《吸收塔的设计》.docVIP

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：? （1）在选定吸收剂的基础上确定吸收剂的用量； （2）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： （1）吸收为低浓度等温物理吸收，总吸收系数为常数； （2）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； （3）吸收塔中气、液两相逆流流动。 2.4.1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： 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，kmol（A）／kmol（B）；X1、X2——分别为出塔及进塔液体中溶质物质量的比，kmol（A）／kmol（S）。注意，本章中塔底截面一律以下标“l”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。 在全塔范围内作溶质的物料衡算，得： ??????? VY1＋LX2＝VY2＋LX1 或V（Y1－Y2）＝L（X1－X2）???????????????? （2－38） 　 ??? 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： Y2＝Yl（1－фA）????????????????????????? （2－39） 式中фA为溶质的吸收率或回收率。 ?? 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；液相自上而下，其组成由X2逐渐增浓至Xl；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的物料衡算而得。 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＋LX1＝VY1＋LX 或????? Y＝X＋（Y1－X1）? ?????????（2－40） 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（X1，Y1）及T（X2，Y2）两点，如图2－13所示图中的直线BT即为逆流吸收塔的操作线。 （1）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。 （2）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。 2.4.2 吸收剂用量的确定 （1）液气比 由图 2－14a可知，在 V、Y、Y1及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的水平线上移动。点B的横坐标将取决于操作线的斜率L／V。 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。 （2）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＝Y1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＝Y1与平衡线的交点B*时，X1＝X1*：，意即塔底流出的吸收液与刚进塔的混合气达到平衡。这是理论上吸收液所能达到的最高含量，但此时过程的推动力已变为零，因而需要无限大的相际传质面积。这在实际上是办不到的，只能用来表示一种极限状况。此种状况下吸收操作线（B*T）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