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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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