化工原理精品课程课件11-12学时下

1、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 8.4.1 物料衡算与操作线方程 第八章 气体吸收一、全塔物料衡算 在工业中，吸收操作多采用塔式设备，既可采用气液两相在塔内逐级接触的板式塔，也可采用气液两相在塔内连续接触的填料塔。工业中以采用填料塔为主，故本节对于吸收过程计算的讨论结合填料塔进行。逆流吸收塔的物料衡算原料气：AB吸收剂：S尾气：B(含微量A)溶液：S+Aqn,V (kmolB/s)Y1 (kmolA/kmolB)qn,L (kmolS/s)X2 (kmolA/kmolS)qn,L(kmolS/s)X1(kmolA/km

2、olS)mnYXqn,V (kmolB/s)Y2 (kmolA/kmolB)填料塔在吸收塔的两端面间，对溶质A作物料衡算1,2,2,1,XqYqXqYqLnVnLnVn21,21,XXqYYqLnVn溶质A的吸收率121YYYA气体出塔时的组成Y2 AYY112一、全塔物料衡算二、操作线方程与操作线 吸收塔内任一横截面上，气液组成Y与X之间的关系称为操作关系，描述该关系的方程即为操作线方程。XqYqXqYqLnVnLnVn,1,1,1,1,XqqYXqqYVnLnVnLn 在 m-n 截面与塔底端面之间对组分 A 进行衡算，可得 逆流吸收塔操作线方程 同理，在 m-n 截面与塔顶端面之间作组分

3、 A 的衡算，得 2,2,XqqYXqqYVnLnVnLn操作线方程为直线斜率B (X1，Y1)T (X2，Y2)二、操作线方程与操作线 逆流吸收塔操作线方程VnLnqq,过点塔底塔顶 逆流吸收塔中的操作线2X2Y1Y1XTBXY*YY*=f(X)操作线推动力 斜率（液气比） VnLnqq,/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 吸收剂用量的确定一、最小液气比 在吸收塔的计算中，通常气体处理量是已知的，而吸收剂的用量需通过工艺计算来确定。在气量一定的情况下，确定吸收剂的用量也即确定液气比 。 VnLnqq,/ 液气比 的确定方法是，先求出吸

4、收过程的最小液气比 ，然后再根据工程经验，确定适宜（操作）液气比。 VnLnqq,/min,)/(VnLnqq 吸收塔的最小液气比2X2Y1YT1XBB1X*B*1XVnLnqq,min,)(VnLnqqY*=f(X）)(,VnLnqq最小液气比可用图解法求得 ：21212*121min,/XmYYYXXYYqqVnLnVnLnqXXYYq,2*121min,AVnLnmYYYmqq121min,)(一、最小液气比最小液气比最小溶剂用量纯溶剂吸收 吸收塔的最小液气比（非正常曲线）2121min,XXYYqqVnLnVnLnqXXYYq,2121min,Y*=mX二、适宜的液气比操作费用设备费用

5、填料层高度根据生产实践经验，取 min,)(0 . 21 . 1VnLnVnLnqqqqmin,0 . 21 . 1LnLnqq推动力适宜液气比适宜溶剂用量Lnq,VnLnqq,处理量 一定Vnq,动力消耗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 塔径的计算塔径的计算 工业上的吸收塔通常为圆柱形，故吸收塔的直径可根据圆形管道内的流量公式计算： 注意v计算塔径时，一般应以塔底的气量为依据。 uqDVV,4v计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速u 。 吸收塔直径计算式v计算塔径时， 采用操作状态下的数据。 VVq,8.4

6、 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 1. . 基本计算公式 填料塔为连续接触式设备，随着吸收的进行，沿填料层高度气液两相的组成均不断变化，塔内各截面上的吸收速率并不相同。为解决填料层高度的计算问题，需要对微元填料层进行物料衡算。微元填料层的物料衡算在微元填料层内对组分A作物料衡算： dXqdYqdqLnVnGnA,dZaNdANdqAAGnA,填料总比表面积填料润湿比表面积aW填料有效比表面积ata一、传质单元数法 填料有效比表面积m2/m3吸收塔截面积m2

7、由吸收速率方程式 XXKYYKNXYA*代入可得dYqdZaYYKdqVnYGnA,*dXqdZaXXKdqLnXGnA,*一、传质单元数法 整理可得 dZqaKYYdYVnY,*dZqaKXXdXLnX,*在全塔范围内积分12*,YYYVnYYdYaKqZ12*,XXXLnXXdXaKqZ一、传质单元数法 填料层高度基本计算公式2. . 传质单元高度与传质单元数21ttpcctTdtdKncWL12TphhTtTdTdKncWL比较：换热器的换热管长度基本计算公式ccNTUHL)(hhNTUHL)(一、传质单元数法 传热单元长度传热单元数传热单元长度传热单元数一、传质单元数法 分析令aKqH

8、YVnOG,气相总传质单元高度气相总传质单元数ZHNOGOG12*YYOGYYdYN m)(m/ms)(m(kmol/m(kmol/s)2322,aKqYVn令aKqHXLnOL,12*XXOLXXdXN液相总传质单元高度液相总传质单元数OLOLNHZ 一、传质单元数法 填料的有效比表面积 a 很难确定，通常将 KY a 及KX a 作为一体kmol/(m3s) KX a 液相总体积吸收系数KY a 气相总体积吸收系数HOG 的物理意义aKHYOG1KYNAHOG HOG 是反映吸收速率大小因数，HOG 越小，吸收速率越大。*)(YYKNYA一、传质单元数法 NOG 是反映吸收分离难易程度的因

9、数，NOG 越大，吸收分离的难度越大。OGOGNHZ ZNOGHOG 一定吸收分离的难度一、传质单元数法 NOG 的物理意义3. . 传质单元数的求法(1) 解析法 脱吸因数法 设平衡关系为bmXY*由操作线方程，可得 2,2YYqqXXLnVn一、传质单元数法 直线关系12*YYOGYYdYN1222,YYLnVnOGbXYYqqmYdYN一、传质单元数法 由代入得LnVnqmqS,令脱吸因数为平衡线斜率与操作线斜率的比值 。一、传质单元数法 脱吸因数12)(1*22YYOGYSYYSdYN则积分并化简，可得 SYYYYSSNOG*22*211ln11适用条件一、传质单元数法 同理，可导出A

10、YYYYAANOL*11*211ln11VnLnmqqA,吸收因数吸收因数为操作线斜率与平衡线斜率的比值 。平衡关系为直线 NOG *22*21YYYY关系曲线图OGN2YS计算填料层高度计算尾气浓度计算吸收剂用量 对数平均推动力法 由于21*2*1212121*2*1,YYYYYYXXXXYYqqmSLnVn 212121*22*111YYYYYYYYYYS所以一、传质单元数法 212121lnYYYYYYNOG可导出令 *22*11*22*112121lnlnYYYYYYYYYYYYYm则mOGYYYN21一、传质单元数法 对数平均推动力 同理，可导出NXXXOLm12 2*21*12*2

11、1*12121lnlnXXXXXXXXXXXXXm其中一、传质单元数法 适用条件平衡关系为直线 若221YYYm一、传质单元数法 22121YY 或22121XX 则 或221XXXm可用算术平均值代替对数平均值(2) 数值积分法 辛普森(Simpson)数值积分法 Nf Y dYOGYYn0 1314 nYfYfYf nYfYfY03/YYYnn0 *1YYYf2422 nYfYfYf一、传质单元数法 适用条件平衡关系为曲线二、等板高度法 1. . 基本计算式 等板高度法是依据理论级的概念来计算填料层高度，故又称为理论级模型法。 设填料层由N级组成，在每一级上气液两相密切接触，溶质组分由气相

12、向液相转移。若离开某一级时，气液两相的组成达到平衡，则称该级为一个理论级。 吸收塔的理论级模型Ym Xm 平衡关系Ym1 Xm 操作关系 设完成指定分离任务所需理论级为NT，则所需的填料层高度可按下式计算：HETPNZT 填料层等板高度的意义：分离效果与一个理论级的作用相当的填料层高度。 二、等板高度法 理论级数等板高度2. . 理论级数的确定 (1) 逐级计算法 设 平衡关系 mXY*(a)操作关系 (b)(2,2,XqqYXqqYVnLnVnLn二、等板高度法 由 YI =Y2XIY X Y XNYN+1Y1二、等板高度法 (a)(b)(a)(a)(a)(b)(b)逐级计算过程如下 (2) 梯级图解法 梯级图解法求理论级数的具体步骤是：首先在直角坐标系中标绘出操作线及平衡关系曲线，然后，在操作线与平衡线之间，从塔顶(或塔底)开始逐次画阶梯直至与塔底(或塔顶)