吸收塔的設(shè)計計算

吸收塔的設(shè)計計算第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二主要內(nèi)容一.問題的提出二.計算依據(jù)三.設(shè)計型問題中參數(shù)的選擇四.理論塔板與理論塔板數(shù)－－板式塔五.解吸塔的設(shè)計計算六.吸收操作中的特殊問題第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二一.問題的提出給定工藝條件及分離要求下，選擇合理的設(shè)計參數(shù)，計算吸收劑用量、出口濃度及必須的塔高。為解決上述問題，一般需要通過如下步驟：明確工藝要求，選定合理的參數(shù)與條件。傳質(zhì)單元數(shù)NOG2.測定或查得體積傳質(zhì)系數(shù)，計算HOG。氣液流動方式：逆流、并流吸收劑的種類：氣體易溶入塔濃度：經(jīng)濟優(yōu)化與工藝要求液氣比：1.1～1.5倍最小液氣比第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二最小液氣比（教材47頁）：注意：嚴(yán)格的講，操作線方程的氣液流量應(yīng)該為惰性氣體流量GB和純?nèi)軇┝髁縇s，濃度也應(yīng)該為摩爾比。這里進(jìn)行了簡化，（低濃度）。第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二二.計算依據(jù)操作線方程：填料層高度方程：無論哪類計算問題，都是依據(jù)如下三個公式進(jìn)行計算。以上三個公式的組合以及操作線和平衡線在坐標(biāo)軸上的示意圖是本部分計算的核心。第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二三.設(shè)計型問題中參數(shù)的選擇1.氣液流動方式：2.入塔濃度：3.液氣比：逆流：一般來說，傳質(zhì)推動力比較大并流：一般來說，傳質(zhì)推動力比較小液體：經(jīng)濟優(yōu)化，入塔濃度高，會導(dǎo)致吸收設(shè)備高但解吸設(shè)備?。蝗胨舛鹊?，會導(dǎo)致吸收設(shè)備小但解吸設(shè)備大氣體：工藝要求1.1～1.5倍最小液氣比第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二例題：塔高的計算清水吸收空氣中的氨，逆流，G＝0.025kmol/s，y1=0.02，要求y2=0.001。已知：m=1.2，Kya=0.0522kmol/(s·m2)，若塔徑d=1m，(L/G)=1.2·(L/G)min，求H。解：根據(jù)已知條件，可以求出HOG；如果求出NOG，就可以得到H。無論用解析法還是平均推動力法，都要求出L/G。(L/G)=1.2·(L/G)min第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二(L/G)=1.2·(L/G)min＝1.37根據(jù)物料衡算，求得液體出口濃度：則：平均推動力為：第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二四.理論塔板與理論塔板數(shù)－－板式塔1.理論塔板概念氣液兩相在塔板上接觸充分，傳質(zhì)完全，當(dāng)氣液離開該板時，兩相達(dá)到相平衡狀態(tài)，這塊塔板稱為一個理論塔板（理論板）。理論板與實際板的差別用塔板效率E0表示：N：理論板數(shù)Ne：實際塔板數(shù)第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.理論板數(shù)的計算：操作線方程：對于第一塊板：操作線和平衡線均為直線的情況ixixi-1yi+1yi塔板序號自上而下增大，離開第ｉ塊塔板的氣液組成的下標(biāo)為ｉ第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二對于第二塊板：以此類推，對于第N塊板，有：第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二yN+1y1xNx012N-1N第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二與填料塔傳質(zhì)單元數(shù)的公式相比，由推導(dǎo)過程可知，與填料塔相比：yN+1即填料塔入口濃度y1，y1即填料塔出口濃度y2，x0即填料塔入口濃度x2。y1y2x1x2yN+1y1xNx012N-1N第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二當(dāng)A趨近于1時，即L/G=m，有：有：第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二3.填料層的等板高度達(dá)到一塊理論板分離效果所需要的填料層高度，為填料的等板高度，由He表示。其大小反映了傳質(zhì)的動力學(xué)特性，通常由實驗測定。填料層高度表示為：當(dāng)操作線與平衡線均為直線且A=1時，有N=NOG；則：第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二五.解吸塔的設(shè)計計算回收吸收劑，得到產(chǎn)品。為吸收的反過程，傳質(zhì)方向是由液相至氣相，過程的推動力為：提高y*、p*或降低y、p有利于過程的進(jìn)行。第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二常用解吸方法：1.氣提法：通入惰性氣體。2.汽提法：通入水蒸氣水蒸氣既可作惰性氣體，又可作加熱介質(zhì)。3.降低壓力第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二以逆流氣提法為例，說明解吸塔的設(shè)計計算。由于此時m較大，解吸過程的液相阻力往往占優(yōu)勢，以液相體積傳質(zhì)系數(shù)為準(zhǔn)比較方便。采取與吸收塔計算相同的方法：1.填料層高度基本方程式的建立依據(jù)：y2x2y1x1yxy+dyx+dxHhdh第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二對全塔進(jìn)行積分，有：對于低濃度氣體吸收，L、Kx、a均可認(rèn)為是定值，因此：第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二當(dāng)平衡線為直線且過原點時，有：第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二同樣，還可以推出理論塔板數(shù)方程式：則：第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二最大液氣比（或最小氣液比）：2.操作氣量的選擇：實際氣液比：第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二六.吸收操作中的特殊問題1.多組分吸收存在范圍廣處理辦法：簡化為單組分吸收1）根據(jù)工藝要求，保證關(guān)鍵組分的吸收要求2）計算其它組分吸收的程度第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2.化學(xué)吸收1）過程特點高選擇性；界面處的氣相平衡分壓降低，增大傳質(zhì)推動力2）化學(xué)吸收機理化學(xué)吸收的機理仍以雙膜理論為基礎(chǔ)解釋。a）氣相中可溶性組分由氣相主體向氣液界面?zhèn)鬟f。b）溶質(zhì)由界面處由氣相溶解于液相。第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二由于化學(xué)反應(yīng)的存在，使液膜傳質(zhì)系數(shù)增加的倍數(shù)，一般情況下β>1。c）溶質(zhì)在液相中傳遞并與液相組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使溶質(zhì)濃度降低，推動力增大。d)依據(jù)反應(yīng)速度的不同，溶質(zhì)或反應(yīng)物在液相中傳遞。3）增強因數(shù)β：第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二對于瞬間反應(yīng)，例如鹽酸吸收氨氣，可以按照氣膜控制進(jìn)行處理。此時，Ky=ky，界面濃度可以認(rèn)為是零。對于非常慢的化學(xué)反應(yīng)，β~1，可按物理吸收處理。對于中等速度的化學(xué)反應(yīng)，比較復(fù)雜，有興趣的同學(xué)可以參閱有關(guān)專著。第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二3.非等溫吸收溶解熱反應(yīng)熱溫度變化平衡線位置與形狀吸收速率發(fā)生變化調(diào)節(jié)措施：1）塔內(nèi)冷卻裝置2）吸收劑體外冷卻3）大噴淋密度第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二本節(jié)小結(jié)1.掌握填料塔設(shè)計參數(shù)的選擇方法。2.熟