流體力學(xué)與傳熱：第三節(jié) 吸收塔的計算 （1）

第三節(jié) 吸收塔的計算（1）packed columnpacked columnYangdongjie,SCUTStructured packing(規(guī)整填料規(guī)整填料)Yangdongjie,SCUTFG型蜂窩柵格規(guī)整填料 MellapakFP型翅片波紋填料 Yangdongjie,SCUTrandom packing(a)Raschig ring;(b)Berl saddle;(c)Pall ring;(d)Intalox metal,IMTP;(e)Jaeger Metal Tri-PackYangdongjie,SCUT雙鞍環(huán)雙鞍環(huán)RICRICTMTM填料填料 共軛環(huán)共軛環(huán)SCUT 發(fā)明人：華南理工大學(xué)發(fā)明人：華南理工大學(xué) 陳煥欽等陳煥欽等Yangdongjie,SCUT泡沫陶瓷環(huán)形填料Foam Ceramics Ring Packing Fig.1 Structural sketch map of foam ceramic（a）Cylinder packing (b)DX-1 rings PackingFig.2 Foam ceramic packinguZL200510032704.8專利權(quán)人：華南理工大學(xué)，楊專利權(quán)人：華南理工大學(xué)，楊東杰等東杰等 Yangdongjie,SCUT操作型操作型：核算；核算；操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。操作條件與吸收結(jié)果的關(guān)系。計算依據(jù)：物料衡算；計算依據(jù)：物料衡算；相平衡；相平衡；吸收速率方程。吸收速率方程。吸收塔的計算內(nèi)容：吸收塔的計算內(nèi)容：設(shè)計型設(shè)計型：流向、流程、吸收劑用量、流向、流程、吸收劑用量、吸收劑濃度、吸收劑濃度、塔高、塔徑。塔高、塔徑。工業(yè)吸收過程的特點(diǎn)工業(yè)吸收過程的特點(diǎn):混合氣體中溶質(zhì)濃度不高，混合氣體中溶質(zhì)濃度不高，510，低濃度氣體，低濃度氣體的吸收，流經(jīng)全塔的混合氣體量、液體量變化不大。的吸收，流經(jīng)全塔的混合氣體量、液體量變化不大。kL,kG=constant溶質(zhì)的溶解熱引起的溫度變化很小等溫吸收溶質(zhì)的溶解熱引起的溫度變化很小等溫吸收3.1 3.1 吸收塔的物料衡算及操作線方程吸收塔的物料衡算及操作線方程1 1、物料衡算、物料衡算 逆流式逆流式v溶劑、惰性氣體的流量溶劑、惰性氣體的流量L,VL,V為常數(shù)為常數(shù)v氣液濃度使用摩爾比氣液濃度使用摩爾比V,Y1 L,X1V,Y2 L,X2V-惰性氣體通量，惰性氣體通量，kmol/h;L-溶劑用量，溶劑用量，kmol/h;（2）溶質(zhì)回收量）溶質(zhì)回收量=V(Y1-Y2)=L(X1-X2)（3）混和氣體：）混和氣體：Vhm3/s，y1（4）純?nèi)軇海┘內(nèi)軇篨2=0（1）說明：說明：2 2、逆流吸收塔的操作線方程、逆流吸收塔的操作線方程V-惰性氣體通量，惰性氣體通量，kmol/h;L-溶劑用量，溶劑用量，kmol/h;Y,X-任意塔截面上氣液相組成，任意塔截面上氣液相組成，摩爾比。摩爾比。V,Y2V,Y1L,X2L,X1Y XmnL，V，X2，Y2均為定值均為定值穩(wěn)定吸收，操作線為直線，斜率為穩(wěn)定吸收，操作線為直線，斜率為L/V描述塔內(nèi)任一截面描述塔內(nèi)任一截面A氣液兩相濃度的關(guān)系氣液兩相濃度的關(guān)系T（Y2,X2)：塔頂：塔頂B(Y1,X1)：塔底：塔底(Y-Y*)；(X*-X)；吸收過程的操作線位于平衡線上方吸收過程的操作線位于平衡線上方;解吸過程的操作線位于平衡線下方。解吸過程的操作線位于平衡線下方。操作線離平衡線愈遠(yuǎn)吸收的推動力愈大；操作線離平衡線愈遠(yuǎn)吸收的推動力愈大；XY1Y2X1X2TBYA3.3.并流吸收操作線并流吸收操作線V,Y2V,Y1L,X2L,X1Y XmnXY2Y1X1X2TBYA4.4.逆流和并流對比逆流和并流對比逆流的推動力逆流的推動力并流的推動力并流的推動力逆流推動力均勻逆流推動力均勻逆流時逆流時Y1與與X1在塔底相遇有利于在塔底相遇有利于提高提高X1逆流時逆流時Y2與與X2在塔頂相遇有利于在塔頂相遇有利于降低降低Y2無論并流、逆流，操作線方程與無論并流、逆流，操作線方程與操作線均由物料衡算得到，與系操作線均由物料衡算得到，與系統(tǒng)的平衡關(guān)系、操作條件及設(shè)備統(tǒng)的平衡關(guān)系、操作條件及設(shè)備結(jié)構(gòu)型式?jīng)]有關(guān)系。結(jié)構(gòu)型式?jīng)]有關(guān)系。XY2Y1X1X2TBYAXY1Y2X1X2TBYA 5.5.串聯(lián)塔串聯(lián)塔 X2a Y2aY1a X1aA Y1b X1bY2b X2bBA A A A塔逆流：塔逆流：塔逆流：塔逆流：斜率：斜率：L/V塔頂（塔頂（X2a,Y2a),塔底（塔底（X1a,Y1a)B B B B塔并流：塔并流：塔并流：塔并流：斜率：斜率：-L/V塔頂（塔頂（X2a,Y2a),塔底（塔底（X1a,Y1a)Y1aY2a=Y1b Y2b X2a X1a=X1b X2b Y=mXBAX2a Y2aY1a X1aA Y1b X1bY2b X2bBTo draw Operating-line on X-YOperating-line on X-YY1aY2a=Y1bY2b;X1bX2b=X2aX1a 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定1.傳質(zhì)推動力傳質(zhì)推動力：操作線離開平衡線距離表示吸收過程的總推動力操作線離開平衡線距離表示吸收過程的總推動力2最小液氣比最小液氣比針對一定的分離任務(wù)，操作條件和吸收物系一定，針對一定的分離任務(wù)，操作條件和吸收物系一定，塔內(nèi)某截面吸收推動力為零，達(dá)到分離程度所需塔內(nèi)某截面吸收推動力為零，達(dá)到分離程度所需塔高無窮大時的液氣比。塔高無窮大時的液氣比。B1Y1Y2ABOEXYX2X1X*1P最小液氣比的計算最小液氣比的計算1.平衡曲線一般情況平衡曲線一般情況X*1與與Y1相平衡的液相組成。相平衡的液相組成。平衡關(guān)系符合亨利定律時：平衡關(guān)系符合亨利定律時：Y1Y2 2.平衡曲線為凸形曲線情況平衡曲線為凸形曲線情況3.操作液氣比及溶劑用量的確定操作液氣比及溶劑用量的確定vL/V,操作線遠(yuǎn)離平衡線，操作線遠(yuǎn)離平衡線，Y，Z設(shè)備費(fèi)設(shè)備費(fèi)出塔液相濃度出塔液相濃度X1，吸收劑循環(huán)使用，液體處理量增吸收劑循環(huán)使用，液體處理量增大，操作費(fèi)大，操作費(fèi)vL/V與設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)有關(guān)與設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)有關(guān)vL的大小與的大小與填料表面的潤濕有關(guān)填料表面的潤濕有關(guān)v最小液氣比是操作的一種極限狀態(tài)，實(shí)際操作液氣比最小液氣比是操作的一種極限狀態(tài)，實(shí)際操作液氣比一定大于該值，取最小液氣比（一定大于該值，取最小液氣比（L/V)min的（的（1.12.0）倍倍用純?nèi)軇┪諝怏w中的組分用純?nèi)軇┪諝怏w中的組分A，入塔混合氣，入塔混合氣體中的組分體中的組分A與惰性氣體的摩爾比與惰性氣體的摩爾比Yb=0.03,要求吸收率要求吸收率=0.95，已知操作條件下，已知操作條件下mV/L=0.8（m可取為常數(shù)），與入塔氣體成平衡的液可取為常數(shù)），與入塔氣體成平衡的液相濃度相濃度X*=0.03，計算，計算1）操作液氣比為最小液氣比的倍數(shù)）操作液氣比為最小液氣比的倍數(shù)2）吸收液的濃度）吸收液的濃度Xb【例例】解題思路：解題思路：V(Yb-Yt)L(Xb-Xt)解：解：1）由入塔氣相濃度和吸收率得）由入塔氣相濃度和吸收率得Yt=Yb(1-)=0.03（10.95）0.0015在塔頂和塔底對組分作物料衡算，得在塔頂和塔底對組分作物料衡算，得 V（Yb-Yt）LXb因此，最小液氣比因此，最小液氣比所以操作液氣比與最小液氣比的比值所以操作液氣比與最小液氣比的比值2）由物料衡算得）由物料衡算得離開第一塊板的液體濃度離開第一塊板的液體濃度X1可由平衡關(guān)系可由平衡關(guān)系和和Yt求取求取由題目給定的條件，由題目給定的條件，因此因此 Yt=mX1=0.0015代入操作方代入操作方程得程得