吸收塔的计算.docx

第4节吸收塔的计算

吸收过程既可在板式塔内进行，也可在填料塔内进行。在板式塔中气液逐级接触，而在填料塔中气液则呈连续接触。本章对于吸收操作的分析和计算主要结合连续接触方式进行。

填料塔内充以某种特定形状的固体填料以构成填料层。填料层是塔实现气、液接触的主要部位。填料的主要作用是：①填料层内空隙体积所占比例很大，填料间隙形成不规则的弯曲通道，气体通过时可达到很高的湍动程度；②单位体积填料层内提供很大的固体表面，液体分布于填料表面呈膜状流下，增大了气、液之间的接触面积。

通常填料塔的工艺计算包括如下项目：

在选定吸收剂的基础上确定吸收剂的用量；

计算塔的主要工艺尺寸，包括塔径和塔的有效高度，对填料塔，有效高度是填料层高度，而对板式塔，则是实际板层数与板间距的乘积。

计算的基本依据是物料衡算，气、液平衡关系及速率关系。下面的讨论限于如下假设条件：

吸收为低浓度等温物理吸收，总吸收系数为常数；

惰性组分B在溶剂中完全不溶解，溶剂在操作条件下完全不挥发，惰性气体和吸收剂在整个吸收塔中均为常量；

吸收塔中气、液两相逆流流动。

吸收塔的物料衡算与操作线方程式

全塔物料衡算图2－12所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：

——

——

PAGE2

PAGE2

欢迎下载

V－惰性气体的流量，kmol（B）／s；L—纯吸收剂的流量，kmol（S）／S；

Y1；、Y2—分别为进出吸收塔气体中溶质物质量的比，kmo（l

／kmo（l

；

X1、X2——分别为出塔及进塔液体中溶质物质量的比，kmol（A）／kmol

V,Y2L,X2（S

V,Y

2

L,X

2

在全塔范围内作溶质的物料衡算，得：

VY1＋LX2＝VY2＋LX1

V,Y L,X

1 1

图2-12物料衡算示意图

或V（Y－Y）＝L（X－X） （2－38）

1 2 1 2

一般情况下，进塔混合气体的流量和组成是吸收任务所规定的，若吸收剂的流量与组成已被确定，则V、Y、L及X2。为已知数，再根据规定的溶质回收率，便可求得气体出塔时的溶质含量，即：

AY2＝Yl（1－ф

A

） （2－39）

A式中ф为溶质的吸收率或回收率。

A

通过全塔物料衡算式2－38可以求得吸收液组成X1。于是，在吸收塔的底部与顶部两个截面上，气、液两相的组成Y1、Xl与Y2、X2均成为已知数。2．吸收塔的操作线方程式与操作线

在定态逆流操作的吸收塔内，气体自下而上，其组成由Y1逐渐降低至Y2；

——

——

PAGE3

PAGE3

欢迎下载

2 l液相自上而下，其组成由X逐渐增浓至X；而在塔内任意截面上的气、液组成Y与X之间的对应夫系，可由塔内某一截面与塔的一个端面之间作溶质A的物

2 l

例如，在图2－12中的m－n截面与塔底端面之间作组分A的衡算：

＋VY LX

＋

1

VY LX

＝＋1

＝

＋

L L

1 1或Y＝VX＋（Y－VX）（2－40）

1 1

式2－40称为逆流吸收塔的操作线方程式，它表明塔内任一横截面上的气相组成Y与液相组成X之间成直线关系。直线的斜率为L／V，且此直线应通过B

1 1 2 2（X，Y）及T（X，Y）两点，如图2－13所示图中的直线BT即为逆流吸收

1 1 2 2

上端点B代表吸收塔底的情况，此处具有最大的气、液组成，故称为“浓端”；端点T代表塔顶的情况，此处具有最小的气、液组成，故称之为“稀端”；操作线上任一点A，代表着塔内相应截面上的液、气组成X、Y。

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总是高于与其接触的液相平衡组成，所以吸收操作线必位于平衡线上方。反之，若操作线位于平衡线下方，则进行脱吸过程。

需要指出，操作线方程式及操作线都是由物料衡算得来的，与系统的平衡关

系、操作温度和压强以及塔的结构类型都无任何牵连。

吸收剂用量的确定

液气比

1 2由图2－14a可知，在V、Y、Y及X已知的情况下，吸收操作线的一个端点T已经固定，另一个端点B则可在Y＝Y1的水平线上移动。点B的横坐标将取决于操作线的斜率L／V

1 2

操作线的斜率L／V称为“液气比”，是溶剂与惰性气体物质的量的比值。它反映单位气体处理量的溶剂耗用量大小。

111 1由于V值已经确定，故若减少吸收剂用量L，操作线的斜率就要变小，点B便沿水平线Y＝Y向右移动，其结果是使出塔吸收液的组成加大，吸收推动力相应减小。若吸收剂用量减小到恰使点B移至水平线Y＝Y与平衡线的交点B*时，X＝X*：，意即塔底流出的吸收液与刚进塔的混合气达到平衡。这是理论上吸收液