吸收塔的设计计算概要

Chap.6吸收塔的设计计算DesignofGasAdsorptionTower作业：练习题37-1,37-2(空塔气速用于计算塔径，V=u·π·d2/4)主要内容一.问题的提出二.计算依据三.设计型问题中参数的选择四.理论塔板与理论塔板数－－板式塔五.解吸塔的设计计算六.吸收操作中的特殊问题一.问题的提出给定工艺条件及分离要求下，选择合理的设计参数，计算吸收剂用量、出口浓度及必须的塔高。为解决上述问题，一般需要通过如下步骤：1.明确工艺要求，选定合理的参数与条件。传质单元数NOG2.测定或查得体积传质系数，计算HOG。气液流动方式：逆流、并流吸收剂的种类：气体易溶入塔浓度：经济优化与工艺要求液气比：1.1～1.5倍最小液气比最小液气比（教材47页）：12*min12yyLGxx注意：严格的讲，操作线方程的气液流量应该为惰性气体流量GB和纯溶剂流量Ls，浓度也应该为摩尔比。这里进行了简化，（低浓度）。二.计算依据22LLyxyxGG()yfx12*yOGOGyyGdyHHNKayy相平衡方程：操作线方程：填料层高度方程：无论哪类计算问题，都是依据如下三个公式进行计算。以上三个公式的组合以及操作线和平衡线在坐标轴上的示意图是本部分计算的核心。三.设计型问题中参数的选择1.气液流动方式：2.入塔浓度：3.液气比：逆流：一般来说，传质推动力比较大并流：一般来说，传质推动力比较小液体：经济优化，入塔浓度高，会导致吸收设备高但解吸设备小；入塔浓度低，会导致吸收设备小但解吸设备大气体：工艺要求1.1～1.5倍最小液气比例题：塔高的计算清水吸收空气中的氨，逆流，G＝0.025kmol/s，y1=0.02，要求y2=0.001。已知：m=1.2，Kya=0.0522kmol/(s·m2)，若塔径d=1m，(L/G)=1.2·(L/G)min，求H。解：12*yOGOGyyGdyHHNKayy根据已知条件，可以求出HOG；如果求出NOG，就可以得到H。无论用解析法还是平均推动力法，都要求出L/G。(L/G)=1.2·(L/G)min1212*min12120.020.0011.14/0.02/1.20yyyyLGxxymx(L/G)=1.2·(L/G)min＝1.37根据物料衡算，求得液体出口浓度：12120.020.0010.01391.37GxxyyL则：平均推动力为：112211220.021.20.1390.0011.200.001930.021.20.139lnln0.0011.20mymxymxyymxymx120.020.0019.840.00193OGmyyNy20.0250.6093.1410.05224OGyGHmKa0.6099.846.0OGOGHHNm四.理论塔板与理论塔板数－－板式塔1.理论塔板概念气液两相在塔板上接触充分，传质完全，当气液离开该板时，两相达到相平衡状态，这块塔板称为一个理论塔板（理论板）。理论板与实际板的差别用塔板效率E0表示：0eNENN：理论板数Ne：实际塔板数2.理论板数的计算：11iiiiLyyxxGiiymx相平衡方程：操作线方程：对于第一块板：1210101011yLLLyyxyxAyAmxGmGmG操作线和平衡线均为直线的情况ixixi-1yi+1yi塔板序号自上而下增大，离开第ｉ块塔板的气液组成的下标为ｉ对于第二块板：1321102221010111111()yyAyAmxAAyAmxAmmAAyAAmxAAyAAmx2211011001()11NNNNyAAAyAAAmxAymxmxA以此类推，对于第N块板，有：1101011NNymxAAymx1010111NNYmXAAAYmX1010111ln1lnNymxNAAAymxyN+1y1xNx012N-1N与填料塔传质单元数的公式相比，由推导过程可知，与填料塔相比：yN+1即填料塔入口浓度y1，y1即填料塔出口浓度y2，x0即填料塔入口浓度x2。y1y2x1x2yN+1y1xNx012N-1N121222-111ln1*1-1/-yOGyymxdyNyyAymxAA＝1lnOGNANAA当A趋近于1时，即L/G=m，有：有：OGNN3.填料层的等板高度达到一块理论板分离效果所需要的填料层高度，为填料的等板高度，由He表示。其大小反映了传质的动力学特性，通常由实验测定。填料层高度表示为：eHNH当操作线与平衡线均为直线且A=1时，有N=NOG；则：eOGHH五.解吸塔的设计计算回收吸收剂，得到产品。为吸收的反过程，传质方向是由液相至气相，过程的推动力为：**yypp或提高y*、p*或降低y、p有利于过程的进行。常用解吸方法：1.气提法：通入惰性气体。2.汽提法：通入水蒸气水蒸气既可作惰性气体，又可作加热介质。*Tmy3.降低压力以逆流气提法为例，说明解吸塔的设计计算。由于此时m较大，解吸过程的液相阻力往往占优势，以液相体积传质系数为准比较方便。采取与吸收塔计算相同的方法：1.填料层高度基本方程式的建立依据：AANNyxKyKx吸收速率方程：或()yfx相平衡方程：()ALxNdALxdx物料衡算方程:AN*xdALdxKxxdAy2x2y1x1yxy+dyx+dxHhdh***xxxAahdAadhKxxdAKxxadhLdxLdxdhKaxx对全塔进行积分，有：120*HxxxLdxdhHKaxx对于低浓度气体吸收，L、Kx、a均可认为是定值，因此：12*xxxLdyHKaxx12m*OLxxOLxLHKadxNxx液相传质单元高度，＝液相传质单元数当平衡线为直线且过原点时，有：122111-/1ln1*1--/AxOLxxymdxNAAxxAxymLLGmmG＝称为吸收因数同样，还可以推出理论塔板数方程式：2111-/1ln1ln-/xymNAAAxym＝则：1lnOLNANA＝最大液气比（或最小气液比）：21max21*yyLGxx21min21*xxGLyy2.操作气量的选择：minGGLL实际气液比：六.吸收操作中的特殊问题1.多组分吸收存在范围广处理办法：简化为单组分吸收1）根据工艺要求，保证关键组分的吸收要求2）计算其它组分吸收的程度2.化学吸收1）过程特点高选择性；界面处的气相平衡分压降低，增大传质推动力2）化学吸收机理化学吸收的机理仍以双膜理论为基础解释。a）气相中可溶性组分由气相主体向气液界面传递。b）溶质由界面处由气相溶解于液相。由于化学反应的存在，使液膜传质系数增加的倍数，一般情况下β1。ANyixikyykxx11yyxKmkkc）溶质在液相中传递并与液相组分发生化学反应，从而使溶质浓度降低，推动力增大。d)依据反应速度的不同，溶质或反应物在液相中传递。3）增强因数β：对于瞬间反应，例如盐酸吸收氨气，可以按照气膜控制进行处理。此时，Ky=ky，界面浓度可以认为是零。对于非常慢的化学反应，β~1，可按物理吸收处理。对于中等速度的化学反应，比较复杂，有兴趣的同学可以参阅有关专著。3.非等温吸收溶解热反应热温度变化平衡线位置与形状吸收速率发生变化调节措施：1）塔内冷却装置2）吸收剂体外冷却3）大喷淋密度本节小结1.掌握填料塔设计参数的选择方法。2.熟练应用三个基本方程解决填料塔相关计算问题。22LLyxyxGG()yfx12*yOGOGyyGdyHHNKayy相平衡方程：操作线方程：填料层高度方程：３.掌握理论塔板的概念。４.掌握解吸塔高度的推导过程，加深理解吸收塔高度的推导方法。５.掌握非等温吸收和化学吸收的特点。