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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(wèn)題的提出,二.計(jì)算依據(jù),三.設(shè)計(jì)型問(wèn)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(wèn)題,一.問(wèn)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(wèn)題，一般需要通過(guò)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(cè)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(lèi)：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(yè)）：,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(jiǎn)化，（低濃度）。,二.計(jì)算依據(jù),操作線方程：,填料層高度方程：,無(wú)論哪類(lèi)計(jì)算問(wèn)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(wèn)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(lái)說(shuō)，傳質(zhì)推動(dòng)力比較大并流：一般來(lái)說(shuō)，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(wú)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(kāi)該板時(shí)，兩相達(dá)到相平衡狀態(tài)，這塊塔板稱(chēng)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(duì)于第一塊板：,操作線和平衡線均為直線的情況,塔板序號(hào)自上而下增大，離開(kāi)第塊塔板的氣液組成的下標(biāo)為,對(duì)于第二塊板：,以此類(lèi)推，對(duì)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(guò)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(cè)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(guò)程，傳質(zhì)方向是由液相至氣相，過(guò)程的推動(dòng)力為：,提高y*、p*或降低y、p有利于過(guò)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(shuō)明解吸塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。,由于此時(shí)m較大，解吸過(guò)程的液相阻力往往占優(yōu)勢(shì)，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(duì)全塔進(jìn)行積分，有：,對(duì)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(guò)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(wèn)題,1.多組分吸收,存在范圍廣,處理辦法：簡(jiǎn)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(guò)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(duì)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(duì)于非常慢的化學(xué)反應(yīng)，1，可按物理吸收處理。,對(duì)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(zhuān)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(wèn)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(guò)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)。,
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