第九章-吸收塔设计计算幻灯片
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第九章吸收2
• ②.适用条件： • a 气液平衡线为直线 • b 操作线为直线
y=mx+b
2）解吸因数法 适用于气液平衡关系为 通过原点的直线。 Y＊＝mX
L Y Y2 V X X2
（9-108）
联立解得：Y＊＝m[（V/L）(Y-Y2)+X2]
Y＊＝m[（V/L）(Y-Y2)+X2]
N OG
9.4 9.4.1. 9.4.2. 9.4.3. 9.4.4.
吸收塔的计算
Hale Waihona Puke 物料衡算与操作线方程 吸收剂用量的确定 填料层高度的计算 吸收塔的操作型计算
吸收塔的计算内容 1、设计型计算： 塔高、塔径、吸收剂用量、 吸收剂浓度 等的计算 2、操作型计算： 核算塔设备是否合用，操作条件与吸收结 果的关系。 物料衡算 ， 3、计算依据： 气液相平衡关系， 吸收速率方程
④在吸收操作时，因Y > Y*或X* > X，操作线 在平衡线的上方，
• ⑤解吸操作时，Y<Y*或X*<X，故解吸操作 线在平衡线的下方， • ⑥平衡线与操作线共同决定吸收推动力， 操作线离平衡线愈远，吸收的推动力愈大；
9．4．2 最小液气比与吸收剂用量
1、最小液气比 对一定的分离任务，当操作条件和吸收物 系一定、塔内某截面的吸收推动力为零时，达 到分离要求所需要的塔高将为无穷大，此时的 液气比即为最小液气比 ：
吸收塔填料层高度的计算
1、填料层高度的计算方法： 传质单元数法
2、计算依据：
1）物料衡算 2）吸收速率方程 3）相平衡关系
• 3．塔高计算基本关系式 • 1)取微元体积的原因， • 2）对溶质A作物料衡算
• • • • • •
对微元填料层dZ作物料衡算： 在单位时间内： 气相溶质减少量 VdY =液相溶质增加的量 LdX =由气相转移到液相溶质A的量 dG， 即： dG ＝VdY= LdX dG=NAdS =NA(aAdZ) 微元填料层dZ所提供的气液传质面积
第9章第三节 吸收塔的计算
L xb?
1
0
操作型定性分析举例
10
(1)吸收剂入塔浓度变大
解法一：快速分析
化
xa变大时，传质推动力变小，不利于吸收， ya 变大
工 原
解法二：作图+排除法
理 －
a．假设 ya 不变
Y
yb
B
－ 2
L/G不变 yb 不变、xa变大
原
E
0
作图知，NOG
1 0
Kya 不变， HOG
G K ya
不变。
与h0不变矛盾
七、解吸（脱吸）
30
当 A 1时，
NT NOG
1
NT NOG
化 工 原
当
A
1
时，
(A 1) (Aln A)
ln
1 A1
1
NT NOG
理 －
七、解吸（脱吸）
－ 2
解吸过程：溶质从吸收液中分离出的操作
0 解吸目的：获得所需较纯的溶质；
1
溶剂再生循环使用。
0 解吸条件：pA pA*或 y y* 或 x x* 或cA cA*
1 1 S
ln1
S
yb ya
m xa m xa
S
2
0 1
1
1 0.67
ln1
0.67
0.02 0.36 0.0002 0.0002 0.36 0.0002
0.67
11.98
0
设计型举例
7
or yb ya L xb xa G
xb
化 工 原 理 －
yb yb mxb ya ya mxa
工 原
解法二：作图+排除法
Y
化工原理吸收塔的计算共25页
化工原理吸收塔的计算
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
章吸收吸收塔的计算传质单元数PPT学习教案
Y2 Y mX b
Y*=mX+b
对于逆流吸收操作： X X2 V LY Y2
则： NOG
Y1
dY
Y2 Y mX2 V L Y Y2 b
S=m/(L/V)
Y1
dY
Y2 1 SY SY2 Y2 *
第28页/共52页
经积分，并整理
NOG
1 1 S
ln1
S
Y1
Y2
Y2 Y2
对于蒸馏，也应以塔内最大的气体体积流量 为计算基准。
第16页/共52页
2-3-4 填料层高度的计算
1. 理论级模型法
Z = HETP NT
HETP— 当 量 高 度 。 是 关 于 物 系 物 性 ， 操 作条件，填料的结构参数、表面性状等的参数。 一 般由实2际. 传吸质收速装率置模实型测法或取近似条件的经验值。
第29页/共52页
(2) 对数平均推动力法
对于都是直线的平衡线和操作线，它们的差值 △Y = Y–Y*与Y 将呈线性关系(类似传热时的△tm)。
Y1
△Y
Y2 b2 X2
Y~X X1
①△Y与X呈线性关系 操线表示成：Y=k1X+b1 平衡线为: Y*=k2X+b2 则: Y-Y*=(k1-k2)X+(b1-b2)
经验证明，适宜的吸收剂用量：
L
1.1
~
2
L
V
V min
或 L 1.1 ~ 2 Lmin
第10页/共52页
p113 例2-8 洗油吸收芳烃。t =27℃，P=106.7kPa, 焦炉 气流量G = 850m3/h, 其中芳烃 y1=0.02 (摩尔%, 下同),
回收率A≥95% 。吸收剂含芳烃 x2=0.005 若取溶
化工原理吸收塔的计算25页PPT
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
第四节 吸收塔的计算
吸收塔的计算内容： • 设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂
浓度、塔高、塔径。 • 操作型：核算、操作条件与吸收结果的关系。 • 计算依据：物料恒算、相平衡、吸收速率方程。
2.吸收因数法
平衡线为通过原点的直线 ，服从亨利定律
Y *m [G L(Y Y 2)X 2]（逆流）
N OG
Y1
dY
Y2
Y
m[ G L
(Y
Y2 )
X 2]
Y1
dY
Y2
(1
mG L
)Y
( mG L
Y2
mX
2)
1
1 mG
ln
1
mG L
Y1 mX 2 Y2 mX 2
一、物料衡算与操作线方程
虚框范围内，对溶质作物料衡算：
稀端
G,Y2
L，X2
LX GY2 LX2 GY
L Y Y2 G X X2
YL GX源自(Y2L GX2)
G，Y
L,X
吸收操作线(operating line)方程
G，Y1,
L,X1
G-通过吸收塔的惰性气体流率，kmol/s.m2 浓端
L-通过吸收塔的吸收剂流率，kmol/s.m2
—塔截面积，㎡;
G—惰性气体流率，kmol/(㎡·s)； L—吸收剂流率， kmol/(㎡·s);
a—单位体积填料的有效传质面积，㎡。
Z
Y2 L,X2
yx
dZ Y+dY X+dX
关于填料吸收塔的计算PPT演示课件
查图5-21得： 查表5-11得：
F 2F
g
V L
0.2 L
0.023
F 170 m1
取 u 0.7uF 0.7 1.027 0.719 m / s
9
1.2 塔径的计算及校核
塔径的计算：
D 4Vs 4 2400/ 3600 1.087m
3.14 0.719
塔径的圆整：
单位：mm
11
（2）填料规格校核
D 1200 31.58 8 d 38
填料种类 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍
D/d的推荐值 ≥20~30 ≥15 ≥10~15 ＞8 ＞8
12
（3）液体喷淋密度校核
填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的 喷淋量，其计算式为：
U
Lh 0.785D2
1. 液相物性数据
对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取 纯水的物性数据。由手册查得，20℃时水的有关 物性数据如下：
⑴ 密度： L 998 .2kg / m3
⑵ 粘度： L 0.01Pa s 3.6kg /(m h)
⑶ 表面张力： L 72.6dyn / cm 940896 kg / h2
1.257kg / m3
⑶ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃空气
的粘度为： v 1.81 105 Pa s 0.065kg /(m h)
⑷ 查手册得SO2在空气中的扩散系数为：
DV 0.108 cm2 / s 0.039 m2 / h
2
3. 气液相平衡数据
⑴ 由手册查得：常压下20℃时SO2在水中的亨利系数：
0.0011
6
1. 填料塔塔径的计算
化工原理-化工原理第九章(hg)
T,P对溶解度曲线的影响中 等 溶 解度 气 体
SO2为中等溶解气体;
O2为难溶气体（在30℃和溶质的 分压为 40kPa 的条件下，1kg
易溶气体
水中溶解的质量仅为 0.014g）。
0
x
T,P对溶解度曲线的影响:
亨利定律（Henry’s law）
若液相为理想溶液,气相为亨利理定想律气体,则气液平 衡关系服从亨利定律。表达式为:
A+B
S
（气体） （液体）
C
A
f T , P, pA
气体在液体中的溶解度 溶解度曲线：在一气定体温在度液、体压中力的下溶，解平度衡时溶质在气
相和液相中的浓度的关系曲线。
溶解度/[g(NH3)/1000g(H2O)] 溶解度/[g(SO2)/1000g(H2O)]
1000 500
0 oC
10 oC 20 oC 30 oC 40 oC 50 oC
0.0737 0.105 0.144 0.188 0.236 0.287 0.345
亨利定律的亨其利定它律形的式其它形式p* Ex
1. y —— x形式 y* mx
2. p —— c关系式 p* c H
式中：y* —— 与组成为 x 的液相呈平衡的气相中溶质 的摩尔分数；
c —— 溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3； m —— 相平衡常数； H —— 溶解度系数；kmol/(m3kPa)；
yi
溶解
吸收传质理论
气体
气相扩散 液相扩散
吸收过程可分为三个步骤： （1）溶质由气相主体扩散至气、液
两相界面的气相一侧，即气 相内传质； （2）溶质在界面上溶解，即通过界面 的传质； （3）溶质由相界面的液相一侧扩散至 液相主体，即液相内传质。
吸收塔的设计计算共32页
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
吸收如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
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LGminXY1eYX22
Lmin
Y1 Xe
Y2 X2
G
9
实际设计中气液比的确定必须满足下列三个原则： （1）操作液气比必须大于最小液气比； （2）就填料塔而言操作液体的喷淋密度（即每平方米的塔截面上 每小时的喷淋量，m3/m2·h）应大于为充分润湿填料所必需的最小喷 淋密度，一般为3-4m3/m2·h，此时设备的阻力较小。 （3）操作气液比的选定应尽可能从设备投资和操作费用两方面权 衡考虑，以达到最经济的要求。这是因为：设备投资和操作费用间 矛盾。
① L↑，L/G↑，推动力增加↑, 有利于吸收的操作，设备的尺寸和投资↓； ② L↑，动力消耗↑，X1↓，
G Y 1 Y 2 L X 1 X 2
对需回收吸收剂的操作来说，增加了溶液再生的困难，操作费用↑
选用一个最佳的L/G，首先要求Lmin，然后确定吸收剂操作用量L， 根据实际经验，取：L=(1.1-2.0)Lmin。
X、X1、X2—分别表示在塔的任意截面、塔底和塔顶的液相组成 ，（Kmol吸收质/Kmol吸收剂）
对全塔进行物料衡算，有
G Y 1 Y 2 L X 1 X 2
气体中由于吸收而减小的吸收质的量等于溶液中 增加的吸收质的量
3
1.操作线方程式
就任意截面与塔底间进行物料衡算有：
G Y 1 Y L X 1 X
►通过关联图确定压强降
► 当气速超过泛点时，填料塔的阻力随着气速的增加几乎呈直 线上升
► 吸收法净化采用的最佳气速应为载点速度的80%，或为泛点 速度的50-70%
11
2.泛点气速的计算
► 吸收塔设计的第一步确定泛点对应的气速，从而确定操作气速 泛点气速与流体特性、填料特性和液气流量比有关，采用通用关联图
12
►泛点气速计算步骤
6
(2) 操 作 线 与 平 衡 线 之 间 的距离反映了吸收推动力 的大小 操作线上任一点代表某截 面上气、液组成（Y,X）， 该点到平衡线的垂直距离 和水平距离分别代表该截 面上的吸收推动力。
(3) 平 衡 线 与 操 作 线 不 能相交或相切 如果相交，说明在塔的 某一个截面处推动力为 零，未达到一定的浓度 变化，则需要两相接触 时间无限长
G Y 1 Y 2 L X 1 X 2
► 由于G属已知条件，因而可通过确定操作线斜率 L/G（液气比）来确定L。
8
最小液气比L/Gmin
► 由于Y2, X2已知，则操作线下端点位置确定，G为已知量， 随着L的减小，操作线斜率不断降低，此时操作线越靠近平 衡线。当L减小到与平衡线相交时，如图中BC线，推动力减 小为零，此时L达到最小值（Lmin），对应的直线斜率L/Gmin 为最小液气比。
吸收塔的设计计算
1.物料衡算 2.最佳气液比的确定 3.填料塔塔径、阻力、高度计算
1
1 物料衡算
物料衡算基准的选择---吸收过程当中不变量
► 吸收操作过程中，由于气液两相之间有物质传递， 通过吸收塔的气液量随时都在变化。
► 液体由于不断吸收气体中的可溶组分，质量流量不 断增加；气体的质量流量不断减少，无法采用作为 惰性气体这两种载 体的流量是不变的，可作为计算的基准
2
物料平衡是吸收设备计算的基础
逆流吸收时，塔内气液流量和组成变化情况
图中各符号的意义如下：
G、L—分别表示单位时间通过塔任一截面单位面积的惰性气体 和纯吸收剂的量，Kmol/(m2·h)
Y、Y1、Y2—分别表示在塔的任意截面、塔底和塔顶的气相组成 ，（Kmol吸收质/Kmol惰性气体）
消耗的纯吸收剂的量
5
2、操作线方程式的作用
1）说明塔内气液浓度变化情况， 2）通过与平衡线的对比，确定吸收推 动力,进行吸收速率计算 3）确定吸收剂的最小用量,从而确定吸 收剂的操作用量。
3、操作线与平衡线间的关系，要掌握以下 三个方面：
(1)在Y—X图上，吸收操作线必须处于平衡线之上 吸收是溶质由气相进入液相的过程。吸收能够进行必须要 求：吸收操作时溶质在气相中的浓度大于平衡时溶质在气 相中的浓度
10
3.填料塔塔径和阻力计算
1 填料塔内流体力学特性---载点，泛点（图示）
► 气体和液体逆向流动，较低气速下，填料塔内阻力和气速的 关系呈一条直线。当气速的增加到某一个值时，液体向下运 动受向上气流的牵制变得明显，此时对应的气速点称为载点， 当气速超过载点时，填料塔的阻力随着气速的增加变大。
► 当气体流速继续增加到一定值时，液体停止下降，开始同向 上的气流一起被吹出塔外，此时气体的流速称为泛点。
1）根据操作条件计算出关联图中横坐标
1
L G
G L
2
2）根据给定的填料查出对应的纵坐标值
v2f
g
G L
e0.2
3）将已知的φ Φ ρG ρL μe等值代入求出泛点速度值
4）选择实际操作流速v, v0.5~0.8vf
图中各符号的含义:
L、G、气体和液体的质量速度kg/m2h
ρG ρL气体和液体的密度kg/m3 φ水的密度和液体密度的比值
Φ填料特性值
μe液体的黏度 mPa.s
13
3.填料塔塔径的计算 D取决于处理的气体量Q和适宜的空塔气速v ，即：
D 4Q
v
D—塔径,m；Q—处理气量,m3/h； v—空塔气速,m/s 1) Q一定时，若v↘，D↗，则动力消耗少，但设备投资
高 2)若v↗，D↘，则动力消耗大，但设备投资少
14
4.填料塔阻力（压强降）的计算
或
YG LXY1G LX1
此式即为吸收操作线方程式。
4
图直线线为的一两条端直分线别(反见映图了), 直塔线底斜（率Y1为，LX/G1），和截塔距顶为（YY2，1 X2）GL的气X液1两 相组成。
此直线上任一点的Y、X都对应着吸收塔中某一截面处的气液相组成。
吸收操作线斜率L/G称为吸收操作的液气比,物理含义为处理单位惰性气体所
7
2.最佳气液比的确定
► 在吸收塔设计中 处理的惰性气体流量G是已知的、气相进出塔浓度 Y1是已知的、Y2由大气污染控制标准而定，液相进 塔剂浓流度量XL及2是液工相艺出生塔产浓提度供X的1是基需本要参计数算，的而。只有吸收
► 根量，据通物常料在衡计算算，中L与先X确1之定中L值只，有则一X个1便是随独之立而的定未了知。