計(jì)算吸收劑用量

模塊六

吸收技術(shù)02任務(wù)二確定吸收操作條件

02任務(wù)二確定吸收操作條件3

吸收操作是依據(jù)氣體混合物中各組分在同一溶劑中的溶解度不同而完成分離的，且氣體的溶解度是隨溶劑的種類、吸收操作壓力和操作溫度的不同而不同的。

吸收的目的即是利用各組分溶解度的不同完成氣體凈化或制備液體產(chǎn)品，所以影響吸收操作的條件首先是溶劑的類型，其次就是吸收操作壓力、吸收溫度。

為了確定吸收條件，首先必須了解吸收過程中的平衡問題。02任務(wù)二確定吸收操作條件4蒸餾與吸收操作對(duì)比

（1）蒸餾改變狀態(tài)參數(shù)產(chǎn)生第二相，吸收從外界引入另一相形成兩相系統(tǒng)；（2）蒸餾直接獲得輕、重組分，吸收混合液經(jīng)脫吸才能得到較純組分；（3）蒸餾中氣相中重組分向液相傳遞，液相中輕組分向氣相傳遞，是雙相傳遞；吸收中溶質(zhì)分子由氣相向液相單相傳遞，惰性組分及溶劑組分處于“停滯”狀態(tài)。02任務(wù)二確定吸收操作條件5能力目標(biāo)學(xué)習(xí)要求與目標(biāo)1.具有吸收塔全塔物料衡算的能力。2.具有根據(jù)工藝進(jìn)行操作線、吸收劑用量與液氣比的計(jì)算。知識(shí)目標(biāo)1.掌握吸收塔全塔物料衡算。2.掌握吸收操作線方程與計(jì)算吸收劑用量、最小液氣比等。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)誠實(shí)守信、團(tuán)結(jié)協(xié)作、愛崗敬業(yè)精神；2.培養(yǎng)安全、環(huán)保、健康生產(chǎn)意識(shí)；3.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及質(zhì)量意識(shí)，具備工程管理能力；4.培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力；5.創(chuàng)新能力培養(yǎng)等。子任務(wù)3計(jì)算吸收劑用量02任務(wù)二確定吸收操作條件6子任務(wù)3計(jì)算吸收劑用量

操作過程中，其操作溫度或壓力發(fā)生變化時(shí)，在不改變分離任務(wù)和要求的前提下，仍可通過改變吸收劑的用量來滿足吸收要求。吸收劑用量的多少主要取決于吸收要求（吸收率或凈化氣的含量Y2）。02任務(wù)二確定吸收操作條件71.全塔物料衡算

計(jì)算給定吸收任務(wù)下所需的吸收劑用量L或吸收劑出口濃度X1。

混合氣體通過吸收塔的過程中，可溶組分不斷被吸收，故氣體的總量沿塔高而變，液體也因其中不斷溶入可溶組分，其量也沿塔高而變。但是，通過塔的惰性氣體量和溶劑量是不變的。02任務(wù)二確定吸收操作條件8下標(biāo)“1”代表塔內(nèi)填料層下底截面，下標(biāo)“2”代表填料層上頂截面。V——單位時(shí)間通過塔的惰性氣體量；kmol(B)/s

；L——單位時(shí)間通過吸收塔的溶劑量；kmol(S)/s

；Y——任一截面的混合氣體中溶質(zhì)與惰性氣體的摩爾比；kmol(A)/kmol(B)

；

X——任一截面的溶液中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比；kmol(A)/kmol(S)

。V,Y2V,Y1L,X1L,X2V,YL,X02任務(wù)二確定吸收操作條件9進(jìn)塔氣量V和組成Y1是吸收任務(wù)規(guī)定的，進(jìn)塔吸收劑溫度和組成X2一般由工藝條件所確定，出塔氣體組成Y2則由任務(wù)給定的吸收率求出。02任務(wù)二確定吸收操作條件1002任務(wù)二確定吸收操作條件112.吸收操作線方程與操作線若取填料層任一截面與塔的塔底端面之間的填料層為物料衡算的控制體，則所得溶質(zhì)A的物料衡算式為V,Y2V,Y1L,X1L,X2V,YL,X

上兩式均稱為吸收操作線方程，代表逆流操作時(shí)塔內(nèi)任一截面上的氣、液兩相組成Y和X之間的關(guān)系。（L/V）稱為吸收塔操作的液氣比。02任務(wù)二確定吸收操作條件12YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*MY-Y*X*-X操作線方程與操作線當(dāng)L/V一定，操作線方程在Y-X圖上為以液氣比L/V為斜率，過塔進(jìn)、出口的氣、液兩相組成點(diǎn)(Y1，X1)和(Y2，X2)的直線，稱為吸收操作線。操作線上任一點(diǎn)M

與平衡線間的垂直距離(Y-Y*)為塔內(nèi)該截面上以氣相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推動(dòng)力；與平衡線的水平距離(X*-X)為該截面上以液相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推動(dòng)力。02任務(wù)二確定吸收操作條件13并流操作線方程對(duì)氣、液兩相并流操作的吸收塔，取塔內(nèi)填料層任一截面與塔頂（濃端）構(gòu)成的控制體作物料衡算，可得并流時(shí)的操作線方程，其斜率為（-L/V）。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*MY-Y*X*-X02任務(wù)二確定吸收操作條件14吸收塔內(nèi)流向的選擇在Y1至Y2范圍內(nèi)，兩相逆流時(shí)沿塔高均能保持較大的傳質(zhì)推動(dòng)力，而兩相并流時(shí)從塔頂?shù)剿籽厮邆髻|(zhì)推動(dòng)力逐漸減小，進(jìn)、出塔兩截面推動(dòng)力相差較大。在氣、液兩相進(jìn)、出塔濃度相同的情況下，逆流操作的平均推動(dòng)力大于并流，從提高吸收傳質(zhì)速率出發(fā)，逆流優(yōu)于并流。這與間壁式對(duì)流傳熱的并流與逆流流向選擇分析結(jié)果是一致的。工業(yè)吸收一般多采用逆流，本章后面的討論中如無特殊說明，均為逆流吸收。與并流相比，逆流操作時(shí)上升的氣體將對(duì)借重力往下流動(dòng)的液體產(chǎn)生一曳力，阻礙液體向下流動(dòng)，因而限制了吸收塔所允許的液體流率和氣體流率，這是逆流操作不利的一面。02任務(wù)二確定吸收操作條件153.吸收劑用量與最小液氣比吸收劑用量L或液氣比L/V在吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算和塔的操作調(diào)節(jié)中是一個(gè)很重要的參數(shù)。吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算中，氣體處理量V，以及進(jìn)、出塔組成Y1、Y2由設(shè)計(jì)任務(wù)給定，吸收劑入塔組成X2則是由工藝條件決定或設(shè)計(jì)人員選定。可知吸收劑出塔濃度X1與吸收劑用量L是相互制約的。由全塔物料衡算式選取的L/V，操作線斜率，操作線與平衡線的距離，塔內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力，完成一定分離任務(wù)所需塔高；L/V，吸收劑用量，吸收劑出塔濃度X1，循環(huán)和再生費(fèi)用；若L/V，吸收劑出塔濃度X1，塔內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力，完成相同任務(wù)所需塔高，設(shè)備費(fèi)用。02任務(wù)二確定吸收操作條件16不同液氣比L/V下的操作線圖直觀反映了這一關(guān)系。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BL/VY-Y*A’X1’(L/V)’X1,max(L/V)minC要達(dá)到規(guī)定的分離要求，或完成必需的傳質(zhì)負(fù)荷量GA=V(Y1-Y2)，L/V的減小是有限的。當(dāng)L/V下降到某一值時(shí)，操作線將與平衡線相交或者相切，此時(shí)對(duì)應(yīng)的L/V稱為最小液氣比，用(L/V)min表示，而對(duì)應(yīng)的X1則用X1,max表示。02任務(wù)二確定吸收操作條件17隨L/V的減小，操作線與平衡線是相交還是相切取決于平衡線的形狀。YXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1,max=X1*(L/V)minCYXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1*(L/V)minCX1,max兩線在Y1處相交時(shí)，X1,max=X1*；兩線在中間某個(gè)濃度處相切時(shí)，X1,max<X1*。最小液氣比的計(jì)算式：最小液氣比(L/V)min02任務(wù)二確定吸收操作條件18在最小液氣比下操作時(shí)，在塔的某截面上（塔底或塔內(nèi)）氣、液兩相達(dá)平衡，傳質(zhì)推動(dòng)力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)任務(wù)所需的塔高為無窮大。對(duì)一定高度的塔而言，在最小液氣比下操作則不能達(dá)到分離要求。實(shí)際液氣比應(yīng)在大于最小液氣比的基礎(chǔ)上，兼顧設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用兩方面因素，按總費(fèi)用最低的原則來選取。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般取02任務(wù)二確定吸收操作條件19以上由最小液氣比確定吸收劑用量是以熱力學(xué)平衡為出發(fā)點(diǎn)的。從兩相流體力學(xué)角度出發(fā)，還必須使填料表面能被液體充分潤濕以保證兩相均勻分散并有足夠的傳質(zhì)面積，因此所取吸收劑用量L值還應(yīng)不小于所選填料的最低潤濕率，即單位塔截面上、單位時(shí)間內(nèi)的液體流量不得小于某一最低允許值。02任務(wù)二確定吸收操作條件20

用20℃的清水逆流吸收氨－空氣混合氣中的氨，已知混合氣體溫度為20℃，總壓為101.3kPa，其中氨的分壓為1.0133kPa，要求混合氣體處理量為773m3/h，水吸收混合氣中氨的吸收率為99％。在操作條