5气体吸收计算一.docVIP

第五节 气体吸收计算 在有害气体治理的吸收操作中，都是将混合气体中少量的可溶部分吸收下来，这些溶质即使全部吸收，进出塔的气体和液体的流量也改变很小，因此塔内的气体和液体的流量都可视为常数，这个特点使吸收的有关计算大为简化。 由于气体吸收多采用塔器，因此，气体吸收计算主要讲述吸收塔的计算。 一、吸收塔的物料衡算与操作线方程 （一）物料衡算 一个处于稳定操作状态下的逆流接触吸收塔。V、L、Y、X分别代表进出塔的气液流量（kmol/m2.s）和浓度（摩尔比），规定塔底为1端（浓端），塔顶为2端（稀端）。 对单位时间内进、出塔的物料A的量作衡算，可写出下式： 一般情况下，进塔气体的组成与流量是吸收任务规定了的，如果吸收剂的组成与流量已经确定，则V、Y1、L及X2皆为已知数，又根据吸收任务所规定的A的吸收率，可以得知气体出塔时应有的浓度Y2： 式中 —A的吸收效率。 由此，通过全塔物料衡算式： (2-47) 可以求得塔底吸收液排出的浓度X1。于是，在填料层底部与顶部两个端面上的液、气组成X1、Y1及X2、Y2均成为已知数。 （二）吸收塔的操作线方程与操作线 在逆流操作的吸收塔内，气体自下而上，其浓度由Y1逐渐变到Y2；液体浓度自上而下逐渐由X2变到X1；设图中截面m-n处气、液浓度分别为Y与X，现对m-n截面与塔底端作A的物料衡算： 或 (2-48) 对m-n截面与塔顶端作A的物料衡算，又得： 式（2-48）与（2-48a）是等效的，因由式（2—47）可知： 式（2-48）与式（2-48a）皆可称作逆流吸收塔的操作线方程，它表明塔内任一截面上气相浓度Y与液相浓度X之间成直线关系，直线的斜率为 (称 为液气比)，且此直线通过B（X1，Y1）及T（X2，Y2）两点。标绘在图2-28中的直线BT即为逆流吸收塔的操作线，操作线BT上任何一点A，代表着塔内相应截面上的液、气浓度X、Y，端点B代表吸收塔底部端面，即塔底的情况，端点T代表吸收塔顶部端面，即塔顶的情况。 操作线方程与操作线是由物料衡算得来的，无论对于并流或逆流，它与系统的平衡关系、操作温度和压强、以及塔的结构型式均无任何牵连。 在吸收操作时，在塔内任一横截面上，溶质在气相中的实际分压总是高于与其相接触的液相平衡分压，所以吸收塔操作线总是位于平衡线的上方。 二、吸收剂用量的确定 吸收塔的设计中，所处理的气体量V、两端气体组成Y2与Y1以及液体的最初组成X2一般都已预先确定，设计中则要确定吸收剂的用量。吸附剂的用量来源于适宜的液气比。液气比的大小，直接影响着设备的尺寸与运行费用。 由图2-29（a）可知，在V、Y1、Y2、X2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的水平线上滑动。点B的横坐标将取决于操作线的斜率L/V。L/V称为液气比，它反映单位气体处理量所用吸收剂的量。在V值已定时，若减小吸附剂的用量L，操作线的斜率就会变小，点B将沿Y=Y1的水平线向右移动，其结果可以使出塔吸收剂的浓度增大，而吸收推动力相对减小。若L减少到恰使B点移至水平线Y=Y1与平衡线[或切线如图2-29(b)，若平衡线为凸线时，要从T点作平衡线的切线。交点B*时，X1=X1*，意即塔底流出的吸收液中溶质A的浓度与刚进塔的混合气体中溶质A浓度达到平衡，这是理论上吸收液可能达到的最高浓度。但此时的吸收推动力已变为零，这只有在具有无限大的传质面积和无限长的接触时间时才能实现，而这在实际上是不可能的。所以只能作为吸收的一个极限。此时操作线的斜率称为最小液气比，以（L/V）min表示；相应的吸收剂用量即为最小吸收剂用量，以Lmin表示。 最小液气比可用图解法求出。若平衡线如图2-29所示，则可从B*读出X1*，用下式计算 ： 若平衡关系符合亨利定律，也可直接用下式计算： 根据生产实践，一般情况下取吸收剂用量为最小吸收剂用