜中； 膜中的傳質是定態(tài)的分子擴散。 氣液界面兩側各存在一層靜止的氣膜和液膜，其厚度為G和L； 簡化假設：第31頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202231P

20、rocess System Principle 相際傳質理論對流傳質理論 式中：DG、DL - 分別為溶質組分在氣膜與液膜中的擴散系數(shù)； （P/PBm）- 氣相擴散中的漂流因子， 也可寫成1/yBm或1/（1-y）m， （1-y）m為惰性組分在氣相主體和界面上的對數(shù)平均濃度； （CM/CBm）- 液相擴散中的漂流因子， 也可寫成1/xBm或1/（1-x）m （1-x）m為液相惰性組分在液相主體和界面上的對數(shù)平均 濃度； 因此：第32頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202232Process System Principle 相際傳質理論對流傳質理論 溶質滲透理

21、論： 在0時間內(nèi)，液相中發(fā)生的不再是定態(tài)的擴散過程。 傳質過程簡化： 液體在下流過程中每隔一定時間0發(fā)生一次完全混合，使液體的濃度均勻化。圖5-14 溶質在液相中的濃度分布 傳質系數(shù)的理論計算式為：第33頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202233Process System Principle 相際傳質理論對流傳質理論 表面更新理論： 主要內(nèi)容： S - 單位時間內(nèi)表面被更新的百分率，或稱為更新頻率。 液體在下流過程中表面不斷更新，即不斷有液體從主體轉為界面而暴露于氣相中。 通過表面更新，深處的液體就能直接與氣體接觸以接受溶質。 傳質系數(shù)的理論計算式為： 溶

22、質滲透理論與表面更新理論的基本區(qū)別在于前者假定表面更新過程是每隔0時間周期性地發(fā)生一次，而后者則認為更新是隨時進行的過程。第34頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202234Process System Principle 相際傳質理論相際傳質過程 吸收過程的相際傳質是由氣相與界面的對流傳質、界面上溶質組分的溶解、液相與界面的對流傳質三個過程串聯(lián)而成。圖5-15 相際傳質第35頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202235Process System Principle 相際傳質理論相際傳質過程 （1）相際傳質過程的速率方程： 氣

23、相傳質過程的速率方程： 液相傳質過程的速率方程： 界面上氣體的溶解沒有阻力，則界面上氣液兩相組成服從相平衡方程： 對稀溶液，物系服從亨利定律： 或在計算范圍內(nèi)，平衡線可近似作直線處理，即：第36頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202236Process System Principle 相際傳質理論相際傳質過程圖5-16 主體含量與界面含量的圖示第37頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202237Process System Principle 相際傳質理論相際傳質過程 傳質速率可寫成推動力與阻力之比： 將上式最右端分子、分母均

24、乘以m，將推動力加和以及阻力加和即得：第38頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202238Process System Principle 相際傳質理論相際傳質過程 又： 所以： 其中： Ky - 稱以氣相摩爾分數(shù)差（y-ye）為推動力的總傳熱系數(shù)， kmol/（sm2）。 同理： 其中： Kx - 稱以液相摩爾分數(shù)差（xe-x）為推動力的總傳熱系數(shù)， kmol/（sm2）。第39頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202239Process System Principle 相際傳質理論相際傳質過程其中： （2）傳質速率方程的各種

25、表達形式 即：吸收方程為： 解吸方程為： 第40頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202240Process System Principle 相際傳質理論相際傳質過程 （3）傳質阻力的控制步驟 氣相阻力控制過程：當 則 液相阻力控制過程： 當 則 例題：總壓為101.3 kPa、溫度為303K下用水吸收混合氣中的氨，操作條件下的氣液平衡關系為y1.20 x 。已知氣相傳質系數(shù)ky為5.31104 kmoI(sm2)，液相傳質系數(shù)kx為5.33103 kmol(sm2)，并在塔的某一截面上測得氨的氣相摩爾分數(shù)y為0.05，液相摩爾分數(shù)x為0.012。試求該截面上

26、的傳質速率及氣液界面上兩相的摩爾分數(shù)。第41頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202241Process System Principle 相際傳質理論相際傳質過程 解：總傳質系數(shù)： 與實際液相組成成平衡的氣相組成為： 傳質速率為： 聯(lián)立求解以下兩式：第42頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202242Process System Principle 相際傳質理論相際傳質過程 求出界面上兩項含量為： 氣相傳質阻力占總阻力的比例為：第43頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202243Process S

27、ystem Principle 吸收過程計算吸收過程的數(shù)學描述圖5-17 吸收塔內(nèi)兩項含量的變化 圖5-17為定態(tài)操作的填料吸收塔。其橫截面面積為A，單位體積內(nèi)具有的有效表面（吸收）為（m2/m3）。混合氣體自下而上流動，流率G（kmol/(sm2)）；吸收劑自上而下流動，流率L（kmol/(sm2)）。 溶質氣相含量小于510； G、L為常量； 吸收過程是等溫的； （1）低含量氣體吸收的特點：第44頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202244Process System Principle 吸收過程計算吸收過程的數(shù)學描述 （2）物料衡算的微分表達式： 對于氣

28、相：又：則： 設為單位容積具有的有效相際傳質面積，m2/m3 。對微元塔段dh作物料衡算，并忽略微元塔段兩端面軸向的分子擴散。 對于液相： 對于兩相： 傳質系數(shù)為常量。第45頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202245Process System Principle 吸收過程計算吸收過程的數(shù)學描述 （4）填料塔高度計算： （3）全塔物料衡算：和 （5）傳質單元數(shù)與傳質單元高度： 對于式，令： 則： 同理： 則： 對 、 兩式分別積分，得：第46頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202246Process System Princ

29、iple 吸收過程計算吸收過程的數(shù)學描述 說明： NOG、NOL分別是以（y-ye）、（xe-x）為推動力的傳質單元數(shù)，無因次；傳質單元數(shù)只與物質的相平衡以及進、出口的含量條件有關，其大小反映了分離任務的難易程度，其數(shù)值大，則表明吸收劑性能差，或表明分離要求過高。 HOG、HOL分別是以（y-ye）、（xe-x）為推動力的傳質單元高度，m 。傳質單元高度與設備的型式和設備中的操作條件有關，其值表示完成一個傳質單元所需的塔高，是吸收設備效能高低的反映。 傳質單元數(shù)計算方法一般有以下幾種：對數(shù)平均推動力法、吸收因數(shù)法、圖解法以及數(shù)值積分法等等。 第47頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44

30、分，星期四9/21/202247Process System Principle 吸收過程計算吸收過程的數(shù)學描述 傳質單元高度的計算參見“氣液傳質設備”一章。 傳質單元數(shù)與傳質單元高度的各種計算方法參見下表：第48頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202248Process System Principle 吸收過程計算傳質單元數(shù)計算方法 （1）操作線與推動力的變化規(guī)律：圖5-18 逆流吸收的操作線第49頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202249Process System Principle 吸收過程計算傳質單元數(shù)計算方法

31、對圖5-18（a），從塔任意界面到塔頂做物料衡算，得： 或： 該方程即為圖5-18（b）中的直線AB，該直線稱為吸收的操作線。其斜率L/G稱為吸收操作的液氣比。 若平衡線為直線，則推動力y或x相對于y和x的變化率為常數(shù)。 即：第50頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202250Process System Principle 吸收過程計算傳質單元數(shù)計算方法 （2）平衡線為直線的對數(shù)平均推動力法： 其中： 即： 同理： 對于、式進行積分，并將、代入其中，得：第51頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202251Process Syst

32、em Principle 吸收過程計算傳質單元數(shù)計算方法 其中： 即： （3）吸收因數(shù)法： 直接積分。若相平衡服從亨利定律 ，則積分結果為： 式中：1/A=mG/L - 稱解吸因數(shù)； A - 吸收因數(shù)。 將相平衡關系、操作線方程，代入下式：第52頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202252Process System Principle 吸收過程計算傳質單元數(shù)計算方法 該式包含： （1）NOG （2）1/A=mG/L （3）圖5-19 傳質單元數(shù) 三者之間的關系如圖5-19所示。第53頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/20225

33、3Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 、吸收過程基本方程： 、全塔物料衡算式： 計算用基本公式： 、相平衡方程式：第54頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202254Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 （1）設計型命題： 設計要求：計算達到指定的分離要求所需要的塔高。 給定條件：進口氣體的溶質摩爾分數(shù)y1、氣體的處理量G、相平衡關系以及分離要求。 分離要求： 氣相出口濃度y2； 溶質回收率： 式中：G1與G2為氣體進、出口流率。 第55頁，共80頁，2022年，5月20日

34、，7點44分，星期四9/21/202255Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 對于低含量氣體，G1G2G。于是有： 或 為計算塔高H，必須知道總傳質系數(shù)Ky或Kx以及HOG、HOL等，所以設汁者必須面臨一系列條件的選擇。 （2）條件選擇： 流體流向選擇： 微分接觸的吸收塔內(nèi)，氣、液兩相可以作逆流也可作并流流動。取圖5-19所示的塔段為控制體作物料衡算，可得并流時的操作線方程：第56頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202256Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算圖5-20

35、并流吸收的操作線 一般選擇逆流吸收操作。第57頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202257Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 吸收劑進口含量選擇及其最高允許含量：圖5-21 吸收劑進口含量的上限 吸收劑進口含量過高，吸收過程的推動力減小，所需的吸收塔高度增加； 吸收劑進口含量過底，吸收劑再生過程要求過高，再生設備和費用加大； 技術上： x2 x2e ； x2max = x2e第58頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202258Process System Principle 吸收過程

36、計算吸收塔的設計型計算 吸收劑用量的選擇和最小液氣比：圖5-22 最小液氣比第59頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202259Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 吸收劑用量即液氣比愈大，出口含量x1愈小。 例題：在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨空氣混合氣中的氨，混合氣流量為0.025kmol/s，混合氣入塔含氨摩爾分數(shù)為0.02，出塔含氨摩爾分數(shù)為0.001。吸收塔操作時的總壓為101.3kPa，溫度為293K，在操作濃度范圍內(nèi)，氨水系統(tǒng)的平衡方程為y1.2x，總傳質系數(shù)Ky為0.0522kmol/(sm2)。若

37、塔徑為1m，實際液氣比為最小液氣比的1.2倍，所需塔高為多少?一般而言，第60頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202260Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 解：最小液氣比： 實際液氣比： 液相出口摩爾分數(shù)： 平均推動力：第61頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202261Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 氣相流率： 傳質單元高度： 傳質單元數(shù)： 所需塔高：第62頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/2022

38、62Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 解吸塔的最小氣液比：圖523 解吸的操作線和最小氣液比第63頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202263Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 例題：含苯摩爾分數(shù)為0.02的煤氣用平均相對分子質量為260的洗油在一填料塔中作逆流吸收，以回收其中95的苯，煤氣的流量為1200kmol/h。塔頂進入的洗油中含苯摩爾分數(shù)為0.005，洗油的流率為最小用量的1.3倍。吸收塔在101.3kPa、27下操作，此時氣液平衡關系為y=0.125x。

39、富油由吸收塔底出口經(jīng)加熱后被送入解吸塔塔頂，在解吸塔底送入過熱蒸汽使洗油脫苯。脫苯后的貧油由解吸塔底排出被冷卻至27再進入吸收塔使用，水蒸氣用量取最小用量的1.2倍。解吸塔在101.3kPa、120下操作，此時氣液平衡關系為y=3.16x。 求洗油的循環(huán)流率和解吸時的過熱蒸汽耗量。第64頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202264Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算計算用圖第65頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202265Process System Principle 吸收過程計算

40、吸收塔的設計型計算 解：（1）吸收塔 吸收塔出口煤氣中含苯摩爾分數(shù)為： 洗油在吸收塔底的最大摩爾分數(shù)為： 吸收塔的最小液氣比： 實際液氣比：第66頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202266Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 煤氣量： 洗油循環(huán)量： 洗油出塔摩爾分數(shù)為： （2）解吸塔 因過熱水蒸汽中不含苯， 解吸塔頂氣相中苯的最大含量為：第67頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202267Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的設計型計算 解吸塔的最小氣

41、液比： 操作氣液比： 過熱蒸汽用量： 或：第68頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202268Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的操作型計算 （1）操作型計算命題： 、第一類： 、第二類： 計算目的：氣、液兩相的出口含量。 給定條件：吸收塔的高度及其他有關尺寸，氣液兩相的流量、進口含量、平衡關系及流動方式，兩相總傳質系數(shù)Ky或Kx。 計算目的：吸收劑的用量及其出口含量。 給定條件：吸收塔高度及其他有關尺寸，氣體的流量及進、出口含量、吸收液的進口含量，氣液兩相的平衡關系及流動方式，兩相總傳質系數(shù) Ky或Kx 。 第69頁，共80頁

42、，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202269Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的操作型計算 （2）操作型計算方法： 計算用基本公式： 、吸收過程基本方程： 無論是哪一類操作型計算，一般均需要使用試差或迭代方法進行計算。 、全塔物料衡算式： 、相平衡方程：第70頁，共80頁，2022年，5月20日，7點44分，星期四9/21/202270Process System Principle 吸收過程計算吸收塔的操作型計算 例：氣體處理量的變化對吸收操作的影響。 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，當操作液氣比為2.1時，丙酮回收率可達95。已知物系在低含量下的平衡關系為 y=1.18x ，操作范圍內(nèi)總傳質系數(shù)Kya近似與氣體流率的0.8次方成正比。