化工原理第五章(吸收塔的计算)

Y－Y*=0
最小液气比下的操作线
2011-6-12
2、操作液气比对吸收操作的影响 、 （1）增大吸收剂用量对吸收操作的影响 ） 【设备费用降低 】增大吸收剂用量 设备费用降低 增大吸收剂用量，操作线的斜率 增大吸收剂用量 变大，操作线往上抬。在此情况下，操作线远离平 操作线远离平 衡线，吸收的推动力增大，若欲达到一定吸收效果 衡线，吸收的推动力增大 ，则所需的塔高将减小，设备费用 设备费用会减少。 设备费用 【操作费用增加 】吸收剂用量增加到一定程度后， 操作费用增加 塔高减小的幅度就不显著，而吸收剂消耗量却过大 ，造成输送及吸收剂再生等操作费用 操作费用剧增。 操作费用
Y1 Y2
Y1 −Y2 L = G min Y1 − X 2 m
X2
X1*
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【例】用清水在常压塔内吸收含SO2 9%(mol) 例 的气体。温度为20℃，逆流操作，处理量为 1m3/s。要求SO2的回收率 回收率为95%，吸收剂用量 回收率 吸收剂用量 为最小吸收剂用量的120%。求吸收后吸收液 为最小吸收剂用量 的浓度和吸收用水量。已知操作条件下的气液 平衡关系为Y*=31.13X
第五章
第四节 吸收塔的计算
一、物料衡算与操作线方程 二、吸收剂用量的确定 三、填料层高度的计算
吸 收
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【吸收塔的计算内容 】 吸收塔的计算内容 1、设计型计算 、 （1）吸收塔的塔径 塔径； 塔径 （2）吸收塔的塔高 塔高等。 塔高 2、操作型计算 、 （1）吸收剂的用量 用量； 用量 （2）吸收液的浓度 浓度； 浓度 （3）在物系、塔设备一定的情况下，对指定的生产 任务，核算塔设备是否合用 塔设备是否合用。 塔设备是否合用
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2、填料层高度的基本计算式 、 【计算依据 计算依据】 计算依据 （1）物料衡算式； （2）传质速率方程式。 【操作特点 操作特点】在填料塔内任一截面上的吸收的推动 操作特点 力（Y－Y*）均沿塔高连续变化，所以不同截面上 不同截面上 的传质速率各不相同。 的传质速率各不相同 处理方法】不能对全塔进行计算，只可首先对一 【处理方法 处理方法 微分段计算，得到微分式 微分式，然后得到积分式 积分式运用于 微分式 积分式 全塔。
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G, Y2
L, X2
G,
Y
m
L, X
n
G， 1 Y
L, X1
物料衡算示意图
【假设 假设】溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂（即操作 假设 操作 过程中L、 为常数 为常数）。以单位时间为基准，在全塔 过程中 、G为常数 范围内，对溶质A作物料衡算得：
G, Y2 L, X2
GY + LX2 = GY2 + LX1 1
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三、吸收塔填料层高度的计算
1、填料塔的高度 、
封头
【说明 说明】填料 说明 塔的高度主要 决定于填料层 填料层 高度。 高度
塔顶 空间 塔底 空间 裙座
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H＝Hd十Z十(n—1)Hf十Hb ＝ 十
H——塔高(从A到B，不包括封头、裙 座高)，m； Z——填料层高．m； Hf——装置液体再分布器的空间高，m ； Hd——塔顶空间高(不包括封头部分)， m，一般取Hd=0.8～1.4m； Hb——塔底空间高(不包括封头部分)， m，一般取Hb=1.2～1.5m； n——填料层分层数
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若在塔底与塔内任一截面 间对溶质A作物料衡 塔底与塔内任一截面mn间 塔底与塔内任一截面 算，则得到：
G, Y2 L, X2
GY + LX = GY + LX1 1
G, Y
或
L L Y = X + (Y1 − X1 ) G G
m
L, X
n
【吸收操作线方程式的作用 吸收操作线方程式的作用】 吸收操作线方程式的作用 表明了塔内任一截面上气相组 任一截面上气相组 与液相组成X之间的关系 成Y与液相组成 之间的关系 与液相组成 之间的关系。
进入量＝ （进入量＝引出量 进入量 引出量） 或
G(Y −Y2 ) = L(X1 − X2 ) 1
——全塔的物料衡算式 全塔的物料衡算式
G Y1 , L, X1
衡算 意图 示 物料
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【有关计算 有关计算】 有关计算 【吸收液的浓度 吸收液的浓度】 吸收液的浓度 【溶质的回收率 溶质的回收率】 溶质的回收率 定义】 η = 【定义 定义
G X1 = X2 + (Y −Y2 ) 1 L
G, Y2 L, X2
被吸 收的溶质 量 进塔气体中的 溶质量
G(Y1 −Y2 ) Y1 −Y2 = 【计算公式 η = 计算公式】 计算公式 GY Y1 1
பைடு நூலகம்
Y2 =Y (1−η) 1
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G Y1 ,
L, X1
——塔底、塔顶组成与回收率之间的关系 塔底、 塔底
斜率＝（ 斜率＝（L/G）min ＝（ ） 操作线 平衡线
Y1 −Y2 L = * G min X1 − X2
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【方法二 方法二】操作线与平衡线相切，则： 方法二 （1）过点（X2，Y2） 过点（ 过点 作平衡线的切线； 作平衡线的切线 （2）水平线Y＝Y1与切 线相交于点（X1,max， Y1），则可按下式计 算最小液气比：
可解得吸收液的浓度 X1=0.00265 吸收液的浓度为 吸收液的浓度 ∵
1000 273 G= × × 1 0.09 （－ ）＝ .85(mol / s) 37 22.4 293
故吸收用水量 吸收用水量为： 吸收用水量 L＝35.5G＝35.5×37.85＝1343(mol/s)＝1.343(kmol/s)
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Y Y1 Y Y2
L L Y = X + (Y1 − X1 ) G G
塔底
Y=f(X)
G, Y2 L, X2
G, Y
m
L, X
n
塔顶
斜率＝ 斜率＝L/G
G，Y1 L, X1
0
X2
X
X1
X
吸收操作线
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（2）吸收操作线仅与液气比、塔底及塔顶溶质组成 有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无 有关 无 关。 （3）吸收操作时，Y > Y*或X* > X，故吸收操作线在 吸收操作线在 平衡线Y*＝f(X)的上方 的上方，操作线离平衡线愈远吸收的 平衡线 的上方 推动力愈大； （4）对于解吸操作 解吸操作，Y<Y*或X*<X，故解吸操作线在 解吸操作 平衡线的下方 下方。 下方
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【解】已知 y1＝0.09 η＝95％＝0.95 解 ∴
y1 0.09 Y1 = = = 0.099 1− y1 1− 0.09
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495 据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13 31.13X m 31.13 据
Y1 −Y2 L ( )min = G Y1 / m − X 2
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Hd
Hf
Hb
【填料塔高度的近似计算 填料塔高度的近似计算】 填料塔高度的近似计算 【说明 说明】由于液体再分布器、喷淋装置、支承装置 说明 、捕沫器等的结构不同时其高度不同，当一时无法 近似计算塔高： 准确确定时，也可采用下式近似计算 近似计算
H=1.2Z+Hd+Hb
Hd——塔顶空间高(不包括封头部分)，m； Hb——塔底空间高(不包括封头部分)，m。
L适宜=（1.1～2.0）Lmin
或
L L （ ） = 1.1 ~ 2.0 G 适宜 G min
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费 用
总费用
操作费
设备费
L适宜=（1.1~2.0）Lmin （ ） L适宜
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L
4、最小液气比的确定 、 （1）图解法 ） 【方法一 方法一】（1）在 方法一 X-Y图上分别画出平 平 衡线与操作线 衡线 操作线； 操作线 （2）根据交点坐标 交点坐标 值计算：
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G，Y1
L, X1
流吸 操 线 收 作 推导 意 示 图 逆
【逆流吸收操作线方程的有关讨论的特点 逆流吸收操作线方程的有关讨论的特点】 逆流吸收操作线方程的有关讨论的特点
L L Y = X + (Y1 − X1 ) G G
（1）当定态连续吸收时，若L、G一定，Y1、X1恒定 ，则该吸收操作线在X～Y直角坐标图上为一直线 直角坐标图上为一直线， 直角坐标图上为一直线 通过塔顶 塔顶A（X2，Y2）及塔底 塔底B（X1， Y1），其斜率 塔顶 塔底 为L/G。 【定义 定义】L/G 称为吸收操作的液气比 液气比。 定义 液气比
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【特点 特点】任一截面上的吸收的 特点 推动力均沿塔高连续变化。 推动力
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一、物料衡算和操作线方程
1、物料衡算 、 G——单位时间通过任一塔截 面惰性气体 惰性气体的量，kmol/s； 惰性气体 L——单位时间通过任一塔截 面的纯吸收剂 纯吸收剂的量，kmol/s； 纯吸收剂 Y——任一截面上混合气体中 混合气体中 溶质的摩尔比， X——任一截面上吸收剂中 吸收剂中溶 吸收剂中 质的摩尔比。
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3、吸收剂用量的确定 、 【确定原则 确定原则】应选择适宜的液气比 使设备费和操 适宜的液气比，使设备费和操 确定原则 适宜的液气比 作费之和最小。 作费之和最小 【确定方法 确定方法】根据生产实践经验，通常吸收剂用量 确定方法 通常吸收剂用量 为最小用量的1.1～2.0倍，即： 为最小用量的 ～ 倍