吸收5節(jié)填料吸收塔的計(jì)算

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1、5 填料吸收塔的計(jì)算本節(jié)重點(diǎn)討論氣液逆流操作時(shí)填料塔的有關(guān)計(jì)算。 、 1Y 2Y2X L1X具體內(nèi)容主要包括對于給定的生產(chǎn)任務(wù)（、已知），計(jì)算吸收劑用量、塔底完成、塔高、塔徑。 V液濃度 5.1 吸收塔的物料衡算 在進(jìn)行物料衡算時(shí)，以不變的惰性組分流量和吸收劑流量作為計(jì)算基準(zhǔn)，并用摩爾比表示氣相和液相的組成將很方便。 逆 流 吸 收 塔 模 型原 料 氣 ： A B 吸 收 劑 ： S尾 氣 ： B(含 微 量 A) 溶 液 ： S+AV (kmolB/s)Y1 (kmolA/kmolB) L (kmolS/s)X2 (kmolA/kmolS)L(kmolS/s)X1(kmolA/kmolS)

2、m nY XV (kmolB/s)Y2 (kmolA/kmolB) 穩(wěn) 定 操 作 ， 在 兩 端 面 間 ， 對 溶 質(zhì) A 作 物 料 衡 算VY LX VY LX1 2 2 1 2121 XXLYYV 5.1.1 全 塔 物 料 衡 算 VY 1 LX2L X1V Y221 21 XX YYVL (2)直接規(guī)定出塔氣體中吸收質(zhì)的殘余濃度 吸收程度可有兩種方式表征 :（1）用吸收率 表示1 21YYY 質(zhì)的量進(jìn)塔氣體中原有的吸收的量氣相中被吸收的吸收質(zhì) 2Y)1(12 YY 操作線方程式 22 XXLYYV 22)( YXXVLY 直線的斜率為(即液氣比) VL/ 5.1.2 操作線方程與

3、操作線 逆 流 吸 收 塔 中 的 操 作 線2X2Y1Y 1XB A 斜 率 L/V（ 液 氣 比 ） XY*Y Y*=f (X)操 作線 *X推 動(dòng) 力 *YYY 推 動(dòng) 力 XXX * 吸 收 塔 的 最 小 液 氣 比 Y*=f (X)2X2Y1Y B 1XA A1X *A*1XVL)( VLmin)(VL 5.2 吸收劑的用量L *1X 1Y是與濃度為的進(jìn)塔氣體平衡的液相濃度，即理論mYX 1*1 上出塔液體的最大濃度。若符合亨利定律，則2*1 21min XX YYVL )( )( 21 21 XX YYVL 處 理 量 V 一 定LL/V操 作費(fèi) 用設(shè) 備費(fèi) 用填 料 層高 度動(dòng)

4、 力消 耗推 動(dòng)力討 論 適 宜 的 液 氣 比 : min0.22.1 VLVL min0.22.1 LL 適 宜 液 氣 比適 宜 溶 劑 用 量工 程 設(shè) 計(jì) 通 常 取 根 據(jù) 生 產(chǎn) 實(shí) 踐 經(jīng) 驗(yàn) ， 取 min7.14.1 VLVL 吸 收 塔 的 最 小 液 氣 比（ 非 正 常 曲 線 ） LV Y YX X min 1 21 2L Y YX X Vmin 1 21 2P96例3-4 5.3 填料塔直徑的計(jì)算v在計(jì)算填料塔的直徑時(shí)，主要考慮的是氣體在塔內(nèi)的流速 。氣體在塔內(nèi)的流速通常用空塔氣速表示，空塔氣速是假定當(dāng)塔內(nèi)無填料時(shí)氣體通過的速度。v正常操作時(shí)，通?？账馑贋橐悍核?/p>

5、度的50%80% vlog層料填干DCBA區(qū)泛液區(qū)液攔載點(diǎn)泛點(diǎn)plog 5.3.1液泛氣速L如液體流量 （或噴淋密度）固定， p v增大氣速壓強(qiáng)降 與空塔氣速 AB呈階段性變化：當(dāng)氣速較低時(shí)，即 段內(nèi) 8.1vp；因?yàn)檫@時(shí)液體濕潤填料的一部分表面，填料的持液量(單位體積填料層上附著的液體體積)較小，液體并未占據(jù)多少空間，氣相與液相干擾較小，當(dāng)然這是對傳質(zhì)不利的。 當(dāng)氣速增大到點(diǎn)B 時(shí)，填料層的持液量增加了，流通截面積減小，使壓強(qiáng)較前增大。開始攔液的B點(diǎn)稱為攔液點(diǎn)（或載點(diǎn)），與其相應(yīng)的氣速稱為攔液氣速（或載點(diǎn)氣速）。vlog層料填干DCBA區(qū)泛液區(qū)液攔載點(diǎn)泛點(diǎn)plog當(dāng)氣速增大到 C點(diǎn)時(shí)，液體充

6、滿了整個(gè)空隙，氣體的壓強(qiáng)降幾乎是垂直上升。同時(shí)填料層頂部開始出現(xiàn)泡沫層，進(jìn)而充滿整個(gè)塔，氣體以氣泡狀通過液體，這種現(xiàn)象稱為液泛現(xiàn)象。把開始出現(xiàn)此現(xiàn)象的點(diǎn)稱為泛點(diǎn)。 fv泛點(diǎn)對應(yīng)的氣速稱為液泛速度。要使塔的操作正常及壓強(qiáng)降不致過大，氣速必須低于液泛速度，但要高于載點(diǎn)氣速。由于，從低持液量到載點(diǎn)的轉(zhuǎn)變不十分明顯，無法目測，即載點(diǎn)及載點(diǎn)氣速難以明確定出。而液泛現(xiàn)象十分明顯，可以目測，即液泛點(diǎn)及液泛氣速可明確定出。液泛速度較易確定，通常以液泛速度 為基礎(chǔ)來確定操作的空塔氣速 。v 影響液泛速度 的因素很多填料的形狀、大小，氣、液相的物理性質(zhì)，氣、液相的相對流量等常用的液泛速度關(guān)聯(lián)式如下： 814116

7、.003 2 75.1lg LVLLVf VLbgva a 32 mm 33 mm fv 1smg 2smLV 0L VL b 填料的有效比表面積，單位 填料的空隙率（自由空間），單位為液泛速度，單位為 重力加速度，單位為氣體與液體的密度之比； 液體與20 水的粘度之比；液體對氣體的質(zhì)量流量之比；常數(shù)，對拉西環(huán)為0.022，對弧鞍填料為0.26。 5.3.2 塔徑的計(jì)算 vqD V 4 通過塔的實(shí)際氣量，單位為 ； 選定的空塔氣速，單位為 ； 塔的直徑13 sm 1smVqvD 5.4 填料層高度的計(jì)算5.1 填料層高度的基本計(jì)算式 dAYYKdN Y )( * LdXVdYdN a 塔的橫截

8、面積，m2；單位體積填料層提供的有效傳質(zhì)面積，m2m-3。S 4/2DS SadHdA LdXVdYdN dAYYKdN Y )( * SadHdA *YYdYaSKVdH Y XXdXaSKLdH X * 1 212 * XXXYYY XXdXaSKLYYdYaSKVH dAXXKdN X )( * aKY aKX、 分別稱為氣相總體積吸收系數(shù)、液相總體積吸收系數(shù)，單位均為kmolm-3s-1。體積傳質(zhì)系數(shù)可以由實(shí)驗(yàn)測得，其物理意義是在推動(dòng)力為一個(gè)單位的情況下，單位時(shí)間里單位體積填料層內(nèi)吸收的吸收質(zhì)的量。 1212 * XXXYYY XXdXaSKLYYdYaSKVH dAYYKdN Y )

9、( * SadHdA SdHYYaKSadHYYKdN YY )()( * 5.2傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元高度，單位m 氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 12 *YYY YYdYaSKVH aSKVH YOG 12 *YYOG YYdYN OGOG NH 液相總傳質(zhì)單元高度，單位m 液相總傳質(zhì)單元數(shù) 12 *XXX XXdXaSKLH aSKLH XOL 1 2 *XXOL XXdXN OLOL NHH 傳質(zhì)單元可理解為：當(dāng)氣體經(jīng)過一段填料層后，其濃度的變化剛好等于該段填料層氣相平均總推動(dòng)力時(shí)，則稱該段填料層為一個(gè)傳質(zhì)單元。整個(gè)填料層就是由若干這樣的傳質(zhì)單元構(gòu)成。OGOG NHH 傳質(zhì)單元高度O

10、GH即為一個(gè)傳質(zhì)單元的高度 12 *YYOG YYdYN OGOGYYY NHYYdYaSKVH 12 *只與體系的相平衡及氣體進(jìn)出口的濃度有關(guān)，它反映了吸收過程的難易程度。分離要求高或吸收劑性能差，過程的平均推動(dòng)力小，則表明吸收過程難度大，相應(yīng)傳質(zhì)單元數(shù)就多。OGN與設(shè)備的型式及操作條件有關(guān)，是吸收設(shè)備效能高低的反映。吸收過程的傳質(zhì)阻力大，填料層的有效比表面積小，則一個(gè)傳質(zhì)單元所相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨染痛蟆?OGH 5.4.3 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 *222 YYY *111 YYY 吸收塔頂部的推動(dòng)力為吸收塔底部的推動(dòng)力為*1Y *2Y 1X2X、分別為與塔底液相、塔頂液相平衡的氣相濃度。 21 2

11、1ln YYYYYm 氣相對數(shù)平均推動(dòng)力 21 YY 與mY當(dāng)相差不大時(shí)，可取二者的算術(shù)平均值作為。 mOG YYYN 21 21 YY 21 YYYm 注意：當(dāng)時(shí)， 例 空氣和氨的混合氣體，在直徑為0.8m 的 填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。已 知進(jìn)入塔的空氣流量為1450kg/h，混合氣體中氨的分壓為10mmHg,吸收率為99.5。操作溫度為20，操作壓力為760mmHg，在操作條件下平衡關(guān)系為 。若吸收劑（水）的用量是最小吸收劑用量的1.2倍，且已知氨的氣相體積吸收總系數(shù) 。試求填料層高度。 XY 75.0 hmkmolaK Y 3/314解：依題意 0132.07601011 Ppy

12、 0134.00132.01 0132.01 111 yyY 512 107.6)995.1(0134.0)1( oYY 02 X 150291450 hkmolMqV m 74625.0075.00134.0 107.60134.0 521 21 XmY YYVLM 1775.445074625.02.12.1 hkmolLL M 0149.0775.44 )107.60134.0(50)( 5211 L YYVX 0112.00149.075.0 11 mXY 022 mXY 00061.00107.6 0112.00134.0ln )0107.6()0112.00134.0(ln 5 5 21 21 YYYYYm 86.2100061.0 107.60134.0 521 mOG YYYN m317.0)8.0(4314 50 2 aSKVH YOG m93.6317.086.21 OGOG NHH