6.3吸收(或)塔的计算

1、第四节 吸收(或解析)塔的计算 吸收与解吸的不同点：推动力和传质方向相反。 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： 吸收剂的用量及吸收液的浓度 填料塔的填料层高度或板式塔的塔板数1.塔直径，可由处理气量及塔的操作气速决定。一一、物料衡算、物料衡算全塔物料衡算bbaaaabbG yL xG yL xLb,xbGb,ybGa,yaLa,xaGb、Ga气体入塔、出塔流率，kmol/(m2.s)La 、Lb 液体入塔、出塔流率，kmol/(m2.s)GB气体中惰性组分B的流率，kmol/(m2.s)G、L随塔高而变LS液体中纯溶剂S 的流率，kmol/(m2.

2、s)()()BbaSbaGYYLXX100%babYYY吸收率 11BbbaaGGyGy11SaabbLLxLx1yYy1xXx BSG YALXA气 相 中的 量 液相 中的 量2、操作线方程G,y L,x如用Y、X浓度表示，则操作线方程为：对塔顶到任一截面作物料衡算：吸收操作中，G、L随塔高变化，而GB、LS则不随塔高变化。YX之间的关系为一线性关系，而yx之间的关系不为线性关系。Lb,xbGb,ybGa,yaLa,xa逆流操作的塔由前式知，如用y、x浓度表示，操作线方程为：操作线上任意一点代表塔内某一截面上的气、液相组成的大小。BSaaaSG YL XG YL XGyLxLaaaayxG

3、GaaaaG yL xG yL x ()SaaBLYXXYGbbbbLG yL xyxGG()SbbBLYXXYG或对塔底到任一截面作物料衡算：操作线方程的图示AayaxBbybx xyAaYaXBbYbX当低浓度吸收（进气浓度低于510）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。MYXaaaaLG yL xyxGG()SaaBLYXXYG()aaLyxxyG（塔底）（塔顶）（塔底）（塔顶）并流吸收塔的操作L,xbG,ybG,yaL,xa并流操作的塔AayaxBbybx并流操作的操作线方程并流操作的操作线GL斜率yxaaG yyL xx()aaLyy

4、xxG从塔顶到任一截面作物料衡算：（塔顶）（塔底）3.吸收剂用量的确定与最小液气比AaYaXBbYbXmaxbXSaaBLXXYGYmaxminSbabaBbabaLYYYYGXXXXmin1.1 2.0SSBBLLGG适 宜 液 气 比 :bX最小液气比maxbXbYaYaX低浓度吸收时的最小液气比低浓度吸收时的最小液气比最小液气比bybx最小液气比byayax*bxaayxxGLyababxxyyGL*min操作费用提高但设备费降低LGLmin1.1 2.0LLGG适宜液汽比 倍bxBayaxAB*bxB 实际选：1.21.5倍二、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

5、、L(GB、LS)不随塔高变化吸收过程为等温传质系数为常数吸收过程基本方程式L,xbG,ybG,yaL,xa逆流操作的塔h0hdhyy+dyxx+dx对高度dh微元段：adhNGdyA气相：ALdxN adh液相：a单位体积填料层的有效传质面积，m2/m3adh-单位体积填料层提供的有效传质体积G、L气体、液体的摩尔流率，kmol/m2.sNA组分A的传质速率，kmol/m2.sxxKyyKNxyAadhNGdyA气相：yyKNyAdhyyaKGdyyyydyaKGdhbayyyh00bayyiyyydyakGh0baxxxxxdxaKLh0Kya气相总体积吸收系数，kmol/m3.sKxa液

6、相总体积吸收系数，kmol/m3.sxxkyykNixiyAbayyyyydyaKGh0baxxixxxdxakLh0以气相或液相为推动力表示：同样可推出液相:2、传质单元数与传质单元高度OGyGHmK a令： 称为气相总传质单元高度，,baxOLOLxxLdxHNK axxOGOGNHh0OLOLNHh0,bayGGyiyGdyHNk ayyGGNHh0,baxLLxixLdxHNk axxLLNHh0bayOGydyNyy 称为气相总传质单元数，无因次传质单元数传质单元高度填料层高度(1) 传质单元数 N NOGOG仅与气体的进出口浓度、相平衡关系有关，与塔的结构、操作条仅与气体的进出口浓

7、度、相平衡关系有关，与塔的结构、操作条件件(G(G、L)L)无关，反映分离任务的难易程度。无关，反映分离任务的难易程度。(2) 传质单元高度 HOG与操作条件与操作条件G G、L L、物系的性质、填料几何特性有关，反映吸收设、物系的性质、填料几何特性有关，反映吸收设备性能的高低。其值由实验确定，一般为备性能的高低。其值由实验确定，一般为0.151.50.151.5米。米。HOG的物理意义：aKGHyOGmsmkmolsmkmol32单位：01,bayOGydyhHyy 当时yb-ya=(y-y*)myb-ya=(y-y*)mbayOGydyNyy 无因次总结xyykmkK11LmGakLakG

8、aKGxyyOLOGOLOGANNSHH或yxxmkkK111mGLakGakLaKLyxxGLOLAHHHLGOGSHHHOGOGNHh0aKGHyOGbayyOGyydyNOLOLNHh0aKLHxOLbaxxOLxxdxN GGNHh0akGHyGbayyiGyydyN LLNHh0akLHxLbaxxiLxxdxN 脱吸因数GLmLmGS吸收因数mGLmGLA填料层高度传质单元高度传质单元数使用场合溶解度大或中等的体系溶解度小或中等的体系相平衡关系为非线性的体系3、传质单元数的计算方法(1)对数平均推动力法 bxaxaybybbbyyyaaayyybbbxxxaaaxxxlnbamba

9、yyyyy令:lnbambaxxxxx令,babababadyyyyydydydyyyyy *ln()bbaayybababOGbabaayydydyyyyyyNyyyyyyyybaOGmyyNybaOLmxxNxab(2)脱吸因数(S=mG/L)法：讨论：baaOGaaymxSyNhymx一定，提高吸收率 hNSmxymxyOGaaab不变一定，1ln111baybaOGaaaaydyymxbNSSS ySymxbSymxb1ln11baOGaaymxNSSSymxln11baOLOGaaSymxNSNSSSymx平衡线为直线: y*=mx+b()aaGxyyxL操作线：()1aaaaGmG

10、mGyyymxbymyyxbyymxbLLL三、吸收塔的设计型计算1、计算公式：ababxxLyyG物料衡算式： xfy 相平衡式：吸收过程的基本方程式：bayyyyydyaKGh0baxxxxxdxaKLh02、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 、分离要求或ya、相平衡关系3、设计条件的选择0 xyham 技术上：最高浓度：xamax=x*, ya=0, h00,axh经济上设备费用 但解吸要求高,费用需综合考虑：(1) 流向：逆流的推动力较大(2) 吸收剂进口浓度byaybxax吸收剂进口浓度的上限maxax（3）吸收剂用

11、量的确定：mOGLyNhGL 即设备费降低但操作费用提高min0.21.1GLGL四、吸收塔的操作型计算操作型问题的命题 第一类：已知塔高h0、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h0、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、解五、解 吸吸1、解吸的方法：a.通入惰性气体气提，即降低yb.加热使液体升温提高气液平衡常数m mc.降低系统的压力提高气液平衡常数m2、解吸塔高的计算: 方法与吸收塔

12、相似，只是推动力与吸收时相反式中：y1解吸气入塔浓度xxKyyKNxyA吸收：AyxNKyyKxx解吸：111/ln11/bOLaxymNAAAxym1ln11baOGaaymxNSSSymx3、解吸塔的最小气液比吸收解吸byaybxax1y2y1ybxB2yaxAA Amax2y21221()(),ababL xxGyyGxxGyLyy解吸塔的物料衡算：2max1minabGxxLyy1ybx2yaxmax2yA（塔顶）（塔底）六、吸收塔的理论塔板数六、吸收塔的理论塔板数 板式塔与填料塔的区别在于气液两相的接触是在塔板上进行的，故组成沿塔高是阶跃式而不是连续变化的。 121NN1y1yya2

13、y3y1x2x0 xxa2NxNbxx 1NbyyNy1Nx1Ny理论板：气液两相在塔板上充分接触，传质、传热达平衡。)(nnxfy 相平衡关系：1x1E2yA1y0 xBbybx意图解法求理论塔板的示3E2x2E3y图解法求理论板数图解法求理论板数P1P2解析法求理论板数解析法求理论板数平衡线方程：y=mx操作线方程：y=ya+L/G(x-xa)121NN1y1yya2y3y1x2x0 xxa2NxNbxx 1NbyyNy1Nx1Ny由第一板下的截面到塔顶作物料衡算：aaxxGLyy1211mxyyaaaaaaAmxyAxmyGLyy)1 (2由第二板下的截面到塔顶作物料衡算：aaaaaaaaaaaamxAAyAAAmxAmxyAAyAmxAyyxmyGLyxxGLyy)(11222223aNNaNNNmxAAAAyAAAy)(12111aaNaNmxyAAmxy1111121NN1y