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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,/97,化工原理,电子教案,/,第九章,1,/97,第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算,计算项目主要有：,吸收剂用量,L,a,、液相出塔浓度,x,b,塔的主要工艺尺寸：,塔径,D,、填料层高度,H,或塔板数,N,2,/97,一、物料衡算和操作线方程,G,B,Y,a,L,S,X,a,G,B,Y,b,L,S,X,b,G,B,-kmolB/s or kmolB/(m,2,s),；,L,S,-kmolS/s or kmolS/(m,2,s),；,Y,（或,X,）,-,摩尔比；,全塔物料衡算,-,可求解液相出塔浓度,x,b,-,此式使用不方便，因为摩尔分率,x,、,y,的定义基准从塔底到塔顶均在变化。将,x,、,y,换成摩尔比,X,、,Y,可解决这个问题。,回收率,为：,3,/97,一、物料衡算和操作线方程,对塔上部任一段作质量衡算（,A,组分）,-,可求解全塔浓度分布,-,操作线方程,4,/97,一、物料衡算和操作线方程,操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力越小，对传质越不利。,操作点,X,Y,O,X,b,Y,b,塔底,X,a,Y,a,塔顶,直线，,过塔顶点,A(X,a,，,Y,a,),，塔底,B(X,b,，,Y,b,),总是位于平衡线的上方；,-,液气比,斜率为,-,操作线方程,操作线方程：,5,/97,一、物料衡算和操作线方程,对于低浓气体（通常,y,b,10%,），,6,/97,二、吸收剂用量的确定,仅从能耗上看，希望吸收剂用量越小越好，但是,-,最小液气比,此时，塔内必有一处达到相平衡，塔高需无穷高才行。,7,/97,二、吸收剂用量的确定,最小液气比只对设计型问题有意义。,可以，,能，,但达不到指定的吸收要求,思考：,实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？,8,/97,二、吸收剂用量的确定,最小液气比的计算：,低浓时：,低浓时：,9,/97,三、塔径的计算,u,为空塔气速，,m/s,，,V,s,为混合气体的体积流量，,m,3,/s,。,10,/97,四、填料层高度的计算,1,、填料层高度的一般计算式,气相中溶质,A,的减少速率,液相中溶质,A,的增加速率,从气相到液相的传质速率,注意：,G,、,L-kmol/(m,2,s),对微元段填料,dh,作物料衡算：,11,/97,四、填料层高度的计算,将总吸收速率方程 代入得：,2,、低浓气体吸收时,G,、,L,为常数,K,y,、,K,x,可视为常数,a,也可视为常数：,a,与填料形状、尺寸及填充状况有关,气相、液相,总体积传质系数,（适用于高、低浓吸收）,12,/97,2,、低浓气体吸收时,气相总传质单元高度,HTU,，,m,（,Height of Transfer Unit,）,流动状况、物系、填料特性和操作条件,思考：,影响传质单元高度,HTU,的因素？,13,/97,2,、低浓气体吸收时,什么是传质单元？,o,相平衡关系,如图，将填料层分成若干段，,1,、,2,、,、,N,段。每一段填料均需满足以下条件：,该段气相（或液相）总的平 均推动力,每一段气相（或液相）组成的变化量,这一段填料就是一个传质单元,14,/97,2,、低浓气体吸收时,o,相平衡关系,传质单元高度？,常用吸收设备的,HTU,约为,0.2,1.5m,-,每个传质单元对应的填料层高度，,m,思考：,HTU,越大越好，还是越小越好？,HTU,越小越好,传质单元数？,-,传质单元的个数，,如图，为,N,个。,15,/97,2,、低浓气体吸收时,传质单元数,N,OG,的两种计算方法：,吸收因数法,对数平均推动力法,（,1,）平衡线为直线时,图解（或数值）积分法,近似梯级法,（,2,）平衡线非直线,时,(,选学）,16,/97,2,、低浓气体吸收时,传质单元数,N,OG,的两种计算方法：,（,1,）平衡线为直线时,代入 中积分得：,吸收因数法,对数平均推动力法,17,/97,2,、低浓气体吸收时,-,吸收因数法,类似可推得：,18,/97,2,、低浓气体吸收时,y,b,=y,b,y,b,y,a,=y,a,y,a,y,b,y,a,传质单元数,N,OG,的两种计算方法：,（,1,）平衡线为直线时,吸收因数法,对数平均推动力法,19,/97,2,、低浓气体吸收时,y,b,=y,b,y,b,y,a,=y,a,y,a,y,b,y,a,-,对数平均推动力,-,对数平均推动力法,20,/97,2,、低浓气体吸收时,同理，得：,式中：,21,/97,2,、低浓气体吸收时,传质单元数,N,OG,的两种计算方法：,图解（或数值）积分法,近似梯级法,（,2,）平衡线非直线时,选 学,22,/97,2,、低浓气体吸收时,传质单元数,N,OG,的两种计算方法：,图解（或数值）积分法,近似梯级法,（,2,）平衡线非直线时,作图步骤如下,：,在操作线,AB,和平衡线,OE,之间作曲线,MM,，使该线恰好等分,AB,与,OE,两线之间的垂直距离。,自,A,点起作一水平线，交,MM,于,M,1,，并延长至,D,，使,AM,1,=M,1,D,。,过点,D,作垂线交,AB,于点,F,。至此完成一个梯级法,ADF,。,M,M,M,1,如此类推，可继续作出第二个梯级，直至越过点,B,的横坐标,x,b,为止。,D,F,E,梯级总数,=N,OG,如图所示，梯级数为,2.8,个。,亦称为贝克（,Baker,）法,选 学,23,/97,2,、低浓气体吸收时,近似梯级法,亦称为贝克（,Baker,）法,M,M,M,1,D,F,C,C,F,A,证明：,为什么梯级数就是气 相总传质单元数,N,OG,？,可见，每一个梯级都满足：,选 学,24,/97,2,、低浓气体吸收时,M,M,M,1,D,F,C,C,F,思考：,根据近似梯级法判断操作线距平衡线越近，则,N,OG,如何变化？,操作线越靠近平衡线，梯级数越多，故,N,OG,越大。,选 学,例 发酵法生产酒精时所排出的气体中含有乙醇，其余为二氧化碳、氮、氧等惰性气体。乙醇含量为,(,乙醇,)=0.01,，在常压和,40,下，用回收的水吸收气体中的乙醇，回收水中含乙醇,x=0.0001,。要求乙醇回收率达,90%,，水的用量为最小液气比的,1.4,倍。气液平衡关系可近似的用,Y=1.068X,表示。试求吸收所需的传质单元数。,解：求进出口气液组成,y,1,=0.01,，,=0.90,，,x,2,=0.0001,y,1,y,2,x,2,x,1,最小液气比：,实际液气比为最小液气比的,1.4,倍：,例：有一吸收塔，直径,880mm,所用填料为,50mm,拉西环。每小时处理混合气体量,2000m,3,（,25,C,1atm,），其中丙酮含量,5,，用水作吸收剂，塔顶送出的废气含丙酮,0.263%,，塔底送出的溶液含丙酮,61.2g/kg,，,Kya=188kmol/mh,在操作条件下的平衡关系为,Y,*,2X,，空塔横截面积,A,0.554m,2,。求每小时可回收多少丙酮？所需的填料层高度？,y,1,=0.05,y,2,=0.00263,x,2,=0,x,1,=61.2g/kg,解：由题意得,每小时回收的丙酮为：,即每小时可回收,3.9kmol,丙酮,所需的填料层高度为,5.31,米。,18,，,21,，,23,，,24,，,26,作业：,
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