第三节低含量气体吸收 当进塔混合气中的溶质含量较低(小于 5%~10%)时,通常称为低含量气体吸收。计 算此类吸收问题时可作如下假设: (1)吸收过程是等温的 (2)传质系数为常数
第三节 低含量气体吸收 当进塔混合气中的溶质含量较低(小于 5%~10%)时,通常称为低含量气体吸收。计 算此类吸收问题时可作如下假设: (1)吸收过程是等温的 (2)传质系数为常数
吸收塔的计算 设计型计算:按给定的生产任务和工艺条件来设计满足任 务要求的设备 操作型计算:根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能 完成的任务 > 两种计算所遵循的基本原理及所用关系式都相同,只是 具体的计算方法和步骤有些不同而已。本章着重讨论吸 收塔的设计型计算,而操作型计算则通过习题加以训练。 > 吸收塔的设计型计算是按给定的生产任务及条件(已知 待分离气体的处理量与组成,以及要达到的分离要求), 设计出能完成此分离任务所需的吸收塔
吸收塔的计算 设计型计算:按给定的生产任务和工艺条件来设计满足任 务要求的设备 操作型计算:根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能 完成的任务 两种计算所遵循的基本原理及所用关系式都相同,只是 具体的计算方法和步骤有些不同而已。本章着重讨论吸 收塔的设计型计算,而操作型计算则通过习题加以训练。 吸收塔的设计型计算是按给定的生产任务及条件(已知 待分离气体的处理量与组成,以及要达到的分离要求), 设计出能完成此分离任务所需的吸收塔
吸收塔的设计型计算,一般的已知条件是: 1)气体流量(V)以及混合物中溶质A的组成; 2)吸收剂的种类及T、P下的相平衡关系; 3)出塔的气体组成。 摸辩塔结构简固 气山 煮体人国 需要计算: 该华铃求堂 1)吸收剂的用量(L): 注花作)卡每 2)塔的工艺尺寸:塔径和填料层高度。 空水街修 计算依据:物系的相平衡关系和传质速率 国打业大学化江学院
吸收塔的设计型计算,一般的已知条件是: 1)气体流量(V)以及混合物中溶质A的组成; 2)吸收剂的种类及T、P下的相平衡关系; 3)出塔的气体组成 。 需要计算: 1)吸收剂的用量(L ); 2)塔的工艺尺寸:塔径和填料层高度。 计算依据:物系的相平衡关系和传质速率
一、吸收塔的物料衡算及操作线方程 1.物料衡算 L,X, 确定各物流之间的量的关系以及设备 V,Y2 中任意位置两物料组成之间的关系。 V,) 对单位时间内进出吸收塔的A的物 质量作衡算: V(Y-Y)=L(X,-X,) V,YI V--kmol(B)/h L--kmol(S)/h L,Xj Y2=Y(1-) 吸收率7:混合气中溶质A被吸收的百分率
1. 物料衡算 确定各物流之间的量的关系以及设备 中任意位置两物料组成之间的关系。 一、吸收塔的物料衡算及操作线方程 V, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 V, Y L, X 对单位时间内进出吸收塔的A的物 质量作衡算: 1 2 1 2 -- ( ) / -- ( ) / V Y Y L X X V km ol B h L km ol S h ( ) ( ) 吸收率 : 混合气中溶质A 被吸收的百分率 2 1 Y Y (1 )
2.操作线方程 L 若取填料层任一截面与塔底截面之间作组 分A的衡算 V,Y24 VY+LX=VY+LX 7-台x+-x V,Y 同理,若在任一截面与塔顶端面间作溶质 A的物料衡算,有 L,XI 上两式均称为吸收操作线方程,代表逆流操作时塔内任一 截面上的气、液两相组成Y和X之间的关系。 ()称为吸收塔操作的液气比
2. 操作线方程 2 X2 V L X Y V L Y 1 X1 V L X Y V L Y VY LX1 VY1 LX 同理,若在任一截面与塔顶端面间作溶质 A的物料衡算,有 V, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 V, Y L, X 上两式均称为吸收操作线方程,代表逆流操作时塔内任一 截面上的气、液两相组成 Y 和 X 之间的关系。 (L/V)称为吸收塔操作的液气比。 若取填料层任一截面与塔底截面之间作组 分A的衡算 V, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 V, Y L, X
在YX图上为以液气比 Y-f) L/V为斜率,过塔进、出 口的气、液两相组成点 Y (Y1,X)和(Y2,X)的直 线,称为吸收操作线。 Y Y2 线上任一点的坐标(Y,) 代表了塔内该截面上气、 液两相的组成。 X2 X Y XX 操作线上任一点P与平衡线间的垂直距离(YY)为塔内该截 面上以气相为基准的吸收传质推动力;与平衡线的水平距离 (-)为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。 两线间垂直距离(YY)或水平距离(X-X)的变化显示了 吸收过程推动力沿塔高的变化规律
在 Y-X 图上为以液气比 L/V 为斜率,过塔进、出 口的气、液两相组成点 (Y1,X1 )和(Y2,X2 )的直 线,称为吸收操作线。 Y o X Y*=f(X) A Y1 X2 X1 Y2 B Y X X* Y* P 线上任一点的坐标(Y,X) 代表了塔内该截面上气、 液两相的组成。 操作线上任一点 P 与平衡线间的垂直距离 (Y-Y* ) 为塔内该截 面上以气相为基准的吸收传质推动力;与平衡线的水平距离 (X* -X) 为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。 两线间垂直距离(Y-Y*)或水平距离(X* -X)的变化显示了 吸收过程推动力沿塔高的变化规律。 Y- Y* X* -X
对气、液两相并流操作的吸收塔,取塔内填料层任一截面 与塔顶(浓端)构成的控制体作物料衡算,可得并流时的 操作线方程,其斜率为(-/V)。 并流操作线方程 Y=- L,X1 Y Y-f) V,YI- Y r-Y Y 尼,x Y V,Y2← L,X2 XI X X2 XX
V, Y1 V, Y2 L, X2 L, X1 V, Y L, X 对气、液两相并流操作的吸收塔,取塔内填料层任一截面 与塔顶(浓端)构成的控制体作物料衡算,可得并流时的 操作线方程,其斜率为(-L/V)。 并流操作线方程 1 X1 V L X Y V L Y Y o X Y*=f(X) A Y1 X1 X2 Y2 B Y X X* Y* P Y- Y* X* -X
二、吸收剂的用量 吸收塔的设计计算中,气体处理量V以及进、出塔组成Y Y,由任务给定,吸收剂入塔组成X,由工艺条件决定。 由全塔物料衡算式 X,=(-Y2)+X2 可知吸收剂出塔浓度X,与吸收剂用量L是相互制约的 选取的LN个,操作线斜率个,操作线与平衡线的距离个 塔内传质推动力个,完成一定分离任务所需塔高↓; > LN个,吸收剂用量个,吸收剂出塔浓度X,↓,循环和再 生费用个; 若LN↓,吸收剂出塔浓度X,个,塔内传质推动力↓,完 成相同任务所需塔高个,设备费用个
二、吸收剂的用量 吸收塔的设计计算中,气体处理量 V 以及进、出塔组成 Y1、 Y2由任务给定,吸收剂入塔组成 X2由工艺条件决定。 1 Y1 Y2 X2 L V X 可知吸收剂出塔浓度 X1与吸收剂用量 L 是相互制约的: 由全塔物料衡算式 选取的 L/V ,操作线斜率 ,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 ; L/V ,吸收剂用量 ,吸收剂出塔浓度 X1 ,循环和再 生费用 ; 若L/V ,吸收剂出塔浓度 X1 ,塔内传质推动力 ,完 成相同任务所需塔高 ,设备费用
最小液气比(LN)mim 要达到规定的分离要求,V的减小是有限的。 当V下降到某一值时, L/V LV' (L/V)min 操作线将与平衡线相交或 y 者相切,此时对应的/V 称为最小液气比,用 (L/☑mm表示,而对应的 Y2 Y.=fX) X则用Xmax表示。 X2 XI XI' X1.max Y-Y X1mx-X2
最小液气比(L/V)min 要达到规定的分离要求,L/V 的减小是有限的。 Y X o Y*=f(X) A Y1 X2 X1 Y2 B L/V Y- Y* A’ X1 ’ (L/V)’ X1,max (L/V)min C 当 L/V 下降到某一值时, 操作线将与平衡线相交或 者相切,此时对应的 L/V 称 为 最 小 液 气 比 , 用 (L/V)min表示,而对应的 X1则用 X1,max表示。 1 2 min 1,max 2 L Y Y V X X
最小液气比(LW)min Y-Y 当相平衡关系服从亨利定律时:X1,max=Y/m Y-YY- in X1.max -X2 Y/m-X2 当吸收剂为纯溶剂时:X=0 Y-Y Y-2=Y-上m=m min X1.max-X2 Y/m-X2 Yi
1 2 min 1,max 2 L Y Y V X X 当相平衡关系服从亨利定律时: 1,max 1 X Y m / 1 2 1 2 min 1,max 2 1 2 / L Y Y Y Y V X X Y m X 当吸收剂为纯溶剂时:X2=0 1 2 1 2 1 2 min 1,max 2 1 2 1 / Y Y Y Y Y Y m X X Y L m X Y m V 最小液气比(L/V)min