(精品)化工基础 5 吸收 5-4.pptx
化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章1/97第四节第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算计算项目主要有：计算项目主要有：u吸收剂用量吸收剂用量La、液相出塔浓度、液相出塔浓度xbu塔的主要工艺尺寸：塔的主要工艺尺寸：塔径塔径D、填料层高度、填料层高度H或塔板数或塔板数N化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章2/97一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程GBYa LS Xa GBYb LS XbGB-kmolB/s or kmolB/(m2s)；LS-kmolS/s or kmolS/(m2s)；Y（或（或X）-摩尔比；摩尔比；全塔物料衡算全塔物料衡算-可求解液相出塔浓度可求解液相出塔浓度xb-此式使用不方便，因为摩尔分率此式使用不方便，因为摩尔分率x、y的定义基准从塔底到塔顶均在变化。的定义基准从塔底到塔顶均在变化。将将x、y换成摩尔比换成摩尔比X、Y可解决这个问题。可解决这个问题。回收率回收率 为：为：化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章3/97一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程对塔上部任一段作质量衡算（对塔上部任一段作质量衡算（A组分）组分）-可求解全塔浓度分布可求解全塔浓度分布-操作线方程操作线方程化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章4/97一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程操作线斜率越小，越靠操作线斜率越小，越靠近平衡线，传质推动力近平衡线，传质推动力越小，对传质越不利。越小，对传质越不利。操作点操作点XYOXbYb塔底塔底XaYa塔顶塔顶直线，直线，过塔顶点过塔顶点A(Xa，Ya)，塔底，塔底 B(Xb，Yb)总是位于平衡线的上方；总是位于平衡线的上方；-液气比液气比斜率为斜率为-操作线方程操作线方程操作线方程：操作线方程：化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章5/97一、物料衡算和操作线方程一、物料衡算和操作线方程对于低浓气体（通常对于低浓气体（通常yb10%），），化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章6/97二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定仅从能耗上看，希望吸收剂用量越小越好，但是仅从能耗上看，希望吸收剂用量越小越好，但是-最小液气比最小液气比此时，塔内必有一处达到相此时，塔内必有一处达到相平衡，塔高需无穷高才行。平衡，塔高需无穷高才行。化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章7/97二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定最小液气比只对设计型问题有意义。最小液气比只对设计型问题有意义。可以，可以，能，能，但达不到指定的吸收要求但达不到指定的吸收要求思考：思考：实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸实际操作时的液气比可否小于或等于最小液气比？此时吸收塔是否能操作？将会发生什么现象？收塔是否能操作？将会发生什么现象？化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章8/97二、吸收剂用量的确定二、吸收剂用量的确定最小液气比的计算：最小液气比的计算：低浓时：低浓时：低浓时：低浓时：化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章9/97三、塔径的计算三、塔径的计算u为空塔气速，为空塔气速，m/s，Vs为混合气体的体积流量，为混合气体的体积流量，m3/s。化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章10/97四、填料层高度的计算四、填料层高度的计算1、填料层高度的一般计算式、填料层高度的一般计算式气相中溶质气相中溶质A的减少速率的减少速率 液相中溶质液相中溶质A的增加速率的增加速率从气相到液相的传质速率从气相到液相的传质速率注意：注意：G、L-kmol/(m2 s)对微元段填料对微元段填料dh作物料衡算：作物料衡算：化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章11/97四、填料层高度的计算四、填料层高度的计算将总吸收速率方程将总吸收速率方程 代入得：代入得：2、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时vG、L为常数为常数vKy、Kx可视为常数可视为常数va也可视为常数：也可视为常数：a与填料形状、尺寸及填充状况有关与填料形状、尺寸及填充状况有关气相、液相气相、液相总体积传质系数总体积传质系数（适用于高、低浓吸收）（适用于高、低浓吸收）化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章12/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时气相总传质单元高度气相总传质单元高度HTU，m（Height of Transfer Unit）流动状况、物系、填料特性和操作条件流动状况、物系、填料特性和操作条件思考：思考：影响传质单元高度影响传质单元高度HTU的因素？的因素？化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章13/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时什么是传质单元？什么是传质单元？o相平衡关系相平衡关系 如图，将填料层分成若干段，如图，将填料层分成若干段，1、2、N段。每一段填料均需满足以下条件：段。每一段填料均需满足以下条件：该段气相（或液相）总的平该段气相（或液相）总的平 均推动力均推动力每一段气相（或液相）组成的变化量每一段气相（或液相）组成的变化量这一段填料就是一个传质单元这一段填料就是一个传质单元化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章14/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时o相平衡关系相平衡关系传质单元高度？传质单元高度？常常用用吸吸收收设设备备的的HTU约约为为0.2 1.5m-每个传质单元对应的填料层高度，每个传质单元对应的填料层高度，m思考：思考：HTUHTU越大越好，还是越大越好，还是越小越好？越小越好？HTUHTU越小越好越小越好传质单元数？传质单元数？-传质单元的个数，传质单元的个数，如图，为如图，为N个。个。化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章15/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时图解（或数值）积分法图解（或数值）积分法近似梯级法近似梯级法（2）平衡线非直线）平衡线非直线时时(选学）选学）化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章16/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时代入代入 中积分得：中积分得：吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章17/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时-吸收因数法吸收因数法类似可推得：类似可推得：化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章18/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时 yb=yb yb ya=ya ya yb ya传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：（1）平衡线为直线时）平衡线为直线时吸收因数法吸收因数法对数平均推动力法对数平均推动力法化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章19/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时 yb=yb yb ya=ya ya yb ya-对数平均推动力对数平均推动力-对数平均推动力法对数平均推动力法化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章20/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时同理，得：同理，得：式中：式中：化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章21/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：图解（或数值）积分法图解（或数值）积分法近似梯级法近似梯级法（2）平衡线非直线时）平衡线非直线时化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章22/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时传质单元数传质单元数NOG的两种计算方法：的两种计算方法：图解（或数值）积分法图解（或数值）积分法近似梯级法近似梯级法（2）平衡线非直线时）平衡线非直线时作图步骤如下作图步骤如下：在在操操作作线线AB和和平平衡衡线线OE之之间间作作曲曲线线MM，使使该该线线恰恰好好等等分分AB与与OE两线之间的垂直距离。两线之间的垂直距离。自自A点点起起作作一一水水平平线线，交交MM 于于M1，并延长至，并延长至D，使，使AM1=M1D。过过点点D作作垂垂线线交交AB于于点点F。至至此完成一个梯级法此完成一个梯级法ADF。MM M1如如此此类类推推，可可继继续续作作出出第第二二个个梯梯级级，直直至至越越过过点点B的的横横坐坐标标xb为为止。止。DFE梯级总数梯级总数=NOG 如图所示，梯级数为如图所示，梯级数为2.8个。个。亦称为贝克（亦称为贝克（Baker）法）法化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章23/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时近似梯级法近似梯级法 亦称为贝克（亦称为贝克（Baker）法）法MM M1DFCC F A 证证明明：为为什什么么梯梯级级数数就就是是气气 相总传质单元数相总传质单元数NOG？可见，每一个梯级都满足：可见，每一个梯级都满足：化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章24/972、低浓气体吸收时、低浓气体吸收时MM M1DFCC F 思考：思考：根据近似梯级法判断操根据近似梯级法判断操作线距平衡线越近，则作线距平衡线越近，则NOG如如何变化？何变化？操作线越靠近平衡线，梯级数操作线越靠近平衡线，梯级数越多，故越多，故NOG越大。越大。化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章例例 发酵法生产酒精时所排出的气体中含有乙醇，其余为二发酵法生产酒精时所排出的气体中含有乙醇，其余为二氧化碳、氮、氧等惰性气体。乙醇含量为氧化碳、氮、氧等惰性气体。乙醇含量为(乙醇乙醇)=0.01，在常压和在常压和40下，用回收的水吸收气体中的乙醇，回收水下，用回收的水吸收气体中的乙醇，回收水中含乙醇中含乙醇x=0.0001。要求乙醇回收率达。要求乙醇回收率达90%，水的用量为，水的用量为最小液气比的最小液气比的 1.4倍。倍。气液平衡关系可近似的用气液平衡关系可近似的用Y=1.068X表示。试求吸收所需的传质单元数。表示。试求吸收所需的传质单元数。解：求进出口气液组成解：求进出口气液组成y1=0.01，=0.90，x2=0.0001,y1y2x2x1化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章最小液气比：最小液气比：实际液气比为最小液气比的实际液气比为最小液气比的1.4倍：倍：化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章例：有一吸收塔，直径例：有一吸收塔，直径880mm,所用填料为所用填料为50mm拉西环。每拉西环。每小时处理混合气体量小时处理混合气体量2000m3（25 C,1atm），其中丙酮含量），其中丙酮含量5，用水作吸收剂，塔顶送出的废气含丙酮，用水作吸收剂，塔顶送出的废气含丙酮0.263%，塔底，塔底送出的溶液含丙酮送出的溶液含丙酮61.2g/kg，Kya=188kmol/mh,在操作条件在操作条件下的平衡关系为下的平衡关系为Y*2X，空塔横截面积，空塔横截面积A0.554m2。求每小。求每小时可回收多少丙酮？所需的填料层高度？时可回收多少丙酮？所需的填料层高度？y1=0.05y2=0.00263x2=0 x1=61.2g/kg解：由题意得解：由题意得化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章每小时回收的丙酮为：每小时回收的丙酮为：即每小时可回收即每小时可回收3.9kmol丙酮丙酮,所需的填料层高度为所需的填料层高度为5.31米。米。化工原理化工原理电子教案电子教案/第九章第九章1818，2121，2323，2424，2626作业：作业：
