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1、1,第4讲：9.5.4 吸收塔的设计型计算1、吸收塔吸收剂用量和填料层高度;2、吸收剂再循环的分析及应用；3、解吸塔设计型计算。,第 9 章 气体吸收（ 12学时）,2,1）计算公式,1、吸收塔吸收剂用量和填料层高度,9.5.4 吸收塔的设计型计算,物料衡算式,相平衡方程式,吸收基本方程式,3,2）吸收塔设计型计算的命题,（1）达到分离要求最合理的溶剂用量；（2）达到分离要求所需要的塔高（填料层高）；（3）塔径（暂不计算）。,设计要求：,给定条件：,y1、G、相平衡关系、分离要求(y2或),回收率,4,3）设计条件的选择,(1)流向选择，一般选择逆流操作;(2)吸收剂进口浓度选择，,5,部分吸
2、收剂再循环的定常态操作,2、吸收剂再循环的分析及应用,6,吸收剂入塔浓度,物料衡算,有吸收剂再循环：（1）实际吸收剂入塔浓度增加；（2）塔内操作线斜率稍有增加。若平衡线不变，吸收推动力一般要减小。,7,1、吸收过程有显著的热效应，大量吸收剂再循环可降低吸收剂出塔温度，平衡线发生明显的向下移动，尽管操作线向下移动，但是，塔内传质的推动力增大。2、吸收的目的在于获得较浓的液相产物，按物料衡算所需的新鲜吸收剂量过少，以至不能保持塔内填料良好的润湿，吸收剂再循环，传质表面积增加，传质系数增大。,遇到如下两种情况应采用溶剂再循环：,8,在一定的液体流量下，当上升气体流速达到一定值时，整个塔段上同时发生大
3、量液体返混，液体在塔顶被出口气体带出塔外，即发生了不正常的 液泛 现象。,返混,9,在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨空气混合气中的氨，混合气流量为0.025kmol/s,混合气入塔含氨摩尔分数为0.02，出塔含氨摩尔分数为0.001。吸收塔操作时的总压为101.3kPa，温度为293k，在操作浓度范围内，氨水系统的平衡方程为y=1.2x ，总传质系数Kya=0.0522kmol/(s.m3)。若塔径为1m ，实际液气比是最小液气比的1.2倍，求所需塔高为多少？,例9-5： 吸收塔高（填料层高）的计算,解题分析：已知y1、y2、x2、Ky、m、qn、D、,10,根据吸收过程基本方程,填料层高度
4、计算式,平均推动力法求传质单元数,因此需要求取出塔液相含氨摩尔分数x1,物料衡算式,qn已知，A可以计算求取；,11,解：求液相出口摩尔分数,最小液气比,实际操作液气比,解得液相出口摩尔分数,12,求传质单元数,平均推动力,传质单元数,13,求传质单元高度,气相流率,传质单元高度,所需填料层高度为,14,方法2：,15,例、一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A ，入塔气体中含A 2%（摩尔分数），经吸收后溶质A 被回收了90% ，此时水的用量为最小用量的2倍，平衡线为 Y=2X, 气相总传质单元高度为0.8m,试求填料层所需高度。,解：,16,17,3、解吸（脱吸）,解吸剂,
5、-吸收的逆操作,1、解吸方法,减压解吸-闪蒸（在第十章中介绍）,应用解吸剂进行解吸,常用的解吸剂有惰性气体、水蒸气或贫气等,（2）汽提或提馏,-解吸剂用惰性气体或贫气,-解吸剂用水蒸汽,（1）气提,18,解吸塔的设计型问题（气提）,（1）解吸塔物料衡算式,全塔物料衡算,操作线方程,规定浓度下标：塔顶 1 ，塔底 2,19,已知：L 、 x1 、 y2 ， 规定 x2,（2）解吸塔的最小气液比,20,（3）解吸塔填料层高度的计算,21,如果气液平衡关系满足亨利定律,平均推动力法求传质单元数,22,解吸因数法求传质单元数,23,例题 解吸塔设计型计算：,用煤油从空气与苯蒸汽的混合气中吸收苯。所得吸
6、收液在解吸塔中用过热水蒸汽进行解吸，待解吸的液体中含苯0.05（摩尔分率，下同），要求解吸后液体中苯的浓度不超过0.005 ，在解吸操作条件下，平衡关系为y=1.25x ，塔内液体流量为0.03kmol/(m2.s) ,填料的体积传质系数为Kya=0.01kmol/(m3.s) 。过热蒸汽的用量为最小用量的1.2 倍。试求： （1）过热蒸汽的用量；（2）所需填料层的高度。,24,解：,25,26,例9-6 解吸气流量的计算,含苯摩尔分数为0.02的煤气用平均相对分子量为260的洗油在一填料塔中作逆流吸收，以回收其中95的苯，煤气的流量为120kmol/h。塔顶进入的洗油中含苯摩尔分数为0.00
7、5，洗油的流率为最小用量的1.3倍。吸收塔在101.3kPa下操作，此时气液平衡关系为y=0.125x。 富油由吸收塔底出口经加热后被送入解吸塔塔顶，在解吸塔底送入过热水蒸气使洗油脱苯。脱苯后的贫油由解吸塔底排除被冷却至27再进入吸收塔使用，水蒸汽用量取最小量的1.2倍。解吸塔在101.3kPa、120下操作，此时的气液平衡关系为y=3.16x。求洗油的循环流率和解吸时的过热蒸汽耗量。,27,解：吸收塔吸收塔出口煤气中含苯摩尔分数为,洗油在吸收塔底的最大摩尔分数为,吸收塔的最小液气比,28,实际液气比,煤气量,洗油循环量,29,洗油出塔摩尔分数为,解吸塔因过热蒸汽不含苯，y2=0,解吸塔顶气相
8、中苯的最大含量,30,解吸塔的最小气液比,操作气液比,过热蒸汽用量,31,分析 HOG HOL NOG NOL 的关系：,32,例2：用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为 ，操作采用的液气比是最小液气比的倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以、 两个参数列出计算NOG的表达式。,解：,33,例3：,用清水吸收混合气中的SO2 ，气体经两塔后总的回收率为0.91 ，两塔的用水量相等，且均为最小用水量的1.43倍，两塔的传质单元高度均为1.2m 。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律，试求两塔的塔高。,34,解：,35,36,第5讲：9.5.5 吸收塔的操作型问题吸收塔的操作型计算9.
9、5.6 吸收操作的调节综合例题。,第 9 章 气体吸收（ 12学时）,37,1.操作型计算的命题（1）第一类命题（求操作结果）,9.5.5 吸收塔的操作型计算,吸收塔的高度及其他有关尺寸，气液两相流量、进口含量、平衡关系及流动方式，两相总传质系数Ky或Kx。,给定条件：,计算目的：,气、液两相的出口含量,38,（2）第二类命题（求操作条件）,给定条件：,吸收塔的高度及其他有关尺寸，气相流量及进、出口含量、吸收液的进口含量，平衡关系及流动方式，两相总传质系数Ky或Kx。,吸收及的用量及其出口含量,计算目的：,39,全塔物料衡算式G（y1-y2)=L(x1-x2)相平衡方程式ye=f(x)吸收过程
10、基本方程式,当平衡线在操作范围内可视为直线时，第一类命题可将基本方程线性化。第二类命题须试差求解。,2.计算方法,40,例9-7 气体处理量的变化对吸收操作的影响某吸收塔在101.3kPa、293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合物种的丙酮，当操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95。已知物系在低含量下的平衡关系为y=1.18x，操作范围内总传质系数Ky近似于气体流率的0.8次方成正比。气体流率增加20，而液体量及气液进口摩尔分数不变，试求：丙酮的收率有何变化？单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？吸收塔的平均推动力有何变化？,41,解：新工况丙酮的收率原工况由回收率定义可求出气体出口摩尔分数,由物料
11、衡算世可计算液体出口摩尔分数,42,吸收塔的平均推动力,传质单元数,43,新工况传质单元高度,传质单元数,由物料衡算式,44,由吸收过程基本方程,45,由(a)、(b)两式求得,新工况的丙酮回收率,在单位时间内新、旧工况所回收的丙酮量之比为,46,新工况下的平均推动力,结论：气相传质控制时，适当增加气体的流量（增加设备的生产能力），尽管吸收率有所减小，但是吸收的绝对量增加（由于传质速率增加所致），有着实际意义。,47,例2：在高度为6m的填料塔内用纯溶剂吸收某混合气体中的可溶组分。在操作条件下相平衡常数为0.5 ，L/G=0.8 ，回收率为90% 。现改换另一种填料，装填高度仍为6m 。在相同
12、操作条件下，经测定回收率提高到95% 。试计算新填料的体积传质系数Kya是原填料体积传质系数的多少倍？,解：原工况,48,新工况,49,50,例3：某填料吸收塔用含溶质x2=0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用的液气比为3 ，入塔气体中可溶组分的摩尔分率y1=0.01 ，回收率为90% 。已知操作条件下物系的相平衡关系为y=2x 。现因解吸操作不良，使吸收剂入塔的浓度x2升到了0.00035 , 试求： （1）回收率变为多少？（2）塔底流出液的浓度x1变为多少？,解：,填料不变，气相流率、液相流率不变，HOG不变，所以NOG不变，即,51,52,物料衡算,53,例4：在15oC
13、、101.3kPa下用大量的硫酸逆流吸收空气中的水汽。入塔空气中含水汽的摩尔分数为0.0145 ，硫酸进、出塔的浓度（摩尔%）均为80% ，这种浓度的硫酸溶液液面上所产生的平衡水汽的摩尔分数为ye=1.0510-4 。已知该塔的容积传质系数Kya与气相流量的0.8次方成正比 。空气通过该塔被干燥至含水汽摩尔分数0.000322 。现将空气的流量增加一倍，则出塔空气中的水汽含量变为多少？,解：,原工况,54,求出,55,新工况,56,结论：气相传质控制时，适当增加气体的流量（增加设备的生产能力），尽管吸收率有所减小，但是吸收的绝对量增加（由于传质速率增加所致），有着实际意义。,实际吸收水汽量的变
14、化,57,例5：在填料层高为 6m 的塔内用洗油吸收煤气中的苯蒸汽。混合气流速为200kmol/(m2 h),其初始苯体积含量为2% ，入口洗油中不含苯，流量为40kmol/(m2 h) 。操作条件下相平衡关系为y=0.13x ，体积传质系数 Kya 近似与液量无关，值为 0.05 kmol/(m3. s) 。若希望苯的吸收率不低于95% ，问：（1）能否满足要求？（2）若保证回收率达到95% ，所需洗油量为多少？（3）若因故洗油中苯的初始含量变为 2.5% （摩尔%），仍保证回收率达到95% ，则所需洗油量变为多少？ （2）（3）为第二类操作型问题,58,解： （1）,59,（2）增加L,不
15、变,在塔内 H=6m ,达到 95% 回收率所需的传质单元数,试差迭代解得：,60,则S减小 ,由S计算出L （L将增加）。,（3）,61,例6：一填料塔，内装二段填料，每段的高度均为 5.5m ,处理二股溶质浓度不同的混合气体，其摩尔流率皆为 0.02kmol/(m2. s) ，初始浓度分别为5% 和 1% (v%) ，吸收剂不含溶质，其摩尔流速为 0.04kmol/(m2. S) 。已知操作条件下相平衡关系为 y=0.8x ，吸收过程的 Kya=0.32G0.7 kmol/(m3. s) ，（G 的单位为 kmol/(m2. s) ）。若要求出塔气体浓度小于0.1% , 问：（1）较稀的气
16、体由塔中部（二段填料中间）进入，能否满足要求？（2）若二股气体事先混合后，再由塔底进入塔内，则结果又如何？,思路：达到分离要求所需要的 h 与 塔中实际的 h 做比较。,62,解：,先设能够满足分离要求，气体出口浓度 ya=0.001,自塔2段计算起，仍根据填料层高度是否够用为判断依据。,另一思路求yc,63,64,塔的 1段,65,塔顶出口浓度可以达到,66,（2）若二股气体事先混合好由塔底进入,67,即，塔顶气体出口浓度,结论：组成不同的物料之间的混合对吸收是不利的。在实际生产中，采取塔中间某处进料时，应使得进料处的塔内气体组成等于此股气体的组成。这样分离效果最好，或达到预定分离要求，所需
17、的填料层高度最小。,68,9.5.6 吸收操作的调节,调节的目的：增大吸收率,调节的方法：改变吸收剂的入口条件，包括：流量L 、浓度x2 、温度t 三方面。,（1）流量L的调节,69,流量L的调节作用是有限的。,70,分析最大吸收率的问题,71,（2）x2的调节,x2的调节主要受解吸过程的限制。,（3）温度t的调节,温度t受到冷却器换热能力的限制和冷却剂用量的限制。,72,例1：一填料吸收塔吸收某低浓度混合气体中可溶组分，现因故x2升高了，保持其他操作条件不变，则y2 x1将如何变化？,采用近似分析法：,例2：在一填料塔中用清水吸收空气-氨混合气中的低浓度氨，若L加大，其余操作条件不变，则 y2 x1 将如何变化？,采用近似分析法：,定性分析题,73,例3：在一填料塔中处理低浓度气体混合物，若G加大，其余操作条件不变，则 y2 x1 将如何变化？,采用近似分析法：,74,例4：在一填料塔中处理低浓度气体混合物，若G加大，但要求吸收率不下降，有人说只要按比例增大L（即保持L/G不变）就能达到目的，这是否可行？,解：,75,例5：解吸填料塔操作中，如液体进口浓度 x1 增加，而其余操作条件不变，假设气液均在低浓区，试分析 气液出口组成 y1 x2 的变化情况。,采用近似分析法：,再分析 x2,76,例6 ：,采用近似分析法：,77,解吸：,吸收：,对比易混淆的公式：,
