11-12学时

第八章 气体吸收
8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程 8.4.2 吸收剂用量的确定 8.4.3 塔径的计算
塔径的计算
工业上的吸收塔通常为圆柱形，故吸收塔的直 径可根据圆形管道内的流量公式计算：
D=
注意
4qV,,V V
πu
吸收塔直径计算式
计算塔径时，一般应以塔底的气量为依据。
Yn − Y0 ∆Y = n
+ 4[ f (Y ) + f (Y3 ) + ⋅ ⋅ ⋅ + f (Yn−1 )] 1
1 f (Y ) = Y −Y *
∫Y f (Y)dY ≈ ∆Y / 3 {f (Y0 ) + f (Yn )
}
适用条件
平衡关系为曲线
二、等板高度法
1. 基本计算式 . 等板高度法是依据理论级的概念来计算填料 层高度，故又称为理论级模型法。 设填料层由 N 级组成，在每一级上气液两相 密切接触，溶质组分由气相向液相转移。若离开 某一级时，气液两相的组成达到平衡，则称该级 为一个理论级。
q 计算塔径时， V ,V 采用操作状态下的数据。
计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速u 。
第八章 气体吸收
8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程 8.4.2 吸收剂用量的确定 8.4.3 塔径的计算 8.4.4 吸收塔有效高度的计算
一、传质单元数法
1. 基本计算公式 . 填料塔为连续接触 式设备，随着吸收的进 行，沿填料层高度气液 两相的组成均不断变化， 塔内各截面上的吸收速 率并不相同。为解决填 料层高度的计算问题， 需要对微元填料层进行 物料衡算。
Y* = mX
操作关系
(a)
Y=
qn,L qn,V
X + (Y2 −
qn,L qn,V
X2 )
(b)
二、等板高度法
逐级计算过程如下 由 YI =Y2 (a) XI (b) (b) YⅡ (a) (a) XⅡ (b) Y1 ≤ YN+1 XN
…
(a)
YⅢ
二、等板高度法
(2) 梯级图解法 梯级图解法求理论级数的具体步骤是：首先在 直角坐标系中标绘出操作线及平衡关系曲线，然后， 在操作线与平衡线之间，从塔顶(或塔底)开始逐次 画阶梯直至与塔底(或塔顶)的组成相等或超过此组 成为止。如此所画出的阶梯数，就是吸收塔所需的 理论级数。
由吸收速率方程式
NA = KY (Y −Y *) = KX ( X *−X )
代入可得
dqn,GA = KY (Y −Y *)(aΩdZ ) = −qn,V dY
dqn,GA = KX ( X *−X )(aΩdZ ) = −qn,LdX
一、传质单元数法
整理可得 dY KY aΩ − = dZ Y −Y * qn,V n, 在全塔范围内积分
dX KX aΩ − = dZ X *−X qn,L n,
dY Z= ∫Y2 Y −Y * KY aΩ
Y 1
qn,V
Z=
KX aΩ ∫X2
qn,L
X1
dX X *−X
填料层高度基 本计算公式
一、传质单元数法
2. 传质单元高度与传质单元数 . 比较：换热器的换热管长度基本计算公式
L=
W cpc c nπdK
适用条件 平衡关系 为直线
A=
qn,L mqn,V
吸收 因数
吸收因数为操作线斜率 与平衡线斜率的比值 。
计算吸 收剂用 量
S
计算填料 层高度 计算尾 气浓度
NOG
NOG～
Y2
Y1 −Y2* Y2 −Y2*
关系曲线图
一、传质单元数法
② 对数平均推动力法 由于
* * qn,V Y* −Y2 X1 − X2 Y* −Y2 = 1 = 1 S =m q X − X Y −Y Y −Y 1 2 1 2 1 2 n,L
∫
Y 1
Y2
(1− S)Y + (SY2 −Y简，可得 * Y −Y2 1 1 NOG = ln(1− S) + S * 1− S Y2 −Y2 同理，可导出
* Y −Y2 1 1 NOL = ln(1− A) + A * 1− A Y −Y 1 1
所以
( 1− S =
* Y −Y 1 1
Y −Y2 1
)− (
* Y2 −Y2
) = ∆Y − ∆Y
1
2
Y −Y2 1
一、传质单元数法
可导出 令
NOG ∆Y1 Y1 − Y2 = ln ∆Y1 − ∆Y2 ∆Y2
对数平均 推动力
* ∆Y − ∆Y2 Y −Y* − Y2 −Y2 ∆Ym = 1 = 1 1 * ∆Y Y −Y ln 1 ln 1 1* ∆Y2 Y2 −Y2
Ym
～
Xm 平衡 关系
Ym＋1 ～ Xm 操作 关系
吸收塔的理 论级模型
二、等板高度法
设完成指定分离任务所需理论级为NT，则所需 的填料层高度可按下式计算：
Z = NT ⋅ HETP
理论 级数 等板 高度
填料层等板高度的意义：分离效果与一个理论 级的作用相当的填料层高度。
二、等板高度法
2. 理论级数的确定 . (1) 逐级计算法 设 平衡关系
KY a 气相总体积吸收系数 KX a 液相总体积吸收系数
kmol/(m3·s)
一、传质单元数法
HOG 的物理意义
1 HOG ∝ KY a
NA = KY (Y −Y*)
KY
HOG
NA
HOG 是反映吸收速率大小因数，HOG 越小，吸
收速率越大。
一、传质单元数法
NOG 的物理意义
Z = HOGNOG
一、传质单元数法
由
dY NOG = Y2 Y −Y *
∫
Y 1
代入得
NOG = ∫
Y 1
dY qn,V (Y −Y2 ) + X2 −b Y − m qn,L
Y2
一、传质单元数法
令
S=
mqn,V qn,L
脱吸 因数
脱吸因数为平衡线斜率 与操作线斜率的比值 。 则
NOG =
微元填料层的物料衡算
一、传质单元数法
在微元填料层内对组分A作物料衡算：
dqn,GA = −qn,V dY = −qn,LdX
填料有效比表面 积 m2/m3
dqn,GA = NAdA = NA(aΩdZ )
吸收塔截面积 m2
填料有效比 表面积a
<
填料润湿比 表面积aW
<
填料总比 表面积 at
一、传质单元数法
(
)(
)
则
Y −Y2 NOG = 1 ∆Ym
一、传质单元数法
同理，可导出
NOL
其中
X1 − X2 = ∆Xm
* * X1 − X1 − X2 − X2 ∆X1 − ∆X2 ∆Xm = = * ∆X1 X1 − X1 ln ln * ∆X2 X2 − X 2
(
) (
)
适用条件
平衡关系为直线
一、传质单元数法
NT=5
Y1
4 3
Y*=f(X)
B
5
Y2
T 1 X2
2
X1
梯级图解法求NT
练 习 题 目
思考题 1.传质单元高度和传质单元数有何物理意义？ 2.气相总体积吸收系数与气相总吸收系数有何不同 之处？ 3.脱吸因数和吸收因数有何物理意义？ 4.吸收塔计算中的理论级表示何种含义？ 5.填料层的等板高度表示何种含义？ 作业题: 6、7、8
t2 ∫t1
dt T −t
dT L= ∫T2 nπdK T − t
T 1
Whcph
L = Hc (NTU )c
传热单 元长度 传热单 元数
L = Hh (NTU)h
传热单 元长度 传热单 元数
一、传质单元数法
分析
V (km ol/s) = [m] = 2 2 3 2 ol/m s)(m /m )(m ) KY aΩ (km
若 或 则 或
1 ∆Y < 1 <2 2 ∆Y2 1 ∆X1 < <2 2 ∆X2
∆Y + ∆Y2 ∆Ym = 1 2
∆X1 + ∆X2 ∆Xm = 2
可用算术平均值 代替对数平均值
一、传质单元数法
(2) 数值积分法 辛普森(Simpson)数值积分法
NOG =
Y n
0
+ 2[ f (Y2 ) + f (Y4 ) +⋅⋅⋅ + f (Yn−2 )]
HOG 一定 NOG
～Z ～
吸收分离的难度
NOG 是反映吸收分离难易程度的因数，NOG 越
大，吸收分离的难度越大。
一、传质单元数法
3. 传质单元数的求法 . (1) 解析法 ① 脱吸因数法 设平衡关系为
直线 关系
Y* = mX + b
由操作线方程，可得
X = X2 +
qn,V qn,L
(Y −Y2 )
令
HOG =
气相总传质 KY aΩ 单元高度
qn,V
dY 气相总传 NOG = ∫ Y2 Y −Y * 质单元数
Y1
Z = HOG NOG
一、传质单元数法
令
HOL =
液相总传质 KX aΩ 单元高度 液相总传 质单元数
qn,L
dX NOL = X2 X *−X
∫
X1
Z = HOLNOL