吸收总结

二、等板高度法 理论级:不平衡的气液两相在一段填料层内相互接 触，离开该段填料的气液两相达到相平衡， 此段填料为一个理论级。 等板高度：分离效果达到一个理论级所需的填料 层高度。 Z=HETP×NT NT——完成分离任务，所需的理论级数； HETP——等板高度。
y
操作线
B
平衡线
NOG A
例题 (1)对于一定的逆流操作体系，若解吸 因数1/A 1，则理论板数N必 气相总传质单元数NOG 。 N (2)若1/A ＝ 1 ，则理论板数N 气相总传质单元数NOG 。 解:(1) 操作线方程(Y-Y1)/ (X-X1) =L/ V，斜率为L/V,平衡线y*＝mx，斜率 为m 1/A＝mV/L 1， L/Vm， 由图可见： NOG N （2）若1/A =1， L/V＝m， 则: NOG =N （3）推广：若1/A 1 ， L/V m， 则： NOG N
2.设计型计算的任务（5个） （1）确定合适的吸收剂用量L或液气比L/V i）(L/V)mi n的选择 在Y1 ，Y2，X2已知的条件下，在Y-X图(如右图所示)中a点位置已确定。随 着L改变，则 (L/ V )改变，绕a 点旋转。 当(L/V)降低到操作线首次与平衡线相交时，L/V为最小液气比(L/V)mi n 。 此时塔底流出的液相浓度为X1 max（即X1*） (L/V)mi n =(Y1-Y2 )/(X1*- X2) ＝(Y1-Y2 )/(Y1/m- X2) ii) L/V的范围 根据前已述内容，操作线不能和平衡线相交，所以必须满足 L/V>(L/V)mi n 才能完成规定的吸收操作任务。
2. 填料与填料装填方式的确定以及传质速率的查取和计算。 3. 塔径的确定：V＝( /4)u D2 D=[Fra Baidu bibliotekV/ ( u )] 1 / 2 4. 填料层高(H)的计算：首先确定该吸收过程为哪一相 (气、液)控制， 以便确定相应的计算式，算出传质单元高度（ HOG 、 HOL）和传 质单元数（ NOG 、NOL ），即可确定所需的填料层高度（H= HOG × NOG 或 H= HOL × NOL ）。 5.附属设备的选定和计算。（管路、泵、底座、换热器等）
计算目的：气液两相出口浓度（y2 ，x1）。
(2)第二类命题 给定条件：吸收塔的高度及其它有关尺寸，气体的流量（V） 及进、 出口浓度( Y1，Y2 或 回收率 )，吸收液的进口浓度 (X2 )，气液两相的平衡关系[Y*=f(X)]，两相总传质Kya或 Kxa 。 计算目的：吸收剂的用量（L）及其出口浓度（x1） 5. 操作性问题的解法（计算方法） （1）所用的方程 两类问题（设计，操作）皆可联立下式： 吸收过程基本方程式： H= HOG × NOG 或 H= HOL × NOL 全塔物衡； V（Y1-Y2）=L(Y1-Y2) 相平衡方程式：Y* = f (X) 联式以上式可以获得解。
七.填料吸收塔的操作型计算 1.对气体吸收操作的描述，应包含以下四方面内容： （1）气液物系（体系）、温度T、压强P —— 相平衡关系； （2）设备条件——填料种类、尺寸、装填方式，塔径，填料层高度； （传质效率） （3）气液摩尔流率V、L及进口浓度Y1 、Y2 ； （4）吸收效果——尾气浓度Y2和出塔液体浓度X1 。 2.操作型计算与设计型计算的区别 设计型计算 ——目的：是计算填料层高度和塔径，根据的已知条件 有两方面：设计任务给出，设计者选定。 操作型计算 ——以某一定态吸收操作为出发点，由于改变了一些条件 (另外一些条件不变)对其吸收过程的影响（如：能否 承受操作等）。
y1 y 操作线 L/G (L/G)min b c 一般从技术、经济的范围 来考虑， L/G=(1.1～2.0)(L/G)mi n
y2
a
x2
平衡线
x1
x x1
max
iii) L/V的范围确定的原因解释 在允许操作范围内，若L/V小，虽使用的液量少，但操作线靠 近平衡线，传质推动力小，所需要的填料层高度较大，若 L 小， 则所需填料层高，设备投资大。 若L/V大，则相反，推动力较大，但所需的液流量大，不仅能 耗大，而且吸收剂再生困难；
(2)求解过程的适当简化（ Y*=mX） 在一般情况下，相平衡方程式 Y*=f(X) 和吸收过程基 本方程式都是非线性的，求解必须试差或迭代。如果平衡 线在操作范围内可近似看成直线 (Y*=mX) ，吸收过程基 本方程式可写为如下形式：
ＫY a Y1－△Y2 △Y2 ＫY a △Ym H＝ ln ＝ 1 2 1 Ｇ Y －Y △Y Ｇ Y1－Y2
y* ＝mx x
三.小结（以上介绍的四种方法）：
i) 吸收推动力法：最为经典，适用范围最广。 ii）吸收因数法：在吸收操作型计算中有时用起来较为方便； iii）图解梯级法：有时比计算来得直观，快捷，也要求能 够掌握； iv）图解积分法：较为繁琐（手算），但是随着计算机的发 展，特别是辛普生（Simpson）法，较为简单，精度也高。
六.填料吸收塔的设计型计算 1.设计型计算的已知条件（四个） 进行设计型计算的已知条件一般如下： (1)待分离混合气中溶质A的组成Y1（即进塔气相浓度Y1） 和处理量G’(kmol/h) 或 G—kmol/m2.s ； (2)吸收剂的种类及操作温度T和操作压强P，即： 已知吸收体系的相平衡关系Y*＝f（X）；
五、 塔径的计算
• 气体沿塔上升可视为通过一个空管，按流量公式计算 塔径 • • • • DT--塔径(m) Vs--在操作条件下混合气体的体积流量(m/s) u-- 混合气体的空塔速度（m3/s) 塔径设计要做多方案比较以求经济上既是优化的， 操作上也是可行的。一般适宜操作气速通常取泛点气 速的50%∽85%。 • 算出的塔径还要按压力容器公称直径标准圆整。
Ｋxa △X1－△X 2 △X 2 Ｋxa △Xm H＝ ln ＝ L X1－X 2 △X1 L X1－X 2
八、吸收过程的强化
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。 1. 提高吸收过程的推动力
（1）逆流操作比并流操作的推动力大；
（2）提高吸收剂的流量；
对于给定的气体混合物，一般可选用数种不同的吸收剂： 以CO2吸收为例，可用Na2CO3、K2CO3、Na OH、乙醇胺或 二乙醇胺的水溶液为吸收剂，亦可同清水为吸收剂，对于不 同的吸收剂，各有其适用的操作温度T、压强P和浓度范围。 (3)吸收剂中的溶质A的初始组成X2或已知吸收剂的再生效果。
（a）若进塔液体为纯溶剂X2=0，吸收效果固然好，但溶 剂只能一次性使用，吸收完即放弃之或把溶液作为产品。
3. 影响因素： （1）气温的变化——对相平衡的影响； （2）物料的流量——可能波动，对吸收效果影响； （3）物料的浓度——可能波动，对吸收效果影响；
在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，若清 水量适量加大，其余操作条件不变，则Y2、X1何变化？（已 知体积传质系数随流量变化关系为 k a V 0.8）
（b）若需吸收剂循环使用，采用吸收与解吸联合操作， 这时，降低X2值必提高对解吸的要求。因此X2值确定不 能单从吸收角度考虑，要两方面综合考虑： 在塔顶气体浓度为Y2的条件下，X2的最大值X2*(X2*=Y2 /m)。操作中必须满足X2<X2* ，若X2＝X2* ，则：塔顶无 传质推动力△X=0。 所以：要实现气体吸收，操作线不 能和平衡线相交，在塔内任一截面处都不能存在气液平 衡。可在X2<X2* 范围内经技术、经济比较确定X2值。 (4)分离要求：塔顶排气的浓度Y2或回收率。
Y
问题：吸收温度降低， Y2、X1、吸收操作线如何变化？
X2降低， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？
吸收压力提高， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？
4. 操作性问题分类及解法 生产实际中,吸收塔的操作型计算问题是经常碰到的。有两 种类型： (1)第一类命题 给定条件：吸收塔的高度及其它有关尺寸，气液两相的流量 L、V，进口浓度（Y1，Y2），平衡关系[Y*=f(X)]、流动方式 (并流、 逆流），两相总传质系数Kya或Kxa 。
Y1
Y2
Y 2’ X2 X1’
X1
（3）吸收过程为气膜控制时，降低吸收剂入口温度； （4）降低吸收剂入口溶质的浓度；
（5）吸收过程为气膜控制时，提高吸收的压力。
2. 降低吸收过程的传质阻力 （1）提高流体流动的湍动程度；
（2）改善填料的性能,开发新型填料，提高填料的比 表面积。