化学工程基础：第四章 传质过程.ppt

* * 液相传质单元数的计算 当用（X*-X）作传质推动力时，对平衡线为直线的情况，用完全类似的方法可导出与 NOG 计算式类似的 NOL 计算式 * * 4.平衡线为曲线时传质单元数的计算 当平衡线为曲线不能用较简单确切的函数式表达时，通常可采用图解积分法和数值积分法求解传质单元数。 图解积分法 图解积分法的关键在于找到若干点与积分变量 Y 相对应的被积函数的值。其步骤为 (1)在操作线和平衡线上得若干组与 Y 相应的值 1/(Y-Y*) ； Y X o Y*=f(X) A Y1 X1 X2 Y2 B Y X X* Y* P Y- Y* X*-X * * 图解积分法 (2) 以Y为横坐标，以1/(Y-Y*)为纵坐标，在 Y1 到 Y2 的范围内作 Y~f(Y) 曲线； Y o Y1 Y2 1/(Y-Y*) (3)计算曲线下阴影面积，此面积的值即为传质单元数 NOG。 例5-6 将含苯5.00%（体积分数）的混合气体（其余为空气），用纯煤油作吸收剂，经一逆流吸收塔吸收。要求苯的回收率为90%，入塔混合气流量为940m3/h(标准），煤油的耗用量为最小耗用量的1.6倍，已知该系统的平衡关系为Ye=0.14X，气体体积传质总系数KYa=0.028kmol/(m3.s)，纯煤油的平均相对分子量为170，塔内直径为0.8m,试求填料层高度 例5-7 某直径0.80m的填料塔，以清水作吸收剂，填料层高6m，混合气体流量为0.556m3/s，(气体体积按25℃，1.01×105Pa计)其中含丙酮 5%(体积百分数)。塔底流出的溶液每千克含丙酮61.2g，塔顶排出的废气中含丙酮0.263%，操作条件下的平衡关系为Ye=2.0X。求（1）气相总体积吸收系数；（2）每小时可回收丙酮多少kg；（3）若把填料层加高3m，可多回收多少丙酮 * * 吸收塔的设计中，混合气体的处理量、进口浓度Y1和出口浓度Y2（或溶质的回收率）都是作为设计条件而规定的。 设计时首先是选定溶剂（吸收剂），随着就是决定吸收剂的用量。吸收剂用量与气体处理量之比（液、气比）由物料衡算与平衡关系两者结合起来决定。 吸收塔的计算 设计的主要内容是算出设备的基本尺寸，对填料塔来说，就是设计塔径与填料层高度。 由混合气体的处理量（体积流率qV）与合理的空塔气体速度（u）可以算出塔的截面积，由此可确定塔径（D）。 塔径确定后，填料层高度（H）则取决于所需填料层体积，而所需的填料层体积又取决于所需的有效气液接触面积，这个面积主要是通过传质速率来决定的。 * * * * * 5.4.2 吸收剂用量的决定 吸收剂用量 或液气比 qn,C/ qn,B 在塔设计计算和操作调节中是一个很重要的参数。 设计中，气体处理量，以及进、出塔组成 Y1、Y2 由设计任务给定，吸收剂入塔组成 X2 则是由工艺条件决定或设计人员选定，因此操作线的出塔端点一定。 可知吸收剂出塔浓度 XA,1 与吸收剂用量 qn,C 是相互制约的。 由全塔物料衡算式 气体量一定，吸收剂量增加，吸收剂出塔浓度 XA,1 ?， 操作线斜率qn,C/ qn,B ? ， 操作线与平衡线的距离 ? ， 塔内传质推动力 ? ， 完成一定分离任务所需塔高 ?； * * 吸收剂用量的确定 Y X o Y*=f(X) A Y1 X1 X2 Y2 B qn,C/ qn,B Y- Y* A’ X1’ (qn,C/ qn,B )’ X1,max (qn,C/ qn,B )min C 当 qn,C/ qn,B 下降到某一值时，操作线将与平衡线相交，此时出塔液体组成和气体组成达到平衡，传质推动力为0，对应的 qn,C/ qn,B称为最小液气比，用(qn,C/ qn,B )min表示，而排出液体浓度达到最大，对应的 X1 则用 X1,max 表示。 * * 最小液气比(qn,C/ qn,B )min 随 qn,C/ qn,B 的减小，操作线与平衡线是相交还是相切取决于平衡线的形状。 Y X o Y*=f(X) Y1 X2 Y2 B X1,max=X1* (qn,C/ qn,B )min C Y X o Y*=f(X) Y1 X2 Y2 B X1* (qn,C/ qn,B )min C X1,max 两线在 Y1 处相交时，X1,max=X1*； 两线在中间某个浓度处相切时， XA，1X1* 。 最小液气比可用图解法求出。如果平衡曲线符合吸收塔最小气液比图中所示的一般情况，则要找到水平线Y＝Y1与平衡线的交点C*，从而读出X*的数值，然后用下式计算最小液气比，即： 若平衡关系符合亨利定律，可用X*＝Y／m表示，则可直接用下式算出最小液气比，即： 若操作线与平衡线相切： * * 实际吸收剂用量的确定 在最小液气比下操作时，在塔