吸收或解吸塔的计算课件.ppt

1、第四节 吸收（或解吸)塔的计算一、一、 概述概述二、二、 物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程三、三、 吸收剂用量的决定和最小液气比吸收剂用量的决定和最小液气比四、四、 低浓度气体吸收塔填料层高度的计算低浓度气体吸收塔填料层高度的计算五、五、 理论板数的计算理论板数的计算六、六、 解吸解吸一、一、 概述概述1.1.吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算设计型计算设计型计算操作型（校核型）计算操作型（校核型）计算第四节 吸收（或解吸)塔的计算2.2.设计计算的主要内容与步骤设计计算的主要内容与步骤 (1) (1) 吸收剂的选择及用量的计算；吸收剂的选择及用量的计算；(2) (2)

2、设备类型的选择；设备类型的选择；(3) (3) 塔径计算；塔径计算；(4) (4) 填料层高度或塔板数的计算；填料层高度或塔板数的计算；(5) (5) 确定塔的高度；确定塔的高度；(6) (6) 塔的流体力学计算及校核；塔的流体力学计算及校核；(7) (7) 塔的附件设计。塔的附件设计。 第四节 吸收（或解吸)塔的计算3.3.校核计算的主要内容与步骤校核计算的主要内容与步骤 (1) (1) 吸收率的计算吸收率的计算(2) (2) 吸收剂用量、组成及操作温度对吸收塔的影响吸收剂用量、组成及操作温度对吸收塔的影响4.4.计算依据计算依据物系的物料衡算、相平衡关系和传质速率方程式物系的物料衡算、相平

3、衡关系和传质速率方程式第四节 吸收（或解吸)塔的计算对稳定吸收过程，全塔物料衡算为：对稳定吸收过程，全塔物料衡算为： 下标下标“a”a”代表填料层上顶截面；代表填料层上顶截面；下标下标“b”b”代表塔内填料层下底截面。代表塔内填料层下底截面。V V 惰性气体惰性气体B B的摩尔流率的摩尔流率kmol/skmol/s；L L 吸收剂吸收剂S S的摩尔流率的摩尔流率kmol/skmol/s；Y Y 溶质溶质A A在气相中的摩尔比浓度；在气相中的摩尔比浓度； X X 溶质溶质A A在液相中的摩尔比浓度。在液相中的摩尔比浓度。二、物料衡算与吸收操作线方程二、物料衡算与吸收操作线方程 全塔物料衡算目的：

4、计算吸收剂出口浓度全塔物料衡算目的：计算吸收剂出口浓度。baabLXVYLXVYV, YaV, YbL, XbL, Xa1.1.全塔物料衡算全塔物料衡算第四节 吸收（或解吸)塔的计算 进塔惰性气体流量进塔惰性气体流量V V和组成和组成Y Yb b由吸收由吸收任务规定的，进塔吸收剂温度和组成任务规定的，进塔吸收剂温度和组成XaXa一般由工艺条件确定，吸收剂用量由设一般由工艺条件确定，吸收剂用量由设计者给出，出塔气体组成计者给出，出塔气体组成YaYa则由任务给则由任务给定或由给定的定或由给定的吸收率吸收率求出，由上式可求求出，由上式可求算出吸收剂出口浓度算出吸收剂出口浓度X Xb b。bababA

5、YYYYY1)1 (AbaYY2.吸收率的定义：吸收率的定义： 混合气中溶质混合气中溶质A A被吸收的量占总量的百分率，称被吸收的量占总量的百分率，称为溶质的吸收率或回收率，以为溶质的吸收率或回收率，以表示，即：表示，即：V, YaV, YbL, XbL, Xa 已知进料中已知进料中A A的组成为的组成为50%50%（mol%mol%）, ,要要求气体吸收率为求气体吸收率为90%90%，则塔顶尾气中，则塔顶尾气中A A的组成：的组成： A:9% B:7% C: 5% D:3%A:9% B:7% C: 5% D:3%第四节 吸收（或解吸)塔的计算aaXVLYXVLY3.3.操作线方程与操作线操作

6、线方程与操作线 在任一截面与塔顶间作溶质在任一截面与塔顶间作溶质A A的物料衡算，有的物料衡算，有 V, YaV, YbL, XbL, XaV, YL, X)()(aaXXLYYV第四节 吸收（或解吸)塔的计算操作线方程操作线方程YXoBYbXbXaYaAYXXeYeP第四节 吸收（或解吸)塔的计算aaXVLYXVLY并流操作线方程并流操作线方程V, YaV, YbL, XbL, XaV, YL, X 对并流操作的吸收塔，其操作线方程可取塔内填料层任一截面与对并流操作的吸收塔，其操作线方程可取塔内填料层任一截面与塔顶（浓端）作物料衡算得到。塔顶（浓端）作物料衡算得到。aaXVLYXVLYYXo

7、AYaXaXbYbBYXXeYeP第四节 吸收（或解吸)塔的计算4.4.吸收塔内流向的选择吸收塔内流向的选择 逆流操作时，传质推动力变化较小；逆流操作时，传质推动力变化较小；并流操作时，传质推动力变化较大；并流操作时，传质推动力变化较大；逆流操作的平均推动力大于并流；逆流操作的平均推动力大于并流；工业吸收一般多采用逆流。工业吸收一般多采用逆流。第四节 吸收（或解吸)塔的计算三、三、 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定 aabbXYYLVX 可知吸收剂出塔浓度可知吸收剂出塔浓度X Xb b与吸收剂用量与吸收剂用量L L是相互制约的，是相互制约的，吸收剂用量吸收剂用量L L对出塔浓度对出塔浓度X X

8、b b及吸收过程的影响可通过及吸收过程的影响可通过Y-XY-X坐坐标图分析标图分析 。由全塔物料衡算式由全塔物料衡算式 第四节 吸收（或解吸)塔的计算YXoYe=f(X)AYbXbXaYaA(L/V)BXb(L/V)Xbe(L/V)minC1.1.最小液气比最小液气比(L/V)(L/V)minmin第四节 吸收（或解吸)塔的计算若吸收剂用量若吸收剂用量 L/V L/V 吸收剂出塔浓度吸收剂出塔浓度X Xb b ，循环和再生费用，循环和再生费用 ；吸收剂出塔浓度吸收剂出塔浓度X Xb b ，设备费用设备费用 。若吸收剂用量若吸收剂用量 ，L/V L/V abeabXXYYVLminabeabXX

9、YYVLmin若相平衡线的形状不规则若相平衡线的形状不规则YXoYe=f(X)YbXaYaBXbe(L/V)minCXb,maxababXXYYVLmax,minababXXYYVLmax,min第四节 吸收（或解吸)塔的计算2. 2. 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定 L,L,操作费用操作费用，L, L, 设备费用设备费用；按总费用最低的原则来选取；按总费用最低的原则来选取；根据生产实践经验，一般取：根据生产实践经验，一般取： min0 . 21 . 1VLVL兼顾填料润湿率。兼顾填料润湿率。VVLLmin0 . 21 . 1第四节 吸收（或解吸)塔的计算 在在2020，1atm1atm下，

10、用清水分离氨下，用清水分离氨- -空气的混合气体，混空气的混合气体，混合气体中氨的分压为合气体中氨的分压为1330Pa1330Pa，经吸收后氨的分压降为，经吸收后氨的分压降为7Pa7Pa，混合气体的处理量为混合气体的处理量为1020kg/h1020kg/h，操作条件下平衡关系为，操作条件下平衡关系为 Y Ye e=0.755X=0.755X。若适宜的吸收剂用量为最小用量的。若适宜的吸收剂用量为最小用量的2 2倍，求所倍，求所需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。吸收塔V, ybV, yaxa , L=?xb=?例题例题：第四节 吸收（或解吸)塔的计算四、低浓度气体吸收填料

11、层高度的计算四、低浓度气体吸收填料层高度的计算 1.1.填料层高度的计算式填料层高度的计算式第四节 吸收（或解吸)塔的计算V, YaV, YbL, XbL, Xah填料塔的不同填料塔的不同截面截面，Y,XY,X不同；不同；传质推动力不同；传质推动力不同；传质速率不同；传质速率不同；要确定整个填料塔的传质量，需要确定整个填料塔的传质量，需采用微积分方法。采用微积分方法。所以所以haNANAAdd 从物质传递过程角度分析，若从物质传递过程角度分析，若dhdh微元段微元段内传质速率为内传质速率为N NA A，则通过该微元填料层的溶，则通过该微元填料层的溶质质A A的传递量为的传递量为 XLYVGAd

12、dd任取填料层中高度为任取填料层中高度为dhdh的微分段的微分段haNLdXYVGAAdddV, YaV, YbL, XbL, XaYXhY+dYdhX+dX第四节 吸收（或解吸)塔的计算由物平可知通过该微元层物质的传递量为：由物平可知通过该微元层物质的传递量为：将以气相摩尔比分数表示的总的传质速率方程代入，则有：将以气相摩尔比分数表示的总的传质速率方程代入，则有： 分离变量，对上式沿塔高积分得分离变量，对上式沿塔高积分得 haYYKYVeYdddYaYYKVhbaYYeY)(第四节 吸收（或解吸)塔的计算dYaYYKVdhbaYYeYh)(0同理，将以液相摩尔比分数表示的总的传质速率方程代入

13、，则有同理，将以液相摩尔比分数表示的总的传质速率方程代入，则有 分离变量，对上式沿塔高积分得分离变量，对上式沿塔高积分得 haXXKXLeXdd第四节 吸收（或解吸)塔的计算dXaXXKLdhbaXXeXh)(0dXaXXKLhbaXXeX)(若采用若采用N NA A=k=kY Y(Y(Y-Yi)-Yi)和和N NA A=k=kX X(X(Xi i-X)-X)可得：可得：baYYiYYYYakVhdbaXXiXXXXakLhd 用其它组成表示法的传质速率方程，可推得以相应相组成表示的填用其它组成表示法的传质速率方程，可推得以相应相组成表示的填料层高度料层高度h h的计算式。的计算式。 第四节

14、吸收（或解吸)塔的计算 对低浓度气体吸收对低浓度气体吸收(y(yb b10%) (L/V)I第四节 吸收（或解吸)塔的计算1.1.吸收剂用量吸收剂用量L L的影响的影响 降低吸收剂入塔浓度，因降低吸收剂入塔浓度，因 Y Yb b 和和 L/V L/V 不变，操作线向上不变，操作线向上平移。平移。 当吸收剂入塔浓度由当吸收剂入塔浓度由X Xa a降降至至X Xa a时，液相出塔浓度将由时，液相出塔浓度将由X Xb b降至降至X Xb b，气体出塔浓度降至，气体出塔浓度降至Y Ya a，分离程度增大。，分离程度增大。YXoYe=f(X)IIYbXbXaYaIXbYa(L/V)II = (L/V)I

15、Xa第四节 吸收（或解吸)塔的计算2.2.吸收剂入塔浓度的影响吸收剂入塔浓度的影响 降低吸收剂入塔温度降低吸收剂入塔温度t t，改，改变了物系的平衡关系，气体溶解变了物系的平衡关系，气体溶解度增大，平衡线下移，传质推动度增大，平衡线下移，传质推动力也增大。力也增大。 当气、液进塔浓度当气、液进塔浓度Y Yb b、X Xa a 以及液气比不变时，气体出塔浓以及液气比不变时，气体出塔浓度度Y Ya a降低，分离程度增加。降低，分离程度增加。YXoYe=f(X)IIYbXbXaYaIXbYa(L/V)II = (L/V)I第四节 吸收（或解吸)塔的计算3.3.吸收剂入塔温度的影响吸收剂入塔温度的影响

16、五、理论板数的计算五、理论板数的计算)(1aaiiXVLYXVLY1 1、图解法、图解法在塔顶与塔内任意截面间对溶质作物料衡算，得操作线方程：在塔顶与塔内任意截面间对溶质作物料衡算，得操作线方程：Ya=Y1Xa=X0Y1YiX11ii+1NXiYi+1Xi+1YNXNYb=YN+1Xb=XN该操作线在该操作线在Y-XY-X图图上为一直线。上为一直线。第四节 吸收（或解吸)塔的计算 （1 1）在）在X X-Y-Y坐标中绘出平衡线坐标中绘出平衡线与操作线；与操作线； YXoYe=f(X)AYBXBXABYAE123图解法求理论级数步骤：图解法求理论级数步骤：第四节 吸收（或解吸)塔的计算 （2 2

17、）从操作线端点）从操作线端点A A（XaXa，YaYa）出发，作水平线与平衡线相）出发，作水平线与平衡线相交，过交点作垂线交于操作线点交，过交点作垂线交于操作线点（X X1 1，Y Y2 2），得一梯级，再过该），得一梯级，再过该点作水平线交于操作线点（点作水平线交于操作线点（X X2 2，Y Y3 3），又得一梯级，如此在平衡），又得一梯级，如此在平衡线与操作线间画梯级，直到达到线与操作线间画梯级，直到达到或超过或超过Y Yb b为止。为止。 （3 3）梯级总数为完成指定分）梯级总数为完成指定分离任务所需的理论板数。离任务所需的理论板数。2 2、解析法、解析法mXY*1)(A 1lnln1S

18、mXYmXYSANaaab1)(A 1-aaabmXYmXYN 根据平衡关系和操作关系进行逐级根据平衡关系和操作关系进行逐级迭代运算，得：迭代运算，得： mXYeya=y1xa=x0y1yix11ii+11Nxiyi+1xi+1yNxNyb=yN+1xb=xN当平衡线为直线，平衡关系为当平衡线为直线，平衡关系为第四节 吸收（或解吸)塔的计算 等板高度等板高度( (HETPHETP, , Height Equivalent to a Theoretical PlateHeight Equivalent to a Theoretical Plate) ) 定义：与一层理论板相当的填料层高度为等板高

19、度。定义：与一层理论板相当的填料层高度为等板高度。等板高度与物系的性质、填料性能及润湿情况、气液流动状等板高度与物系的性质、填料性能及润湿情况、气液流动状况等有关，它反映吸收设备效能的高低，通常其值靠实验测况等有关，它反映吸收设备效能的高低，通常其值靠实验测定，或用经验方程估算。定，或用经验方程估算。3.3.填料层高度的计算填料层高度的计算第四节 吸收（或解吸)塔的计算填料层高度填料层高度=N=N 等板高度等板高度六、解吸六、解吸第四节 吸收（或解吸)塔的计算1.1.解吸流程解吸流程V，YaV，YbL，XaL，Xb2.2.解吸塔的计算解吸塔的计算YXoYe=f(X)YaXbYbBXa(L/V)

20、maxAYaeC第四节 吸收（或解吸)塔的计算(1)(1)解吸塔的最小气液比解吸塔的最小气液比babaeXXYYVLmax)(baebaYYXXLVmin)(2.2.解吸塔的计算解吸塔的计算YXoYe=f(X)YaXbYbB(L/V)maxCXaA第四节 吸收（或解吸)塔的计算(1)(1)解吸塔的最小气液比解吸塔的最小气液比babaXXYYVLmax,max)(babaYYXXLVmax,min)(Ya,max2.2.填料层高度计算式填料层高度计算式 mbaOLXXXN bebaeabebaeamXXXXXXXXXlnAXXXXAANbebbeaOL1ln11式中式中 A=L/(mV) A=L/(mV) 为吸收因子。为吸收因子。 第四节 吸收（或解吸)塔的计算(1)(1)对数平均推动力法（相平衡线为直线）对数平均推动力法（相平衡线为直线）(2)(2)解析法（相平衡线为过原点的直线）解析法（相平衡线为过原点的直线）