化工原理 吸收塔的计算

0.02 0.001 1.94 103
9.79
12
③求传质单元高度
气相流率
G
0.025
12
0.0318kmol
/
(s
m2)
4
传质单元高度
H OG
G
K y
0.0318 0.0522
0.61m
④所需填料层高度为
H NOG HOG 9.79 0.61 6.0m
13
方法2：
NOG
1 1 1
10
解：①求液相出口摩尔分数
最小液气比
L y1 y2 y1 y2 0.02 0.001 1.14
G min
x1e x2
y1 m x2
0.02 1.2
0
实际操作液气比 L 1.2 L 1.2 1.14 1.37
G
G min
解得液相出口摩尔分数
x1
x2
Gy1
L
y2
富油由吸收塔底出口经加热后被送入解吸塔塔顶，在解吸 塔底送入过热水蒸气使洗油脱苯。脱苯后的贫油由解吸塔底排 除被冷却至27℃再进入吸收塔使用，水蒸汽用量取最小量的 1.2倍。解吸塔在101.3kPa、120℃下操作，此时的气液平衡 关系为y=3.16x。求洗油的循环流率和解吸时的过热蒸汽耗量。
26
解：⑴吸收塔 吸收塔出口煤气中含苯摩尔分数为
6
遇到如下两种情况应采用溶剂再循环：
1、吸收过程有显著的热效应，大量吸收剂再循环可降低 吸收剂出塔温度，平衡线发生明显的向下移动，尽管操作 线向下移动，但是，塔内传质的推动力增大。 2、吸收的目的在于获得较浓的液相产物，按物料衡算所 需的新鲜吸收剂量过少，以至不能保持塔内填料良好的润 湿，吸收剂再循环，传质表面积增加，传质系数增大。
小用量的2倍，平衡线为 Y=2X, 气相总传质单元高
度为0.8m,试求填料层所需高度。
解： y1 0.02
y2 0.02 (1 0.9) 0.002
x2 0
x1e
y1 2
0.01
15
L G
min
y1 y2 x1e x2
1.8
L G
2.0
L G
min
y1 x1
y2 x2
3.6
m L
1
G
y2 (1 ) y1
N OG
1 1 1
ln1
1 A
y1 y2
mx 2 mx 2
1
A
A
1
NOG
1
1
ln
1
1
1
1
1
32
例3： 用清水吸收混合气中的SO2 ，气体经两塔后总的回收率为0.91 ，两塔的用水量相等，且均为最小用水量的1.43倍，两塔的传 质单元高度均为1.2m 。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利 定律，试求两塔的塔高。 水
y2 (1) y1 (1 0.95) 0.02 0.001
洗油在吸收塔底的最大摩尔分数为
x1e
y1 m
0.02 0.125
0.16
吸收塔的最小液气比
L G
min
y1 y2 x1e x2
0.02 0.001 0.16 0.005
0.123
27
实际液气比
L G
1.3
L G
min
0.0521 1.25
0.0083
24
x2
x2
y2 m
0.005
xm 0.0065
H
H OL
NOL
L Kxa
NOL
L mK ya
x1 x2 xm
H 16.6m
25
例9-6 解吸气流量的计算
含苯摩尔分数为0.02的煤气用平均相对分子量为260的洗油 在一填料塔中作逆流吸收，以回收其中95％的苯，煤气的流 量为120kmol/h。塔顶进入的洗油中含苯摩尔分数为0.005， 洗油的流率为最小用量的1.3倍。吸收塔在101.3kPa下操作， 此时气液平衡关系为y=0.125x。
ln 1
1 A
y1 y2
1
A
A
1 A
m L
1.2 1.37
G
N OG
1 1 1.2
ln 1
1.2 1.37
0.02 0.001
1.2
1.37
9.76
1.37
14
例、一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混
合气中的溶质A ，入塔气体中含A 2%（摩尔分数），
经吸收后溶质A 被回收了90% ，此时水的用量为最
（1）解吸塔物料衡算式 全塔物料衡算
规定浓度下标： 塔顶 1 ，塔底 2
G( y1 y2 ) L(x1 x2 )
操作线方程
y
y1
L
x G
x1
L G
x
y1
L G
x1
18
（2）解吸塔的最小气液比 已知：L 、 x1 、 y2 ， 规定 x2
L G
19
G L min
x1 x2 y1e y2
ln y1 y1e
ln y1 mx1
y2 y2e
y2 mx2
因此需要求取出塔液相含氨摩尔分数x1
物料衡算式
G( y1 y2 )
L G
1.2
L G
L(x1 x2 ) x1
min
1.2
y1 y2 x1e x2
G L
(
y1
y2
)
x2
H OG
G
K y
G qn A
qn已知，A可以计算求取；
相平衡方程式
ye mx
吸收基本方程式
H
HOG NOG
G
K y
y1 dy y2 y ye
H
HOL NOL
L
K x
x1 dx x2 xe x
2
2）吸收塔设计型计算的命题
设计要求：
（1）达到分离要求最合理的溶剂用量； （2）达到分离要求所需要的塔高（填料层高）； （3）塔径（暂不计算）。
给定条件：
7
y2
返混
x2
液体局部返混对传质推动力的影响
在一定的液体流量下，当上升气体流速达到一定值时，整个 塔段上同时发生大量液体返混，液体在塔顶被出口气体带出 塔外，即发生了不正常的 液泛 现象。
8
例9-5： 吸收塔高（填料层高）的计算 在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨—空气混合气
中的氨，混合气流量为0.025kmol/s,混合气入塔含氨摩 尔分数为0.02，出塔含氨摩尔分数为0.001。吸收塔操作 时的总压为101.3kPa，温度为293k，在操作浓度范围内 ， 氨 水 系 统 的 平 衡 方 程 为 y=1.2x ， 总 传 质 系 数 Kya=0.0522kmol/(s.m3)。若塔径为1m ，实际液气比是 最小液气比的1.2倍，求所需塔高为多少？
第 9 章 气体吸收（ 12学时）
第4讲： 9.5.4 吸收塔的设计型计算 1、吸收塔吸收剂用量和填料层高度; 2、吸收剂再循环的分析及应用； 3、解吸塔设计型计算。
1
9.5.4 吸收塔的设计型计算
1、吸收塔吸收剂用量和填料层高度
1）计算公式
物料衡算式 G( y1 y2 ) L(x1 x2 )
G ya L xa
减压解吸----闪蒸（在第十章中介绍） 应用解吸剂进行解吸 ----吸收的逆操作
传质方向
常用的解吸剂有惰性气体、水蒸气或贫气等G y
Lx
（1）气提----解吸剂用惰性气体或贫气 （2）汽提或提馏----解吸剂用水蒸汽
解
吸yb xb
剂 低浓端
逆流解吸塔
17
解吸塔的设计型问题（气提）
y3
A
B
y2 y1
xA
xB
33
解：
y1 y3 0.91
L
y1 1.43
y1
y2
y3 1 0.91y1
1.43 y2 y3
0.09 y1
G
y1 0
y2 0
m
m
y1 y2 y2 y3
y1
y2
y1 y2 y2 0.09 y1
y1
y2
y1 y2 y2 2 y1 y2 0.09 y12
31
例2：用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为η ，
操作采用的液气比是最小液气比的β倍。物系平衡关系服从亨利定
律。试以η、 β两个参数列出计算NOG的表达式。
解： x2 0
y1 y2
y1
L G min
y1 y2 y1 0
m
m
L L m
G G min
1 A
解吸塔顶气相中苯的最大含量
y1e mx1 3.16 0.124 0.391
29
解吸塔的最小气液比
G L min
x1 x2 y1e y 2
0.124 0.005 0.391 0
0.304
操作气液比
G L
1.2
G L
min
1.2 0.304
0.365
过热蒸汽用量
G 0.365L 0.3655.32102
H1 H2 HOG NOG 1.2 2.33 2.80m
x2
(x2 x2e )
如果气液平衡关系满足亨利定律
xe
y m
21
解吸因数法求传质单元数
NOL
1
1
A
ln
1
A
x1 x2
Hale Waihona Puke y2 my2 mA
L A G
m
22
例题 解吸塔设计型计算：
用煤油从空气与苯蒸汽的混合气中吸收苯。所得 吸收液在解吸塔中用过热水蒸汽进行解吸，待解吸的 液体中含苯0.05（摩尔分率，下同），要求解吸后液 体中苯的浓度不超过0.005 ，在解吸操作条件下，平 衡关系为y=1.25x ，塔内液体流量为0.03kmol/(m2.s) , 填料的体积传质系数为Kya=0.01kmol/(m3.s) 。过热蒸 汽的用量为最小用量的1.2 倍。试求：
y1 L
y2
0.02 0.001 0.0139 1.37
G
11
②求传质单元数
平均推动力
ym
( y1
y1e ) ( y2 ln y1 y1e
y2e )
y2 y2e
( y1 mx1) ( y2 mx2 ) 1.94103 ln y1 mx1 y2 mx2
传质单元数
NOG
y1 y2 ym
解题分析：
已知y1、y2、x2、Kyα、m、qn、D、
L G
1.2
L G
min
9
根据吸收过程基本方程
填料层高度计算式
H
HOG NOG
G
K y
y1 dy y2 y ye
平均推动力法求传质单元数
NOG
y1 dy
y1 y2
y2 y ye ( y1 y1e ) ( y2 y2e ) ( y1 mx1) ( y2 mx2 )
（1）过热蒸汽的用量；
（2）所需填料层的高度。
23
解：
(1)G
L
1.2
G L
min
0.03 1.2
0.05 0.005 1.25 0.05
0.0259kmol / m2 s
y1
y2
x1 x2 G
0.05 0.005 0.0259
0.0521
L
0.03
x1
x1
y1 m
0.05
y2 0.3 y1
L 1.43 y1 0.3 y1 1.43 0.7m
G
y1 0
m
34
1 A
m L
1 1.43 0.7
G
NOG 2
1 1 1
ln 1
1 A
y2 y3
0 0
1
A
A
1
1 1
ln
1
1 1.43
0.7
0.3 0.09
1 1.43
0.7
1.43 0.7
2.33
y1e mx 1
G L
n
G L
min
y1
y2
x1 G
x2
L
（3）解吸塔填料层高度的计算
H L x1 dx H G y1 dy
Kxa x2 x xe
K ya y2 ye y
20
平均推动力法求传质单元数
NOL
x1 x2 xm
xm
x1 x2 ln x1
(x1 x1e ) (x2 x2e ) ln (x1 x1e )
解得x1 0.005
Y1e 2 x1 0.01 y2e 0
ym
( y1 - y1e ) - ( y2 - y2e ) ln ( y1 - 2 y1e )
0.005
( y2 - y2e )
NOG
y1 y2 ym
3.6
H NOG HOG 2.88m
16
3、解吸（脱吸）
1、解吸方法
高浓端
1.94102 kmol / s 1260kmol / h
30
分析 HOG HOL NOG NOL 的关系：
H HOG NOG HOL NOL
HOG
G Kya
m m
G Kya
L Kxa
m L
G
1 A
HOL
A HOG HOL
1 A
NOG
NOL
A
G
K y
L
K x
K x
L AG
K y
mK y
4
2、吸收剂再循环的分析及应用
L
x1'
部分吸收剂再循环的定常态操作
B'
L G
L L G
x1'
吸收热效应明显的物系
5
吸收剂入塔浓度
物料衡算
Lx 2
Lx1'
L
Lx
' 2
x
' 2
Lx2 Lx1' L L
有吸收剂再循环： （1）实际吸收剂入塔浓度增加； （2）塔内操作线斜率稍有增加。若平衡线不变，吸收推 动力一般要减小。
1.3 0.123
0.160
煤气量 G 1200kmol / h 0.333kmol / s
洗油循环量
L 0.160 0.333 5.32102 kmol / s
28
洗油出塔摩尔分数为
x1
x2
G L
(
y1
y2
)
0.005 1 (0.02 0.001) 0.124 0.16
⑵解吸塔 因过热蒸汽不含苯，y2=0
y1、G、相平衡关系、分离要求(y2或η)
回收率 G1 y1 G2 y2 1 y2
G1 y1
y1
3
3）设计条件的选择
(1)流向选择，一般选择逆流操作; (2)吸收剂进口浓度选择，
x2 ,解吸操作费用 。
x2的 最 高 允 许 浓 度 为 ：x2
x2,e
y2 m
，
此
时
，ym
0, H
y2
x2
x2增加对传质推动力的影响