化工原理課件83,84

8.5低濃度氣體吸收1)低濃度氣體吸收的特點(diǎn)G、L兩相的摩爾流量為常數(shù)過程是等溫的傳質(zhì)分系數(shù)、總系數(shù)在全塔內(nèi)為常數(shù)2)吸收過程的數(shù)學(xué)描述（圖8-20）設(shè)塔直徑D，橫截面積，填料層高度（塔高）為H，單位體積填料的有效傳質(zhì)面積為a，氣液兩相的摩爾流率為G’，L’（Kmol/s）,取微元高度dH：3)吸收過程的積分表達(dá)式

定義：Kya，Kxa--氣、液相體積傳質(zhì)總系數(shù)kmol/m3s以氣相濃度為推動(dòng)力表示 積分：HoG——?dú)庀鄠髻|(zhì)單元高度m， NoG——?dú)庀鄠髻|(zhì)單元數(shù)， (2)以液相濃度為推動(dòng)力表示

——液相傳質(zhì)單元高度m，

——液相傳質(zhì)單元數(shù)4)傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)NOG：僅與分離要求、相平衡關(guān)系、氣液兩相流量有關(guān)，而與設(shè)備條件無關(guān)，反映了物系分離的難易程度。傳質(zhì)單元高度HOG：與設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作條件有關(guān)，反映了設(shè)備性能的優(yōu)劣。 工程：先算NOG，如很小，可選低性能的填料對(duì)工業(yè)填料塔，一般HOG=0.15-1.5m,且HOG與G的關(guān)系并不太敏感。5)吸收推動(dòng)力與傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算物料衡算和操作線（圖8-21逆流）

——吸收操作線方程操作線方程反映了塔內(nèi)任意截面上氣液濃度的關(guān)系。同理：并流吸收（圖8-24）并流吸收（圖8-24）(2)推動(dòng)力沿塔高的分布當(dāng)平衡關(guān)系在操作范圍內(nèi)為直線時(shí)，推動(dòng)力(),沿塔高（或x,y）的變化也為線性。吸收塔內(nèi)，推動(dòng)力的變化規(guī)律是由操作線與平衡線共同決定。6)平均推動(dòng)力和傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算當(dāng)操作線、平衡線為直線時(shí)，用換元法對(duì)積分：

即

——以氣相濃度表示的全塔對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力同理可得：8.5.4傳質(zhì)單元數(shù)的其他形式1)吸收因數(shù)法(逆流吸收為例)假定平衡關(guān)系滿足亨利定律ye=mx時(shí)，操作線方程：得：積分整理得：

--解吸因數(shù)，A--吸收因數(shù)（圖8-22）2)傳質(zhì)單元數(shù)的數(shù)值積分法當(dāng)平衡線為一條曲線時(shí)，不能使用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法，此時(shí)，平衡線斜率處處不等，總傳質(zhì)系數(shù)Kya亦不為常數(shù)，因此，塔高應(yīng)采用圖解或數(shù)值積分法 取平均值， 以為縱坐標(biāo)，y為橫坐標(biāo)NOG為曲線下的陰影面積（圖8--23）注:對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法對(duì)逆流、并流都適用上述的吸收因數(shù)法公式只使用于逆流吸收如并流只能用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法計(jì)算習(xí)題8-10，12，15，16，17

8.4.5吸收塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算1)計(jì)算公式物料衡算：相平衡方程：吸收基本方程：2)命題(1)回收率 對(duì)低濃度吸收：G1=G2=G

(2)命題給定條件：G,y1,y2(或）確定：Kya(HOG)，相平衡關(guān)系求：填料層（塔）高度H3)設(shè)計(jì)條件的選擇(1)流向的選擇：當(dāng)設(shè)計(jì)條件一定時(shí)，逆流具有最大推動(dòng)力，一般選逆流。(2)吸收劑入塔濃度x2的選擇技術(shù)上：x2,推動(dòng)力，NOG,H

當(dāng)x2=y2/m=x2e時(shí)，ym(xm)=0,NOG,H

技術(shù)限制范圍：0x2x2e

（見圖8-25）經(jīng)濟(jì)上：x2,H,設(shè)備投資 但當(dāng)吸收劑需解吸時(shí)，x2，解吸要求高，吸收費(fèi)用，需優(yōu)化選擇(3)吸收劑用量L的選擇由知： L,L/G,x1技術(shù)上：L,推動(dòng)力，NOG，H當(dāng)x1=y1/m=x1e時(shí)，LLmin,推動(dòng)力=0, NOG，H技術(shù)限制范圍：LminL經(jīng)濟(jì)上：L,H,設(shè)備投資,但吸收劑消耗費(fèi)用吸收劑需解吸時(shí)，解吸費(fèi)用高，需優(yōu)化選擇。(最小噴淋密度1.5-10m3/h.m2塔截面)最小液體用量（液氣比）計(jì)算：由：相平衡時(shí)L/G)min--最小液氣比，完成規(guī)定的分離任務(wù)（回收率）所需的最小液氣比（液體量）當(dāng)平衡線為向下凹曲線時(shí)，當(dāng)平衡線有拐點(diǎn)時(shí)，ye，xe可能為切點(diǎn)坐標(biāo)（圖8-26）設(shè)計(jì)時(shí)，如選擇L/G=(L/G)min時(shí)，ym=0，NOG，H工業(yè)上，經(jīng)濟(jì)較優(yōu)化：L=(1.1-2.0)Lmin解吸塔的最小氣液比：當(dāng)解吸用氣量G減小，解吸操作線斜率L/G最大，氣液比最小:(圖8-27)3)吸收劑入塔溫度的選擇技術(shù)上：t,m,推動(dòng)力，傳質(zhì)總系數(shù)也可能變小，但傳質(zhì)速率，H；t，H。經(jīng)濟(jì)上：t，m,但能耗，有優(yōu)化問題總之，高壓、低溫有利于吸收； 低壓、高溫有利于解吸。4)返混對(duì)傳質(zhì)的影響(1)吸收劑的再循環(huán)對(duì)設(shè)計(jì)型問題，當(dāng)y1，y2,x2,L/G確定后由物料衡算x1唯一確定，與循環(huán)量大小無關(guān)，但塔內(nèi)實(shí)際液氣比：L'/G=(L+L)/G上升（圖8-29）實(shí)際入塔濃度x2'上升為:推動(dòng)力，但因L'L，K可能上升(2)返混對(duì)傳質(zhì)的影響結(jié)論：任何形式的返混都將降低傳遞過程的推動(dòng)力，返混的影響程度:取決于返混的量、范圍和返混程度。工業(yè)上：溶解度過大，吸收劑升溫明顯時(shí)，用吸收劑再循環(huán) 可減少溫升，綜合結(jié)果反而使推動(dòng)力增加。當(dāng)吸收劑用量少（工業(yè)上最小噴淋密度5-10m3/hm2）時(shí)，填料不能潤濕，kya很小時(shí)，采用吸收劑再循環(huán),可使kya明顯上升，彌補(bǔ)推動(dòng)力的減少，傳質(zhì)速率反而上升。例1：定性討論回收率、平衡溶解度(m)與液體用量L的關(guān)系當(dāng)y1,x2一定時(shí):溶解度小(m大),L大;回收率高，L大.結(jié)論：高回收率和低溶解度都使吸收劑耗量增加例2：用純?nèi)軇┪杖苜|(zhì)組分，已知：平衡關(guān)系，ye=mx,mG/L=const,

當(dāng)y1=0.09,1=o.9時(shí)，塔高為H1;

2=0.99時(shí)，塔高為H2；

當(dāng)y1=0.009,3=o.9時(shí)，塔高為H3;

比較H1，H2，H3的關(guān)系解：純?nèi)軇﹛2=0,變化，HOG不變。H=HOGNOGNOG(y1-mx2)/(y2-mx2)=y1/y2=1/(1-)mG/L=C,1=32

NOG1=NOG3NOG2;H1=H3H2，結(jié)論：H的大小，不取決于(y1-y2)，而取決于y1/y2（），

要求，H8.5.6吸收塔的操作型計(jì)算1)命題1類：已知：H，L/G，y1,x2,Kya,相平衡關(guān)系y=f(x)

求：y2,x12類：已知：H，G，y1,x2,Kya,規(guī)定y2（η），相平衡關(guān)系

求：L，x12)計(jì)算方法(1)求出HOG； (2)由NOG=H/HOG，求出NOG；(3)由NOG，求出y2（L）； (4)由 求x13)計(jì)算求解特性對(duì)第一類命題，可直接求出y2,x1；對(duì)第二類命題，只能用迭代試差求近似解。4)吸收操作的調(diào)節(jié)可供調(diào)節(jié)的參數(shù)操作結(jié)果：y2,x1可供調(diào)節(jié)的參數(shù)主要有L,t,x21)吸收操作分析(1)吸收劑用量的調(diào)節(jié)在維持其它條件不變情況下，增加L:結(jié)果：x1↓，y2↓，傳質(zhì)速率↑,相平衡關(guān)系不變，kya不變,kxa↑,

有上升趨勢，吸收阻力有下降趨勢x1x2y1y2對(duì)氣膜控制：Kya=kya近似不變；對(duì)液膜控制：Kya=kxa/m明顯上升。一般情況，Kya有所上升。推動(dòng)力Δym的變化與Kya變化有關(guān)：當(dāng)Kya明顯上升,Δym略有下降；當(dāng)Kya不變,Δym上升但KyaΔymH=NA總是上升,且液膜控制時(shí),上升幅度更大結(jié)論：增加吸收劑用量，傳質(zhì)總系數(shù)呈上升趨勢，傳質(zhì)速率總是上升。而推動(dòng)力則可能上升，也可能下降?；厥章时厝怀噬仙厔荩瑈2必然呈下降趨勢。以H=∞的塔為例：當(dāng)L/G<m：即液氣比較小時(shí)，塔底達(dá)相平衡，顯然，當(dāng)L/G>m：即L/G比較大時(shí)，塔頂達(dá)到相平衡， ，此時(shí),結(jié)論：當(dāng)L/G（或L）較小時(shí)，提高L用量，η明顯↑。但當(dāng)L/G比（液體用量）原已很大，液體用量的增加將不再有明顯作用。(2)吸收劑入塔濃度的調(diào)節(jié)其它操作條件不變，使x2↓，結(jié)果是y2,x1均↓，η↑，傳質(zhì)總系數(shù)基本不變，推動(dòng)力上升，傳質(zhì)速率↑。但x2的變化，受到解吸能力的約束x1x2y1y2(3)吸收劑入塔溫度的調(diào)節(jié)吸收劑溫度t↓，m↓，平衡線平坦，引起操作線變化，結(jié)果是y2↓,x1,η↑；與L用量變化一樣，溫度的變化對(duì)傳質(zhì)總系數(shù)的影響與阻力控制步驟有關(guān)，進(jìn)而使推動(dòng)力的變化也不是唯一確定的，但吸收傳質(zhì)速率NA↑。溫度的變化受冷卻器限制。吸收對(duì)設(shè)計(jì)有利的（H↓），必然對(duì)操作有利（y2↓,η↑）；對(duì)吸收有利的，對(duì)解吸必然不利。x2y1y2x18.6高濃度氣體的吸收1)高濃度氣體吸收特點(diǎn)(1)氣、液流速沿塔高不為常數(shù)，即L1≠L2，但惰性物質(zhì)（B，S）為常數(shù)。為衡算的方便，需采用某種惰性組分作為衡算基準(zhǔn)，濃度的表達(dá)也相應(yīng)變化。定義：摩爾比（比摩爾分率）GB——惰性氣體流率,kmol(B)/sm2LS——純?nèi)軇┝髀?kmol(S)/sm2物料衡算式為:(2)吸收過程為非等溫過程平衡關(guān)系ye=mx中，m=f(x),平衡線為曲線。(3)kxa,kya,Kya均不為常數(shù)，總體流動(dòng)的影響不可忽略。2)高濃度氣體吸收的計(jì)算(1)數(shù)學(xué)描述物料衡算：d(Gy)=-d(Lx)熱量衡算:CLdt=φdx平衡方程:ye=f(x)速率方程:d(Gy)=Kya(y-ye)dh(2)