1、 讲授姜华 化工基础AnIntroductiontoChemicalIndustryandEngineering 教学目的 重点难点 课型 教学方法 参考文献 掌握吸收操作线方程和填料层高度的基本计算方法 以及适宜吸收剂用量的计算 操作线方程 填料层高度的计算 理论知识 讲述 计算 分析 1 化工原理 下 大连理工大学编 高等教育出版社 2002 5 4填料吸收塔的计算 2 化工原理 下 谭天恩等编 化学工业出版社 2004 3 化工分离过程 陈洪钫等 化学工业出版社 1995 作业讲评 23 气相总吸收系数与气膜分吸收系数和液膜分吸收系数之间的关系为 存在问题 气相总吸收系数KG 气膜分吸收
2、系数kg 液膜分吸收系数kl的书写要准确 各种吸收系数均要有单位 并且各不相同 引言 一 吸收速率 N 吸收速率 mol m 2 s 1 吸收过程中的推动力 为浓度差或分压差 K 传质系数 由生产任务决定的 N K 塔设备 tower 板式塔 traytower 填料塔 filledtower 逐级接触式 连续微分接触式 二 传质设备 液体 尾气 气体 尾气 吸收液 填料吸收塔的计算 设计计算 主要是获得达到指定的分离要求所需要的塔的基本尺寸 填料层高度和塔径 操作计算 要求算出给定的吸收塔的气液相出口浓度等参数 对于低浓度气体的吸收 为了计算方便 对塔内的吸收过程作如下假设 气相中的惰性组分
3、与液相中吸收剂的摩尔流量不变 塔内的温度始终相同 传质总系数在整个塔内为常量 qn V qn V qn L qn L 吸收剂 1 2 Y1 Y2 X2 X1 填料 混合气 吸收液 尾气 qn V 惰气的流量 mol s qn L 吸收剂的流量 mol s 一 操作线方程 equationofoperatingline 操作线方程 操作线方程的依据 吸收塔中的物料衡算 表示填料塔中某一截面上气液两相的组成Y与X之间的关系 qn V Y1 qn V Y2 X2 qn L X1 qn L X Y 连续定态条件下 从填料层底至任一截面 对吸收质作物料衡算 在全塔范围内 对吸收质作物料衡算 操作线方程
4、X Y 平衡线Y mX X2 Y2 X1 Y1 X Y X Y mX X Y m Y 操作线上的任一点 表示相应于吸收塔某一截面上气液两相的Y与X间的关系 操作线方程的依据是质量守恒定律 它与气液平衡和吸收速率及其它因素 如塔型 相际接触情况 温度 压力 没有直接联系 操作线与平衡线间的距离是吸收的推动力Y Y 或X X 若操作线位于平衡线的下方 则发生的是解吸 操作线 X Y 平衡线Y mX X2 Y2 X1 Y1 二 吸收剂用量 液气比 吸收操作中 处理每摩尔惰性气体与所用吸收剂的物质的量之比 实际液气比 最小液气比 实际选用的液气比一般为最小液气比的120 125 NOTE 注意 如果操
5、作线与平衡线此同时相切 则可按下式计算最小液气比 三 填料层高度的计算 A 连续定态操作条件下 KY可认为定值 z 填料的比表面积 m2 m3 润湿率 z 填料层高度 m 塔的截面积 m2 吸收速率 qn V qn V qn L qn L 吸收剂 Y1 Y2 X2 X1 dA 混合气 吸收液 尾气 dN Y dY Y X X dX 三 填料层高度的计算 以气相推动力表示填料层高度 同理可得 以液相推动力表示填料层高度 HOG NOG 传质单元高度 heightoftransferunit HTU 是指在填料比表面和塔径已定的条件下 一个传质单元所需的传质面积所相当的填料层的高度 传质单元 过程
6、中吸收质的浓度变化 过程中的推动力 当吸收塔两截面间吸收质的浓度变化等于这范围内吸收的推动力时 这样一个区域就称为一个传质单元 unitofmasstransfer 气相传质单元数 气相传质单元高度 Takearest 方法一 图解积分法 Y 平衡线Y mX X2 Y2 X1 Y1 X X Y X Y mX 四 传质单元数的计算 Y Y1 Y2 图解积分法既可用于服从亨利定律的体系 也可用于平衡线是曲线的体系 缺点 准确性不高 操作线 方法二 解析法 平均推动力法 传质单元数的计算 塔底气相传质推动力 塔顶气相传质推动力 Y 平衡线Y mX X2 Y2 X1 Y1 X2 Y2 mX2 X1 Y
7、1 mX1 X 气相传质平均推动力 塔底液相传质推动力 适用条件 操作线和平衡线均为直线但不要求平衡线过原点 优点 形式简明 缺点 必须已知X1 Y1 X2 Y2 塔顶液相传质推动力 液相传质平均推动力 Y 平衡线Y mX X2 Y2 X1 Y1 X1 Y m Y1 X X2 Y m Y2 方法三 吸收因子法 参考文献 化工原理 下 大连理工大学编 高等教育出版社 2002 S 1 0 0 8 S 平衡线斜率与操作线斜率的比值 称为吸收因子 0 9 适用于气液平衡关系为直线的情况 缺点 查图的准确性不高 优点 用于吸收过程的估算十分方便 传质单元数的计算 方法四 近似梯级图解法 Baker法
8、参考文献 化工原理 下 谭天恩等编 化学工业出版社 2004 传质单元数的计算 X Y X1 X2 Y1 Y2 平衡线 操作线 适用于平衡线为直线或弯曲程度不大的曲线 优点 比图解积分法简便 缺点 准确性不高 传质单元数的计算 方法五 数值积分法 辛普森Simpson数值积分法 参考文献 化工分离过程 陈洪钫等 化学工业出版社 1995 适用于平衡线为曲线的体系 优点 计算的准确性高 缺点 计算比较繁琐 Y0 Yn 出入塔气相组成 n 在Y0与Yn间划分的区间数目 可取为任意偶数 Y 把 Y0 Yn 分成n个相等的小区间 每一个小区间的步长 五 传质单元高度的求算 qn V或qn L是由生产任
9、务和工艺要求确定的 由选用的填料和液体喷淋量确定 KY或KX与选用的填料 温度 压力和操作条件等因素有关 主要是通过实验测定 也可通过特征数关联式或经验公式求算 自学 根据塔中允许的流体流速确定 体积传质系数 填料层高度的计算 以气相推动力表示填料层高度 以液相推动力表示填料层高度 练习 800mm的填料塔 在常压和20 C下用清水吸收氨 空气混合气中的氨 混合气中的氨的分压为1 5KPa 惰气的质量流量为0 4kg s 1 水的用量为最小用量的1 5倍 吸收率为98 平衡关系为Y 0 76X 气相体积吸收系数KY 为0 10kmol m 3 s 1 空气的相对分子量可取29 试求吸收塔的填料层高度 m 解 实际液气比 最小液气比 Y1 Y2 X2 X1 Y1 Y2 X2 X1 塔底气相传质推动力 塔顶气相传质推动力 气相传质平均推动力 教学目的 重点难点 掌握吸收操作线方程和填料层高度的基本计算方法 以及适宜吸收剂用量的计算 操作线方程 填料层高度的计算 总结 作业 P201 10 11 12
