化工原理吸收課件

第五章

吸收一、物料衡算與操作線方程二、吸收劑用量的確定三、填料層高度的計(jì)算四、吸收的操作型計(jì)算五、吸收系數(shù)第四節(jié)

吸收塔的計(jì)算2022/12/28一、吸收塔的物料衡算與操作線方程

1、物料衡算

目的：確定各物流之間的量的關(guān)系以及設(shè)備中任意位置兩物料組成之間的關(guān)系。對(duì)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)出吸收塔的A物質(zhì)作物料衡算

2022/12/28吸收率混合氣中溶質(zhì)A被吸收的百分率2、吸收塔的操作線方程式與操作線在m—n截面與塔底截面之間作組分A的衡算2022/12/28T（X2、Y2）代表塔頂狀態(tài)，B（X1、Y1）代表塔底狀態(tài)。TB是操作線，其上任一點(diǎn)代表塔內(nèi)某一截面的氣、液組成。2022/12/28并流吸收塔的操作線：

吸收操作線總是位于平衡線的上方，操作線位于平衡線下方，則應(yīng)進(jìn)行解吸過(guò)程。

2022/12/28吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算，一般的已知條件是：

1）氣體混合物中溶質(zhì)A的組成（mol分率）以及流量kmol/(m2.s)2）吸收劑的種類及T、P下的相平衡關(guān)系；3）出塔的氣體組成需要計(jì)算：1）吸收劑的用量kmol/(m2.s)；2）塔徑、填料層高度二、吸收劑用量的確定2022/12/28液氣比Y1L/GBB*最小液氣比最小液氣比2022/12/28平衡線為上凸形時(shí)

2022/12/28例：在填料吸收塔內(nèi)，用清水逆流吸收磺化反應(yīng)產(chǎn)生的SO2氣體，已知進(jìn)塔時(shí)混合氣體中SO2的含量是18%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其余為惰性組分，惰性組分的平均分子量是28，吸收劑用量是最小用量的1.65倍，要求每小時(shí)從混合氣體中吸收200kg的SO2，操作條件下的氣液相平衡關(guān)系為Y=26.7X。試計(jì)算：（1）每小時(shí)的吸收劑用量；（2）出塔吸收液濃度。2022/12/28其中：

由題意知：2022/12/282）出塔吸收液濃度：

2022/12/28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(shí)的處理量為1000kg空氣。物系的平衡關(guān)系為Y=0.757X，若吸收劑用量取最小用量的2倍，試求每小時(shí)送入塔內(nèi)的水量。分析：求吸收劑用量L已知L/Lmin求Lmin2022/12/28最小吸收劑用量：

解：其中：

2022/12/282022/12/28微元填料層內(nèi)的吸收速率方程式為：

2022/12/28低濃度氣體吸收時(shí)填料層的基本關(guān)系式為

氣相總體積吸收系數(shù)、液相總體積吸收系數(shù)2、傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)

1）傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)的概念

——?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度

2022/12/282）總傳質(zhì)單元高度的物理意義

2022/12/28氣相流經(jīng)一段填料層前后的濃度變化(Y1-Y2)恰等于此段填料層內(nèi)以氣相濃度差表示的總推動(dòng)力的平均值(Y-Y*)m時(shí)，那么，這段填料層的高度就是一個(gè)氣相總傳質(zhì)單元高度。

總傳質(zhì)單元高度反映填料塔傳質(zhì)性能的高低，其值越小，阻力越小，完成相同傳質(zhì)單元數(shù)吸收任務(wù)所需塔的高度越小。2022/12/281）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法

吸收的操作線為直線，當(dāng)平衡線也為直線時(shí)

——直線函數(shù)

2022/12/282022/12/28其中：

⊿Ym——塔頂、塔底兩截面上吸收推動(dòng)力的對(duì)數(shù)平均值，稱為氣相對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力。當(dāng)

相應(yīng)的對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力可用算術(shù)平均推動(dòng)力代替。2022/12/28令

2022/12/28——解吸因數(shù)。平衡線斜率和操作線斜率的比值無(wú)因次。S愈大，解吸愈易進(jìn)行。

——吸收因數(shù)

——不需用X12022/12/282022/12/28分析：橫坐標(biāo)

值的大小，反映了溶質(zhì)吸收率的高低。

在氣、液進(jìn)口濃度（Y1、X2）一定的情況下，吸收率愈高，Y2愈小，橫坐標(biāo)的數(shù)值愈大，對(duì)應(yīng)于同一S值的NOG愈大。在氣、液進(jìn)口濃度（Y1、X2）及溶質(zhì)吸收率已知的條件下（即橫坐標(biāo)一定），若增大S值（即減小液氣比L/G），則吸收推動(dòng)力變小，NOG值增大。

2022/12/28對(duì)于一固定的吸收塔來(lái)說(shuō)，當(dāng)NOG已確定時(shí)，S值越?。丛龃笠簹獗龋?，愈能提高溶質(zhì)的吸收率適宜的S值：

液相總傳質(zhì)單元數(shù)：2022/12/28例：在填料塔內(nèi)，用清水逆流吸收空氣—氨氣的混合氣體中的氨氣。已知混合氣體中氨氣的體積分率為4.0﹪，單位塔截面積上的惰性氣體流量為0.0118kmol·m-2·s-1。要求氨氣的回收率為0.96，實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.4倍，氣液相平衡關(guān)系為Y=0.92X，氣相總體積吸收系數(shù)KYa為0.043kmol·m-3·s-1。試計(jì)算填料層的高度。解：依題意，氣相總傳質(zhì)單元高度為2022/12/28清水吸收，X2=0，最小液氣比為實(shí)際液氣比為2022/12/28由全塔物料衡算，可得塔底吸收推動(dòng)力為：塔頂吸收推動(dòng)力為：2022/12/28氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：解吸因數(shù)法2022/12/28對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法2022/12/28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(jìn)料混合氣組成為0.04（組分的摩爾分率，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（X、Y均為摩爾比），試求：1）L/V為(L/V)min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(shí)所需填料層高度為若干米？

2022/12/28解：1）L/V為(L/V)min的倍數(shù)2022/12/282）所需填料層高度解吸因數(shù)法

2022/12/28對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法2022/12/282022/12/283）尾氣濃度下降后所需的填料層高度

尾氣濃度

2022/12/283）圖解積分法

平衡線為直線、曲線均可AA*YY*XYY2Y12022/12/28四、吸收的操作型計(jì)算

例：在填料層高度為6m的吸收塔中，用清水逆流吸收某混合氣體中的氨氣。已知混合氣體中氨氣的體積分率為1.5%，單位塔截面積上的惰性組分流量為0.024kmol·m-2·s-1，液氣比為0.943，相平衡關(guān)系為Y=0.8X，氣相總體積吸收系數(shù)KYa為0.06kmol·m-3·s-1.試確定：（1）出塔氣相中氨氣的濃度（2）若采用增大吸收劑用量的方法，使氨氣的回收率達(dá)到99%，則液氣比應(yīng)為多少？2022/12/28解：（1）計(jì)算出塔氣相中氨氣的濃度氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：由題意得氣相總傳質(zhì)單元高度為：解吸因數(shù)為：進(jìn)塔氣相中氨氣的含量為：2022/12/28清水吸收，即X2=0，故（2）計(jì)算增大吸收劑用量后的液氣比出塔氣相中氨氣的含量為2022/1