化工原理课件第三节 吸收塔的计算 (3)

第三节吸收塔的计算(3)吸收过程的操作型计算•在塔设备条件下（填料层高度、理论或实际板数及塔径等）已知的前提下，计算在不同操作条件下分离一定的混合物所能达到的分离效果。•目的：指导吸收塔的操作和调节，以在操作参数变化或波动的情况下，采取适宜操作措施保证达到分离的工艺要求1、气体流量对吸收操作的影响某塔在101.3kN/m2，293K下，用清水逆流吸收丙酮－空气混合物中的丙酮，当操作时的液气比为2，丙酮的回收率为95％，Y*=1.18X，气膜控制，V增加20％，L，Y1，X2均不变，(塔截面积为1m2)（1）丙酮的回收率有何变化？（2）单位时间内被吸收的丙酮量增加了多少？（3）吸收塔的平均推动力如何变化？8.0Vkya解题思路：已知条件：P=101.3kPaT=293KX2=0L/V=2φ=0.95m=1.18Kya∝V0.8V′=1.2VL、Y1、X2均不变121YYY)()(2121YYVYYV221122112121lnlnmXYmXYmXYmXYYYYYYmY2?Y2′?Z不变OGOGOGOGNHNH''aAKVHYOGm21YYYNOGX1Y1Y2m8.0Vkya8.08.02.1''VVkkyayaOGyayaOGHkVkVH2.08.02.12.12.1'''04.12.1'2.0OGOGHH解：由得3.51ln112221LmVmXYmXYLmVLmVNOG11205.0)1(YYYOGOGOGOGNHNH''1.504.13.5OGOGOGOGNHHN1.5''1ln'11'2221LmVmXYmXYLmVLmVNOG120784.0'YY922.0''121YYY164.1YYV'YYV2.12121＝－－单位时间内新旧工况下回收的丙酮的量比为：)()(2121XXLYYV11Y475.0X＝由物料衡算式可得01.1YYmm221122112121lnlnmXYmXYmXYmXYYYYYYm平均推动力则V则Z一定，NOGAKVHYOG22221,YmXYmXYLmVfNOG定性分析：V增加，气膜控制，HOL基本不变，NOL不变X,mVL11121mXYmXYfNOL不变2、液体流量对吸收操作的影响OLxayaOGN)(,K,,,K:,N:111;11或较小若为液膜控制，若为气膜控制，联合控制OGOLOGxaOLxaOGOLOGOGyaOGOLYOGxaayxaaxayayxaNHLmVHKLHkNLmVNNHkNLmVNKVHkmkKkmkKLk•联合或液膜控制过程：•气膜控制11121OL22221OGXmXYmXY,mVLfNYmXYmXY,LmVfN11121OL22221OGXmXYmXY,mVLfNYmXYmXY,LmVfN不变3、温度或压力的影响OGOLOGxaOLxaOGOGyaYOGxaayxaaxayayNHLmVHKLHkNHkKVHkmkKkmkKmT)(,K,,K:N:111;11,PxayaOG若为液膜控制，若为气膜控制，联合控制或Kxa≈kxa122221VL,,LxYmXYmXYmVfNOG，操作线•联合或液膜控制过程：•气膜控制122221,,,LxVLYmXYmXYmVfNOG不变不变Y1Y2Y2‘X2X1X1’定性分析总结V增大，Y2增大，X1增大L增大，Y2减小，X1减小T下降，Y2减小，X1增大P增大，Y2减小，X1增大操作型计算定性分析步骤(1)根据命题给条件确定的HOG、S的变化情况；(2)利用判别的变化趋势；(3)确定的变化情况OGOGHZNOGNSmXYmXYSSN2221OG1ln112221mXYmXY2Y(4)确定的变化趋势；(5)最后确定的变化趋势，有3种方法：1X①利用确定的变化趋势，须与对数平均推动力法结合用，很繁琐。)()(2121XXLYYV1X②根据a．根据题给条件确定HOL、A的变化趋势；b．利用判别的变化趋势；c．确定的变化情况，确定的变化趋势。AmXYmXYAAN1121OL1ln11OLOLHZNOLN1121mXYmXY1X③近似法高吸收率时121)(VYXXL强化吸收过程的途径（自学）从NA=KYY可以看出，影响吸收的主要因素:KY、吸收推动力Y、相接触面积S一、提高吸收总系数KY(或KG)或KX(或KL)吸收过程的主要阻力集中在滞流膜上。要提高吸收总系数，必须设法降低气膜和液膜的厚度。通过加大流体的流动速度，增加流体的湍动程度，则可减小滞流膜层的厚度。对于易溶气体，KG约等于kG,是气膜控制过程;关键是降低气膜层的厚度。增加气体总压，增加气流速度，增大气相的湍动程度，则膜分系数增大，KY=P·kG。但是，气流速度应根据设备大小来考虑，不能超过液流速度。对于难溶气体，KL约等于kL，是液膜控制过程:关键是降低液膜厚度。提高吸收剂的流速，增大液相的湍流程度，使液膜分系数增大，KX约等于C·kL。溶解度适中的气体，其吸收速度由两个膜控制，同时增大气相和液相流速，增大两相的湍动程度，从而减小两膜的厚度。二、增大吸收推动力Ｙ或Ｘ从气相推动力(P–P*)来分析:增大吸收质的分压P，减小吸收质平衡分压P*，有利于P或Y增大。选择较大的溶解性吸收剂，操作温度较低，可以降低P*；增大气体总压可以提高分压PA。从液相推动力(C*-C)来分析:增大吸收质在液相中的浓度C*，减小吸收剂中吸收质的浓度C，则有利于C或X的增大。选择较大的溶解性吸收剂可提高C*，降低C，有利于C或X的增大。三、增大单位吸收传质面积面积主要由设备来决定，对于填料塔，应该注意：填料的选型，应尽量选比表面积大的填料。增大气液分散度，液体喷淋均匀，填料充分润湿，保证上升气泡和液层充分接触，达到传质目的。采用湍流塔，促使气液充分湍动，两相接触面不断更新，扩大了接触面积。※由于吸收质与吸收剂中的活泼组分发生化学反应，使吸收质在液相中的浓度Y＊变小，增大了气相传质推动力。※若是不可逆，气相Y*＝0,说明伴有化学反应的吸收操作比起单纯的物理吸收操作效率要高。如用NaCl-NH3.H2O吸收CO2,铜氨溶液吸收CO等四、利用化学反应【例】在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099（摩尔分数）的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的85%，进塔气体中溶质浓度为0.091（摩尔分数），操作液气比为0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为，试求：（1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。假设体积传质系数与流动方式无关。xy86.0解：已知Y1=0.091X2=0.0099φ=0.85L/V=0.9m=0.86逆流吸收时01365.0)85.01(091.0)1(12YY09584.09.0)01365.0091.0(0.0099)/LY-(VXX2121Y0824.009584.086.086.011XY008514.00099.086.086.02*2XY0086.00824.0091.0*111YYY005136.0008514.001365.0*222YYY00672.0005136.00086.0ln005136.00086.0ln2121mYYYYY51.1100672.001365.0091.0m21OGYYYN改为并流吸收后，设出塔气、液相组成为Y1´、X1´，进塔气、液相组成不变Y2=0.091、X2=0.0099物料衡算：)()('122'1YYVLXX'1'1222'1'121'2'1'122'1'1221'2ln)()(ln)()(mXYmXYXXmYYYYmXYmXYmXYmXYYYNOG将物料衡算式代入整理得：'1'122OGln11mXYmXYVLmN逆流改为并流后，因Kya不变，即传质单元高度HOG不变，故NOG不变。所以'1'186.00099.086.0091.0ln9.086.01151.11XY由物料衡算式得：0999.09.0'1'1XY将上述两式联解得0568.0'1X0488.0'1Y00366.051.110488.0091.0OG'12'mNYYY84.100366.000672.0'mmYY由计算结果可以看出，在逆流与并流的气、液两相进口组成相等及操作条件相同的情况下，逆流操作可获得较高的吸收液浓度及较大的吸收推动力。