化工原理第7章气体吸收.ppt

第四节 吸收塔的计算（低含量气体吸收） 4.1吸收操作的物料衡算及操作线方程 4.2 吸收剂用量的确定 4.3填料层高度的计算 4.1吸收操作的物料衡算及操作线方程 一、全塔物料衡算： 二、吸收塔操作线方程与操作线 4.2 吸收剂用量的确定 §4.3填料层高度的计算 一、填料层高度的基本计算式 二、传质单元高度与传质单元数 三、传质单元数的求法 * G——气体流率，kmol/（s·m2） L——液体流率，kmol/ （s·m2） y1、y2——分别为进塔、出塔气体中溶质组分气相摩尔 分率 x1、x2——分别为出塔及进塔液体 中溶质组分的摩尔分率 下标1——代表塔低。 下标2——代表塔顶。 对A进行物料衡算：Gy1+Lx1=Gy2+Lx1 即 G(y1－y2)=L(x1－x2) 混合气体中溶质A被吸收的百分率，称为吸收 率或回收率，用φA表示，则出塔混合气体中溶质A的浓度 为： y2=y1 (1－φA) 。 了解在塔的任一截面处两相浓度关系 可从塔的任一截面至塔的任何一个端面（塔顶或塔底） 进行物料衡算即可。 例下图，从m——n截面至塔底端面之间作组分A的衡算Gy+Lx1=Gy1+Lx y= (1) 从m——n截面至塔顶端面之间作组分A的衡算 Gy+Lx2=Gy2+Lx y= (2) 1、如平衡线位于操作线之上，应是什么结果？ 2、在x-y图上表示塔顶、底总吸收推动力 思考 在吸收操作过程中，一般需要进行处理的混合气体 流量G及气体的初始、终了浓度y1、y2和吸收剂入塔时 的初始浓度x2已知的，即我们已知：G、y1、y2、x2 未知L——吸收剂用量，在进行操作前必须由设计者决 定。而吸收剂用量L的大小与设备费用、操作费用两方 面有关。 应综合考虑两方面因素，最终才能确定合适的吸收 剂用量L。 从下面的图分析： ∵x2、y2已知 ∴操作线T点确定。 又∵y1已知，即B点的纵坐标已知，x1未知，则B点是 在y=y1的直线上移动。 到底B点定在什么位置，决定于BT线的斜率，即气液 比，而G值已知的，实际斜率只决定于吸收剂用量L。 如：（1）L↓→L/G↓→BT线的B点向右移动，结果使B点 吸收液（即出塔吸收液）中浓度加大（x1加大），则吸 收推动力x1e－x1减小，要达到同样吸收效果时，要求吸 收传质面积增大。即吸收剂用量减少，溶质消耗费用减 少了，但设备投资费用增大了。 （2）继续减少L，使B点移动到与平衡线的交点B*点时， 此时x1=xe，即出塔吸收液浓度达饱和（与它所接触 的气体呈平衡状态），这是吸收操作理论上所能达 到的最高浓度，最理想的状态，而实际上：因为推 动力=xe－x1=0，要达到这样吸收效果，必须有无限 大的相际传质面积，这是不可能的。 所以x1=xe是一种极限状态，在这种极限状态时操作 线斜率L/G达最小，用（ ）min表示，称 （ ） min为最 小液气比，此时相应的吸收剂用量L称为最少吸收剂用量，用L min表示，这是理论状态，实际L应比L min大。 （3）增大L↑则L/G↑操作线BT斜率增大，B点向左移， 则出塔吸收液浓度x1减少，这是操作上不希望的，但是此 时推动力x1e－x1增大，相应的吸收面积减少，即投资费用 减少，但L增大到一定限度时，这时效果越来越不明显，但 吸收剂消耗量了、输送、回收等费用急剧增加。 综合上述各因素，L太大或太小都不好，一般L的用量 取最小吸收剂用量Lmin的1.1～2倍。 即 ≈（1.1～2）（ ）min 即 L =（1.1~2）Lmin Lmin的求取： （1）平衡线如上图所示，则只要从T点连接y=y1 与平衡线的交点B*点即TB*，则TB*线所对应的斜率 L/G即为最小吸收剂用量下的斜率（ ）min 而( )min= tgα= （2）平衡线如下图所示 只要过点T作平衡线切线， 切线与y=y1水平线交点B′所 对应的吸收液出塔浓度为x1′，TB′线所对应的斜率为此种情况下的最小斜率。 即 （ ）min= （3）如平衡关系符合亨利定律，即直线，那么 ye=mx可直接将ye=mx代入公式 （ ）min= 中求得Lmin= 填料层高度H由：物料衡算、传质速率、相平衡关系 共同确定 如此我们讨论时只能选取塔中某一截面（即某一单 元高度dZ）来进行分析。 如图： 取高度为dh的这样一个微元为对象进行研究。 对溶质A进行物料衡算： 单位时