化工原理----吸收塔的计算

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 相平衡方程式 吸收基本方程式
G( y1 y2 ) L( x1 x2 )
煤气量
G 1200kmol / h 0.333kmol / s
2
洗油循环量
L 0.160 0.333 5.32 10 kmol / s
28
洗油出塔摩尔分数为
G x1 x2 ( y1 y2 ) L 1 0.005 (0.02 0.001) 0.124 0.16
④所需填料层高度为
H NOG HOG 9.79 0.61 6.0m
13
方法2：
1 y1 1 NOG ln 1 1 A y2 A 1 A 1 m 1.2 A L 1.37 G 1
N OG
1 1.2 0.02 1.2 ln 1 9.76 1.2 1.37 0.001 1.37 1 1.37
y1 0.0521 x1 x1 0.05 0.0083 m 1.25
24
y2 x2 x2 0.005 m
xm 0.0065
H H OL NOL x1 x2 L L NOL Kxa mK y a xm
H 16.6m
25
例9-6 解吸气流量的计算
x2
4
2、吸收剂再循环的分析及应用
L
L G
B'
L L G
x 1'
' x1
部分吸收剂再循环的定常态操作
吸收热效应明显的物系
5
吸收剂入塔浓度 物料衡算
Lx2 Lx1' L Lx
Lx2 Lx1' x2 L L
'
' 2
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。 6
⑵解吸塔 因过热蒸汽不含苯，y2=0 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
x1 x2 0.124 0.005 G 0.304 0.391 0 L min y1e y 2
操作气液比
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。 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
传质单元数
NOG
y1 y2 0.02 0.001 9.79 3 ym 1.94 10
12
③求传质单元高度
气相流率
G

0.025 4 1
2
0.0318kmol / ( s m )
2
传质单元高度
H OG
G 0.0318 0.61m K y 0.0522
解 xb 吸yb 剂 低浓端
G ya
高浓端ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L xa
传质方向
Lx
逆流解吸塔
17
解吸塔的设计型问题（气提）
（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
L x x1 L L y y1 x y1 x1 G G G
如果气液平衡关系满足亨利定律
y xe m
21
解吸因数法求传质单元数
NOL
y2 x 1 1 m A ln 1 A y2 1 A x2 m
A
L
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：
（1）过热蒸汽的用量；
y1 0.02 x1e 0.16 m 0.125
吸收塔的最小液气比
y1 y2 0.02 0.001 L 0.123 G min x1e x2 0.16 0.005
27
实际液气比
L L 1.3 1.3 0.123 0.160 G G min
L x1 dx H K x a x2 x xe
G y1 dy H K y a y2 ye y
20
平均推动力法求传质单元数
NOL
x1 x2 xm
x1 x2 ( x1 x1e ) ( x2 x2 e ) xm x1 ( x1 x1e ) ln ln x2 ( x2 x2 e )
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？
解题分析：
L L 1.2 已知y1、y2、x2、Kyα、m、qn、D、 G G min
9
根据吸收过程基本方程 填料层高度计算式
H HOG NOG
平均推动力法求传质单元数 y1 y1 y2 dy N OG y2 y y ( y1 y1e ) ( y2 y2 e ) ( y1 mx1 ) ( y2 mx2 ) e y1 y1e y1 mx1 ln ln y2 mx2 y2 y2 e 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( x1 x2 ) x1 G ( y1 y2 ) x2 L y1 y2 L L 1.2 1.2 G x1e x2 G min G qn H OG G K y A qn已知，A可以计算求取；
G G 1.2 1.2 0.304 0.365 L L min
G K y

y1
y2
dy y ye
10
解：①求液相出口摩尔分数 最小液气比
y1 y 2 y1 y 2 0.02 0.001 L 1.14 y1 0.02 0 G min x1e x 2 x2 1.2 m
实际操作液气比
L L 1.2 1.2 1.14 1.37 G G min
y1 x1e 0.01 2
15
y1 y2 L 1.8 G min x1e x2
y1 y2 L L 2.0 3.6 G G min x1 x2 解得x1 0.005 ( y1 - y1e ) - ( y2 - y2 e ) ym 0.005 ( y1 - 2 y1e ) ln ( y2 - y2 e ) y1 y2 NOG 3.6 ym
解得液相出口摩尔分数 G y1 y 2 y1 y 2 0.02 0.001 x1 x 2 0.0139 L L 1.37 G 11
②求传质单元数 平均推动力
( y1 y1e ) ( y2 y2 e ) y m y1 y1e ln y2 y2 e ( y1 mx1 ) ( y2 mx2 ) 3 1.94 10 y1 mx1 ln y2 mx2
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
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
G1 y1 G2 y2 y2 1 回收率 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 。
x 2的最高允许浓度为：x 2 x 2 ,e y2 ，此时，ym 0, H m
y2
x2增加对传质推动力的影响
7
返混
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
y2
x2
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
18
（2）解吸塔的最小气液比
已知：L 、 x1 、 y2 ， 规定 x2
L
G
19
x1 x2 G L min y1e y2 G G n L L min
y1e mx1
x1 x 2 y1 y 2 G L
（3）解吸塔填料层高度的计算
（2）所需填料层的高度。
23
解：
0.05 0.005 G (1)G L 1.2 0.03 1.2 1.25 0.05 L min 0.0259kmol / m s
2
x1 x2 0.05 0.005 y1 y2 0.0521 G 0.0259 L 0.03
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。
ye mx
G y1 dy H HOG NOG K y y2 y ye L x1 dx H H OL NOL K x 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： y1、G、相平衡关系、分离要求(y2或η)
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
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： y 0.02 1
y2 0.02 (1 0.9) 0.002 x2 0
H NOG H OG 2.88m
Y1e 2 x1 0.01 y2e 0
16
3、解吸（脱吸）
1、解吸方法 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 常用的解吸剂有惰性气体、水蒸气或贫气等G y （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