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文档简介

高浓度气体吸收填料层高度的计算高浓度气体吸收的特点气、液相流率沿塔高是变化的吸收过程是非等温的吸收的溶质量大,产生的溶解热能使两相温度显著升高,相平衡关系也将沿塔高变化。温度升高,对吸收不利,但可以增加传质分系数。传质系数沿塔高变化大。吸收塔的计算低浓度吸收时,漂流因子近似等于1,因而传质系数与浓度无关。高浓度吸收时,漂流因子的影响不可忽略,因而传质系数与浓度有关,而浓度是沿塔高变化的,所以传质系数亦沿塔高变化。液相漂流因子常可忽略。另外,沿塔高流动状态的变化也将导致传质系数的变化。mBm

Bmyp

DP

P

P

k

kk

1

y10y0yRT

p液相传质系数m1

k

0吸收塔的计算吸收过程为组分A通过停滞组分B的扩散过程。按双膜理论,气相传质系数21吸收塔的计算计算公式(低浓度气体吸收)相平衡关系Y

f

X

填料层高度计算式2Y1Y*YOG

OGdYY

YK

aVZ

H

N

2X1XXOL

OLdXX*

XK

aLZ

H

N

min

V

全塔物料衡算式

V

Y1

Y2

LX

X

VL

1.1

~

2.0

L

21,maxX

XY1

Y2min

V

L

VH

KY

aOGNOG

1

ln

11A11A

Y

Y

*

A2

21

Y

Y

*

1 2

设计型计算

题设计要求:求达到指定分离要求所需的塔高给定条件:Y1,V,相平衡关系,分离要求(Y2或)吸收塔的计算2技术上:X

2

m

a

x

=X

*

,Ym=0,H→∞。设计条件的选择流向选择一般选择逆流,Ym较大。吸收剂进口浓度的选择YoY*=f(X)Y1X1

XX2Y22X

*吸收塔的设计型计算吸收塔的计算吸收剂进口浓度的选择经济上:X2↓,Z↓,设备费↓,但解吸操作费↑。须优化选择。吸收剂用量的选择YXoY*=f(X)Y1X1Y2X2’

X2吸收塔的设计型计算min

V

VL

1.1

~

2.0

L

21,maxX

XY1

Y2min

V

L

吸收塔的计算【例9-5】设计一瓷环填料塔,以吸收混合气中的

,吸收剂为清水。进塔气在操作条件下(101.3kPa,25ºC)的流量为0.557m3/s,其

含量为5%(mol%),要求塔内吸收率达98%,设计可取液气比为最小液气比的1.6倍。操作条件下,物系相平衡关系为Y=1.68X,气相总体积传质系数KYa为

0.0215kmol/(s·m3)。若气体空塔速度为0.8m/s,求塔径及所需填料层高度。解:空塔气速为0.8m/s时,塔内径为D

4

0.557

0.942m

0.94m4VSu

3.14

0.8吸收塔的计算塔的横截面积

D2

0.942

0.694m24

4进塔惰性气体摩尔流率V

0.557

273

(1

0.05)

0.0216kmol

/

s22.4

298进塔气体的 含量1

0.05260.051

0.05Y

出塔气体的 含量Y2

Y11

0.05261

0.98

0.00105吸收塔的计算最小液气比实际液气比塔底排出水中 的含量21

0.0526

0.00105

1.650.0526

/

1.68

X

*

XY1

Y2

V

min

L

11.1665.6.2.64

V

min

L

L

V1

V

(Y1

Y2

)

(0.0526

0.00105)

0.0195L 2.64X吸收塔的计算传质单元高度YOGV

0.0216

1.45mK

a 0.0215

0.694H

2

2ln

1

1

Y

Y

*Y

Y*Ym

1

1

2

2

(0.0526

1.68

0.0195)(0.00105

0)

0.00639ln

0.0526

1.68

0.01950.00105

0(

Y

Y

(

Y

Y

*

)对数平均推动力吸收塔的计算传质单元数填料层高度Z

HOGNOG

1.458.06

11.7m

0.0526

0.00105

8.060.00639mOGY

Y1

Y2N吸收塔的计算吸收塔的操作型计算操作型计算

题第一类命题(求操作结果)给定条件:Z(及其他有关尺寸),V,L,Y1,X2,Y*=f(X),流动方式,KYa或KXa。计算目的:Y2(),X1。第二类命题(求操作条件)给定条件:Z(及其他有关尺寸),V,Y1,Y2,X2,Y*=f(X),流动方式,KYa或KXa。计算目的:L,X1。吸收塔的计算计算方法联立求解上节所列方程(计算公式)。一般情况下,由于相平衡方程和吸收过程方程(填料层高度计算式)的非线性,须试差或迭代。当相平衡方程在操作范围内可视为直线时,第一类命题可将基本方程线性化,但第二类命题仍须试差。吸收塔的计算【例9-7】某填料吸收塔用溶质含量为0.02(比摩尔分数,下同)的溶剂吸收混合气中的可溶组分,采用的液气比为

3.2,气体入塔溶质的含量为2.0%,回收率可达95%。已知在操作范围内物系的平衡关系为Y=2X,吸收过程为气膜控制,总体积传质系数KYa与气体摩尔流率的0.8次方成正比。受前后工序操作状况的影响,该吸收塔的工艺参数也常有波动,试对以下几种情况进行计算。当解吸不良使吸收剂入塔含量增高至0.04时,溶质的回收率下降至多少?塔内传质推动力有何变化?气体流率增加20%,而溶剂量以及气、液进口组成不变,溶质的回收率有何变化?单位时间被吸收的溶质量增加多少?入塔气体溶质含量增高至2.5%时,为保证气体出塔组成不变,吸收剂用量应增加为原用量的多少倍?吸收塔的计算【例9-7】已知X2

0.02

L

3.2Y1

2.0%

95%Y

2X吸收过程为气膜控制K a

V

0.8Y

s求:(1)X2=0.04,

=?塔内传质推动力有何变化?(2)V’=1.2V,X2、Y1不变,

=?GA

=?(3)Y1=2.5%,为保证气体出塔组成不变,吸收剂用量应增加为原用量的多少倍?吸收塔的计算解:(1)

定性分析(——吸收因子法)X2↑,L/V

不变,Y1

不变,t,p不变。不变K

aVH

YOGL,V

,m不变不变LMVA

L,V

,t不变kY

,

kX

,

mKYa不变不变OGOGHzN

A Y

YANOG

1

A1

Y

Yln

11

11*22*1

222

1 2

不变Y

Y

*Y

Y

*Y

Y

*22Y

Y

*

1 2

CC2

2Y

Y

*Y

Y

*

1

2C2Y

Y

*

C

1Y

1

2

↑吸收塔的计算定量计算

X2′=0.04,

=?Ym′=?2X

=0.02V

LY1=0.02

X12V

LY

=0.001AA

NOG

1

ln1

1

1

12A

Y2

Y

*2

1

Y1

Y

*原工况新工况AA

NOG1

ln1

1

1

12

A

Y2/

Y

*/2

1

Y1

Y

*

/由于填料及气液两相流动状态未变化HO

G

HOGNO

G

NOGz=z’X2′=0.04Y1′=Y1=0.02Y2′=?X1′=?吸收塔的计算故由上两式可得22

22/

Y

*/

1

2

1 2

Y

Y

*

YY

Y

*

Y

Y

*

/Y1

0.02Y2

Y1(1)

0.0Y

*

MX

20.0002

0.00042

222*Y

MX

2

0.0004

0.00082Y

'

0.00139新工况回收率/1

2

Y1

93.05%0.02

0.001390.02Y

Y

吸收塔的计算吸收剂出塔组成传质平均推动力21

0.02

0.001

0.0002

0.006143.2X

V(Y1

Y2)

XL//

0.0004

0.006210.02

0.001393.2

1

2

X

2LX1V(Y

Y

/)mNOG

NOG

NOG

Y1

Y2

0.02

0.001

0.019Y

OG

OG

OGN

NNYm/

Y1

Y2/

0.02

0.00139

0.0186可见,吸收剂入塔浓度增高,吸收塔内传质推动力下降,从而导致吸收率降低。

97.9% m

Y

/

0.0186Ym

0.019吸收塔的计算YXY=2XY1X1X1′Y2′Y20

X2

X2′Y1=Y1,X2↑,L/V不变,

↓,Ym′↓吸收塔的计算(2)Vs′=1.2Vs,L′=L,Y1′=Y1,X2′=X2

=?,GA=?新工况下传质单元数YY1.2V0.2

1.2

HOG

1.04HOG1.20.8

k

aK

aV

s

HOG1.04OGOG

OGHOGN H NNOG而原工况吸收因子

L

/V

3.2A

1.6M

2s

s因为KYa∝V

0.8

,所以当V

气体流率增加20%后,新工况下填料塔的传质单元高度为吸收塔的计算1*221.6

0.001

0.0004 1.6

1

1

2

ln

1AY

Y1

Y

Y

*AA1

ln

1

1

0.02

0.0004

1

6.811

0.625NOG(1

1

所以1.04OGN

6.81

6.55又新工况下A

L

/V

L

/1.2V

A

1.6

1.33M

M

1.2

1.2吸收塔的计算1.331.331

0.02

0.0004

1ln

111

0.752/2Y

0.0004N

6.55

OG2Y

0.00152

92.4%0.02

0.00152

1 2

Y1

0.02Y

Y

气体流率增加20%后,多吸收的溶质量为2

1

2A

1

G

1.2V

Y

Y

V

Y

Y

0.0032Vkmol

/

s计算结果表明,气体流率增加,虽溶质的吸收量有所增加,但因L/V减小,塔内传质推动力减小,从而导致出塔气中溶质含量增高即回收率下降。吸收塔的计算(3)Vs′=Vs,

Y1′=0.025

,X2′=X2

,Y2′=Y2,L′=?由上式试差得

6.81OGOGN

N

A

A

ln

1

1

41

1

1A1A

0.001

0.0004

A

1A11

ln

1

1

0.025

0.0004

1

16.81

1

0.576AA

1.74故吸收剂用量应增至L

AMV

A

1.74

1.088倍L

AMV

A

1.6A

L

/

VM吸收塔的计算YXY=2XY1Y2′Y2X1X1′0

X2

X2′(1)吸收剂用量L

的调节2

1L↑,L/V↑,

Y

↓,X

↓A

YG

↑,↑,K

a↑吸收塔的计算吸收塔的操作和调节调节

:改变吸收剂入塔参数(

L,X2,t2)。YXoY*=f(X)IIY1X2!Y

’(L/V)II

>

(L/V)I2Y2Y

’!X

X

X1Y22’

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