8.3 吸收或解吸塔计算

H OG
G K ya
kmol 2 m s m 单位： kmol 3 m 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。
HOG的物理意义： z H OG , y1-y2=(y-y*)m

y1
y2
dy 1 y y
ya xa x a max xb
经济上：xa h0 设备费用 但解吸费用 须综合考虑
（3）吸收剂用量的确定
吸收剂进口浓度的上限
L L ＝1.1 ~ 2.0 G G min
L Δ y m N OG h 即设备费降低 G 但L 操作费用提高
y3 y1 L x2 x0 ＝y1 L y2 x0 y1 Ay2 Amx0 G G m
x a x0
1
2
y a y1
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y1 x1 y 2 x2 y3
x N 2 y N 1
N－ 1
N
x N 1 y N xb x N
yb y N
xb
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、yb 、分离要求η 或ya、相平衡关系
3.设计条件的选择
(1)流向：逆流的推动力较大
(2)吸收剂进口浓度
yb
技术上：xa ym h0
最高浓度： xamax=x*,Δ ya=0,h0→∞
y1 A A 1 y1 Amx0 Amx0 A2 A 1 y1 ( A2 A)mx0


y N 1 A N A N 1 A 1 y1 ( A N AN 1 A2 A)mx0


yN 1 AN AN 1 L A 1 y1 ( AN AN 1 L A2 A)mx0 A 1 A 1 y1 mx0 mx0 A 1 A 1 N 1 y1 mx2 AN 1 1 y N 1 mx0 A 1 ( A 1) y mx A 1 ( A 1) x0 2 2 y1 mx0 A 1
(2)一定，S NOG h0
（3）图解积分法
（4）近似梯级法
三、吸收塔的设计型计算
1. 计算公式
相平衡式：y f x
G h0 K ya
yb
G 操作线：x y yb xb L

ya
dy y y
L dx h0 K x a x x x a
低浓度吸收时的最小液气比
斜率 L/G
yb
A
B B B
yb
ya xa xb xb
ya xa xb xb
y
L x x a y a G
y y L b a G min xb xa
L L ＝1.1 ~ 2.0 G G min
y1-y2=(y-y*)
总结
1 1 m K y k y kx
1 1 1 K x k x mk y
G G L mG K ya k ya kxa L
L L G L K x a k x a k y a mG
HOG H G SH L H OL H L AH G
B
y b
x b
P
y
x
N OG
yb y a yb ya , ym yb ym ln ya
N OL
xb xa x xa , xm b xb xm ln xa
(2)脱吸因素法
mG mG y y 1 ya mxa ) y ( L L 1 S y Sya mxa
a－单位体积填料层的有效传质面积，m2/m3
N A K y y y K x x x
G,yb
L,xb
dh
气相：Gdy N A adh
Gdy K y a y y dh
N A K y y y
h0





dh
0
G dy K ya y y ya
L 设备费降低 G 但L 操作费用提高
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
G,ya
y x
L,xa
1. 吸收过程基本方程式
对dz微元段：
气相：Gdy N Aadh 液相：Ldx N Aadh
y+dy x+dx
L b dx h0 k x a x xi x a
x
2.传质单元数与传质单元高度 G 令： H OG 称为气相总传质单元高度，m K ya yb dy y y N OG 称为气相总传质单元数，无因次 ya
b L dx H OL , N OL Kxa xa x x b G dy HG , NG kya y yi ya b L dx HL, NL kxa x x xa i
G、L随塔 高而变
Ga,ya
La,xa
G b yb La xa G a ya Lb xb
G B Yb Ya Ls X b Xa
2.操作线方程
Ls Ls X X a Ya或Y X X b Yb Y GB GB L L y x x a y a或y x xb y b G G
y4
y3
yN 1
B
E3
N－ 1 N
x N 1 xN
yN
y2 y1
A
E1
E2 x2
x3
x 0 x1
解析法求理论板数 平衡线方程：y=mx 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： L y2 y1 x1 x0 y1 mx1 G L y1 y2 y1 x0 (1 A) y1 Amx0 Gm 由第二板下的截面到塔顶作物料衡算：
Yb
斜率 减小
B
Yb
Ya
A
Ya
Xa
Xb
Xb

Xa
Xb
X b,max
LS X X a Ya Y GB
最小液气比
Ls Y Y b a G B min X b X a
Ls Ls ＝1.1 ~ 2.0 G GB B
min
* x
2.解吸塔的最小气液比
ya xa
y 2 max
A A
y2
y2
y1
B
xa
xb
吸收
解吸
y 2 max
A
y2
yb
xb
y1
y1
xa
解吸塔的物料衡算： L( xb x a ) G ( y 2 y1 ) G xb x a ＝ , G y 2 L y 2 y1
xb
xb x a G L min y 2 max y1
3.解吸塔高的计算
N OG
1 y1 mx2 ln 1 S S 1 S y2 mx2
ya
xa
y2
NOL
x1 y2 / m 1 ln 1 A A 1 A x2 y2 / m
Y
LS X X a Ya GB
并流吸收塔的操作
L L y x x a y a或y x xb yb G G
G,ya L,xa
ya
yb
A
斜率
L G
B
y
x
xa
xb
G,yb
L,xb
并流操作的塔
3.吸收剂用量的确定与最小液气比
斜率 Ls/GB
x
h0 H OG NOG
h0 H OL NOL
y
h0 H G NG
h0 H L N L
x
填料层高度 传质单元高度 传质单元数
(1)传质单元数
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
yb ya xb yb
h0 H OG NOG
h0 H OL NOL
L H OL＝ K xa
h0 H G NG
h0 H L N L
G H G＝ kya L H L＝ kxa
dy y yi
N L＝
dx x x xa i
3.传质单元数的计算
(1)平均推动力法：y*=mx+b
x
yb
G h0 K ya
yb

ya
dy y y
L b dx h0 K x a x x x a
Kya－气相总体积吸收系数，kmol/m3.s
Kxa－液相总体积吸收系数，kmol/m3.s
N A k y y yi k x xi x
y
G b dy h0 k y a y a y yi
第三节 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
Gb、Ga－气体入塔、出塔流率，kmol/s Lb、La－液体入塔、出塔流率，kmol/s
yb
y1
六、塔板数
x0 y1
• 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。
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：y n f ( xn )
yN G y L x L xN 1 1 1 0 0 G G
1 2
x1 y 2
x2 y3
x N 2 y N 1
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h、L、G、xa、yb，相平衡关系，Kya、
Kxa，求：气液的出口浓度ya、xb。 • 第二类：已知h、G、ya、yb，相平衡关系，Kya、Kxa， 求：吸收剂用量L及其出口浓度xb。 (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 K x x x
解吸：N A K y
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
y －y K x x
G 操作线：x y yb xb L
G y y y mx b y m y yb xb b L mG mG 1 y( yb mxb b) Ay B L L
A
x a y a
S
mG m 脱吸因素 L L G
L L A G 吸收因素 mG m
H OG SH OL或N OG＝AN OL
使用场合
溶解度大(气膜 控制)的体系 溶解度小(液膜 控制)的体系 中等溶解度、 相平衡关系为 非线性的体系
填料层高度
传质单元高度
G H OG＝ K ya
传质单元数
dy y y ya xb dx N OL＝ x x xa N OG＝ N G＝

NOG
1 yb mxa ln (1 S ) S 1 S ya mxa S yb mxa ln (1 S ) S 1 S ya mxa
NOL SNOG
讨论：
yb mxa (1) S一定，吸收率 N OG h0 ya mxa
G,y L,x Gb,yb Lb,xb
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。
操作线方程的图示
操作线 平衡线
Yb
B M A
yb
B
Y
Ya
y
ya

A
Xa
X
Xb
xa
x
xb
L y x x a y a G L LS X X b Yb 或Y 或y x xb y b GB G 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。