流体力学与传热：第三节 吸收塔的计算 （1）

第三节 吸收塔的计算（1）packed columnpacked columnYangdongjie,SCUTStructured packing(规整填料规整填料)Yangdongjie,SCUTFG型蜂窝栅格规整填料 MellapakFP型翅片波纹填料 Yangdongjie,SCUTrandom packing(a)Raschig ring;(b)Berl saddle;(c)Pall ring;(d)Intalox metal,IMTP;(e)Jaeger Metal Tri-PackYangdongjie,SCUT双鞍环双鞍环RICRICTMTM填料填料 共轭环共轭环SCUT 发明人：华南理工大学发明人：华南理工大学 陈焕钦等陈焕钦等Yangdongjie,SCUT泡沫陶瓷环形填料Foam Ceramics Ring Packing Fig.1 Structural sketch map of foam ceramic（a）Cylinder packing (b)DX-1 rings PackingFig.2 Foam ceramic packinguZL200510032704.8专利权人：华南理工大学，杨专利权人：华南理工大学，杨东杰等东杰等 Yangdongjie,SCUT操作型操作型：核算；核算；操作条件与吸收结果的关系。操作条件与吸收结果的关系。计算依据：物料衡算；计算依据：物料衡算；相平衡；相平衡；吸收速率方程。吸收速率方程。吸收塔的计算内容：吸收塔的计算内容：设计型设计型：流向、流程、吸收剂用量、流向、流程、吸收剂用量、吸收剂浓度、吸收剂浓度、塔高、塔径。塔高、塔径。工业吸收过程的特点工业吸收过程的特点:混合气体中溶质浓度不高，混合气体中溶质浓度不高，510，低浓度气体，低浓度气体的吸收，流经全塔的混合气体量、液体量变化不大。的吸收，流经全塔的混合气体量、液体量变化不大。kL,kG=constant溶质的溶解热引起的温度变化很小等温吸收溶质的溶解热引起的温度变化很小等温吸收3.1 3.1 吸收塔的物料衡算及操作线方程吸收塔的物料衡算及操作线方程1 1、物料衡算、物料衡算 逆流式逆流式v溶剂、惰性气体的流量溶剂、惰性气体的流量L,VL,V为常数为常数v气液浓度使用摩尔比气液浓度使用摩尔比V,Y1 L,X1V,Y2 L,X2V-惰性气体通量，惰性气体通量，kmol/h;L-溶剂用量，溶剂用量，kmol/h;（2）溶质回收量）溶质回收量=V(Y1-Y2)=L(X1-X2)（3）混和气体：）混和气体：Vhm3/s，y1（4）纯溶剂：）纯溶剂：X2=0（1）说明：说明：2 2、逆流吸收塔的操作线方程、逆流吸收塔的操作线方程V-惰性气体通量，惰性气体通量，kmol/h;L-溶剂用量，溶剂用量，kmol/h;Y,X-任意塔截面上气液相组成，任意塔截面上气液相组成，摩尔比。摩尔比。V,Y2V,Y1L,X2L,X1Y XmnL，V，X2，Y2均为定值均为定值稳定吸收，操作线为直线，斜率为稳定吸收，操作线为直线，斜率为L/V描述塔内任一截面描述塔内任一截面A气液两相浓度的关系气液两相浓度的关系T（Y2,X2)：塔顶：塔顶B(Y1,X1)：塔底：塔底(Y-Y*)；(X*-X)；吸收过程的操作线位于平衡线上方吸收过程的操作线位于平衡线上方;解吸过程的操作线位于平衡线下方。解吸过程的操作线位于平衡线下方。操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大；操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大；XY1Y2X1X2TBYA3.3.并流吸收操作线并流吸收操作线V,Y2V,Y1L,X2L,X1Y XmnXY2Y1X1X2TBYA4.4.逆流和并流对比逆流和并流对比逆流的推动力逆流的推动力并流的推动力并流的推动力逆流推动力均匀逆流推动力均匀逆流时逆流时Y1与与X1在塔底相遇有利于在塔底相遇有利于提高提高X1逆流时逆流时Y2与与X2在塔顶相遇有利于在塔顶相遇有利于降低降低Y2无论并流、逆流，操作线方程与无论并流、逆流，操作线方程与操作线均由物料衡算得到，与系操作线均由物料衡算得到，与系统的平衡关系、操作条件及设备统的平衡关系、操作条件及设备结构型式没有关系。结构型式没有关系。XY2Y1X1X2TBYAXY1Y2X1X2TBYA 5.5.串联塔串联塔 X2a Y2aY1a X1aA Y1b X1bY2b X2bBA A A A塔逆流：塔逆流：塔逆流：塔逆流：斜率：斜率：L/V塔顶（塔顶（X2a,Y2a),塔底（塔底（X1a,Y1a)B B B B塔并流：塔并流：塔并流：塔并流：斜率：斜率：-L/V塔顶（塔顶（X2a,Y2a),塔底（塔底（X1a,Y1a)Y1aY2a=Y1b Y2b X2a X1a=X1b X2b Y=mXBAX2a Y2aY1a X1aA Y1b X1bY2b X2bBTo draw Operating-line on X-YOperating-line on X-YY1aY2a=Y1bY2b;X1bX2b=X2aX1a 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定1.传质推动力传质推动力：操作线离开平衡线距离表示吸收过程的总推动力操作线离开平衡线距离表示吸收过程的总推动力2最小液气比最小液气比针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。塔高无穷大时的液气比。B1Y1Y2ABOEXYX2X1X*1P最小液气比的计算最小液气比的计算1.平衡曲线一般情况平衡曲线一般情况X*1与与Y1相平衡的液相组成。相平衡的液相组成。平衡关系符合亨利定律时：平衡关系符合亨利定律时：Y1Y2 2.平衡曲线为凸形曲线情况平衡曲线为凸形曲线情况3.操作液气比及溶剂用量的确定操作液气比及溶剂用量的确定vL/V,操作线远离平衡线，操作线远离平衡线，Y，Z设备费设备费出塔液相浓度出塔液相浓度X1，吸收剂循环使用，液体处理量增吸收剂循环使用，液体处理量增大，操作费大，操作费vL/V与设备费和操作费有关与设备费和操作费有关vL的大小与的大小与填料表面的润湿有关填料表面的润湿有关v最小液气比是操作的一种极限状态，实际操作液气比最小液气比是操作的一种极限状态，实际操作液气比一定大于该值，取最小液气比（一定大于该值，取最小液气比（L/V)min的（的（1.12.0）倍倍用纯溶剂吸收气体中的组分用纯溶剂吸收气体中的组分A，入塔混合气，入塔混合气体中的组分体中的组分A与惰性气体的摩尔比与惰性气体的摩尔比Yb=0.03,要求吸收率要求吸收率=0.95，已知操作条件下，已知操作条件下mV/L=0.8（m可取为常数），与入塔气体成平衡的液可取为常数），与入塔气体成平衡的液相浓度相浓度X*=0.03，计算，计算1）操作液气比为最小液气比的倍数）操作液气比为最小液气比的倍数2）吸收液的浓度）吸收液的浓度Xb【例例】解题思路：解题思路：V(Yb-Yt)L(Xb-Xt)解：解：1）由入塔气相浓度和吸收率得）由入塔气相浓度和吸收率得Yt=Yb(1-)=0.03（10.95）0.0015在塔顶和塔底对组分作物料衡算，得在塔顶和塔底对组分作物料衡算，得 V（Yb-Yt）LXb因此，最小液气比因此，最小液气比所以操作液气比与最小液气比的比值所以操作液气比与最小液气比的比值2）由物料衡算得）由物料衡算得离开第一块板的液体浓度离开第一块板的液体浓度X1可由平衡关系可由平衡关系和和Yt求取求取由题目给定的条件，由题目给定的条件，因此因此 Yt=mX1=0.0015代入操作方代入操作方程得程得