化工原理第六章第四节讲稿duo课件

2024/8/3第六章第六章 吸收吸收一、物料衡算与操作线方程一、物料衡算与操作线方程 二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定三、塔径的计算三、塔径的计算 四、填料层高度的计算填料层高度的计算 五、吸收的操作型计算五、吸收的操作型计算 第四节第四节 吸收塔的计算吸收塔的计算2023/7/26第六章 吸收一、物料衡算与操作线方程 第2024/8/3吸收塔的设计计算，一般的已知条件是：吸收塔的设计计算，一般的已知条件是：1）气体混合物中溶质A的组成（mol分率）以及流量kmol/(m2.s)2）吸收剂的种类及T、P下的相平衡关系；3）出塔的气体组成 需要计算：需要计算：1）吸收剂的用量kmol/(m2.s)；2）塔的工艺尺寸，塔径和填料层高度2023/7/26吸收塔的设计计算，一般的已知条件是：2024/8/3一、吸收塔的物料衡算与操作线方程一、吸收塔的物料衡算与操作线方程 1、物料衡算、物料衡算 目的目的：确定各物流之间的量的关系以及设备中任意位置两物料组成之间的关系。对单位时间内进出吸收塔的A的物 质量作衡算 qnGqnGqnLqnL2023/7/26一、吸收塔的物料衡算与操作线方程 1、物料2024/8/3吸收率混合气中溶质A 被吸收的百分率 2、吸收塔的操作线方程式与操作线、吸收塔的操作线方程式与操作线在 mn截面与塔底截面之间作组分A的衡算2023/7/26吸收率混合气中溶质A 被吸收的百分率 2、2024/8/3逆流吸收塔操作线方程逆流吸收塔操作线方程在mn截面与塔顶截面之间作组分A的衡算逆流吸收塔操作线方程逆流吸收塔操作线方程表明：塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线关系，直线的斜率为qnL/qnG。2023/7/26逆流吸收塔操作线方程在mn截面与塔顶2024/8/32023/7/262024/8/3并流吸收塔的操作线：并流吸收塔的操作线：吸收操作线总是位于平衡线的上方，操作线位于平衡线下方，则应进行脱吸过程。2023/7/26并流吸收塔的操作线：吸收操作线总是位于平2024/8/3二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定液气比液气比Y1qnL/qnGBB*最小最小液气比液气比2023/7/26二、吸收剂用量的确定液气比Y1qnL/qn2024/8/3最小液气比的求法最小液气比的求法图解法图解法正常的平衡线 2023/7/26最小液气比的求法2024/8/3平衡线为上凸形时 2023/7/26平衡线为上凸形时 2024/8/3计算法计算法适用条件：平衡线符合亨利定律，可用 表示 例例：空气与氨的混合气体，总压为101.33kPa，其中氨的分压为1333Pa，用20的水吸收混合气中的氨，要求氨的回收率为99%，每小时的处理量为1000kg空气。物系的平衡关系列于本例附表中，若吸收剂用量取最小用量的2倍，试2023/7/26计算法平衡线符合亨利定律，可用 表示 例：2024/8/3求每小时送入塔内的水量。溶液浓度(gNH3/100gH2O)2 2.5 3分压Pa 1600 2000 2427分析：分析：求水量吸收剂用量qnL求(qnL)min已知qnL/(qnL)min平衡常数解：解：1）平衡关系 2023/7/26求每小时送入塔内的水量。分析：求水量吸收剂2024/8/32）最小吸收剂用量：2023/7/262）最小吸收剂用量：2024/8/3其中：2023/7/26其中：2024/8/33）每小时用水量 三、塔径的计算三、塔径的计算 空塔气速 2023/7/263）每小时用水量 三、塔径的计算 空塔气2024/8/3四、填料层高度的计算四、填料层高度的计算 1、填料层高度的基本计算式、填料层高度的基本计算式 对组分A作物料衡算 单位时间内由气相转入液相的A的物质量为：hGGh2023/7/26四、填料层高度的计算 1、填料层高度的基本2024/8/3微元填料层内的吸收速率方程式为：2023/7/26微元填料层内的吸收速率方程式为：2024/8/3低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为 气相总体积吸收系数及液相总体积吸收系数 物理意义物理意义：在推动力为一个单位的情况下，单位时间单位体积填料层内吸收的溶质量。2、传质单元高度与传质单元数、传质单元高度与传质单元数 2023/7/26低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为 气相2024/8/3的单位 称为“气相总传质单元高度气相总传质单元高度”，用 表示 气相总传质单元数气相总传质单元数 1）传质单元高度与传质单元数的概念）传质单元高度与传质单元数的概念 2023/7/26的单位 称为“气相总传质单元高度”，用 2024/8/3液相总传质单元高度，m；液相总传质单元数，无因次；依此类推，可以写出通式：试写出用膜系数及相应的推动力表示的填料层高度的计算式。填料层高度填料层高度=传质单元高度传质单元数传质单元高度传质单元数 2023/7/26液相总传质单元高度，m；液相总传质单2024/8/32）传质单元高度的物理意义）传质单元高度的物理意义 2023/7/262）传质单元高度的物理意义 2024/8/3气体流经一段填料层前后的浓度变化恰等于此段填料层内以气相浓度差表示的总推动力的的平均值时，那么，这段填料层的高度就是一个气相总传质单元高度。2023/7/26气体流经一段填料层前后的浓度变化恰等于此段2024/8/3 吸收过程的传质阻力越大，填料层的有效比面积越小，每个传质单元所相当的填料层高度越大。传质单元数反映吸收过程的难度，任务所要求的气体浓度变化越大，过程的平均推动力越小，则意味着过程难度越大，此时所需的传质单元数越大。3、传质单元数的求法、传质单元数的求法 平衡线为直线时 对数平均推动力法脱吸因数法平衡线为曲线时 图解积分法近似梯级法2023/7/26 吸收过程的传质阻力越大，填2024/8/31）平衡线为直线时）平衡线为直线时a）脱吸因数法 平衡关系用直线 表示时，将代入2023/7/261）平衡线为直线时平衡关系用直线 表示时，2024/8/3令 2023/7/26令 2024/8/3脱吸因数。脱吸因数。平衡线斜率和操作线斜率的比值无因次。S愈大，脱吸愈易进行。吸收因数吸收因数 2023/7/26脱吸因数。平衡线斜率和操作线斜率的比值2024/8/32023/7/262024/8/3分析分析：横坐标 值的大小，反映了溶质吸收率的高低。在气液进出口浓度一定的情况下，吸吸收收率率愈愈高高，Y2愈愈小小，横坐标的数值愈大，对应于同一横坐标的数值愈大，对应于同一S值的值的NOG愈大。愈大。S反映吸收推动力的大小反映吸收推动力的大小 在气液进出口浓度及溶质吸收率已知的条件下，若若增增大大S值值，也就是减小液气比qnL/qnG，则溶溶液液出出口口浓浓度度提提高高，塔塔内内吸收推动力变小，吸收推动力变小，NOG值增大。值增大。2023/7/26分析：横坐标 值的大小，反映了溶质吸收率2024/8/3对于一固定的吸收塔来说，当NOG已确定时，S值越小，值越小，愈大，愈能提高吸收的程度。愈大，愈能提高吸收的程度。减小S增大液气比 吸收剂用量增大，能耗加大，吸收液浓度降低 适宜的S值：2023/7/26对于一固定的吸收塔来说，当NOG已确定时，2024/8/3b）对数平均推动力法 吸收的操作线为直线，当平衡线也为直线时 直线函数 2023/7/26b）对数平均推动力法 吸收的操作线为直线，2024/8/32023/7/262024/8/3其中：塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数平均，称为对对数平均推动力数平均推动力。时，当 相应的对数平均推动力可用算术平均推动力代替。2023/7/26其中：塔顶与塔底两截面上吸收推动力的2024/8/3 例例：某生产车间使用一填料塔，用清水逆流吸收混合气中有害组分A，已知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m，进料混合气组成为0.04（组分的Amol分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下的平衡关系为Y=2.5X（X、Y均为摩尔比），试求：1）qnL/qnG为(qnL/qnG)min的多少倍？2）所需填料层高度。3）若气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓度降至0.0033，求此时所需填料层高度为若干米？2023/7/26 例：某生产车间使用一填料塔，用2024/8/3解：解：1）qnL/qnG为(qnL/qnG)min的倍数2023/7/26解：1）qnL/qnG为(qnL/q2024/8/32）所需填料层高度脱吸因数法 2023/7/262）所需填料层高度2024/8/3对数平均推动力法2023/7/26对数平均推动力法2024/8/3 2023/7/26 2024/8/33）尾气浓度下降后所需的填料层高度 尾气浓度 2023/7/263）尾气浓度下降后所需的填料层高度 尾气浓2024/8/32）平衡线不为直线）平衡线不为直线a）图解积分法 AA*YY*XYY2Y12023/7/262）平衡线不为直线AA*YY*XYY2Y12024/8/3五、吸收的操作型计算五、吸收的操作型计算 例例：某吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合物中的丙酮，操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。已知物系的浓度较低，丙酮在两相间的平衡关系为y=1.18x，吸收过程为气膜控制，总传质系数Kya与气体流率的0.8次方成正比，1）今气体流率增加20%，而流体及气液进出口组成不变，试求：a）丙酮的回收率有何变化？2023/7/26五、吸收的操作型计算 例：某吸收塔在1012024/8/3b）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？2）若气体流率，气液进出口组成，吸收塔的操作温度和压强皆不变，欲将丙酮回收率由原来95%的提高至98%，吸收剂用量应增加到原用量的多少倍？思路：思路：1）已知qnL/qnG、m、吸收率脱吸因数法求NOGqnG改变HOG变塔高不变求NOG脱吸因数法求改变后的吸收率2）qnG不变脱吸因数法求改变后的S求qnLNOG不变h不变2023/7/26b）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？思路2024/8/3解：解：求原有条件下的传质单元数 NOG其中：2023/7/26解：求原有条件下的传质单元数 NOG其中：2024/8/3当 时，1）气体流量增加20%时的操作效果 2023/7/26当 时，1）气体流量增加20%时的操作效2024/8/32023/7/262024/8/3在单位时间内，气量提高后的丙酮回收量之比为：2）当吸收率由95%提高至98%，由于气体流率没变，因此对于气膜控制的吸收过程HOG不变，塔高是一定的，故NOG仍为5.097 2023/7/26在单位时间内，气量提高后的丙酮回收量之比为2024/8/3用试差法求解 故液气比应提高到：吸收剂用量应增至：2023/7/26用试差法求解 故液气比应提高到：吸收剂用