化工原理_26低组成气体吸收的计算_等板高度法

1、8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程 第八章 气体吸收 8.4.2 吸收剂用量的确定 8.4.3 塔径的计算 8.4.4 吸收塔有效高度的计算 一、传质单元数法 二、等板高度法 (3) 解析法 (克列姆塞尔法) 依次使用操作线方程和平衡方程，经推导可得 1 1 1 * 21 21 T T N N A AA YY YY 平衡关系 bmXY* 操作关系 )( 2 , , 2 , , X q q YX q q Y Vn Ln Vn Ln 二、等板高度法 克列姆塞尔方程 溶质的吸收率 1 21 Y YY A 溶质的最大吸收率 1 * 21 max, Y YY A 溶质的相对吸

2、收率 * 21 21 max, YY YY A A 1 ln 1 ln A A NT 代入整理得 二、等板高度法 克列姆塞尔方程 克列姆塞尔算图 进一步整理得 AYY YY AA NT 11 1ln ln 1 * 22 * 21 整理可得 1 ln S S N N T OG 或 1 ln A A N N T OL 二、等板高度法 克列姆塞 尔方程 NT * 22 * 21 YY YY 关系曲线图 8.7.1 塔填料 第八章 气体吸收 8.5 吸收系数 8.6 其他吸收与解吸 8.7 填料塔 一、填料的类型 (1) 环形填料 拉西环 勒辛环 十字隔 板环 螺旋环 鲍尔环阶梯环 扁环 改变通量，改

3、善气液流动状况 增加填料比表面积 1.散装填料 拉西环鲍尔环 阶梯环扁环 (2)鞍形填料与环鞍形填料 弧鞍填料改进矩鞍填料矩鞍填料 与环形填 料相结合 环矩鞍填料 一、填料的类型 弧鞍填料矩鞍填料 金属环矩鞍填料 (3)球形填料与花环填料 球形填料 v 多面球填料 v 花环填料 通常用塑料注塑而成 v TRI球形填料 v 共轭环填料 v 海尔环填料 v 纳特环填料 花环填料 一、填料的类型 多面球形填料TRI 球形填料 花环填料海尔环填料 共轭环填料纳特环填料 塑料异型环 矩鞍填料 (1)格栅填料 格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的， 具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为 木格

4、栅填料。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填 料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等。格栅填料的 比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防 堵等场合。 2.规整填料 一、填料的类型 木格栅填料格里奇格栅填料 (2)波纹填料 目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填 料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波 纹与塔轴的倾角有30和45两种，组装时相邻 两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相 邻的两盘填料间交错90排列。 波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填 料两大类。 一、填料的类型 金属孔板波纹填料金属丝网波纹填料 陶瓷板波纹填料塑料板波纹填料 二、填料的性能及其评价 (1)比表面积 单位

5、体积填料层的表面积称为比表面积，以 表示，其单位为 m2/m3。 传质面积传质效率 流动阻力 生产能力 分析 t a t a t a 1.填料的几何特性 (2)空隙率 单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以 表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。 流动阻力塔压降 生产能力 传质效率 流动阻力 分析 二、填料的性能及其评价 (3)填料因子 填料的比表面积与空隙率三次方的比值称为填 料因子，以 表示，其单位为1/m。 3 t a 分析 传质效率 流动阻力 生产能力 t a 二、填料的性能及其评价 干填料 因子 二、填料的性能及其评价 2.填料的性能评价 填料的性能评价指标 v 生产能力大 v 传

6、质效率高 v 填料层压降低 v 操作弹性大 v 造价低 9 种填料综合性能评价 填料名称 评估值 评 价 排序 丝网波纹填料 0.86 很好 1 孔板波纹填料 0.61 相当好 2 金属Intalox填料 0.59 相当好 3 金属鞍形环填料 0.57 相当好 4 金属阶梯环填料 0.53 一般好 5 金属鲍尔环填料 0.51 一般好 6 瓷Intalox填料 0.41 较好 7 瓷鞍形环填料 0.38 略好 8 瓷拉西环填料 0.36 略好 9 二、填料的性能及其评价 练 习 题 目 思考题 作业题: 13、14 1.气提解吸的计算与吸收的计算有何异同？ 2.填料有哪些主要类型？ 3.填料的

7、几何特性包括哪些参数？ 4.评价填料性能有那些指标？ 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算 第八章 气体吸收 8.5 吸收系数 吸收系数是吸收过程计算的关键。吸收系数不 仅与物性、设备类型、填料形状和规格等有关，而 且还与塔内流体流动状况、操作条件密切相关。 吸收系数的获取途径 实验测定 经验公式计算 准数关联式计算 获取吸收 系数途径 8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算 8.5.1 吸收系数的测定 第八章 气体吸收 8.5 吸收系数 一、实验装置与

8、流程 实验测定是获得吸收系数的根本途径。实验测 定一般在已知内径和填料层高度的中间实验设备上 或生产装置上进行，用实际操作的物系，选定一定 的操作条件进行实验。 水吸收氨过程吸收系数的测定实验流程 二、测定方法 测定数据： 计算进塔气体组成 Y1 操作温度 t 操作压力 P 出塔气体组成 Y2 出塔液体组成 X1 空气流量 Vn q , 水流量Ln q , 氨气流量 An q , 总体积吸收系数KY a 计算公式： 三、吸收系数的计算 mY Vn Y YY aK q Z 21 , )()( 21,21, XXqYYqq LnVnGn A mP Gn m Vn Y YV q Y YYq aK A

9、 ,21, )( 8.5.1 吸收系数的测定 第八章 气体吸收 8.5 吸收系数 8.5.2 吸收系数的经验公式(选读) 8.5.3 吸收系数的准数关联式 一、准数关联式中常用的准数 1.施伍德(Sherwood)数 气相施伍德数 AB Bm GG D l P RTp kSh AB Sm LL D l C c kSh 液相施伍德数 施伍德数为量纲 为一的吸收系数 特征尺寸 2.施密特(Schmidt)数 气相施密特数 ABG G G D Sc 液相施密特数 施密特数反映物性 对吸收过程的影响 ABL L L D Sc 一、准数关联式中常用的准数 3.雷诺(Reynolds)数 气相雷诺数 G

10、GGe G ud Re 液相雷诺数 L LLe L ud Re 一、准数关联式中常用的准数 填料层当 量直径 P S 4 e d H r4 润湿周边长 填料层空隙截面积 4 填料层高度 填料层高度 塔截面积 润湿周边长 填料层高度 填料层高度 塔截面积 填料层空隙截面积 4 t a 4 一、准数关联式中常用的准数 填料层空隙率 填料比表面积 填料塔中气相雷诺数 一、准数关联式中常用的准数 G气相空塔质量速度，kg/(m2s) GtGt G Gt G Gt G G a G a u a u a u Re 44 4 4 0 Gt G a G Re 4 实 际 气 速 空 塔 气 速 填料塔中液相雷诺

11、数 一、准数关联式中常用的准数 W液相空塔质量速度，kg/(m2s) 雷诺数反映流动状况对吸收过程的影响 Lt L a W Re 4 4.伽利略(Gallilio)数 Ga gl L L 32 2 伽利略数 伽利略数反映重力 对吸收过程的影响 一、准数关联式中常用的准数 重力加 速度 液相在填料塔内靠重力下流，故与重力场有关。 5.彼克列(Peclet)数 气相彼克列数 彼克列数反映混合特 性对吸收过程的影响 液相彼克列数 AB Le LLL D ud ScPe Re AB Ge GGG D ud ScPe Re 一、准数关联式中常用的准数 填料塔内存在气、液两相的返混。 传质 效率 降低 气

12、膜吸收系数的准数关联式 )()()(Re GGGG PeScASh 液膜吸收系数的准数关联式 )()()()(Re LLLL PeGaScASh 吸收系数的准数关联式公式(选读) 二、吸收系数的准数关联式 第八章 气体吸收 8.5 吸收系数 8.6 其他吸收与解吸 8.6.1 其他吸收过程(选读) 8.6.2 解吸(脱吸) 一、解吸的原理与应用 吸收解吸 气相中的溶质 向液相中溶解 液相中的溶质 向气相中释放 低温、高压高温、低压 应用场合 v溶剂昂贵；不易获得 v吸收溶质为目的产物 传质 方向 操作 条件 二、化工中常用的解吸方法 解吸 方法 加热解吸 加入气提气，降低溶质的分压。 吸收在加

13、压下进行，通过减压进行解吸。 对吸收液加热，通过升温进行解吸。 加热减压联合进行，提高解吸程度。 气提解吸 减压解吸 加热减压联合解吸 脱碳系统吸收液的减压解吸工艺流程 1吸收塔 2闪蒸罐 3溶剂泵 4解吸塔 2.2 MPa 0.6 MPa 0.1 MPa 脱碳系统吸收液的减压气提解吸工艺流程 1吸收塔；2闪蒸罐；3溶剂泵；4解吸塔；5气提解吸塔 2.2 MPa 0.6 MPa 0.1 MPa 三、气提解吸的计算 从原理上，气提解吸与逆流吸收是相同的，只 是在解吸中传质的方向与吸收相反，吸收过程的操 作线在平衡线的上方，而解吸过程的操作线在平衡 线的下方。因此，吸收过程的分析方法和计算方法 均适用于解吸过程。 气提解吸过程示意图 1.操作线方程 气提解吸操作线方程可通过物料衡算获得 三、气提解吸的计算 气提解吸操 作线方程 22 , , )(YXX q q Y Vn Ln 或 11 , , )(