第四节低组成气体吸收的计算

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1、气体吸收第四节低组成气体吸收的计算2.4.1物料衡算与操作线方程一、收塔的物料衡算1.首先规定出衡算系统：规定出来的系统即认为与其它部分脱离而独立。此系统与其它设备或与周围空间之间的物流方向都用箭头表示出来，凡是指向系统的都属输入，凡是从此系统引出的，都属输出，而令。2.其次要规定出一个衡算准。在间歇操作中，一般以一次操作为基准；在连续操作中，则以时间（如1小时）为基准。3.物料衡算的基本原则是列出若干个独立的方程式，其数目与未知量的数目相等。4.物料衡算中物料的量可以重量表示，也可以用摩尔数表示，但一

2、般都不宜用体积表示。只有理想气体及系统中温度、压强不变时，因体积与摩尔数成正比，物料衡算中的物料量才可用体积来表示。用一句话讲：隔离体系定基准，未知量数方程同。根据质量守恒原则：入方物料=出方物料—单位时间通过吸收塔的惰气量—单位时间通过吸收塔的吸收剂量第15页共15页气体吸收、—分别表示入塔、出塔气相中吸收质的比摩尔分率、—分别表示入塔、出塔液相中吸收质的比摩尔分率将上式整理可得：全塔物料衡算式一.吸收塔的操作线方程与操作线将（1）可整理为：全塔范围的操作线方程式溶质吸收率或回收率用二式可求得塔底吸收

3、液浓度。我们可以在塔截面任意高度取一截面入方出方某一截面的物料衡算、、工艺上确定的与精馏操作线方程一样是斜截式方程第15页共15页气体吸收此方程表示在吸收塔任一截面上，气液两相中吸收质的浓度关系，它在坐标图上为一条直线AB此直线斜率为（即液气比）直线端点A表示塔底的液相浓度和气相浓度（叫浓端），端点B表示塔顶的液相浓度和气相浓度（叫稀端）。直线上的任一点（X、Y）则表示塔中相应的截面上液相和气相的浓度。AB线称为吸收操作线。（4）式则被称为操作线方程式。2.4.2吸收剂用量的确定由全塔操作线方程、、、一

4、般是根据吸收的要求而事先确定了的，而吸收剂用量L和出塔液体则要终选择而定。、值既已确定，则吸收操作线必通过点而操作线斜率则取决于液气比当减小，操作线斜率也随之减小，而出塔液体浓度增大。吸收剂的理论上最小用量应该是出塔液体中吸收质浓度最大时吸收剂用量，也就是出塔液体被进塔气体饱和时的吸收剂用量。即为了确定吸收剂理论上的最小用量，在图上画出气液平衡曲线第15页共15页气体吸收用相平衡常数表示的气液平衡方程也是亨利定律的形式之一。随，一定、操作线平衡线吸收推动力也逐渐减小，为了达到要求的吸收速率就需要增大气液

5、的接触面积，增大吸收塔的尺寸。当操作线A点与平衡线有相交时或相切，此时吸收液气比为最小液气比。在塔底的推动力等于零。此时所需要的接触面积和吸收塔的尺寸为无限大。最小液气比：（全塔物料衡算）若平衡线可用直线表示则精馏中最小的回流比当回流比减小到使两操作线交点正好落在平衡线时所需理论板层数就是无穷多，这种情况下的回流比称为最小回流比(有时相切即精馏操作线或提馏段操作线与平衡线相切)2.4.3填料塔直径的计算一.几个重要的概念第15页共15页气体吸收1.空塔速度：无填料时气体在塔内的流速2.空塔截面积：无填料

6、时塔的截面积3.填料的比表面积：每单位体积填料中填料的表面积4.填料的有效比表面积：每单位体积填料所提供的有效吸收面积当操作良好，填料表面完全被润湿，可取填料的比表面积5.填料的空隙率(自由空间或自由体积):单位体积填料中所具有的空隙体积6.自由截面积:单位填料截面积上所具有的空隙面积7.填料因子:填料的比表面积与空隙率的比值即亦称干填料因子;填料被液体润湿后称湿填料因子用表示.二.塔径的计算—塔径—操作条件下混合气体积流量有波动时取最大值一般以进塔底量为准而其它的也相应取塔底下的。2.4.4填料层高度

7、的计算一.填料层高度的基本计算式第15页共15页气体吸收以前所介绍的吸收速率方程式，都只适合吸收塔的任一截面，而不能直接用于全塔。对微元填料层作组分A衡算单位时间内由气相转入液相的A物质量为：对微元高度填料做组分物料衡算得：但气相由下而上本身为负值，液相由上而下本身为正值前加一负号。又把厚度为的填料层视为任一塔截面。实际气相浓度与用代替，达到平衡时气相浓度用视为定值则：将得：代入（2）可得：得以气相为例又第15页共15页气体吸收同理可得参阅谭元思化工原理下册41页，积分从塔顶到塔底二.传质单元高度与传质

8、单元数气相总传质单元高度—体积吸收系数气相总传质单元数注意液相是从塔上积到塔下，即：2.4.5吸收推动力的计算（吸收塔各截面上推动力不相等）一.当平衡线为直线时，可以用塔顶和塔底推动力的算术平均值或对数平均值作为平均推动力。当第15页共15页气体吸收（完全类似的求法）用液相浓度差所表示的推动力时，应该求操作线与平衡线之间的水平距离。二.平衡线为直线时填料高度的计算当吸收塔的平均推动力确定后，就可以根据吸收速率为方程式求算填料层的高度，若用气