陈敏恒 化工原理课件 第八章(2)

4-6．吸收塔的操作型计算 一、操作型计算的命题 （1）第一类命题 给定条件：H , L, G, x2 , y1 , y f ( x) 流动方式，K y a 或 K x a x 计算目的： y2 ( ) ， 1 （2）第二类命题 给定条件：H , G, y1 , y2 , x2 , y f ( x) 流动方式，K y a 或 K x a 计算目的： L ，x1
y1 x1 x1 m y2 x2 x2 m
L x1 x2 K x a Δxm
H H OL N OL
若气液两相并流流动，操作线斜率为负值，以 上推导依然适用。
三、吸收因数法
G dy x y N OG ， e mx ， L ( y y2 ) x2 y2 y y e 1 y1 mx2 1 1 N OG ln 1 1 A y 2 mx2 A 1 A 1 mG ：解吸因数 A ：吸收因数 A L 1 N OL N OG A
返混：少量流体自身由下游返回至上游 任何形式的返混，都将降低传质推动力，对 传质不利。
例题1 课本P45，8-12 例题2 用纯溶剂吸收某混合气中有害组分，已知 ye mx ，H OG 与 m G L 为常数， 当 y1 0.09， 1 0.9 时，塔高为 H 1 当 y1 0.09， 2 0.99 时，塔高为 H 2 当 y1 0.009， 3 0.9 时，塔高为 H 3 试比较 H1 , H 2 , H 3 的大小
N OG
y1
y2
dy y1 y2 y ye ym
y1 y2 ym y1 ln y2
y1 y1 mx1 y 2 y 2 mx2
G y1 y2 K y a ym
H H OG NOG
x1 x2 N OL xm x1 x2 xm x1 ln x2
8.5.2 传质单元数的计算方法
一、操作线与推动力的变化规律
Gy Lx2 Gy 2 Lx L y x x2 y 2 G
— 操作线方程
若平衡线在操作范围内 为直线，则 y, x 随 y 和 x 呈线性变化
二、平衡线为直线时的对数平均推动力法 当操作线、平衡线为直线时：
8.5 低浓度气体吸收 8.5.1 吸收过程的数学描述 一、低浓度气体吸收的特点 1、 G, L 为常量 2、吸收过程是等温的 3、传质分系数为常数 二、物料衡算的微分表达式 对微元塔段物料衡算 ：
Gdy N A adh Ldx N A adh Gdy Ldx
三、相际传质速率方程式
讨论： t 对 K y a 或 K x a 的影响较为复杂， 进而使 ym 的变化不确定。但 K y a Δy m 从而使 N ，对吸收有利。 限度：技术上受冷却器能力的限制，经济上受 能耗的优循环 ， 操作结果如何变化？
x2 ' 不利于吸收，y2 且 L G ，斜率 ，又 L, x2未变，现y2 , x1 循环不利于吸收 y m , y 2 对于设计型问题， y 2 一定， x1 一定，循环 不利于吸收， y m , H
G
L y2 min y1 (x1max x2 ) G L , y2 min , L m 气液两相在塔顶达平衡 G y2 min mx2 L , y2 min 不变,不变 此时操作调节应改变 x2或t
x1max y1 m
（2）x2 的调节 原工况如图蓝线所示， 现仅 x2 ， 操作结果如何变化？
（3）吸收剂用量的选择和最小液气比
G x1 ( y1 y2 ) x2 L L 经济上：若 ，x1 ，ym ，N OG ，H G 若 L ，x ，y ，N ，H 1 m OG G 但溶剂再生费用 须优化选择
技术上： L G 下降到一定值后，与平衡线相交， 称 y1 0,H L G min
解： H OG C
H NOG
x2 0
y1 mx2 y1 1 y 2 mx2 y 2 1 η
1 mG mG 1 NOG ln 1 mG L 1 L 1 L mG C L
当1 2 时 ，N OG1 N OG 2 即 H 1 H 2 当 1 3 时 ， NOG1 NOG3 即 H1 H 3 结论：塔高不取决于 y1 y 2 ，而取决于 y1 y2 即回收率要求愈高，塔高愈高
新操作线与原操作线平行，
y2 , x1 , , N
讨论： x2 ，K y a 不变，而 N ，显然 ym x2 的调节限度：主要受解吸过程的限制
（3）吸收剂入塔温度的调节 原工况如图蓝线所示， 现仅 t ， 操作结果如何变化？ 新操作线与原操作线平行，
m ,y2 ,x1 ,η ,N
L y1 y2 G min x1e x2
L G min 只对设计型问题才有意义
注意：用上式计算并非总是正确的
L L (1.1~ 2.0)( ) min G G
四、解吸塔的最小气液比
G x1 x2 L min y1e y2
二、计算方法
H N OG H OG
由 H OG NOG L( y2 ) x1 第二类命题需要试差
mG y1 mx2 mG 1 ln 1 mG L y 2 mx2 L 1 L
三、吸收塔的操作和调节 调节方法：改变吸收剂的入口条件 L, x2 , t
五、吸收剂再循环
θx1 x2 x2 ' 入塔吸收剂浓度： 1 θ
吸收剂再循环，塔内实际 L G , x2 ' 。若分 离要求 y2 不变，则 x1 不变，但 Δy m ，对吸 收过程不利。
但在下列两种情况下是有利的： （1）吸收过程有显著的热效应 （2）吸收目的在于获得浓度较高的液相产品 六、塔内返混的影响
y1
四、数值积分法 平衡线 ye f (x) 为一曲线
8.5.3 吸收塔的设计型计算 一、计算公式 物料衡算式： G y1 y2 L x1 x2 相平衡方程式： ye f (x) 吸收过程基本方程式：
H H OG NOG
H H OL N OL
G y1 dy y2 y ye K ya
N A K y ( y ye )
N A K x(xe x)
Gdy K y a(y ye )dh Ldx K x a(xe x)dh
四、全塔物料衡算
G y1 y2 L x1 x2
五、传质速率积分式 对低浓度吸收过程
G y1 dy H K y a y2 y ye L x1 dx H x2 xe x K xa
N OG , N OL 仅与分离要求和物系的溶解度有关， H OG , H OL
反映了该物系分离的难易程度 与设备类型、操作条件有关，表示 完成一个传质单元所需的塔高，反映 了设备性能优劣
m n
一般： K y a, K x a G L ， 0 m, n 1
G L , 而 与G, L 关系较小,一般为 0.15 ~ 1.5m K ya K xa
（1）L 的调节 原工况如图蓝线所示， 现仅 L ， 操作结果如何变化？
L ，操作线斜率 ， y2 , x1 , , N 讨论： L ,K y a （或 K x a ）呈上升趋势； Δy m 则可能 ，也可能 ； 但 K y a Δy m ， N
吸收剂用量调节的限度 以 H 为例： L m 气体两相在塔底达平衡
K y a,K x a ：容积传质系数 kmol s m
3
六、传质单元数与传质单元高度
y1 dy G 令：H OG ，N OG y2 y y K ya e H H OG NOG x1 dy L ， 令：H OL N OL x2 x x K xa e H H OL NOL
L x1 dx x2 xe x K xa
二、设计型计算的命题 设计要求：求达到指定分离要求所需的塔高 给定条件： y1 , G ，相平衡关系， 分离要求（ y2 , ）
Gy1 Gy2 y1 y2 η Gy1 y1
y 2 1 ）y1 （
尚须作设计条件选择
三、设计条件的选择 （1）流向选择 一般选逆流，y m 较大；当 m 极小时，可 采用并流 （2）吸收剂进口浓度的选择 经济上：若 x2 , ym ，N OG ，H 若 x2 , ym ，N OG ，H 但溶剂再生费用 须优化选择 技术上：当 x2 y2 m 时， ym 0,H x2 存在一个上限