食品工程原理—吸收塔的计算ppt课件.ppt

5.5 吸收塔的计算5.5.1 物料衡算与操作线方程5.5.2 吸收剂用量的确定5.5.3 填料层高度的计算5.5.4 吸收塔的计算,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。,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。,5.5.1 物料衡算与操作线方程,一、物料衡算,定态，假设S不挥发，B不溶于S,全塔范围内，对A作物料衡算 ：,VY1+LX2=VY2+LX1,V（Y1Y2）=L（X1X2）,V，Y2,V，Y1,L，X2,L，X2,X1=X2V（Y1Y2）/L,二、操作线方程式及操作线,1. 逆流吸收,V，Y2,V，Y1,L，X2,L，X1,V，Y,L，X,VY+LX2=VY2+LX,Y2=Y1（1）, A被吸收的百分数，称为回收率或吸收率。,同理：,逆流吸收操作线具有如下特点：,X,Y1,Y2,X1,X2,A,B,Y,（3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系 统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。,（2）操作线通过塔顶（稀端） A （X2，Y2）及塔底 （浓端） B （X1， Y1）;,（1）定态，L、V、Y1、X2恒定，操作线在XY 坐标上为一直线，斜率为L/V 。 L/V为吸收 操作的液气比；,（5）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；,（4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线OE下方。,2. 并流吸收,VY+LX=VY2+ LX2,逆流与并流的比较：,1）逆流推动力均匀，且,2） Y1大，逆流时Y1与X1在塔 底相遇有利于提高X1； X2小，逆流时Y2与X2在塔 顶相遇有利于降低Y2。,逆流与并流操作线练习,C,D,A,B,5.5.2 吸收剂用量的确定,P,一、最小液气比,最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。,最小液气比的计算,1. 平衡曲线一般情况,X*1与Y1相平衡的液相组成。,平衡关系符合亨利定律时：,2. 平衡曲线为凸形曲线情况,二、操作液气比,【例5-5】某矿石焙烧炉排出含SO2的混合气体，除SO2外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入填料吸收塔中，用清水洗涤以除去其中的SO2。,吸收塔的操作温度为20，压力为101.3kPa。混合气的流量为1000m3/h，其中含SO2体积百分数为9%，要求SO2的回收率为90%。若吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算：（1）吸收剂用量及塔底吸收液的组成X1；（2）当用含SO2 0.0003（摩尔比）的水溶液作吸收剂时，保持二氧化硫回收率不变，吸收剂用量比原情况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？已知101.3kPa，20条件下SO2在水中的平衡数据与Y1相平衡的液相组成=0.0032,5.5.3 填料层高度的计算,一、传质单元数法,1. 塔高计算基本关系式,单位时间，dZ内吸收A的量：, 塔截面积，m2;GA A的流率，kmol/(m2s)；G 混合气体流率，kmol/(m2s)；L 吸收剂流率， kmol/(m2s)。,a单位体积填料的有效传 质面积，m2。,填料层高度,同理：,气相总体积传质系数，kmol/（m3s）,液相总体积传质系数，kmol/（m3s）,填料层高度可用下面的通式计算： Z=传质单元高度传质单元数,体积传质系数的物理意义： 在单位推动力下，单位时间，单位体积填料层内吸收的溶质量。,2. 传质单元数与传质单元高度,以,为例,（1）传质单元数,气相传质单元高度 、传质单元数；,液相传质单元高度 、传质单元数。,气相总传质单元高度、总传质单元数；,定义：,气相总传质单元数,传质单元数的意义： 反映了取得一定吸收效果的难易程度。,气体流经一段填料，溶质组成变化（Y1 Y2）等于该段填料平均吸收推动力（YY *）m时，该段填料为一个传质单元。,（2）传质单元高度,定义：,气相总传质单元高度，m。,传质单元高度的意义: 完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了吸收设备效能的高低。,传质单元高度影响因素： 填料性能、流动状况,体积总传质系数与传质单元高度的关系:,传质单元高度变化范围：0.151.5m。,各种传质单元高度之间的关系：,设平衡线斜率为m,同理 ：,比较上式：,3、传质单元数的计算,（1）对数平均推动力法,气液平衡线为直线,操作线也为直线,=YY=AY+B,同理：,注意：1）平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。,=,2）平衡线与操作线平行时，,3）当 、 时，对数平均推动力可用算术平均推动力 。,（2）吸收因数法,平衡线为通过原点的直线 ，服从亨利定律,逆流为例：,S解吸因数（脱吸因数）,讨论：,m、y1、X2、S一定时：,注意：图的适用范围为 20及S0.75。,1） 的意义：反映了A吸收率的高低。,2）参数S的意义：反映了吸收过程推动力的大小， 其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。,S范围在0.70.8,3）,4）,吸收因数,（3）数值积分法,平衡线为曲线时，图解积分法步骤如下：,1）操作线上任取一点（X, Y），其推动力为 (Y - Y*)。,2）系列Y 作图得曲线。,3）积分计算Y2至Y1范围内的阴影面积。,Y1,Y2,o,E,二、等板高度法,理论级:不平衡的气液两相在一段填料层内相互接 触，离开该段填料的气液两相达到相平衡， 此段填料为一个理论级。,Z=HETPNT,NT完成分离任务，所需的理论级数；HETP等板高度。,等板高度：分离效果达到一个理论级所需的填料 层高度。,5.5.4 吸收塔的计算,命题：物系、操作条件一定，计算达到指定 分离要求所需塔高。,分离要求 ：残余浓度Y2或溶质的回收率,一、设计型,1. 流向的选择,逆流特点：1) 逆流推动力大，传质速率快；,2）吸收液的浓度高；,3）溶质的吸收率高；,4）液体受到上升气体的曳力，限制 了液体流量和气体流量。,2、吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度,3、吸收剂流量的确定,【例5-6】空气中含丙酮2%（体积百分数）的混合气以0.024kmol/(m2s)的流率进入一填料塔，今用流率为0.065kmol/(m2s)的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收率为98.8%。已知操作压力为100 kPa，操作温度下的亨利系数为177 kPa，气相总体积吸收系数为0.0231 kmol/(m3s)，试用解吸因数法求填料层高度。,【例5-7】在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h，气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.333 kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关系为Y*=0.75X，气相总体积吸收系数为0.088kmol/(m3s)，试求（1）每小时用水量；（2）用平均推动力法求出所需填料层高度。,二、吸收塔的操作型计算,命题：塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的分析和计算; 吸收塔的核算。,1. 定性分析,【例5-8】在一填料塔中用清水吸收氨空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则Y2、X1何变化？（已知体积传质系数随流量变化关系为 ）,定性分析步骤： 1）根据条件确定HOG、S； 2）利用Z= NOGHOG ，确定 的变化; 3）采用吸收因数法确定Y2的变化; 4）利用全塔物料衡算分析X1变化。,2. 定量计算,问题：吸收温度降低， Y2、X1、吸收操作线如何变化？ X2降低， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？ 吸收压力提高， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？,【例5-9】某填料吸收塔在101.3 kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合气中的丙酮，操作液气比为2.0，丙酮的回收率为95%。已知该吸收为低浓度吸收，操作条件下气液平衡关系为 ，吸收过程为气膜控制，气相总体积吸收系数 与气体流率的0.8次方成正比。（塔截面积为1）（1）若气体流量增加15%，而液体流量及气、液进口组成不变，试求丙酮的回收率有何变化？（2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而气体流量，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压力皆不变，试求吸收剂用量提高到原来的多少倍。,三、吸收过程的强化,目标：提高吸收过程的推动力； 降低吸收过程的阻力。,1. 提高吸收过程的推动力,（1）逆流操作比并流操作的推动力大；,【例5-10】在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099（摩尔分数）的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的85%，进塔气体中溶质浓度为0.091（摩尔分数），操作液气比为0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为 ，试求：（1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。 假设体积传质系数与流动方式无关。,（2）提高吸收剂的流量；,2. 降低吸收过程的传质阻力,