2022年知识点23低浓度气体吸收的计算..docx

精选学习资料 - - - 欢迎下载学问点 2-3 低浓度气体吸取的运算【学习指导】1. 学习目的通过本学问点的学习,应把握低浓度气体吸取过程的运算方法；2. 本学问点的重点(1) 物料衡算与操作线方程；(2) 最小液气比与相宜液气比；(3) 用传质单元数法运算填料层高度；3. 本学问点的难点传质单元高度与传质单元数概念的懂得；4. 应完成的习题2-8 在 101.3kPa.20℃下用清水在填料塔内逆流吸取空气中所含的二氧2化硫气体；单位塔截面上混合气的摩尔流量为 0.02 kmol/ 〔m s〕 ,二氧化硫的体积分率为 0.03 ；操作条件下气液平稳常数 m为 34.9 ,3KYα 为 0.056 mol/〔m s〕 ；如吸取液中二氧化硫的组成为饱和组成的 75%,要求回收率为 98%；求吸取剂的摩尔流速及填料层高度；2-9 已知某填料吸取塔直径为 1m,填料层高度为 4m；用清水逆流吸取某混合气体中的可溶组分,该组分进口组成为 8%,出口组成为 1%（均为 mol%）；混合气流率为 30kmol/h ,操作液气比为 2,操作条件下气液平稳关系为 Y=2X；试求：1. 操作液气比为最小液气比多少倍；2. 气相总体积吸取系数 Ky a；3. 填料层高度为 2m处的气相组成；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载2-10 在 101.3kPa 及 27℃下,在吸取塔内用清水吸取混于空气中的丙酮蒸汽；混合气流量为 32kmol/h ,丙酮的体积分率为 0.01 ,吸取剂流量为 120kmol/h ；如要求丙酮的回收率不低于 96%,求所需理论级数；操作条件下气液平稳关系为 Y* = 2.53 X ；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载一.物料衡算与操作线方程1. 物料衡算2. 吸取塔的操作线方程二.吸取剂用量的确定1. 最小液气比2. 相宜的液气比三.塔径的运算四.吸取塔有效高度的运算〔 一〕 传质单元数法1. 基本运算式2. 传质单元高度与传质单元数3. 传质单元数的求法〔 二〕 等板高度法1. 基本运算式2. 理论级数的确定【例题与解题指导】精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载本学问点将以低浓度气体吸取过程为对象, 争论吸取过程的运算,关于高浓度气体吸取过程的运算可参考其它有关书籍；在工业生产中,吸取操作多采纳塔式设备,既可采纳气液两相在塔内逐级接触的板式塔,也可采纳气液两相在塔内连续接触的填料 塔；工业生产中,以采纳填料塔为主,故本学问点对于吸取过程运算的争论结合填料塔进行；一.物料衡算与操作线方程1. 物料衡算图 2-15 所示为一个处于 稳态操作下的逆流接触吸 收塔；下标“ 1”表示塔底截面, 下标“ 2”表示塔顶截面, m-n 代表塔内任一截面；V—单位时间通过吸取塔的惰性气体量, kmol〔B〕/s ；L—单位时间通过吸取塔的溶剂量, kmol〔S〕/s ；Y1.Y2—进塔.出塔气体中溶质组分的摩尔比, kmol〔A〕/kmol〔B〕 ；X1.X2—出塔.进塔液体中溶质组分的摩尔比, kmol〔A〕/kmol〔S〕 ；在吸取塔的两端面间,对溶质 A 作物料衡算,可得或 〔2-67〕精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载通常,进塔混合气的组成与流量为由吸取任务规定的,而吸取剂的初始组成和流量往往依据生产工艺要求确定； 假如吸取任务又规定了溶质回收率 A,就气体出塔时的组成 Y2 为〔2-68〕式中 A——溶质 A 的吸取率或回收率；由此, V.Y1.L.X2 及 Y2 均为已知,再通过全塔物料衡算式 2-67便可求得塔底排出吸取液的组成 X1；2. 吸取塔的操作线方程吸取塔内任一横截面上, 气液组成 Y 与 X 之间的关系称为操作关系,描述该关系的方程即为操作线方程；在稳态操作的情形下,操作线方程 可通过对组分 A 进行物料衡算获得； 在 m-n 截面与塔底端面之间对组分A 进行衡算,可得或 〔2-69〕同理,在 m-n 截面与塔顶端面之间作组分 A 的衡算,得〔2-70〕式 2-69 与式 2-70 为等效的, 皆称为逆流吸取塔的操作线方程；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载由操作线 方程可知, 塔内任一横截面上的气相组成 Y 与液相组成 X**成线性关系, 直线的斜率为 L/V ,该直线通过点 B〔X1,Y1〕 及点 T〔X2,Y2〕 ；图片 2-16 中的直线 BT 即为逆流吸取塔的操作线；操作线 BT上任一点 A的坐标 〔X,Y〕代表塔内相应截面上液.气组成 X.Y,端点 B 代表填料层底部端面,即塔底的情形,该处具有最大的气液组成, 故称之为“浓端”； 端点 T 代表填料层顶部端面, 即塔顶的情形, 该处具有最小的气液组成, 故称之为“稀端”； 图 2-16 中的曲线 OE为相平稳曲线 Y =f〔X〕 ；当进行吸取操作时,在塔内任一截面上,溶质在气相中的实际组成 Y 总为高于 与其相接触的液相平稳组成 Y ,所以吸取操作线 BT总为位于平稳线 OE 的上方；反之,如操作线位于相平稳曲线的下方,就应进行脱吸过程；应予指出,以上的争论都为针对逆流操作而言的；对于气.液并流操作的情形,吸取塔的操作线方程及操作线可采纳同样的方法求得；无论为逆流操作仍为并流操作的吸取塔,其操作线方程及操作线都为由物料衡算求得的,与吸取系统的平稳关系.操作条件以及设备的结构型式等均无任何牵连；二.吸取剂用量的确定在吸取塔的运算中, 通常气体处理量为已知的, 而吸取剂的用量需要通过工艺运算来确定；在气量 肯定的情形下,确定吸取剂的用量也即确定液气比 ；仿照精馏中相宜（操作）回流比的确定方法,可先求出吸 收过程的最小液气比,然后再依据工程体会,确定相宜（操作）液气比；1. 最小液气比精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载操作线斜率 L/V 称为液气比,它反映了单位气体处理量的溶剂消耗量的大小；如图 2-17〔a〕 所示,在 Y1.Y2 及 X2 已知的情形下,操作线的端点 T 已固定,另一端点 B 就可在 Y＝Y1 的水平线上移动； B 点的横坐标将取决于操作线的斜率 L/V,如 V 值肯定,就取决于吸取剂用量 L 的大小；111在 V 值肯定的情形下,吸取剂用量 L 减小,操作线斜率也将变小,点 B 便沿水平线 Y＝ Y1 向右移动,其结果为使出塔吸取液的组成增大, 但此时吸取推动力也相应减小； 当吸取剂用量减小到恰使点 B 移至水平线 Y＝ Y 与平稳线 OE的交点 B* 时, X =X * ,即塔底流出液组成与刚进塔的混合气组成达到平稳；这为理论上吸取液所能达到的最高组成,但此 时吸取过程的推动力已变为零,因而需要无限大的相际接触面积,即吸 收塔需要无限高的填料层；这在工程上为不能实现的,只能用来表示一种极限的情形；此种状况下吸取操作线 TB* 的斜率称为最小液气比,以 〔L/V〕 min 表示；相应的吸取剂用量即为最小吸取剂用量,以 Lmin 表示；最小液气比可用图解法求得；由图 2-17〔a〕 可得〔2-71〕精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载或 〔2-71a〕如平稳关系可用 Y* =mX表示,就可直接用下式运算最小液气比,即〔2-72〕或 〔2-72a〕假如平稳曲线出现如图片 2-17〔b〕 所示的外形,就应过点 T 作平稳曲线的切线,找到水平线 Y＝ Y1 与此切线的交点 B＇,从而读出点 B＇的横坐标 X1＇ 的数值,然后按下式运算最小液气比,即〔2-73〕或 〔2-73a〕2. 相宜的液气比在吸取任务肯定的情形下,吸取剂用量越小,溶剂的消耗.输送及回收等操作费用削减,但吸取过程的推动力减小,所需的填料层高度及塔高增大,设备费用增加；反之,如增大吸取剂用量,吸取过程的推动力增大,所需的填料层高度及塔高降低,设备费削减,但溶剂的消耗.输送及回收等操作费用增加；由以上分析可见,吸取剂用量的大小,应从设备费用与操作费用两方面综合考虑,挑选相宜的液气比,使两种费用之和最小；依据生产实践体会,一般情形下取吸取剂用量为最小用量的 1.1 ～2.0 倍为比较相宜的,即精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载〔2-74〕或 〔2-74a〕应予指出,填料吸取塔中,填料表面必需被液体润湿,才能起到传质作用；为保证填料表面能被液体充分润湿,液体量不得小于某一最低答应值；假如按式 2-74 算出的吸取剂用量不能满意充分润湿填料的起码要求,就应采纳较大的液气比；三.塔径的运算工业上的吸取塔通常为圆柱形, 故吸取塔的直径可依据圆形管道内的流量公式运算,即精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载D 2u VD 4Vs精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载s4 或 u〔2-75〕精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载式中D—吸取塔的直径, m；3Vs —操作条件下混合气体的体积流量, m/s ；u—空塔气速,即按空塔截面运算的混合气体的线速度, m/s；应予指出,在吸取过程中,由于溶质不断进入液相,故混合气体流 量由塔底至塔顶逐步减小； 在运算塔径时, 一般应以塔底的气量为依据；由式 2-75 可知,运算塔径的关键在于确定相宜的空塔气速 u；相宜的空塔气速 u 的确定方法可参考有关书籍；四.吸取塔有效高度的运算精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载吸取塔的有效高度为指塔内进行气液传质部分的高度, 也即填料层的高度；填料层高度的运算可分为传质单元数法和等板高度法,现分别予以介绍；〔 一〕 传质单元数法传质单元数法为依据传质速率方程来运算填料层高度, 故又称为传质速率模型法；1. 基本运算式采纳传质单元数法运算填料层高 度,将涉及到物料衡算. 传质速率与相平稳这三种关系式的应用； 现以连续逆流操作的填料吸取塔为例, 推导填料层高度的基本运算公式；填料塔为一种连续接触式设备, 随着吸取的进行, 沿填料层高度气液两相的组成均不断变化, 传质推动力也相应地转变,塔内各截面上的吸取速率并不相同；因此,前面所讲的吸取速率方程式,都只适用于塔内任一截面,而不能直接应用于全塔；为解决填料层高度的运算问题,需要对微元填料层进行物料衡算；如图 2-18 所示,在填料吸取塔内任意位置上选取微元填料层高度dZ,在此微元填料层内对组分 A 作物料衡算,可得〔2-76〕式中dGA—单位时间内由气相转入液相的溶质 A 的量, kmol/ s ；在微元填料层内,因气.液组成变化很小,故可认为吸取速率 NA为定值,就精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载〔2-77〕式中dA—微元填料层内的传质面积, m2；a —填料的有效比表面积 （单位体积填料层所供应的有效传质面积） ,2 3m/m ；W—吸取塔截面积, m2；由吸取速率方程式。