吸收塔设计计算.ppt
吸收塔的设计计算,1.物料衡算2.最佳气液比的确定3.填料塔塔径、阻力、高度计算,1 物料衡算,物料衡算基准的选择-吸收过程当中不变量吸收操作过程中，由于气液两相之间有物质传递，通过吸收塔的气液量随时都在变化。液体由于不断吸收气体中的可溶组分，质量流量不断增加；气体的质量流量不断减少，无法采用作为基准吸收过程中纯吸收剂和气体中的惰性气体这两种载体的流量是不变的，可作为计算的基准,物料平衡是吸收设备计算的基础逆流吸收时，塔内气液流量和组成变化情况图中各符号的意义如下：G、L分别表示单位时间通过塔任一截面单位面积的惰性气体和纯吸收剂的量，Kmol/(m2h)Y、Y1、Y2分别表示在塔的任意截面、塔底和塔顶的气相组成，（Kmol吸收质/Kmol惰性气体）X、X1、X2分别表示在塔的任意截面、塔底和塔顶的液相组成，（Kmol吸收质/Kmol吸收剂）对全塔进行物料衡算，有气体中由于吸收而减小的吸收质的量等于溶液中增加的吸收质的量,1.操作线方程式 就任意截面与塔底间进行物料衡算有：或 此式即为吸收操作线方程式。,图线为一条直线(见图),直线斜率为L/G，截距为直线的两端分别反映了塔底（Y1，X1）和塔顶（Y2，X2）的气液两相组成。此直线上任一点的Y、X都对应着吸收塔中某一截面处的气液相组成。吸收操作线斜率L/G称为吸收操作的液气比,物理含义为处理单位惰性气体所消耗的纯吸收剂的量,2、操作线方程式的作用1）说明塔内气液浓度变化情况，2）通过与平衡线的对比，确定吸收推动力,进行吸收速率计算3）确定吸收剂的最小用量,从而确定吸收剂的操作用量。,3、操作线与平衡线间的关系，要掌握以下三个方面：(1)在YX图上，吸收操作线必须处于平衡线之上吸收是溶质由气相进入液相的过程。吸收能够进行必须要求：吸收操作时溶质在气相中的浓度大于平衡时溶质在气相中的浓度,(2)操作线与平衡线之间的距离反映了吸收推动力的大小操作线上任一点代表某截面上气、液组成（Y,X），该点到平衡线的垂直距离和水平距离分别代表该截面上的吸收推动力。,(3)平衡线与操作线不能相交或相切如果相交，说明在塔的某一个截面处推动力为零，未达到一定的浓度变化，则需要两相接触时间无限长,2.最佳气液比的确定,在吸收塔设计中 处理的惰性气体流量G是已知的、气相进出塔浓度Y1是已知的、Y2由大气污染控制标准而定，液相进塔浓度X2是工艺生产提供的基本参数，而只有吸收剂流量L及液相出塔浓度X1是需要计算的。根据物料衡算，L与X1之中只有一个是独立的未知量，通常在计算中先确定L值，则X1便随之而定了。由于G属已知条件，因而可通过确定操作线斜率L/G（液气比）来确定L。,最小液气比L/Gmin,由于Y2,X2已知，则操作线下端点位置确定，G为已知量，随着L的减小，操作线斜率不断降低，此时操作线越靠近平衡线。当L减小到与平衡线相交时，如图中BC线，推动力减小为零，此时L达到最小值（Lmin），对应的直线斜率L/Gmin为最小液气比。,实际设计中气液比的确定必须满足下列三个原则：（1）操作液气比必须大于最小液气比；（2）就填料塔而言操作液体的喷淋密度（即每平方米的塔截面上每小时的喷淋量，m3/m2h）应大于为充分润湿填料所必需的最小喷淋密度，一般为3-4m3/m2h，此时设备的阻力较小。（3）操作气液比的选定应尽可能从设备投资和操作费用两方面权衡考虑，以达到最经济的要求。这是因为：设备投资和操作费用间矛盾。L，L/G，推动力增加,有利于吸收的操作，设备的尺寸和投资；L，动力消耗，X1，对需回收吸收剂的操作来说，增加了溶液再生的困难，操作费用 选用一个最佳的L/G，首先要求Lmin，然后确定吸收剂操作用量L，根据实际经验，取：L=(1.1-2.0)Lmin。,3.填料塔塔径和阻力计算,1 填料塔内流体力学特性-载点，泛点（图示）气体和液体逆向流动，较低气速下，填料塔内阻力和气速的关系呈一条直线。当气速的增加到某一个值时，液体向下运动受向上气流的牵制变得明显，此时对应的气速点称为载点，当气速超过载点时，填料塔的阻力随着气速的增加变大。当气体流速继续增加到一定值时，液体停止下降，开始同向上的气流一起被吹出塔外，此时气体的流速称为泛点。当气速超过泛点时，填料塔的阻力随着气速的增加几乎呈直线上升吸收法净化采用的最佳气速应为载点速度的80%，或为泛点速度的50-70%,2.泛点气速的计算吸收塔设计的第一步确定泛点对应的气速，从而确定操作气速泛点气速与流体特性、填料特性和液气流量比有关，采用通用关联图,泛点气速计算步骤1）根据操作条件计算出关联图中横坐标2）根据给定的填料查出对应的纵坐标值3）将已知的 G L e等值代入求出泛点速度值4）选择实际操作流速v,图中各符号的含义:L、G、气体和液体的质量速度kg/m2hG L气体和液体的密度kg/m3水的密度和液体密度的比值填料特性值e液体的黏度 mPa.s,3.填料塔塔径的计算 D取决于处理的气体量Q和适宜的空塔气速v，即：D塔径,m；Q处理气量,m3/h；v空塔气速,m/s1)Q一定时，若v，D，则动力消耗少，但设备投资高2)若v，D，则动力消耗大，但设备投资少,4.填料塔阻力（压强降）的计算通过关联图确定压强降1）由给定的实际操作流速计算出纵坐标2）由上述纵坐标和横坐标 在图中找出压强降值,5.填料层高度计算对于低浓度的气体混合物和低浓度溶液而言，溶质在气相和液相中的浓度较低，因此可采用惰性气体流量表示混合气体流量G Kmol/(m2h)，采用吸收剂流量代替溶液流量L填料塔是逆流式连续吸收装置，气液两相浓度沿高度方向连续变化，因此采用填料层的微分段来分析当填料层高度变化dh时，气体的浓度由 Y Y+dY,液体浓度由X X+dX 设塔内截面积为S，则通过塔内截面的气体流量为GS保持不变，故在此微分段dh内由气相传入液相的溶质的量为GSdY,或可表示为LSdX,设单位体积填料层所提供的有效气液接触面积为a，则微分段dh范围内，总的接触面积等于aSdh当传质速率为NA时，微分段内由气相传入液相的溶质的量等于NAaSdh,填料层高度h为 和 两个量的乘积 总传质单元高度HOG 总传质单元数NOG,1）总传质单元高度HOG,总传质单元高度取决于填料的性能，填料的性能好，每个传质单元的高度就小当气相总传质系数为未知时，可由下式计算HOG式中 HG-气相传质单元高度 HL-液相传质单元高度-系数，为平衡线斜率和操作线斜率之比式中Qv-气相的体积流率m3/m2.h-液相的喷淋密度 m3/m2.h A-溶质的密度 kg/m3-溶解度系数（C=HPe）(kg/m3.atm)P-系统总压力，atm,2)总传质单元数NOG,物理意义积分符号里的dY为气相浓度变化值，分母Y-Ye为吸收推动力，故NOG是取决于吸收过程中浓度变化和推动力大小的一个值。若吸收要求的气相浓度变化大，推动力有很小，则气相总传质单元数就大，在填料塔中要求的发生传质的单元个数就越多，填充塔高度就越大,当平衡线为直线时,对于低浓度气体的吸收，操作线为直线，在操作线范围内，若平衡关系符合亨利定律，则平衡线也为直线,全塔的平均推动力=塔底和塔顶推动力的对数平均值,当平衡线不为直线时,当平衡线不为直线时，表示吸收推动力的两线间距离的变化是不规则的，全塔的平均推动力不能用塔底和塔顶推动力的对数平均值来替代，采用图解法求NOG,
