化工原理第六章第四節(jié)講稿duo課件

2023/8/3第六章

吸收一、物料衡算與操作線方程

二、吸收劑用量的確定三、塔徑的計算

四、填料層高度的計算

五、吸收的操作型計算

第四節(jié)

吸收塔的計算2023/7/26第六章

吸收一、物料衡算與操作線方程第2023/8/3吸收塔的設(shè)計計算，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

需要計算：1）吸收劑的用量kmol/(m2.s)；2）塔的工藝尺寸，塔徑和填料層高度2023/7/26吸收塔的設(shè)計計算，一般的已知條件是：2023/8/3一、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。對單位時間內(nèi)進出吸收塔的A的物質(zhì)量作衡算

qnGqnGqnLqnL2023/7/26一、吸收塔的物料衡算與操作線方程1、物料2023/8/3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2023/7/26吸收率混合氣中溶質(zhì)A被吸收的百分率2、2023/8/3——逆流吸收塔操作線方程在m—n截面與塔頂截面之間作組分A的衡算——逆流吸收塔操作線方程表明：塔內(nèi)任一截面的氣相濃度Y與液相濃度X之間成直線關(guān)系，直線的斜率為qnL/qnG。

2023/7/26——逆流吸收塔操作線方程在m—n截面與塔頂2023/8/32023/7/262023/8/3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)進行脫吸過程。

2023/7/26并流吸收塔的操作線：吸收操作線總是位于平2023/8/3二、吸收劑用量的確定液氣比Y1qnL/qnGBB*最小液氣比2023/7/26二、吸收劑用量的確定液氣比Y1qnL/qn2023/8/3最小液氣比的求法圖解法正常的平衡線

2023/7/26最小液氣比的求法2023/8/3平衡線為上凸形時

2023/7/26平衡線為上凸形時2023/8/3計算法適用條件：平衡線符合亨利定律，可用

表示

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%，每小時的處理量為1000kg空氣。物系的平衡關(guān)系列于本例附表中，若吸收劑用量取最小用量的2倍，試2023/7/26計算法平衡線符合亨利定律，可用表示例：2023/8/3求每小時送入塔內(nèi)的水量。溶液濃度(gNH3/100gH2O)22.53分壓Pa160020002427分析：求水量吸收劑用量qnL求(qnL)min已知qnL/(qnL)min平衡常數(shù)解：1）平衡關(guān)系

2023/7/26求每小時送入塔內(nèi)的水量。分析：求水量吸收劑2023/8/32）最小吸收劑用量：2023/7/262）最小吸收劑用量：2023/8/3其中：2023/7/26其中：2023/8/33）每小時用水量

三、塔徑的計算

—空塔氣速

2023/7/263）每小時用水量三、塔徑的計算—空塔氣2023/8/3四、填料層高度的計算

1、填料層高度的基本計算式

對組分A作物料衡算

單位時間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的A的物質(zhì)量為：hGGh2023/7/26四、填料層高度的計算1、填料層高度的基本2023/8/3微元填料層內(nèi)的吸收速率方程式為：

2023/7/26微元填料層內(nèi)的吸收速率方程式為：2023/8/3低濃度氣體吸收時填料層的基本關(guān)系式為

氣相總體積吸收系數(shù)及液相總體積吸收系數(shù)

物理意義：在推動力為一個單位的情況下，單位時間單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)量。2、傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)

2023/7/26低濃度氣體吸收時填料層的基本關(guān)系式為氣相2023/8/3的單位

稱為“氣相總傳質(zhì)單元高度”，用

表示

——氣相總傳質(zhì)單元數(shù)

1）傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)的概念

2023/7/26的單位稱為“氣相總傳質(zhì)單元高度”，用2023/8/3—液相總傳質(zhì)單元高度，m；—液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次；依此類推，可以寫出通式：試寫出用膜系數(shù)及相應(yīng)的推動力表示的填料層高度的計算式。填料層高度=傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)

2023/7/26—液相總傳質(zhì)單元高度，m；—液相總傳質(zhì)單2023/8/32）傳質(zhì)單元高度的物理意義

2023/7/262）傳質(zhì)單元高度的物理意義2023/8/3氣體流經(jīng)一段填料層前后的濃度變化恰等于此段填料層內(nèi)以氣相濃度差表示的總推動力的的平均值時，那么，這段填料層的高度就是一個氣相總傳質(zhì)單元高度。2023/7/26氣體流經(jīng)一段填料層前后的濃度變化恰等于此段2023/8/3

吸收過程的傳質(zhì)阻力越大，填料層的有效比面積越小，每個傳質(zhì)單元所相當?shù)奶盍蠈痈叨仍酱蟆?/p>

傳質(zhì)單元數(shù)反映吸收過程的難度，任務(wù)所要求的氣體濃度變化越大，過程的平均推動力越小，則意味著過程難度越大，此時所需的傳質(zhì)單元數(shù)越大。3、傳質(zhì)單元數(shù)的求法

平衡線為直線時

對數(shù)平均推動力法脫吸因數(shù)法平衡線為曲線時

圖解積分法近似梯級法2023/7/26吸收過程的傳質(zhì)阻力越大，填2023/8/31）平衡線為直線時a）脫吸因數(shù)法

平衡關(guān)系用直線

表示時，將代入2023/7/261）平衡線為直線時平衡關(guān)系用直線表示時，2023/8/3令

2023/7/26令2023/8/3——脫吸因數(shù)。平衡線斜率和操作線斜率的比值無因次。S愈大，脫吸愈易進行?！找驍?shù)

2023/7/26——脫吸因數(shù)。平衡線斜率和操作線斜率的比值2023/8/32023/7/262023/8/3分析：橫坐標

值的大小，反映了溶質(zhì)吸收率的高低。

在氣液進出口濃度一定的情況下，吸收率愈高，Y2愈小，橫坐標的數(shù)值愈大，對應(yīng)于同一S值的NOG愈大。S反映吸收推動力的大小

在氣液進出口濃度及溶質(zhì)吸收率已知的條件下，若增大S值，也就是減小液氣比qnL/qnG，則溶液出口濃度提高，塔內(nèi)吸收推動力變小，NOG值增大。

2023/7/26分析：橫坐標值的大小，反映了溶質(zhì)吸收率2023/8/3對于一固定的吸收塔來說，當NOG已確定時，S值越小，愈大，愈能提高吸收的程度。

減小S增大液氣比

吸收劑用量增大，能耗加大，吸收液濃度降低

適宜的S值：

2023/7/26對于一固定的吸收塔來說，當NOG已確定時，2023/8/3b）對數(shù)平均推動力法

吸收的操作線為直線，當平衡線也為直線時

——直線函數(shù)

2023/7/26b）對數(shù)平均推動力法吸收的操作線為直線，2023/8/32023/7/262023/8/3其中：

——塔頂與塔底兩截面上吸收推動力的對數(shù)平均，稱為對數(shù)平均推動力。時，

當

相應(yīng)的對數(shù)平均推動力可用算術(shù)平均推動力代替。2023/7/26其中：——塔頂與塔底兩截面上吸收推動力的2023/8/3

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，進料混合氣組成為0.04（組分的Amol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）qnL/qnG為(qnL/qnG)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，求此時所需填料層高度為若干米？2023/7/26例：某生產(chǎn)車間使用一填料塔，用2023/8/3解：1）qnL/qnG為(qnL/qnG)min的倍數(shù)2023/7/26解：1）qnL/qnG為(qnL/q2023/8/32）所需填料層高度脫吸因數(shù)法

2023/7/262）所需填料層高度2023/8/3對數(shù)平均推動力法2023/7/26對數(shù)平均推動力法2023/8/3

2023/7/262023/8/33）尾氣濃度下降后所需的填料層高度

尾氣濃度

2023/7/263）尾氣濃度下降后所需的填料層高度尾氣濃2023/8/32）平衡線不為直線a）圖解積分法

AA*YY*XYY2Y12023/7/262）平衡線不為直線AA*YY*XYY2Y12023/8/3五、吸收的操作型計算

例：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，操作液氣比為2.1時，丙酮回收率可達95%。已知物系的濃度較低，丙酮在兩相間的平衡關(guān)系為y=1.18x，吸收過程為氣膜控制，總傳質(zhì)系數(shù)Kya與氣體流率的0.8次方成正比，1）今氣體流率增加20%，而流體及氣液進出口組成不變，試求：a）丙酮的回收率有何變化？2023/7/26五、吸收的操作型計算例：某吸收塔在1012023/8/3b）單位時間內(nèi)被吸收的丙酮量增加多少？2）若氣體流率，氣液進出口組成，吸收塔的操作溫度和壓強皆不變，欲將丙酮回收率由原來95%的提高至98%，吸收劑用量應(yīng)增加到原用量的多少倍？思路：1）已知qnL/qnG、m、吸收率脫吸因數(shù)法求NOGqnG改變HOG變塔高不變求N’OG脫吸因數(shù)法求改變后的吸收率2）qnG不變脫吸因數(shù)法求改變后的S求qnLNOG不變h不變2023/7/26b）單位時間內(nèi)被吸收的丙酮量增加多少？思路2023/8/3解：求原有條件下的傳質(zhì)單元數(shù)NOG其中：

2023/7/26解：求原有條件下的傳質(zhì)單元數(shù)NOG其中：2023/8/3當時，

1）氣體流量增加20%時的操作效果

2023/7/26當時，1）氣體流量增加2