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1、Chap.6吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算,DesignofGasAdsorptionTower,作業(yè):練習(xí)題37-1,37-2(空塔氣速用于計(jì)算塔徑,V=ud2/4),主要內(nèi)容,一.問題的提出,二.計(jì)算依據(jù),三.設(shè)計(jì)型問題中參數(shù)的選擇,四.理論塔板與理論塔板數(shù)板式塔,五.解吸塔的設(shè)計(jì)計(jì)算,六.吸收操作中的特殊問題,一.問題的提出,給定工藝條件及分離要求下,選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù),計(jì)算吸收劑用量、出口濃度及必須的塔高。,為解決上述問題,一般需要通過如下步驟:,明確工藝要求,選定合理的參數(shù)與條件。,傳質(zhì)單元數(shù)NOG,2.測定或查得體積傳質(zhì)系數(shù),計(jì)算HOG。,氣液流動(dòng)方式:逆流、并流,吸收劑的種類:氣體易溶,入塔濃
2、度:經(jīng)濟(jì)優(yōu)化與工藝要求,液氣比:1.11.5倍最小液氣比,最小液氣比(教材47頁):,注意:,嚴(yán)格的講,操作線方程的氣液流量應(yīng)該為惰性氣體流量GB和純?nèi)軇┝髁縇s,濃度也應(yīng)該為摩爾比。這里進(jìn)行了簡化,(低濃度)。,二.計(jì)算依據(jù),操作線方程:,填料層高度方程:,無論哪類計(jì)算問題,都是依據(jù)如下三個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算。,以上三個(gè)公式的組合以及操作線和平衡線在坐標(biāo)軸上的示意圖是本部分計(jì)算的核心。,三.設(shè)計(jì)型問題中參數(shù)的選擇,1.氣液流動(dòng)方式:,2.入塔濃度:,3.液氣比:,逆流:一般來說,傳質(zhì)推動(dòng)力比較大并流:一般來說,傳質(zhì)推動(dòng)力比較小,液體:經(jīng)濟(jì)優(yōu)化,入塔濃度高,會(huì)導(dǎo)致吸收設(shè)備高但解吸設(shè)備??;入塔濃度低,
3、會(huì)導(dǎo)致吸收設(shè)備小但解吸設(shè)備大,氣體:工藝要求,1.11.5倍最小液氣比,例題:塔高的計(jì)算,清水吸收空氣中的氨,逆流,G0.025kmol/s,y1=0.02,要求y2=0.001。已知:m=1.2,Kya=0.0522kmol/(sm2),若塔徑d=1m,(L/G)=1.2(L/G)min,求H。,解:,根據(jù)已知條件,可以求出HOG;如果求出NOG,就可以得到H。,無論用解析法還是平均推動(dòng)力法,都要求出L/G。,(L/G)=1.2(L/G)min,(L/G)=1.2(L/G)min1.37,根據(jù)物料衡算,求得液體出口濃度:,則:平均推動(dòng)力為:,四.理論塔板與理論塔板數(shù)板式塔,1.理論塔板概念,
4、氣液兩相在塔板上接觸充分,傳質(zhì)完全,當(dāng)氣液離開該板時(shí),兩相達(dá)到相平衡狀態(tài),這塊塔板稱為一個(gè)理論塔板(理論板)。理論板與實(shí)際板的差別用塔板效率E0表示:,N:理論板數(shù),Ne:實(shí)際塔板數(shù),2.理論板數(shù)的計(jì)算:,操作線方程:,對于第一塊板:,操作線和平衡線均為直線的情況,塔板序號自上而下增大,離開第塊塔板的氣液組成的下標(biāo)為,對于第二塊板:,以此類推,對于第N塊板,有:,與填料塔傳質(zhì)單元數(shù)的公式相比,,由推導(dǎo)過程可知,與填料塔相比:,yN+1即填料塔入口濃度y1,y1即填料塔出口濃度y2,x0即填料塔入口濃度x2。,當(dāng)A趨近于1時(shí),即L/G=m,有:,有:,3.填料層的等板高度,達(dá)到一塊理論板分離效果
5、所需要的填料層高度,為填料的等板高度,由He表示。其大小反映了傳質(zhì)的動(dòng)力學(xué)特性,通常由實(shí)驗(yàn)測定。填料層高度表示為:,當(dāng)操作線與平衡線均為直線且A=1時(shí),有N=NOG;則:,五.解吸塔的設(shè)計(jì)計(jì)算,回收吸收劑,得到產(chǎn)品。,為吸收的反過程,傳質(zhì)方向是由液相至氣相,過程的推動(dòng)力為:,提高y*、p*或降低y、p有利于過程的進(jìn)行。,常用解吸方法:,1.氣提法:通入惰性氣體。,2.汽提法:通入水蒸氣,水蒸氣既可作惰性氣體,又可作加熱介質(zhì)。,3.降低壓力,以逆流氣提法為例,說明解吸塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。,由于此時(shí)m較大,解吸過程的液相阻力往往占優(yōu)勢,以液相體積傳質(zhì)系數(shù)為準(zhǔn)比較方便。采取與吸收塔計(jì)算相同的方法:,1.填
6、料層高度基本方程式的建立,依據(jù):,對全塔進(jìn)行積分,有:,對于低濃度氣體吸收,L、Kx、a均可認(rèn)為是定值,因此:,當(dāng)平衡線為直線且過原點(diǎn)時(shí),有:,同樣,還可以推出理論塔板數(shù)方程式:,則:,最大液氣比(或最小氣液比):,2.操作氣量的選擇:,實(shí)際氣液比:,六.吸收操作中的特殊問題,1.多組分吸收,存在范圍廣,處理辦法:簡化為單組分吸收,1)根據(jù)工藝要求,保證關(guān)鍵組分的吸收要求,2)計(jì)算其它組分吸收的程度,2.化學(xué)吸收,1)過程特點(diǎn),高選擇性;界面處的氣相平衡分壓降低,增大傳質(zhì)推動(dòng)力,2)化學(xué)吸收機(jī)理,化學(xué)吸收的機(jī)理仍以雙膜理論為基礎(chǔ)解釋。,a)氣相中可溶性組分由氣相主體向氣液界面?zhèn)鬟f。b)溶質(zhì)由界
7、面處由氣相溶解于液相。,由于化學(xué)反應(yīng)的存在,使液膜傳質(zhì)系數(shù)增加的倍數(shù),一般情況下1。,c)溶質(zhì)在液相中傳遞并與液相組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而使溶質(zhì)濃度降低,推動(dòng)力增大。d)依據(jù)反應(yīng)速度的不同,溶質(zhì)或反應(yīng)物在液相中傳遞。,3)增強(qiáng)因數(shù):,對于瞬間反應(yīng),例如鹽酸吸收氨氣,可以按照氣膜控制進(jìn)行處理。此時(shí),Ky=ky,界面濃度可以認(rèn)為是零。,對于非常慢的化學(xué)反應(yīng),1,可按物理吸收處理。,對于中等速度的化學(xué)反應(yīng),比較復(fù)雜,有興趣的同學(xué)可以參閱有關(guān)專著。,3.非等溫吸收,溶解熱,反應(yīng)熱,溫度變化,平衡線位置與形狀,吸收速率發(fā)生變化,調(diào)節(jié)措施:,1)塔內(nèi)冷卻裝置,2)吸收劑體外冷卻,3)大噴淋密度,,,本節(jié)小結(jié),1.掌握填料塔設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇方法。,2.熟練應(yīng)用三個(gè)基本方程解決填料塔相關(guān)計(jì)算問題。,操作線方程:,填料層高度方程:,.掌握理論塔板的概念。,.掌握解吸塔高度的推導(dǎo)過程,加深理解吸收塔高度的推導(dǎo)方法。,.掌握非等溫吸收和化學(xué)吸收的特點(diǎn)。,