化工原理第九章-氣體吸收第四次課

高濃度氣體吸收填料層高度的計(jì)算高濃度氣體吸收的特點(diǎn)氣、液相流率沿塔高是變化的吸收過(guò)程是非等溫的吸收的溶質(zhì)量大，產(chǎn)生的溶解熱能使兩相溫度顯著升高，相平衡關(guān)系也將沿塔高變化。溫度升高，對(duì)吸收不利，但可以增加傳質(zhì)分系數(shù)。傳質(zhì)系數(shù)沿塔高變化大。吸收塔的計(jì)算低濃度吸收時(shí)，漂流因子近似等于1，因而傳質(zhì)系數(shù)與濃度無(wú)關(guān)。高濃度吸收時(shí)，漂流因子的影響不可忽略，因而傳質(zhì)系數(shù)與濃度有關(guān)，而濃度是沿塔高變化的，所以傳質(zhì)系數(shù)亦沿塔高變化。液相漂流因子?？珊雎浴Ａ硗?，沿塔高流動(dòng)狀態(tài)的變化也將導(dǎo)致傳質(zhì)系數(shù)的變化。mBm

Bmyp

DP

P

P

k

kk

1

y10y0yRT

p液相傳質(zhì)系數(shù)m1

k

0吸收塔的計(jì)算吸收過(guò)程為組分A通過(guò)停滯組分B的擴(kuò)散過(guò)程。按雙膜理論，氣相傳質(zhì)系數(shù)21吸收塔的計(jì)算計(jì)算公式（低濃度氣體吸收）相平衡關(guān)系Y

f

X

填料層高度計(jì)算式2Y1Y*YOG

OGdYY

YK

aVZ

H

N

2X1XXOL

OLdXX*

XK

aLZ

H

N

min

V

全塔物料衡算式

V

Y1

Y2

LX

X

VL

1.1

~

2.0

L

21,maxX

XY1

Y2min

V

L

VH

KY

aOGNOG

1

ln

11A11A

Y

Y

*

A2

21

Y

Y

*

1 2

設(shè)計(jì)型計(jì)算

題設(shè)計(jì)要求：求達(dá)到指定分離要求所需的塔高給定條件：Y1，V，相平衡關(guān)系，分離要求（Y2或）吸收塔的計(jì)算2技術(shù)上：X

2

m

a

x

=X

*

，Ym=0，H→∞。設(shè)計(jì)條件的選擇流向選擇一般選擇逆流，Ym較大。吸收劑進(jìn)口濃度的選擇YoY*=f(X)Y1X1

XX2Y22X

*吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算吸收塔的計(jì)算吸收劑進(jìn)口濃度的選擇經(jīng)濟(jì)上：X2↓，Z↓，設(shè)備費(fèi)↓，但解吸操作費(fèi)↑。須優(yōu)化選擇。吸收劑用量的選擇YXoY*=f(X)Y1X1Y2X2’

X2吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算min

V

VL

1.1

~

2.0

L

21,maxX

XY1

Y2min

V

L

吸收塔的計(jì)算【例9-5】設(shè)計(jì)一瓷環(huán)填料塔，以吸收混合氣中的

，吸收劑為清水。進(jìn)塔氣在操作條件下（101.3kPa，25oC）的流量為0.557m3/s，其

含量為5%（mol%），要求塔內(nèi)吸收率達(dá)98%，設(shè)計(jì)可取液氣比為最小液氣比的1.6倍。操作條件下，物系相平衡關(guān)系為Y=1.68X，氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)KYa為

0.0215kmol/(s·m3)。若氣體空塔速度為0.8m/s，求塔徑及所需填料層高度。解：空塔氣速為0.8m/s時(shí)，塔內(nèi)徑為D

4

0.557

0.942m

0.94m4VSu

3.14

0.8吸收塔的計(jì)算塔的橫截面積

D2

0.942

0.694m24

4進(jìn)塔惰性氣體摩爾流率V

0.557

273

（1

0.05）

0.0216kmol

/

s22.4

298進(jìn)塔氣體的 含量1

0.05260.051

0.05Y

出塔氣體的 含量Y2

Y11

0.05261

0.98

0.00105吸收塔的計(jì)算最小液氣比實(shí)際液氣比塔底排出水中 的含量21

0.0526

0.00105

1.650.0526

/

1.68

X

*

XY1

Y2

V

min

L

11.1665.6.2.64

V

min

L

L

V1

V

(Y1

Y2

)

(0.0526

0.00105)

0.0195L 2.64X吸收塔的計(jì)算傳質(zhì)單元高度YOGV

0.0216

1.45mK

a 0.0215

0.694H

2

2ln

1

1

Y

Y

*Y

Y*Ym

1

1

2

2

（0.0526

1.68

0.0195）（0.00105

0）

0.00639ln

0.0526

1.68

0.01950.00105

0(

Y

Y

）

(

Y

Y

*

)對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力吸收塔的計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)填料層高度Z

HOGNOG

1.458.06

11.7m

0.0526

0.00105

8.060.00639mOGY

Y1

Y2N吸收塔的計(jì)算吸收塔的操作型計(jì)算操作型計(jì)算

題第一類(lèi)命題（求操作結(jié)果）給定條件：Z（及其他有關(guān)尺寸），V，L，Y1，X2，Y*=f(X)，流動(dòng)方式，KYa或KXa。計(jì)算目的：Y2（），X1。第二類(lèi)命題（求操作條件）給定條件：Z（及其他有關(guān)尺寸），V，Y1，Y2，X2，Y*=f(X)，流動(dòng)方式，KYa或KXa。計(jì)算目的：L，X1。吸收塔的計(jì)算計(jì)算方法聯(lián)立求解上節(jié)所列方程（計(jì)算公式）。一般情況下，由于相平衡方程和吸收過(guò)程方程（填料層高度計(jì)算式）的非線(xiàn)性，須試差或迭代。當(dāng)相平衡方程在操作范圍內(nèi)可視為直線(xiàn)時(shí)，第一類(lèi)命題可將基本方程線(xiàn)性化，但第二類(lèi)命題仍須試差。吸收塔的計(jì)算【例9-7】某填料吸收塔用溶質(zhì)含量為0.02（比摩爾分?jǐn)?shù)，下同）的溶劑吸收混合氣中的可溶組分，采用的液氣比為

3.2，氣體入塔溶質(zhì)的含量為2.0%，回收率可達(dá)95%。已知在操作范圍內(nèi)物系的平衡關(guān)系為Y=2X，吸收過(guò)程為氣膜控制，總體積傳質(zhì)系數(shù)KYa與氣體摩爾流率的0.8次方成正比。受前后工序操作狀況的影響，該吸收塔的工藝參數(shù)也常有波動(dòng)，試對(duì)以下幾種情況進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)解吸不良使吸收劑入塔含量增高至0.04時(shí)，溶質(zhì)的回收率下降至多少？塔內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力有何變化？氣體流率增加20%，而溶劑量以及氣、液進(jìn)口組成不變，溶質(zhì)的回收率有何變化？單位時(shí)間被吸收的溶質(zhì)量增加多少？入塔氣體溶質(zhì)含量增高至2.5%時(shí)，為保證氣體出塔組成不變，吸收劑用量應(yīng)增加為原用量的多少倍？吸收塔的計(jì)算【例9-7】已知X2

0.02

L

3.2Y1

2.0%

95%Y

2X吸收過(guò)程為氣膜控制K a

V

0.8Y

s求：（1）X2=0.04，

=？塔內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力有何變化？（2）V’=1.2V，X2、Y1不變，

=？GA

=？（3）Y1=2.5%，為保證氣體出塔組成不變，吸收劑用量應(yīng)增加為原用量的多少倍？吸收塔的計(jì)算解：（1）

定性分析（——吸收因子法）X2↑，L/V

不變，Y1

不變，t，p不變。不變K

aVH

YOGL,V

,m不變不變LMVA

L,V

,t不變kY

,

kX

,

mKYa不變不變OGOGHzN

A Y

YANOG

1

A1

Y

Yln

11

11*22*1

222

1 2

不變Y

Y

*Y

Y

*Y

Y

*22Y

Y

*

1 2

CC2

2Y

Y

*Y

Y

*

1

2C2Y

Y

*

C

1Y

1

2

↑吸收塔的計(jì)算定量計(jì)算

X2′=0.04，

=？Ym′=？2X

=0.02V

LY1=0.02

X12V

LY

=0.001AA

NOG

1

ln1

1

1

12A

Y2

Y

*2

1

Y1

Y

*原工況新工況AA

NOG1

ln1

1

1

12

A

Y2/

Y

*/2

1

Y1

Y

*

/由于填料及氣液兩相流動(dòng)狀態(tài)未變化HO

G

HOGNO

G

NOGz=z’X2′=0.04Y1′=Y1=0.02Y2′=?X1′=?吸收塔的計(jì)算故由上兩式可得22

22/

Y

*/

1

2

1 2

Y

Y

*

YY

Y

*

Y

Y

*

/Y1

0.02Y2

Y1(1)

0.0Y

*

MX

20.0002

0.00042

222*Y

MX

2

0.0004

0.00082Y

'

0.00139新工況回收率/1

2

Y1

93.05%0.02

0.001390.02Y

Y

吸收塔的計(jì)算吸收劑出塔組成傳質(zhì)平均推動(dòng)力21

0.02

0.001

0.0002

0.006143.2X

V（Y1

Y2）

XL//

0.0004

0.006210.02

0.001393.2

1

2

X

2LX1V（Y

Y

/）mNOG

NOG

NOG

Y1

Y2

0.02

0.001

0.019Y

OG

OG

OGN

NNYm/

Y1

Y2/

0.02

0.00139

0.0186可見(jiàn)，吸收劑入塔濃度增高，吸收塔內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力下降，從而導(dǎo)致吸收率降低。

97.9% m

Y

/

0.0186Ym

0.019吸收塔的計(jì)算YXY=2XY1X1X1′Y2′Y20

X2

X2′Y1=Y1，X2↑，L/V不變，

↓，Ym′↓吸收塔的計(jì)算（2）Vs′=1.2Vs，L′=L，Y1′=Y1，X2′=X2

，

=？，GA=？新工況下傳質(zhì)單元數(shù)YY1.2V0.2

1.2

HOG

1.04HOG1.20.8

k

aK

aV

s

HOG1.04OGOG

OGHOGN H NNOG而原工況吸收因子

L

/V

3.2A

1.6M

2s

s因?yàn)镵Ya∝V

0.8

，所以當(dāng)V

氣體流率增加20%后，新工況下填料塔的傳質(zhì)單元高度為吸收塔的計(jì)算1*221.6

0.001

0.0004 1.6

1

1

2

ln

1AY

Y1

Y

Y

*AA1

ln

1

1

0.02

0.0004

1

6.811

0.625NOG（1

1

）

所以1.04OGN

6.81

6.55又新工況下A

L

/V

L

/1.2V

A

1.6

1.33M

M

1.2

1.2吸收塔的計(jì)算1.331.331

0.02

0.0004

1ln

111

0.752/2Y

0.0004N

6.55

OG2Y

0.00152

92.4%0.02

0.00152

1 2

Y1

0.02Y

Y

氣體流率增加20%后，多吸收的溶質(zhì)量為2

1

2A

1

G

1.2V

Y

Y

V

Y

Y

0.0032Vkmol

/

s計(jì)算結(jié)果表明，氣體流率增加，雖溶質(zhì)的吸收量有所增加，但因L/V減小，塔內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力減小，從而導(dǎo)致出塔氣中溶質(zhì)含量增高即回收率下降。吸收塔的計(jì)算（3）Vs′=Vs，

Y1′=0.025

，X2′=X2

，Y2′=Y2，L′=？由上式試差得

6.81OGOGN

N

A

A

ln

1

1

41

1

1A1A

0.001

0.0004

A

1A11

ln

1

1

0.025

0.0004

1

16.81

1

0.576AA

1.74故吸收劑用量應(yīng)增至L

AMV

A

1.74

1.088倍L

AMV

A

1.6A

L

/

VM吸收塔的計(jì)算YXY=2XY1Y2′Y2X1X1′0

X2

X2′（1）吸收劑用量L

的調(diào)節(jié)2

1L↑，L/V↑，

Y

↓，X

↓A

YG

↑，↑，K

a↑吸收塔的計(jì)算吸收塔的操作和調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)

：改變吸收劑入塔參數(shù)(

L，X2，t2)。YXoY*=f(X)IIY1X2!Y

’(L/V)II

>

(L/V)I2Y2Y

’!X

’

X

’

X1Y22’