填料层高度=传质单元高度传质单元数

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关于填料吸收塔传质单元数的计算

关于填料吸收塔传质单元数的计算

关于填料吸收塔传质单元数的计算
填料吸收塔传质单元数的计算方法一般有以下两种:
1. 布宁汉法(Binnington method)
布宁汉法是一种定量计算填料吸收塔传质效率的方法,其原理是将填料层分成若干个传质单元。

每个传质单元的传质效率可以通过对流传质和分子扩散传质的计算得到。

布宁汉法的计算公式如下:
N = ln(1/(1-ε))/ln(1+(D/2L)(1-ε))
其中,N为传质单元数,ε为填料孔隙率,D为气体分子扩散系数,L为填料厚度。

2. 安卓耳斯基法(Andrasik method)
安卓耳斯基法是一种比较常用的填料吸收塔传质单元数估算方法。

该方法基于流体在填料层中的流动状态和质量传递机理进行估算。

安卓耳斯基法的计算公式如下:
N = (εL/ηP)^(1/3)
其中,N为传质单元数,ε为填料孔隙率,L为填料层高度,η为气体粘度,P为空气密度。

填料塔计算公式

填料塔计算公式

填料塔计算公式填料塔是化工、环保等领域中常用的气液传质设备,要想设计和操作好填料塔,掌握相关的计算公式那可是相当重要!先来说说填料塔的塔径计算公式。

这就好比给塔选一件合适的“衣服”,太大了浪费材料,太小了又影响工作效率。

塔径的计算主要考虑气体的体积流量、空塔气速等因素。

计算公式大致是:D = √(4Vs / πu),这里的 D 表示塔径,Vs 是气体体积流量,u 是空塔气速。

咱就拿一个实际例子来说吧,之前我在一个化工厂实习的时候,就碰到了填料塔塔径计算的问题。

当时厂里要对一个旧的填料塔进行改造,以提高生产效率。

我们首先得确定气体的流量,这可不是个简单的事儿,得通过各种测量仪表,像流量计啥的,获取准确的数据。

然后再根据工艺要求和经验,确定合适的空塔气速。

这个空塔气速的选择可不能马虎,选高了,气体阻力增大,能耗增加;选低了,塔的处理能力又不够。

我们那时候是反复讨论、计算,才最终确定了一个比较理想的塔径。

再来说说填料层高度的计算公式。

这就像是给塔盖房子,得盖多高才能让气液充分接触,完成传质任务呢?常用的计算公式有传质单元数法和等板高度法。

传质单元数法呢,需要先计算出传质单元数,然后乘以传质单元高度,就得到了填料层高度。

等板高度法呢,是先确定理论板数,再乘以等板高度。

我记得有一次,在设计一个新的填料塔时,为了确定填料层高度,我们可是费了好大的劲儿。

先是在实验室里做小试,模拟实际的操作条件,测量各种数据。

然后根据实验结果进行计算和分析,不断调整参数,优化设计方案。

那几天,我们办公室的灯常常亮到很晚,大家都在为了这个项目努力。

还有填料的压降计算也不能忽视。

压降大了,会增加能耗;压降小了,又可能影响传质效果。

总之,填料塔的计算公式虽然看起来有点复杂,但只要我们认真研究,结合实际情况,多做实验和计算,就一定能设计出性能优良的填料塔,为生产和环保事业做出贡献。

希望我讲的这些能让您对填料塔的计算公式有更清楚的了解,在实际应用中少走弯路,提高工作效率和质量!。

化工原理吸收塔的计算

化工原理吸收塔的计算

填料层高度=传质单元高度×传质单元数
(1)传质单元数(以NOG为例)
•定义:NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
气相总传质单元数
NOG

Y1 dY Y2 Y Y *

Y1 Y2 (Y Y *)m
气相组成变化 平均传质推动力
• 传质单元数的意义:
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
当所要求的(Y1-Y2)为一定值时,平均吸收推动力(YY*)m越大,NOG就越小,所需的填料层高度就越小。
(2)传质单元高度
•定义:
H OG

G Kya
气相总传质单元高度,m。
•传质单元高度的意义:
完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度,
反映了吸收设备效能的高低。
•传质单元高度影响因素:
填料性能、流动状况
四、吸收塔的操作计算 1.吸收过程的强化
Y1
Y*1
Y2
T △Y2
Y*2
O X2
B △Y1
X1
吸收推动力 NA 吸收阻力
目标:提高吸收过程的推动力; 降低吸收过程的阻力。
从L、G、m、X2、Y1、Y2着手。
其它因素: 1)降低吸收剂入口温度; 2)提高吸收的压力; 3)提高流体流动的湍动程度; 4)改善填料的性能。
Y1 dY Y2 Y
NOG

Y1 Y1
Y2 Y2
ln
Y1 Y2
X1
NOG

Y1 Y2 Ym
Ym (Y1 Y2)/ ln Y1 / Y2
注意: •平均推动力法适用于平衡线为直线,逆流、并流 吸收皆可。 •平衡线与操作线平行时,
Ym Y1 Y2 X m X1 X 2

6气体吸收计算二

6气体吸收计算二

(三)填料层高度的计算1.基本计算公式填料塔是连续接触设备,气液两相的流率与浓度都是沿填料层高度连续地变化,每通过一个微分段即发生微分变化,因此对填料塔操作的分析,应从填料层的一个微分段着手。

参看图2-31。

从上向下计算,填料层高度改变dh,气体浓度改变dy,液体浓度改变dx。

设塔截面积为S,对于低浓度气体的吸收,通过任何截面的气体量VS与液体量LS都可视为不变,故在这个微分段里,单位时间内从气相传入液相的溶质量为VSdy,也等于LSdx。

设单位体积填料层所提供的有效气液接触面积为a,则微分段内的有效接触面积为aSdh,传质速率为N A,故单位时间从气相传入液相的溶质量为N A Sadh。

即:V S dy = N A S a dh (2-57) 式(2-57)中的传质速率N A可以用第二节所讲的吸收速率方程任何一个来表示,现选用N A=Ky(y-y*),代入式(2-57),得:或dhyyaKVdy y)(*-=*-⋅=yydyaKVdhy式(2-59)中,V 为常数,对于稳定操作的吸收设备K y a 亦可视为常数,则对(2-59)式积分,即得出填料层高度:(2-60) 用同样的方法可以导出:(2-61) 上列各式中:h ——填料层高度,m ;V ——混合气体通过塔截面的流速,kmol/(m 2·s);L ——溶液通过塔面的流速,kmol/(m 2·s);a ——单位体积填料层所提供的传质面积,m 2/m 3;K y 、K x ——传质系数,kmol/(m 2·s);x 、y ——摩尔分率。

由于操作中并非所有填料表面都被液体润湿,而润湿的表面上的液体若停滞不动也不能完全有效地参与传质过程,所以上列各式中的a 总是小于单位体积填料层的总表面积。

a 的大小不仅与填料的几何特性有关,而且与气液两相的物理性质、流动情况有关。

要直接测量出a 值非常困难,实验研究中大都是把它与传质系数一并测定的,两者的乘积称为体积传质系数。

西南科技大学化工原理自测题

西南科技大学化工原理自测题

一、填空题(每空1分,共30分)1、离心泵的主要部件有 叶轮 、 泵壳 和 轴密封装置 。

2、局部阻力的计算方法有 阻力系数法 和 当量长度法 。

3、 由三支管组成的并联管路,各支管的长度及摩擦系数均相等,管径比为3:2:1::321=d d d ,则三支管的流量比为 一比四倍根号二比九倍根号三 。

4、离心泵的泵壳制成蜗过壳状,其作用是 。

5、离心泵主要特性曲线 包括 H-qv 、 N-qv 和 η-qv 三条曲线。

6、离心泵的主要特性曲线是在一定 转速 下,用常温 常压下以20℃水作 为介质,通过实验测定得到的。

7、离心泵启动前需要先向泵内充满输送的液体,否则将可能发生 气缚 现象;当离心泵的安装高度超过允许安装高度时,将可能发生 气蚀 现象。

8、离心泵压力的物理意义是 P56 它的单位是 m 。

9、离心泵安装在一定管路上,其工作点是指 离心泵特征曲线和管路特征曲线的交点 。

10、若被输送液体的粘度增高,则离心泵的压头 下降 、流量 下降 、效率 下降 、轴功率 上升 。

11、离心泵允许气蚀余量(NPSH )定义式为 。

12、从液面恒定的高位槽向常压容器加水,若将放水管路上的阀门开度关小,则管内水流量将 减小 ,管路的局部阻力将 增大 ,直管阻力将 增大 ,管路总阻力将 增大 。

(设动能项可忽略)13、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值,即流体流动时的_ 惯性力 与__阻力 之比。

14、体沿壁面流动时,在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的 速度梯度 ,即使 粘度很小,也不容忽视。

二、选择题(每题1分,共10分)1、流体在圆形中流动时,或其已进入阻力平方区,则摩擦系数λ与雷诺数Re 的关系为 C 。

⋅A Re 增加,λ增大; ⋅B Re 增加,λ减小;⋅C Re 增加,λ基本上不变; ⋅D Re 增加,λ先增加后减小2、层流和湍流的本质区别是 D 。

A.湍流流速大于层流流速;B.层流时Re 数小于湍动流时Re 数;C.流道截面大时为湍流,截面小时为层流;D.层流无径向脉动,而湍流有径向脉动3、在完全湍流区,流动摩擦阻力损失与 C 成正比。

第讲 填料层高度计算

第讲 填料层高度计算

吸收因数法,计算传质单元数 N OG 。
y
y*
1
m qn,V qn,L
y
m qn,V qn,L
y2 mx2 b
……………… (c)
是解析积分法,将式 (c) 代入得
NOG
y1 dy y2 y y*
y1
dy
y2
1
m qn,V qn,L
y
m qn,V qn,L
y2 mx2 b
qn,L qn,V
。由式 (IIb) 得,最小液气比的表达式为: min
qn,L qn,V
m in
y1 y2 x1* x2
……… (III)
若平衡线是直线, x1* y1 m
qn,L qn,V
m
in
y1 y2 y1 m x2
一般来讲,
qn,L qn,V
(1.1

2.0)
q n,L q n ,V
二、 Z 与传质速率有关,传质系数 kG , kL 越大,传质速率越大。达到 相同分离要求的 Z 会越小。此即与填料的形状有关。衡量填料形状的因素,
可用传质速率与传质系数表达。
图中填料层高度,直接影响塔的高度Z。第一,Z与吸收的物系
有关,易溶解的气体,就小。这就是吸收平衡问题。第二,Z与传
质速率有关,传质系数
k y a y2 y yi
……………… (IV)
N A K y y y*
dZ qn,V dy Ky a y y*
Z qn,V
y1 dy
K y a y2 y y*
……………… (V )
同理,
NA
dZ
a
qn,L
dx ,(从物料衡算得到)

化工分离过程过程性考核试卷答案

化工分离过程过程性考核试卷答案

化工分离过程过程性考核试卷答案集团文件版本号:(M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988)化工分离过程过程性考核试卷(一)一. 填空题(每空1分,本大题共27分)1.目前,对流传质模型中最具代表性的模型是 双膜 模型、 表面更新 模型和 溶质渗透 模型。

2.在吸收过程中,一般来说,温度升高,亨利系数E 增加 ,溶解度系数H 降低 ,相平衡常 数m 增加 。

3. 一般说来,温度 降低 ,压力 升高 ,有利于吸收,而反之则有利于 脱吸 。

4. 应用亨利定律时,除要求溶液为理想溶液或稀溶液外,还要求溶质 在气相和液相中的分子状态必须 相同 。

5.难溶气体的溶解度系数较 较小 ,易溶气体的亨利系数较 较小 。

6.菲克定律的表达形式为 zc D Jd d AABA -=。

7.气相中的分子扩散包括 等分子反方向扩散 和 一组分通过另一停滞组分的扩散 。

8.发生在流体中的扩散包括 分子扩散 和 涡流扩散 。

9.漂流因数的定义为Bmp p,它反映了 主体流动 对传质速率的影响。

10.采用传质单元数法计算填料层高度时,填料层高度计算的通式为填料层高度=传质单元高度×传质单元数。

11.吸收传质过程中常用的无量纲准数有Sh、Sc 和Re。

12.传质单元数反映吸收过程进行的难易程度,吸收过程的平均推动力越小,所需的传质单元数越大。

二、单项选择题:(每空1分,本大题共8分)题后的括号内。

13.下列吸收过程中,属于“液膜控制”的为( D )A.用水吸收氨B.用水吸收氯化氢C.用浓硫酸吸收水蒸气D.用水吸收氧14.在塔设备中进行吸收操作,若减少吸收剂的用量而其他条件不变,则出塔溶液组成( A )A.增加B.减少C.不变D.不确定15.下列吸收过程中,属于“气膜控制”的为( B )A.用水吸收氮B.用水吸收氯化氢C.用水吸收硫化氢D.用水吸收氧16.在塔设备中进行吸收操作,若提高操作温度而其他条件不变,则出塔溶液组成( B )A.增加B.减少C.不变D.不确定17.在描述对流传质的表面更新模型中,对流传质系数与扩散系数的( B )成正比。

化工原理下2-4吸收计算

化工原理下2-4吸收计算

KYa 气相 总体积吸收系数(Kmol.m-3.s-1) Kxa 液相 总体积吸收系数
2、传质单元高度与传质单元数
Z V Y1 dY
KYa Y2 YY*
K Y V a Ω (k m o l/m (k 2 s m )(o m l/2s/)m 3)(m 2) m
令HOG=KYVa,[m]
处理量V 一定
L ~ L/V
~ 动力
消耗
操作 费用
~ ~ 推动

填料层 高度
设备 费用
根据生产实践经验,取
VL1.1~2.0VLmin 适宜液气比
L1.1~2.0Lm in 适宜溶剂用量
6
2.3.3 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,即
π 4
D
2u
15
(3)传质单元高度的影响因素
H

OG
K
V Y a
与 V/ Ω、KYa(反映传质阻力、填料性能、润 湿情况等)有关
对每种填料而言,传质单元高度变化不大,查有 关资料或经验公式计算
(4)传质单元数的影响因素
反应吸收过程的难易程度:
N =Y1 OG Y2
dY Y Y*
• 任务所要求的气体浓度变化(Z
Z V Y1 dY
KYa Y2 YY*
同 理 : Z L X1 KXaX2
dX X*X
Y+dY

X+dX



V,Y1
L,X1
Z V Y1 dY
KYa Y2 YY*
Z L X1 dX
KXa X2 X*X
a 有效比表面: • 被流动的液体膜层覆盖的填料表面。 • 与填料形状、尺寸填充情况有关;流体流 动情况有关 • 难测定

华南理工大学化工原理吸收习题及答案2014

华南理工大学化工原理吸收习题及答案2014

一 填空题:1. 操作中的吸收塔,若适用液气比小于设计时的最小液气比,则其操作结果是吸收效果______; 若吸收剂入塔浓度x 2降低,其它操作条件不变,吸收结果将使吸收率_______,出口气体浓度______________。

2. 低浓度气体的系数中,已知平衡关系y=2x, k xa =0.2 km OL /m3.s, kya=2×10-4 km OL /m 3.s, 则此体系属于( )A 气膜;B 液膜;C 气、液双膜控制,总传质系数近似为Kya =________km OL /m 3.s 。

3. 通常所讨论的吸收操作中,当吸收剂用量趋于最小用量时,( )A 回收率趋于最高 ; B 吸收推动力趋于最大;C 操作最为经济 ; D 填料层高度趋于无穷大。

4. 某操作中的吸收塔,用清水逆流吸收气体混合物中A 组分,若入塔气体浓度y 1下降,L ,G ,P ,T 等不变,则回收率有何变化____________;若L 增加,其余条件不变,则出塔液体浓度x 1有何变化________________。

5. 如图所示,为同一温度下A ,B ,C 三种气体在水中的溶解度曲线,由图可知,它们的溶解度大小顺序为__________________; 因为____________________________.6. 吸收中温度不变,压力增大,可使相平衡常数___________,传质推动力___________。

在气体吸收时,若可溶气体的浓度较大,则总体流动对传质的影响______。

7. 对易溶气体,气相一侧的界面浓度yi 接近于_________________;而液相一侧的界面浓度xi 接近于______________________。

8. 写出吸收操作中对吸收剂的主要要求的四项 。

增加吸收剂用量,操作线的斜率____________, 则操作线_________平衡线的方向偏移,吸收过程推动力(y-y*)________。

化工原理重要单元主要公式汇总

化工原理重要单元主要公式汇总

化工原理课程综合温习提纲化工原理重要单元主要公式汇总第1章 流体流动一、机械能衡算方程式 本章内容的核心公式是机械能衡算方程式:g 2ud L g 2u g P Z H g 2u g P Z 22222e 2111⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=+++∑ζλρρ (单位:J/N=m ) (1-1)应用公式(1-1)注意以下几点:(1) 稳固流动、不可紧缩性流体、自1-1至2-2的控制体内流体持续。

(2) Z 1、Z 2选择同一水平基准面,通常选择地平面或控制体1-一、2-2中的较低的一个。

(3) P 1、P 2同时以绝对压计或同时以表压计,而且注意单位均统一到N/m 2 。

(4) 自高位槽或高压容器向其他地方输送流体时一般不需要流体输送机械,现在,H e =0 。

(5) 公式中的每一项均是单位流体的能量,每牛顿流体的能量焦耳,形式上的单位是米。

H e 是流体输送机械加给每牛顿流体的能量焦耳数,阻力损失项亦是每牛顿流体的能量损失焦耳数。

(6) 按照所取的1-一、2-2截面的性质,灵活地肯定u 1、u 2的数值。

(7) 阻力损失项中的流速取产生阻力损失的管段上的流速,有时管段不止一段。

(8) 若控制体内的阀门关闭,1-一、2-2截面上的流体能量便再也不有任何关系。

(9) 若在等直径的管段,无流体输送机械,阻力损失能够忽略,(1-1)式变成流体静力学的形式。

应用公式(1-1)可解决以下方面的问题:(1) 在肯定的控制体中,达到必然的流量,肯定流体输送机械加给每牛顿流体的能量焦耳数及功率。

(2) 在肯定的控制体中,达到必然的流量,肯定起始截面1-1的高度或压强。

(3) 在肯定的控制体中,可达到的流量(流速)。

(4) 在肯定的控制体中,达到必然的流量,肯定管径。

公式(1-1)的另两种形式:2ud L 2u P g Z w 2u P g Z 22222e 2111⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=+++∑ζλρρ (单位:J/kg )(1-2)ρζλρρρρρ2udL2u P g Z g H 2u P g Z 22222e 2111⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=+++∑ (单位:J/m 3=N/m 2) (1-3)因为机械能衡算式中的每一项均是单位流体的能量,故计算流体输送机械的功率时应注意流体的总流量V q (单位:m 3/s)。

化工原理各章问答题-新

化工原理各章问答题-新

化工原理各章问答题-新第9章吸收1.吸收分离的依据是什么?如何分类?吸收操作在生产中有哪些应用?依据:组分在溶剂中的溶解度差异。

分类:a.按过程有无化学反应:分为物理吸收、化学吸收b.按被吸收组分数:分为单组分吸收、多组分吸收c.按过程有无温度变化:分为等温吸收、非等温吸收d.按溶质组成高低:分为低组成吸收、高组成吸收应用:分离混合气体以回收所需组分,如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳炷等。

净化或精制气体,如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳等。

制备液相产品,如用水吸收氯化氢以制备盐酸等。

工业废气的治理,如工业生产中排放废气中含有NO SO等有毒气体,则需用吸收法除去,以保护大气环境2.如何表达吸收中的气液平衡关系?相平衡关系是与体系的温度、压力以及本身物性相关的,较准确描述平衡关系是较复杂的,但对采用稀溶液吸收混合气中低浓度溶质组分时,其溶解度曲线通过原点,并为一直线。

这样相平衡关系除用溶解度曲线表示外,多用亨利定律描述。

3.何谓分子扩散?何谓Fick定律?借助分子微观运动,使组分从浓度高处向浓度低处传递。

分子扩散发生在静止流或作层流流动的流体中。

扩散通量(单位时间通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量)与浓度梯度成正比o J=—D (dc/dz)扩散通量方向与浓度梯度方向相反,J:扩散通量;D:扩散系数;(dc/dz):浓度梯度4.吸收传质中的双膜理论的基本点是什么?a.气液相间有稳定的相界面b.相界面两侧各有一停滞膜,膜内的传质以分子扩散方式进行(虚拟膜或者有效膜)c.传质阻力全部集中在虚拟膜内,膜外的主体中高度湍流传质阻力为05.吸收推动力是什么?有哪些表示方法?吸收推动力就是组分在气相主体的分压与组分在液相的分压之差。

表示方法有:分压差浓度差,还有气相和液相比摩尔分率差,气相和液相摩尔分率差,6.物理吸收与化学吸收的主要区别在哪里?气相侧的传递过程与物理吸收完全相同,液相侧-溶质在液相中以部分物理溶解态和部分化学态存在;化学态的存在增大溶解度,增加容量,降低了气相的平衡分压,增加气相传质推动力。

精馏实验预习报告

精馏实验预习报告

化工基础实验报告实验名称 填料塔精馏实验;板式塔精馏实验;联机精馏实验 班级 姓名 学号成绩实验时间 同组成员 ______一、实验目的1.观察填料和板式精馏塔进行精馏过程中的气、液流动现象。

2.掌握实验测定填料等板高度的方法。

3.测定板式塔总板效率与空塔气速的关系。

4.研究回流比对精馏操作的影响。

5.熟悉精馏操作的基本规律与特点。

6.学习使用数字阿贝折射仪和气相色谱仪,分析塔顶和塔釜的产品组成。

二、基本原理1. 填料塔基本原理精馏是用来分离液体混合物的一种重要单元操作。

精馏的主要设备分为逐级接触式和连续微分式两大类,前者代表为板式塔,后者为填料塔。

填料塔内的最主要构件是填料,填料种类繁多,可分为散装填料和规整填料两大类。

散装填料有拉西环、鲍儿环、鞍形填料、阶梯环、金属鞍环填料、压延孔环等;规整填料有板波纹填料等。

确定填料层高度的方法有两种。

(1)传质单元数和传质单元高度法 用公式表示为: 填料层高度=传质单元高度×传质单元数12X OL OL X X L dXH H N K a X X*==Ω-⎰或:12Y OG OG Y Y V dYH H N K a Y Y*==Ω-⎰ (2)理论级模型法由已知条件求出达到分离要求所需要的理论数T N ,然后乘以等板高度HETP ,从而求出填料层高H :T H HETP N =⋅上式中,HETP 为分离效果相当于一个理论级的填料层高度,又称为当量高度,单位为m 。

进行填料塔设计时,若选定填料的HETP 无从查找,可通过实验直接测定。

在全回流操作条件下,当塔顶、塔釜温度稳定后,从塔顶、塔釜取样、经气相色谱(或阿贝折射仪)分析样品浓度。

对于双组分混合液蒸馏,利用芬斯克(Fenske)方程或在-y x 图上画阶梯求全回流下的理论板数。

芬斯克(Fenske )方程:min lg +1=lg A B B A D W x x x x N ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦式中:m i n N —全回流时的理论板数A B Dx x ⎛⎫⎪⎝⎭—塔顶的易挥发组分与难挥发组分摩尔比 B A Wx x ⎛⎫⎪⎝⎭—塔釜的难挥发组分与易挥发组分摩尔比 α—全塔平均相对挥发度;当α变化不大时,可取塔顶、塔底的几何平均值。

化工试题三

化工试题三

第三章 吸 收1. 学习要点提示吸收依据气体混合物中各组分在同一种溶剂中的溶解度差异实现分离的目的,它被广泛应用于气体混合物的分离。

1.1 吸收过程的相平衡关系 1.1.1 相平衡关系表示当总压P 、温度T 一定时,相平衡关系为 p A *= f (x A ) 。

在总压不高和温度一定的稀溶液体系,平衡关系可以用亨利定律表示(1) p A *= E (x A ) (3-1)(2)H c p AA =* (3-2)(3) y A * = mx A (3-3) 或 Y A * ≈ mX A(3-3a )其中 剂剂EM H ρ=(3-4)P Em =(3-5)亨利系数E 和解度系数H 是温度、溶质和溶剂的函数。

大多数物系,E 值随温度上升而增大,气体溶解度减少。

在同一种溶剂中,难溶气体的E 值很大,溶解度很小;而易溶气体的E 值则很小,溶解度很大。

但H 随温度的升高而降低,易溶气体H 值较大,难溶气体H 值较小。

相平衡常数m 与温度、压力和物系有关。

当物系一定时,若温度降低或总压升高,则m 值变小,液相溶质的浓度x A 增加,有利于吸收操作。

提示:由于气、液相组成可以有多种表示方法,因此亨利定律有上列多种表达式,使用中以方便为原则。

通常实验测定采用式(3-1),吸收计算较多用式(3-3)或式(3-3a )。

1.1.2 相平衡关系的应用 (1)判断过程进行的方向Y A > Y A * 或 X A < X A * 为吸收过程; Y A = Y A * 或 X A = X A * 两相互呈平衡; Y A < Y A * 或 X A > X A * 为解吸过程;(2)确定过程推动力吸收过程推动力——以某一相的实际组成与平衡组成的偏离程度表示。

以气相组成差表示为:(Y A - Y A *) 以液相组成差表示为:(X A *- X A )(3)指明过程进行的极限——达平衡状态若为逆流吸收过程,且在操作条件下相平衡关系为 Y A * = mX A ,即使塔高无穷高出塔气体浓度的最低值为:Y A ,2,min = mX A ,2出塔液体浓度的最高值为:m Y X A A 1,max ,1,=提示:对于无穷高的吸收塔,平衡状态出现在塔顶或是塔底,取决于相平衡常数和液气比的相对大小。

填料基本计算式.doc

填料基本计算式.doc

第四小节 填料层高度的计算一、填料国高度的基本计算式就基本关系而论,填料层高度等于所需的填料层体积除以塔截面积。

塔截面积已由塔径确定,填料层体积则取决于完成规定任务所需的总传质面积和每立方米填料层所能提供的气、液有效接触面积。

上述总传质面积应等于塔的吸收负荷(单位时间内的传质量,kmol/s)与塔内传质速率(单位时间内单位气、液接触面积上的传质量,kmol/m2·s)的比值。

计算塔的吸收负荷要依据物料衡算关系,计算传质速率要依据吸收速率方程式,而吸收速率方程式中的推动力总是实际浓度与某种平衡浓度的差额,因此又要知道相平衡关系。

所以,填料层高度的计算将要涉及物料衡算、传质速率与相平衡这三种关系式的应用。

前曾指明,在2-2-7中介绍的所有吸收速率方程式,都只适用于吸收塔的任一横截面,而不能直接用于全塔。

就整个填料层而言,气、液浓度沿塔高不断变化,塔内各横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,先在填料吸收塔中任意截取一段高度为 d Z的微元填料层来研究,如图 2-16 所示。

对此微元填料层作组分A 衡算可知,单位时间内由气相转入液相的A 物质量为:(2-59)在此微元填料层内,因气液浓度变化极小,故可认为吸收速率NA为定值,则:(2-60)图2-16 微元填料层的物料衡算式中dA——微元填料层内的传质面积,a——单位体积填料层所提供的有效接触面积,m2/m3;Ω——堵截面积,m2。

微元填料层中的吸收速率方程式可写为:将上二式分别代入式2-60,则得到:及dG再将式2-59代入上二式,可得:及整理上二式,分别得到:(2-61)及(2-62)对于稳定操作的吸收塔,当溶质在气、液两相中的浓度不高时,L、V、a(及Ω)皆不随时间而改变,已不随截面位置而改变,KY及KX通常也可视为常数(气体溶质具有中等溶解度且平衡关系不为直线的情况除外)。

于是,对式2-61及式2-62可在全塔范围内积分如下:及由此得到低浓度气体吸收时计算填料层高度的基本关系式,即:及(2-64)上式中单位体积填料展内的有效接触面积a(称为有效比表面积)总要小单位体积填料层中固体表面积(称为比表面积)。

填料层高度的计算

填料层高度的计算

四、填料层高度的计算1. 填料层高度计算的基本公式SVZ =(m ) V —填料层体积m 3; s —塔截面积m 224D S π=又:设A —填料塔所提供的传质面积(气液接触面积)α—单位体积填料提供的气液有效接触面积为㎡/m 3,则:αV A = aSA S V Z ==ZaS A = 2.平均推动力法计算填料层高度Z均气Y K N A ∆= 均液X K N A ∆=又:A X X L A Y Y V A G N A A )()(2121-=-==∴ ZaSY Y V A Y Y V Y K )()(均气2121-=-=∆均气Y D aK Y Y V Z ∆-=2214)(π其中:2121ln Y Y Y Y Y ∆∆∆-∆=∆均 *111Y Y Y -=∆——塔底气相吸收总推动力;*222Y Y Y -=∆——塔顶气相吸收总推动力; 当2/21≤∆∆Y Y 时,221Y Y Y ∆+∆=∆均 同理: ZaSX X L A X X L X K )()(均液2121-=-=∆均液X D aK X X L Z ∆-=2214)(π其中:2121ln X X X X X ∆∆∆-∆=∆均*111X X X -=∆——塔底液相吸收总推动力;*222X X X -=∆——塔顶液相吸收总推动力; 当2/21≤∆∆X X 时,221X X X ∆+∆=∆均a K 气——气相体积吸收总系数;kmol/(m 3·s)a K 液——液相体积吸收总系数;kmol/(m 3·s),其值可由经验公式或试验测定。

【例题8-5】 【例题8-6】 课堂练习:习题8-14、习题8-15 3.传质单元数法求Z 由填料层高度计算式 均气Y D aK Y Y V Z ∆-=2214)(π均液X D aK X X L Z ∆-=2214)(π令: 平均推动力组成变化均气=∆-=Y Y Y H 21 气相传质单元数平均推动力组成变化均液=∆-=X X X H 21 液相传质单元数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。

填料层高度的计算方法

填料层高度的计算方法
A* X
2021/10/24
Y2
Y1 Y
b)近似梯级法
M’ F M1
F1 M
2021/10/24
分析梯级TF1F 在梯级 T*A*FT中,
——平均推动力
2021/10/24
2021/10/24
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
平衡线为直线时
对数平均推动力法 脱吸因数法
2021/10/24
2021/10/24
—气膜传质单元高度,m —气膜传质单元数
—液膜传质单元高度,m —液膜传质单元数
2)传质单元高度的物理意义
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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。
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,吸收率愈高,Y2愈小,横坐标的数值愈大, 对应于同一S值的NOG愈大。
•S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,若增大S值,也就是减小液气 比L/V,则溶液出口浓度提高,塔内吸收推动力变小, NOG值增大。
2021/10/24
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
1)传质单元高度与传质单元数的概念
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的单位 称为“气相总传质单元高度” ,用
表示
2021/10/24
——气相总传质单元数

填料层高度=传质单元高度传质单元数

填料层高度=传质单元高度传质单元数

N OG

YY21
(1
S )Y
dY (SY2
Y2* )
1 ln[ (1 S )Y1 (SY2 Y2* ) ] 1 S (1 S )Y2 (SY2 Y2* )
2019/10/27
1 ln[ (1 S )Y1 Y2* SY2* SY2 SY2* ]
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
对数平均推动力法 平衡线为直线时
吸收因数法 图解积分法 平衡线为曲线时 近似梯级法
2019/10/27
1)平衡线为直线时 a)吸收因数法
平衡关系用直线Y * mX b 表示时,
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1 m A L/G
y1 y2
mx2 mx2
一定时,L
,1 A
,NOG
,H

L一定时,即 1 一定 A
若y1
y1 mx2 y2 mx2
,NOG
,H

y1 mx2 该数群中两个为入塔浓度, y2 mx2 只有一个为出塔浓度
利用该图象进行吸收 操作参数变化的分析 比较方便。
作条件使解吸因数增大,则y2
,x1不确定 。
1 m A L/G
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b)对数平均推动力法
当平衡线为直线时,推动力△y或△x相对于y或x的变化率皆为常数
吸收的操作线为直线,当平衡线也为直线时
Y Y Y * f (Y ) ——直线函数
d (Y ) Y1 Y2
y1
X
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[m]
KY a
[kmol / m3 s][m2 ]
称为“气相总传质单元高度” ,用HOG 表示
H OG

G KY a
与设备操作因素有关。 设备操作因素(流体,填料,传质系数)
NOG

Y1
Y2
Y
dY Y*
与设备无关,只与浓度有关 分离任务(相平衡关系,进出口含量)
及Z

L K X a
X1
X2
X
dX *
X
KY a, K X a 气相总体积吸收系数及液相总体积吸收系数
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
1)传质单元高度与传质单元数的概念
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G 的单位
[kmol / s]
GY (Y2 G X 2 )
——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L/G。
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操作线在相图中表示 (1)由塔顶,塔底两端点作直线 (2)由塔顶或塔底一个端点及
操作线斜率L/G作直线 线段AB:全塔操作线

0.01604
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X 2 /17 0.0212 100 /18
m Y * 0.01604 0.757 X 0.0212
平衡关系为 : Y 0.757 X
2)最小吸收剂用量:
Lmin

G
Y1 Y2
Y1 m

X
2
2019/10/27
其中: G 1000 29
34.5kmol空气 / h
Y1

1.333 101.33 1.333

0.0133
Y2 (1 0.99)Y1 0.01 0.0133 0.000133 X 2 0 m 0.757
Lmin

G(Y1 Y2 )
Y1 m

X
2
34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 0 0.757

Y2

L G
X2
吸收率 混合气中溶质A 被吸收的百分率
Y2 Y1(1)
2、吸收塔的操作线方程式与操作线
在 m—n截面与塔底截面之间作组分A的衡算
GY LX1 GY1 LX
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L
L
Y G X (Y1 G X1)
——逆流吸收塔操作线方程
在m—n截面与塔顶截面之间作组分A的衡算
Y Y* G
LdX K X (X * X )adz
dX X* X

K X a dZ L
Y1
dY
KY a
Z
dZ
Y2 Y Y *
G0
X1
X2
X
dX *
X

K
X a L
0Z
dZ
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低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为
Z G
KY a
Y1 dY Y2 Y Y *
X
* 1

X
2
•平衡线为上凸形时
2019/10/27
L (G )min

Y1 Y2
X

1

X
2
Lmin

G
Y1 Y2
X

1

X
2
计算法
适用条件:平衡线符合亨利定律,可用 Y * mX 表示
L (G )min

Y1 Y2
Y1 m

X
2
Lmin

G
Y1 Y2
Y1 m

X
2
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
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求每小时送入塔内的水量。
溶液浓度(gNH3/100gH2O) 2
分压Pa
1600
2.5 3 2000 2427
分析: 求水量
吸收剂用量L 已知L/Lmin 求Lmin
平衡常数
解:
1)平衡关系
Y*

y* 1 y*

1
p* p*

1.6 103 101.33 103 1.6 103
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二、吸收剂用量的确定
Y1 液气比
B L/G
L (G )min
B* 最小 液气比
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L
L
G (1.1 ~ 2.0)(G )min
最小液气比的求法
图解法 •正常的平衡线
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L ( G )min

Y1 Y2
X
* 1

X
2
Lmin
G
Y1 Y2
B为塔底两相浓度坐标(y1,x1) A为塔顶两相浓度坐标(y2,x2) 点M为塔某一截面两相浓度坐标 线上任一点坐标代表塔内某一截面上气液两相组成
2019/10/27
2019/10/27
并流操作 G(X1-X2)=L(X2-X1) 操作线斜率:
X1 X2 L X1 X2 G
操作线方程:
dGA N AdA N A (adZ )
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微元填料层内的吸收速率方程式为:
N A KY (Y Y * )及N A K X ( X * X )
dG A KY (Y Y * )adz dGA K X ( X * X )adz
GdY KY (Y Y * )adz dY KY a dZ
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25.8kmol / h
3)每小时用水量
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol / h 928.8kg / h
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四、填料层高度的计算
1、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:
dGA GdY LdX
X

L G
(X

X1)
X1

Y


L G
(X

X2)

X2
2、操作线与推动力 操作线与平衡线于同一图中,则操
作线上任一点M与平衡线间的垂直距 离即为塔内某截面上以气相组成表示 的吸收推动力(y-ye),操作点与平 衡线的水平距离即为该截面上易液相 组成表示的吸收推动力(xe-x)。
由图可见,在吸收塔内推动力的 变化规律是由操作线与平衡线共同 决定的。
一、吸收塔的物料衡算与操作线方程
1、物料衡算
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
GY1 LX 2 GY2 LX1
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G(Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
Y1

L G
X1
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