化工原理 吸收塔的计算

1第4讲：9.5.4吸收塔的设计型计算1、吸收塔吸收剂用量和填料层高度;2、吸收剂再循环的分析及应用；3、解吸塔设计型计算。第9章气体吸收（12学时）21）计算公式1、吸收塔吸收剂用量和填料层高度9.5.4吸收塔的设计型计算物料衡算式1212()()GyyLxx相平衡方程式eymx吸收基本方程式12yOGOGyyeGdyHHNKyy12xOLOLxxeLdxHHNKxx32）吸收塔设计型计算的命题（1）达到分离要求最合理的溶剂用量；（2）达到分离要求所需要的塔高（填料层高）；（3）塔径（暂不计算）。设计要求：给定条件：y1、G、相平衡关系、分离要求(y2或η)回收率112221111GyGyyGyy42y2xx2增加对传质推动力的影响3）设计条件的选择Hymyxxxme,02,222，此时，的最高允许浓度为：。解吸操作费用,2x(1)流向选择，一般选择逆流操作;(2)吸收剂进口浓度选择，5吸收热效应明显的物系'x1'BGLGLL部分吸收剂再循环的定常态操作L'1x2、吸收剂再循环的分析及应用6LL'LxLxx12'2'212xLL'LxLx吸收剂入塔浓度物料衡算有吸收剂再循环：（1）实际吸收剂入塔浓度增加；（2）塔内操作线斜率稍有增加。若平衡线不变，吸收推动力一般要减小。71、吸收过程有显著的热效应，大量吸收剂再循环可降低吸收剂出塔温度，平衡线发生明显的向下移动，尽管操作线向下移动，但是，塔内传质的推动力增大。2、吸收的目的在于获得较浓的液相产物，按物料衡算所需的新鲜吸收剂量过少，以至不能保持塔内填料良好的润湿，吸收剂再循环，传质表面积增加，传质系数增大。遇到如下两种情况应采用溶剂再循环：82y2x液体局部返混对传质推动力的影响在一定的液体流量下，当上升气体流速达到一定值时，整个塔段上同时发生大量液体返混，液体在塔顶被出口气体带出塔外，即发生了不正常的液泛现象。返混9在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨—空气混合气中的氨，混合气流量为0.025kmol/s,混合气入塔含氨摩尔分数为0.02，出塔含氨摩尔分数为0.001。吸收塔操作时的总压为101.3kPa，温度为293k，在操作浓度范围内，氨水系统的平衡方程为y=1.2x，总传质系数Kya=0.0522kmol/(s.m3)。若塔径为1m，实际液气比是最小液气比的1.2倍，求所需塔高为多少？例9-5：吸收塔高（填料层高）的计算解题分析：已知y1、y2、x2、Kyα、m、qn、D、min1.2LLGG10根据吸收过程基本方程填料层高度计算式12yOGOGyyeGdyHHNKyy平均推动力法求传质单元数12121122112211112222()()()()lnlnyOGyeeeeeyydyNyyyyymxymxyyyyymxymxyy因此需要求取出塔液相含氨摩尔分数x1物料衡算式12121122()()()GGyyLxxxyyxL12min121.21.2eyyLLGGxxOGyGHKnqGAqn已知，A可以计算求取；110139.037.1001.002.0212121GLyyLyyGxx37.114.12.12.1minGLGL14.102.102.0001.002.021212121minxmyyyxxyyGLe解：①求液相出口摩尔分数最小液气比实际操作液气比解得液相出口摩尔分数12②求传质单元数平均推动力11221122311221122()()ln()()1.9410lneemeeyyyyyyyyyymxymxymxymx传质单元数1230.020.0019.791.9410OGmyyNy13③求传质单元高度气相流率220.0250.0318/()14Gkmolsm传质单元高度0.03180.610.0522OGyGHmK④所需填料层高度为9.790.616.0OGOGHNHm14方法2：37.12.11GLmA76.937.12.1001.002.037.12.11ln37.12.111OGN12111ln111OGyNAyAA15例、一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A，入塔气体中含A2%（摩尔分数），经吸收后溶质A被回收了90%，此时水的用量为最小用量的2倍，平衡线为Y=2X,气相总传质单元高度为0.8m,试求填料层所需高度。解：1220.020.02(10.9)0.0020yyx110.012eyx1612min121.8eyyLGxx12min1212.03.60.005yyLLGGxxx解得11220.010eeYxy11221122(-)-(-)0.005(-2)ln(-)eemeeyyyyyyyyy123.62.88OGmOGOGyyNyHNHm173、解吸（脱吸）GyaLxaGyLxybxb逆流解吸塔高浓端低浓端传质方向解吸剂----吸收的逆操作1、解吸方法减压解吸----闪蒸（在第十章中介绍）应用解吸剂进行解吸常用的解吸剂有惰性气体、水蒸气或贫气等（2）汽提或提馏----解吸剂用惰性气体或贫气----解吸剂用水蒸汽（1）气提18解吸塔的设计型问题（气提）（1）解吸塔物料衡算式全塔物料衡算1212()()GyyLxx操作线方程1111LxxLLyyxyxGGG规定浓度下标：塔顶1，塔底219已知：L、x1、y2，规定x2GL（2）解吸塔的最小气液比2012xxxeLdxHKaxx12yyyeGdyHKayy11mxyeLGxxyy212112min12exxGLyyminGGnLL（3）解吸塔填料层高度的计算2112OLmxxNxeyxm112212111222()()()lnln()eemeexxxxxxxxxxxxx如果气液平衡关系满足亨利定律平均推动力法求传质单元数2221221ln11OLyxmNAAyAxmLGAm解吸因数法求传质单元数23例题解吸塔设计型计算：用煤油从空气与苯蒸汽的混合气中吸收苯。所得吸收液在解吸塔中用过热水蒸汽进行解吸，待解吸的液体中含苯0.05（摩尔分率，下同），要求解吸后液体中苯的浓度不超过0.005，在解吸操作条件下，平衡关系为y=1.25x，塔内液体流量为0.03kmol/(m2.s),填料的体积传质系数为Kya=0.01kmol/(m3.s)。过热蒸汽的用量为最小用量的1.2倍。试求：（1）过热蒸汽的用量；（2）所需填料层的高度。24解：min20.050.005(1)1.20.031.21.250.050.0259/GGLLkmolms1110.05210.050.00831.25yxxm12120.050.0050.05210.02590.03xxyyGL2512OLOLOLxymxxLLHHNNKamKax16.6Hm2220.005yxxm0.0065mx26例9-6解吸气流量的计算含苯摩尔分数为0.02的煤气用平均相对分子量为260的洗油在一填料塔中作逆流吸收，以回收其中95％的苯，煤气的流量为120kmol/h。塔顶进入的洗油中含苯摩尔分数为0.005，洗油的流率为最小用量的1.3倍。吸收塔在101.3kPa下操作，此时气液平衡关系为y=0.125x。富油由吸收塔底出口经加热后被送入解吸塔塔顶，在解吸塔底送入过热水蒸气使洗油脱苯。脱苯后的贫油由解吸塔底排除被冷却至27℃再进入吸收塔使用，水蒸汽用量取最小量的1.2倍。解吸塔在101.3kPa、120℃下操作，此时的气液平衡关系为y=3.16x。求洗油的循环流率和解吸时的过热蒸汽耗量。27解：⑴吸收塔吸收塔出口煤气中含苯摩尔分数为21(1)(10.95)0.020.001yy110.020.160.125eyxm洗油在吸收塔底的最大摩尔分数为吸收塔的最小液气比12min120.020.0010.1230.160.005eyyLGxx28实际液气比min1.31.30.1230.160LLGG煤气量1200/0.333/Gkmolhkmols洗油循环量20.1600.3335.3210/Lkmols29洗油出塔摩尔分数为1212()10.005(0.020.001)0.1240.16GxxyyL⑵解吸塔因过热蒸汽不含苯，y2=0解吸塔顶气相中苯的最大含量113.160.1240.391eymx30解吸塔的最小气液比12min120.1240.0050.3040.3910exxGLyy操作气液比min1.21.20.3040.365GGLL过热蒸汽用量220.3650.3655.32101.9410/1260/GLkmolskmolh31分析HOGHOLNOGNOL的关系：OLxyyOGHAGLmaKLaKGmmaKGH1OLOGNNA1OLOGHHAOLOLOGOGNHNHHxyyyxGLLAKKmKKKAG32例2：用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为η，操作采用的液气比是最小液气比的β倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以η、β两个参数列出计算NOG的表达式。02x121yyy解：mmyyyGL0121minmGLGLmin11GLmAAmxymxyAANOG111ln111222112)1(yy11111ln111OGN33例3：1yAxBx2y3yAB水用清水吸收混合气中的SO2，气体经两塔后总的回收率为0.91，两塔的用水量相等，且均为最小用水量的1.43倍，两塔的传质单元高度均为1.2m。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律，试求两塔的塔高。34解：91.0131yyy11309.091.01yyy043.1043.1232121myyymyyyGL232121yyyyyy21212109.0yyyyyy2121222109.0yyyyyy123.0yymmyyyGL7.043.103.043.1111352230111ln1101110.31ln111.430.70.091.430.711.430.72.33OGyNAyAA121.22.332.80OGOGHHHNm7.043.111GLmA36第5讲：9.5.5吸收塔的操作型问题吸收塔的操作型计算9.5.6吸收操作的调节综合例题。第9章气体吸收（12学时）371.操作型计算的命题（1）第一类命题（求操作结果）9.5.5吸收塔的操作型计算吸收塔的高度及其他有关尺寸，气液两相流量、进口含量、平衡关系及流动方式，两相总传质系数Kyα或Kxα。给定条件：计算目的：气、液两相的出口含量38（2）第二类命题（求操作条件）给定条件：吸收塔的高度及其他有关尺寸，气相流量及进、出口含量、吸收液的进口含量