化工原理第六章第三节知识分享

0.007117
2020/9/29
3）尾气浓度下降后所需的填料层高度
尾气浓度
Y2
0.0033 0.00331
10.0033
NO G 1 1Sln1[(S)Y Y1 2S]
Y1 Y2
0.0417 0.00331
12.6
N O G 1 0 1 .8l9n 1 2 [ 0 .8 ()9 12 .6 2 0 .8]9 72 .52
(VL)min
Y1 Y2 X1 X2
LminV
Y1 X1
Y2 X2
计算法
适用条件：平衡线符合亨利定律，可用Y* mX 表示
(VL)min
Y1 Y1 m
Y2 X2
Lmin
V
Y1 Y1 m
Y2 X2
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
NOL11Lln1[(m L)VY Y1 1 Y Y1 2* *A] mV
NOLSNOG
2020/9/29
b）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
YYY* f (Y) ——直线函数
d(Y) Y1Y2 dY Y1Y2
dY Y1Y2 d(Y) Y1Y2
Y 1 Y 1 Y 1 * , Y 2 Y 2 Y 2 *
dY Y(mXb)
将 XX2V L(YY2) 代入
NOG Y Y2 1Ym[V L(Y dY2 Y)X2]b
2020/9/29
Y Y2 1(1m L)V Y[m L dY V Y2(m2X b)] 令 mV S
L
NOG Y Y 2 1(1S)Y d(SY2Y Y2*)
1 ln(1[S)Y1(S2YY2*)] 1S (1S)Y2(S2YY2*)
( V
)min
Y1 Y2
Y1 m
X2
m(1 Y2 Y1
)
2.5(10.0053)32.18 0.0417
(VL)/(VL)min1.286
2）所需填料层高度
•脱吸因数法
NOG 1 1Sln1 [S ()Y Y1 2 Y Y2 2* *S]
S mV L
2.5 2.804
0.892
2020/9/29
(YY)mY1Y2
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。
2020/9/29
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
N OL
—液相总传质单元数，无因次
；
NOLXX21
dX X*X
依此类推，可以写出通式：
填料层高度=传质单元高度×传质单元数
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。
2020/9/29
ZHGNG
HG
V k y a
—气膜传质单元高度，m
NG
Y1
Y2
dY Y Yi
—气膜传质单元数
ZHLNL
HL
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。
2020/9/29
•对于一固定的吸收塔来说，当NOG已确定时，S值越小，
Y1 Y 2 * 愈大，愈能提高吸收的程度。 Y2 Y2*
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：S0.7~0.8
dA G K Y(Y Y *)a dzdA G K X(X *X )a dz
Vd K Y Y(YY*)a dzLd K X X(X *X )a dz
YdYY*
KYadZ V
X*dXXKXLadZ
Y Y21YdYY*KY Va0ZdZ X X2 1X* dX XKX La0ZdZ
2020/9/29
Y2(10.9)9 Y10.01 0.01330.000133 X2 0 m0.757
Leabharlann Baidu
Lm
in
V(Y1 Y2)
Y1 m
X2
34.5(0.01330.0001)33 0.01330 0.757
2020/9/29
2.5 8km/hol
3）每小时用水量
L 2Lmin22.585.1 6km/hol92.88kg/h
2020/9/29
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
V1 YL2 X V2Y L1X
2020/9/29
L
L
YVX(Y1VX1)
——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
2020/9/29
二、吸收剂用量的确定
Y1 液气比
B
L/V
(
L V
)
min
B* 最小 液气比
2020/9/29
VL(1.1~2.0)(VL)min
最小液气比的求法
图解法 •正常的平衡线
2020/9/29
(VL)minXY11*YX22
LminV
Y1 Y2 X1* X2
•平衡线为上凸形时
2020/9/29
2020/9/29
1ln (1 [S)Y 1 Y 2 *S2 * Y S2Y S2 * Y ]
1S
Y 2 Y 2 *
1ln (1 [S )Y 1 (1 S )Y 2 * S (Y 2 Y 2 * )]
1 S
Y 2 Y 2 *
NOG 1 1Sln1[(S)Y Y1 2 Y Y2 2* *S]
S mV ——脱吸因数。平衡线斜率和操作线斜率的比值 L 无因次。S愈大，脱吸愈易进行。
V YL2 X V2Y LX
YV LX(Y2V LX2)
——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/V。
2020/9/29
2020/9/29
并流吸收塔的操作线：
YV LX(V LX1Y1) YV LX(V LX2Y2)
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。
2020/9/29
解：
Y1
0.04 10.04
0.0417
Y2
0.0053 0.00533 10.0053
X1
0.0128 0.01297 10.0128
1）L/V为(L/V)min的倍数
L Y1 Y2 0.04170.005332.804
V X1 X2
0.012970
2020/9/29
L
Y1 Y2 ln Y1 Y2
(Y1
Y1*) (Y2 Y2*) ln Y1 Y1*
Y2 Y2*
(0.04l n 10 2..0 7 54 0.0 121 .7 5 2 )0 .0 9 (0.1 7 02 09 50 7 3) 3 0.0053
0.007117
NOG
Y1 Y2 Ym
0.04170.005335.11
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
脱吸因数法 图解积分法 平衡线为曲线时 近似梯级法
2020/9/29
1）平衡线为直线时 a）脱吸因数法
平衡关系用直线 Y*mXb表示时，
NOGYY21YdYY*
YY21
第六章 吸收 第四节 吸收塔的计算
2020/9/29
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： 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
低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为
ZKYVaYY21YdYY*
及 ZKXLaX X21
dX X*X
KYa,KXa 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
2020/9/29
三、塔径的计算 D 4VS
u
u—空塔气速
2020/9/29
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：
dG AVdY LdX
dG ANAdANA(adZ )
2020/9/29
微元填料层内的吸收速率方程式为：
N A K Y ( Y Y * ) 及 N A K X ( X * X )
N O G 1 0 1 .8l9 n 1 2 0 [ .8()0 9 0 ..0 02 0 4 0 0 5 1 0 .8 3 7 ]9 32 5.11
ZHOG NOG1.55.117.67
•对数平均推动力法
NOG
Y1 Y2 Ym
0.04170.00533 Ym
2020/9/29
Ym
L kxa
—液膜传质单元高度，m
NL
XX21
dX Xi X
—液膜传质单元数
2020/9/29
2）传质单元高度的物理意义
NOGYY21YdYY* 1
2020/9/29
Y Y21YdYY*Y Y21(YdYY *)m1 N O G (Y 1 Y *)mY Y 2 1d Y(Y Y 1 Y Y * 2 )m 1
V K Y a
的单位
[km/so] l [km/o m (2ls)]m [2/m 3]m [2] [m]
称为“气相总传质单元高度” ，用H OG 表示
HOG
V KYa
NOGYY21YdYY*
——气相总传质单元数
ZHOGNOG
2020/9/29
ZHOLNOL
H
OL
—液相总传质单元高度，m
；
HOL
L Kxa
2020/9/29
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）L/V为(L/V)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？
2020/9/29
Y1Y2
NOGYY21YdYY*
YY21
Y1Y2 Y
d(Y)
Y1Y2 Y1Y2
Y1
Y2
dY Y
Y1Y2 lnY1 Y1Y2 Y2
N OG
Y1 Y2 Y1 Y2
ln Y1 Y2
2020/9/29
Y1 Y2 Ym
其中：Ym
Y1 Y2 ln Y1 Y2
(Y1
Y1*) (Y2 Y2*) ln Y1 Y1*
2020/9/29
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*
1
y
*
y*
p* 1 p*
1.6103
0.01604
10.3131031.6103
2020/9/29
Y2 Y2*
——塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数平均，称为对
数平均推动力。
当 1 Y1 2 时相，应的对数平均推动力可用算术平均 2 Y2
推动力代替。
写出NOL、NG、NL的表达式。
2020/9/29
NOL
X1 X2 Xm
XmX l1 n X X 1 2 X2(X1*lX nX 1 X )2 1 * *( X X X 21 * 2X2)
X 2/17 0.0212 100/18
m Y * 0.01604 0.757 X 0.0212
平衡关 :Y系 0.7为 5X7 2）最小吸收剂用量：
Lmin
V
Y1 Y1 m
Y2 X2
2020/9/29
其中：V 1000 29
3.4 5km空 ol/气 h
Y1 10.131.33313.3330.0133
1 S
L A mV
——吸收因数
2020/9/29
2020/9/29
分析 ：
•横坐标 Y 1 Y 2 * 值的大小，反映了溶质吸收率的高低。 Y2 Y2*
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
NG
Y1 Y2 Yim
YimY li1 n Y i1 Yi2(Y1lYin 1Y )1 (Y Y2 i1Yi2)
Yi2
Y2Yi2
NL
X1 X2 Xim
X im X li1 n X i1 X i2(X i1lX n i2 X )i1 (X X i1 2X 2)
X i2
X i2X 2