知识点23低浓度气体吸收的计算..doc

知识点2-3低浓度气体吸收的计算
【学习指导】
1.学习目的
通过本知识点的学习，应掌握低浓度气体吸收过程的计算方法。
2.本知识点的重点
(1)物料衡算与操作线方程。
(2)最小液气比与适宜液气比。
(3)用传质单元数法计算填料层高度。
3.本知识点的难点
传质单元高度与传质单元数概念的理解。
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收空气中所含的二氧化硫气体。单位塔截面上混合气的摩尔流量为0.02kmol/(m2·s)，二氧化硫的体积分率为0.03。操作条件下气液平衡常数m为34.9，KYα为0.056mol/(m3·s)。若吸收液中二氧化硫的组成为饱和组成的75%，要求回收率为98%。求吸收剂的摩尔流速及填料层高度。
2-9已知某填料吸收塔直径为1m，填料层高度为4m。用清水逆流吸收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，操作条件下气液平衡关系为Y=2X。
试求：
1.操作液气比为最小液气比多少倍；
2.气相总体积吸收系数Kya；
3.填料层高度为2m处的气相组成。
2-10在101.3kPa及27℃下，在吸收塔内用清水吸收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，吸收剂流量为120kmol/h。若要求丙酮的回收率不低于96%，求所需理论级数。操作条件下气液平衡关系为Y*=2.53X。
一、物料衡算与操作线方程
1.物料衡算
2.吸收塔的操作线方程
二、吸收剂用量的确定
1.最小液气比
2.适宜的液气比
三、塔径的计算
四、吸收塔有效高度的计算
(一)传质单元数法
1.基本计算式
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.基本计算式
2.理论级数的确定
【例题与解题指导】
本知识点将以低浓度气体吸收过程为对象，讨论吸收过程的计算，关于高浓度气体吸收过程的计算可参考其它有关书籍。
在工业生产中，吸收操作多采用塔式设备，既可采用气液两相在塔内逐级接触的板式塔，也可采用气液两相在塔内连续接触的填料塔。工业生产中，以采用填料塔为主，故本知识点对于吸收过程计算的讨论结合填料塔进行。

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—单位时间通过吸收塔的惰性气体量，kmol(B)/s；
L—单位时间通过吸收塔的溶剂量，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)。
在吸收塔的两端面间，对溶质A作物料衡算，可得

或(2-67)
通常，进塔混合气的组成与流量是由吸收任务规定的，而吸收剂的初始组成和流量往往根据生产工艺要求确定。如果吸收任务又规定了溶质回收率A，则气体出塔时的组成Y2为
(2-68)
式中A——溶质A的吸收率或回收率。
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收液的组成X1。
2.吸收塔的操作线方程
吸收塔内任一横截面上，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。在稳态操作的情况下，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是等效的，皆称为逆流吸收塔的操作线方程。
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即为逆流吸收塔的操作线。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，即塔底的情况，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，即塔顶的情况，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为相平衡曲线Y*=f(X)。当进行吸收操作时，在塔内任一截面上，溶质在气相中的实际组成Y总是高于与其相接触的液相平衡组成Y*，所以吸收操作线BT总是位于平衡线OE的上方。反之，若操作线位于相平衡曲线的下方，则应进行脱吸过程。
应予指出，以上的讨论都是针对逆流操作而言的。对于气、液并流操作的情况，吸收塔的操作线方程及操作线可采用同样的办法求得。无论是逆流操作还是并流操作的吸收塔，其操作线方程及操作线都是由物料衡算求得的，与吸收系统的平衡关系、操作条件以及设备的