化工原理 吸收(或解析)塔计算

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G1 y1 L2x2 G2 y2 L1x1
GB (Y1 Y2 ) LS ( X1 X2 )
2.操作线方程
G2,y2
L2,x2
G,y L,x
y L x G2 y2 L2x2
G
G
Y
LS GB
(X
X2)
Y2
y L x G1 y1 L1x1
G
G
Y
LS GB
(X
X1) Y1
Y～X之间的关系为一线性关系,而 y~x之间的关系不为线性关系。
N 11 A A1
N－1
N xN 1 y N
yN 1
xN
G1,y1
L1,x1
吸收率＝Y1 Y2 100%
Y1
操作线方程的图示
Y1 Y
Y2 • A
•B •M
操作线 平衡线
y1
•B
y
•
y2
•A
X2
X X1
Y
LS GB
(X
X2)
Y2
注意：当低浓度吸收（进气浓度低 于5～10％）时，L、G随塔高的变化 较小，可认为近似不变。则以y、x 表示的操作线也可认为是一条直线。
~
2.0
Ls GB
min
低浓度吸收时的最小液气比
斜率
L/G B B
y1
• • • B
A
y2 • x2
x1 x1*
最小液气比
y
L G
x
x2
y2
L 设备费降低
G
但L 操作费用提高
y1
y2
x2
x1 x1*
最小液气比
L
G
min
y1 y2 x1* x2
L ＝1.1 ~ 2.0 L
G
G min
x2 x x1
y L x G2 y2 L2x2
G
G
L y G (x x2 ) y2
L y G (x x1) y1
并流吸收塔的操作
G,y2 L,x2
并流操作的操作线方程
G y2 y L x x2
L y y2 G (x x2 )
y2 • A
斜率 L G
yx
y1
•B
G,y1
y2 mx2 A 1
x0
当A＝1时， y1 mx2 y2 mx2 N 1
1
N＝ 1 ln A
ln
y1 y2
mx2 mx2
1
S
S
2
y1 y1 x1 y2 x2 y3
xN 2 yN 1
NOG
1 1 S
ln
1
S
y1 y2
mx2 mx2
S
NOG ln A Aln A A 1
N－1
由第二板下的截面到塔顶作物料衡算：
y3
y1
L G
x2
x0
＝y1
L G
y2 m
x0
y1
Ay2
Amx0
N
xN 1 y N
yN 1
y1 AA 1y1 Amx0 Amx0 A2 A 1 y1 ( A2 A)mx0
xN
yN1 AN AN1 A 1 y1 ( AN AN1 A2 A)mx0
S
讨论：
S一定，提高吸收率y2
y1 y1
mx2 mx2
NOG
Z
一定，y1 mx2
y1 mx2
不变 S NOG
Z
三、吸收塔的设计型计算
1. 计算公式
物料衡算式：G y1 y2 L x1 x2
相平衡式：y f x
G y1 dy
吸收过程的基本方程式： Z Kya y2 y y
二、填料层高度的计算(低浓度气体吸收)
低浓度气体吸收的特点： • G、L不随塔高变化 • 吸收过程为等温 • 传质系数为常数 1. 吸收过程基本方程式
对dz微元段： 气相：Gdy NAadz
液相：Ldx NAadz
a－单位体积填料层的有效传质面积，m2/m3
NA Ky y y Kx x x
HOG的物理意义：z
y1
HOG ,
y2
dy y y
1
y1-y2=(y-y*)
y1-y2=(y-y*)m
总结
填料层高度 传质单元高度 传质单元数
使用场合
z HOG NOG
z HOL NOL z HG NG
z HL NL
HOG＝
K
G y a
H
＝
OL
K
L x a
H
＝
G
k
G y a
H
＝
NOG
y1 y2 ym
NOL
x1 x2 xm
xm
x1 ln
x2 x1
x2
(2)脱吸因素法
y
y
1
mG L
y
mG L
y2
mx2
y1
dy
NOG y2 1 S y Sy2 mx2
NOG
1 1 S
ln
1
S
y1 y2
mx2 mx2
S
NOL
SNOG
S 1 S
ln
1
S
y1 y1
mx2 mx2
Kya、Kxa，求：气液的出口浓度y2、x1。 • 第二类：已知Z、G、y1、y2，相平衡关系，Kya、Kxa，
求：吸收剂用量L及其出口浓度x1。 (2) 计算方法：仍利用物料衡算式、相平衡关系、吸收
过程的基本方程，但往往这些方程是非线性的，有时 需试差。
五、解吸
吸收：N A K y y y Kx x x
yN1 AN AN 1 A 1 y1 ( AN AN 1 A2 A)mx0
AN 1 1 A 1
y1
AN 1 A 1
1
mx0
mx0
yN1 mx0
AN 1 1 A 1
y1 mx0
yN1 mx0 AN 1 1 ( A 1)
y1 mx0
A 1
y1 mx2
AN 1 1 (A 1)
L,x1
并流操作的塔
x2
x1
3.吸收剂用量的确定与最小液气比
斜率 Ls/GB
Y1
•B
Y2 • A
斜率 减小
Y1
Y2
X2
X1
X1,max
Y
Ls GB
X
X2
Y2
Ls GB
min
Y1 Y2 X1max X 2
Y1 Y2 Y1 m X1
X2
X1X1,max
最小液气比
Ls GB
＝1.1
NOG称为气相总传质单元数，无因次
x1
HOL ,
x2
dx x
x
NOL
z z
G
kya
y1
HG,
y2
dy y yi
NG
z
HOG NOG HOL NOL HG NG
L
x1 dx
kxa HL , x2 xi x NL
z HL NL
填料层高度 传质单元高度 传质单元数
(1)传质单元数
6.4 吸收(或解吸)塔的计算
根据给定的吸收任务(处理气量及其初终浓度)，选定吸收 剂后，工艺计算的主要项目有：
1. 吸收剂的用量及吸收液的浓度 2. 填料塔的填料层高度或板式塔的塔板数 3. 塔直径，由处理气量及塔的操作气速决定。
一、物料衡算 1. 全塔物料衡算
G、L随塔 高而变
G1、G2－气体入塔、出塔流率，kmol/s L1、L2－液体入塔、出塔流率，kmol/s
NOG仅与气体的进出口浓度、相平衡关系有关，与塔的结构、 操作条件(G、L)无关，反映分离任务的难易程度。
(2)传质单元高度
H
＝
OG
K
G y a
kmol 单位： m2 • s m
kmol m3 • s
HOG与操作条件G、L、物系的性质、填料几何特性有关，是吸收 设备性能高低的反映。其值由实验确定，一般为0.15~1.5米。
y2
x2
吸收
y1
x1
y1
解吸
y2
六、塔板数
• 板式塔与填料塔的区别在于组成沿塔高是阶跃 式而不是连续变化的。
x0
y1
1
x1 y2
2
x2 y3
xN 2 y N 1
N－1
yN
N xN 1
xN
理论板：气液两相在塔板上充分接触， 传质、传热达平衡。
相平衡关系：yn f (xn )
yN
L G
xN 1
G1 y1 L0 x0 G
L x1 dx Z
Kxa x2 x x
2.设计型问题的命题
设计要求：为达到指定分离要求所需的塔高及吸收剂用 量的确定。
设计条件：已知G、y1 、分离要求η或y2、相平衡关系
3.设计条件的选择
(1)流向：逆流的推动力较大
y1
(2)吸收剂进口浓度
技术上：x2 ym Z ，
y2
吸收的设备费 ，但解析费用
解吸：NA Ky y－y Kx x x*
1. 解吸的方法
a.通入惰性气体－气提，即降低y
b.通入水蒸气－提高m,即提高y* c.降低系统的压力、提高温度
2.解吸塔的最小气液比
y2
x2
y1
吸收
解吸
y1
x1
y2
解吸塔的物料衡算：
L(x1 x2 ) G( y1 y2 )
G＝ x1 L y1
G,y2 L,x2
yx
dz
y+dy x+dx
G,y1
L,x1
气相：Gdy NAadz
Gdy Kya y y dz
G y1 dy
Z K ya y2 y y
N A K y y y
z
0
dz
y1 y2
G K ya
dy y y
L x1 dx
Z Kxa x2 x x
Kya－气相总体积吸收系数，kmol/m3.s
x2
x2max x1
最高浓度：x2 max=x*,Δy2=0,Z→∞ 吸收剂进口浓度的上限
（3）吸收剂用量的确定
L ＝1.1 ~ 2.0 L
G
G min
L G
ym
NOG
Z
即设备费降低
但L 操作费用提高
四、吸收塔的操作型计算
(1)操作型问题的命题 • 第一类：已知塔高Z、L、G、x2、y1，相平衡关系，
y4
•B
y3
E3
yN1
y2
y1 A
E1
E2
x0 x1
x2
x3
解析法求理论板数
x0
y1
平衡线方程：y=mx
y1
操作线方程：y=y1+L/G(x-x0)
由第一板下的截面到塔顶作物料衡算：
y2
y1
L G
x1
x0
y1 mx1
y2
y1
L G
y1 m
x0
(1
A) y1
Amx0
1
2
x1 y2
x2 y3
xN 2 y N 1
L
L k x a
y1
NOG＝
y2
dy y y
x1
NOL＝
x2
dx x
x
y1
NG＝
y2
dy y yi
x1
N
＝
L
x2
dx xi x
溶解度大、相平衡 关系为线性的体系 溶解度小、相平衡 关系线性的体系
溶解度中等、相平 衡关系为非线性的 体系
1 1 m Ky ky kx
G G L mG Kya kya kxa L
y1 y2
操作线：x
G L
(
y
y2
)
x2
dy y1 y2 d y
y1 y2
y
y
y
mx
b
y
m
G L
(y
y2 )
x2
b
1
mG L
y
mG L
y2
mx2
b
Ay
B
ym
y1 ln
y2 y1
y2
NOG
y1 y2
dy y y*
y1
y2
y1 y2 y1 y2
d
y y
y1 y2 ln y1 (y1 y2 ) y2
x2 y2
, G
y1
y1max
• A
y1
•A
y2 • B x2
y1max y1
x1 • A
y2
x2
x1
G L min
x1 x2 y1max y2
3.解吸塔高的计算
NOG
1 1 S
ln
1
S
y1 y2
mx2 mx2
S
NOL
1 ln 1 A
1
A
x1 x2
y2 / m y2 / m
A
Kxa－液相总体积吸收系数，kmol/m3.s
NA ky y yi kx xi x
G y1 dy
Z kya y2 y yi
L x1 dx
Z kxa x2 xi x
2.传质单元数与传质单元高度
令： G K y a
HOG称为气相总传质单元高度，m
y1
y2
K
dy y y L xa
HOG HG SH L
1 1 1 K x kx mky
L LG L Kxa kxa kya mG
HOL H L AHG
S
mG L
m L
G
脱吸因素
A
L
L G 吸收因素
mG m
HOG SHOL或NOG＝ANOL
3.传质单元数的计算
(1)平均推动力法：y*=mx+b
d y y1 y2
dy