《大气污染控制工程 教学课件 ppt 作者 董志权 8.4-8.5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气污染控制工程 教学课件 ppt 作者 董志权 8.4-8.5（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、8.4吸收塔的计算,2,吸收塔的计算按给定条件、要求和任务的不同，可分为设计型和操作型两类。 设计型计算是在给定的工艺条件下，设计计算能达到分离要求的吸收塔参数。 操作型计算则是根据已有的吸收设备对其操作条件与吸收效果间的关系进行分析计算，可以由给定操作条件求算吸收效果；也可由给定吸收效果确定操作条件。,3,8.4.1吸收塔的基本计算 1. 全塔物料衡算,对于稳定过程，单位时间进、出吸收塔的气态污染物量，可通过全塔物料衡算确定，即 若GA为吸收塔的传质负荷，即废气通过吸收塔时，单位时间内气态污染物被吸收剂吸收的量（kmolh1），则,图811逆流吸收塔物料衡算,4,2.操作线方程与操作线,在逆
2、流操作的吸收塔内，由塔中任一截面m-n分别至塔1端或2端间对气态污染物A作物料衡算可得塔中任一截面处气相组成Y与液相组成X间的关系 或,液气比,5,3. 最小液气比的确定,在塔的底端的推动力Y0，若要出塔尾气中气态污染物A的组成降至Y2，所需塔高为无穷高。这是液气比的下限，此时的液气比称为最小液气比，以(L/V)min表示，相应的吸收剂用量为最小吸收剂用量，以Lmin表示。当液气比小于最小液气比时，净化的要求将无法完成。,图813吸收塔的最小液气比,最小液气比的确定与平衡线的形状有关，若平衡线符合图8-13(a)所示的一般情况，则YY1的水平线与平衡线的交点B*为最小液气比时的操作线高浓端，读
3、出B*的横坐标X1*，于是得 若平衡关系符合亨利定律，则YY1水平线和直线YmX的交点B*为最小液气比时操作线的高浓端，X1*Y1/m，将此关系代入式（8-52）得,（8-52）,7,实际采用的液气比必须大于最小液气比，其具体大小，取决于综合经济核算。显然当吸收剂用量L为最小吸收剂用量时，所需塔高为无穷大，设备费用无穷大；随着吸收剂用量增加，吸收剂的消耗量、液体的输送功率等操作费用增加；但塔高降低，设备费用随之减少；因此，应寻求包括操作费及设备费在内的总费用的最低点，选取适宜的液气比。根据经验，吸收剂用量为最小吸收剂用量的1.12.0倍。,8,4.塔径的确定,随着气相中的气态污染物逐步被吸收，
4、气体压力逐渐降低，不同塔截面上的Vs有所不同，计算时一般取全塔中最大的体积流量。u的选取与液气比、气液密度、液体的粘度以及塔板的结构或填料的种类和尺寸相关，可查有关工程手册参考选取。,9,8.4.2吸收填料吸收塔的计算,填料吸收塔计算的一项重要内容是确定填料层高度，有理论级法和传质速率法（后者又称传质单元数和传质单元高度法）。下面重点讨论物理吸收的传质单元高度法。,填料的作用：液相分散造型的支撑体，为气、液两相提供充分的接触面，并为强化其湍动程度创造条件，以利于传质。,对于填料的要求：,1、比表面积大，即单位体积的填料所具有的表面积大。 2、比重小，减轻塔和基座负荷。 3、机械强度好，不易破碎
5、。 4、耐腐蚀性好。 5、价格低廉，容易制得。,常用填料：拉西环（又分金属、陶瓷等）、鲍尔环、杯形和 鞍形填料、波纹板、栅板等。,填料,填料特性参数,(1) 比表面积 比表面积大，则能提供的相接触面积大。同一种填料其尺寸愈小，比表面积愈大。 (2) 空隙率 空隙率大，则气体通过时阻力小，因而流量可以增大。 (3) 填料因子 表示填料阻力及液泛条件的重要参数。,12,8.4.2.1基本关系式的导出,如图8-14所示，塔内某一微分段填料层dH中的传质面积dA（m2）为,图814 微元填料层的物料衡算,（8-56）,对微分段dH内的气态污染物作物料衡算，可得 整理后可得微分段高dH表达式,（8-58
6、）,（8-57）,有效接触面积a总小于单位体积填料层中的固体表面积(称为比表面积)。a值不仅与填料的形状、尺寸及充填状况有关，而且受流体物性及流动状况的影响。a的数值难于直接测定，为此常将它与吸收系数的乘积视为一体，作为一个完整的物理量看待，一并测定，称为体积吸收系数。,KYa及Kxa则分别称为气相总体积吸收系数及液相总体积吸收系数，其单位为kmol(m3s)1。其物理意义是在单位推动力，单位时间，单位体积填料层内吸收的气态污染物量。,对于稳定操作的吸收塔，V为常数，将式(8-57)积分可得所需填料层高度H（m） 当气体浓度较低时，Y较小，可以认为包含气态污染物A在内的气体流量V及液流量L在全
7、塔中基本上不变，气、液相的物性变化也较小，因此各截面上的体积传质系数KYa变化不大，可视为是一个和塔高无关的常数，可取平均值，于是,（8-60）,（8-59）,单位为高度单位m，故称其为气相总传质单元高度，以HOG表示。,无因次数值，称为气相总传质单元数，以NOG表示 。,15,因此填料层高度计算的通式为： 填料层高度传质单元高度传质单元数。,8.4.2.2低浓气体传质单元高度和传质单元数,16,8.4.2.3传质单元数的计算 1. 平衡关系为直线时（平均推动力法）,操作线、平衡线为直线时，操作线与平衡线间的垂直距离YY-Y* (或水平距离XX*-X)亦为Y(或X)的直线函数(图8-15)，据
8、此可由（863）导出气相总传质单元数NOG,图815 操作线与平衡线均为直线时的总推动力,塔底的气相总推动力,塔顶的气相总推动力,过程平均推动力,17,2. 平衡关系为曲线时(图解积分法),当平衡关系为曲线时，难以用解析法求传质单元数，通常采用图解积分法求传质单元数,图816 图解积分法求NOG,图解积分法的步骤为： a. 由操作线和平衡线求出与Y相应的Y-Y*，如图8-16(a)所示； b. 在Yl到Y2的范围内作Y-1/(Y-Y*)曲线；如图8-16(b)； c. 在Y1与Y2之间，Y-1/(Y-Ye)曲线和横坐标所包围的面积即为传质单元数，如图8-16(b)之阴影部分所示。,19,8.4
9、.2.4传质单元高度和吸收系数,传质单元高度或吸收系数是反映吸收过程物料体系及设备传质动力学特性的参数，是吸收塔设计计算的必需数据，多通过实验测定获得；实验测定的数据又常被整理成适用于一定条件和范围的经验公式以供计算时选用，故也可从有关手册、资料中查取。通常，对同一种填料来说，传质单元高度变化不大。 实验测定吸收系数一般在中间试验设备上或生产装置上进行。用实际操作的物系，选定一定的操作条件实验，得出分离效果，应用相应的关系式便可求出相应的吸收系数或传质单元高度。,20,8.4.3吸收板式吸收塔的计算 8.4.3.1吸收过程的多级逆流理论板模型,板式塔的塔高可以用多级逆流的理论板模型进行描述和计
10、算，如图8-17示。 实际塔内，各板上气、液间并未达平衡，因而实际所需塔板数大于理论塔板数，实际所需塔板数NP可用下式确定,图817,塔效率,21,8.4.3.2理论板数的计算 1. 逐板计算法求理论板数,由塔的某一端开始，根据“离开同一个理论板的气、液相组成呈平衡关系，相邻板间的气、液相组成服从操作线方程的原则”，进行逐板计算，直至两相组成达到塔的另一端点的组成为止。在计算过程中，平衡线的使用次数即为理论板数。如从塔底端点开始进行逐板计算，其步骤如下： (1)由已知的气体初始组成Y0和吸收分离要求EA，求出塔顶尾气组成Yout，Yout(1-EA)Y0； (2)由给定的操作条件确定高浓端Xo
11、ut，Y0和低浓端(X0，Yout)，得出操作线方程； (3)从塔底(也可由塔顶)开始，作逐板计算。用平衡关系，由Xl求出Y1，用操作线方程，由Y1求出X2；再用平衡关系，由X2求出Y2，如此反复逐板计算，直至求出的YN等于(或刚小于)Yout为止。运算过程中，使用吸收相平衡关系的次数N，即为吸收所需的理论板数。,22,2. 图解法求理论板数,图解法的实质是根据逐板法求理论板的原理，用图解来进行逐板计算。其作法如下： 在XY坐标图上绘出平衡线与操作线，参见图8-18。 从操作线上的塔底高浓端(Xout，Y0)开始(也可以从塔顶开始)，向下作一垂直线，与平衡线交于点1，然后由点1作水平线与操作线
12、交于点1。再由点1作垂直线与平衡线相交于点2得X2，由点2作水平线与操作线交于点2得X3，如此反复作阶梯，直至Y等于或刚小于YN为止，绘出的阶梯数为理论板数，如图示为5块理论板,23,图818 图解法求理论板数,24,8.4.4伴有化学反应吸收塔计算,伴有化学反应的吸收过程采用的设备与物理吸收类似，其设备的计算原则也基本相同，只是由于化学反应的存在，影响了过程推动力的大小，并进而影响到吸收速率及吸收设备的选择及计算。,25,8.4.4.1设备选择与强化,伴有化学反应吸收设备的选择往往与化学反应的类型密切相关。化学吸收中反应过程的快慢、反应能力与扩散传质能力的相对大小决定了吸收过程的控制过程或步
13、骤。控制过程（步骤）不同，选择设备及强化过程的措施也有不同的考虑。,对于与值较大的过程，由于反应速度快，过程往往由扩散控制，任何强化物质扩散的手段都会显著地增加过程的总速率。因而要选择气液比较大或气液相界面较大、有利于传质的设备，如喷雾塔、文丘里等。填料塔与淋降板式塔也常被用来处理瞬间反应与快速反应吸收过程，因为它们持液量少（气液比大）而生产强度大。强化该过程的措施也就是强化扩散、传质的措施，例如增加相际接触面、增加气相或液相湍动程度、增加过程推动力、降低吸收温度、提高吸收压力等。,对于与值较小的反应速度较低的吸收过程，由于往往属于反应动力学控制体系，需要注意保证液相体积以及足够的反应空间。要
14、选择气液比较小、液相体积较大的设备，如鼓泡塔、鼓泡搅拌釜等。由于鼓泡塔气速低，生产强度一般不高，也常采用具有溢流管的板式塔，例如泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、浮动喷射塔等，在这些塔的多级塔盘上，气体鼓泡通过液体层，类似多个串联的鼓泡塔。强化过程的措施包括提高吸收剂中活性组分浓度、增加设备中储液量、保证反应温度等提高反应速率的措施。,29,8.4.4.2填料塔计算,如图8-19所示，在填料塔中取一高度为dh的填料层微元作物料衡算得 积分得,图8-19 填料塔计算示意图,（876）,（877）,还可以推得,废气中有害浓度很低时，pup，cRcu，则式（8-76）和式（8-77）可分别写成,（878）,（
15、879）,（880）,可见，伴有化学反应时填料层高度计算与物理吸收计算式（例如式860与861）十分类似，不同的只是化学吸收的速率式NA中，比物理吸收多了一个增强因子。在式（8-76）式（8-80）中，只要将不同反应类型的化学吸收速率式NA代入，就可以计算相应的填料层高度h了。例如伴有瞬间化学反应吸收过程，当cLBcLB临时，过程属于气膜控制，因此有,（881）,若kGAa可视为常数，低浓度废气吸收，则YAyA，yA= pA/p。 当cLBcLB临时，过程属于液膜控制，由式（8-80）可得 填料层总高h=h1+h2。,（882）,（883）,例8-5 采用逆流稳定操作的填料塔吸收净化尾气，使尾
16、气中某有害组分从0.1降低到0.02（体积百分数），试比较用纯水吸收和采用不同浓度的B组分溶液进行化学吸收时的塔高。 （1）用纯水吸收，已知kGAa=320mol(hm3kPa)-1，kLAa=0.1h-1，1/HA=12.5Pam3mol-1，液体流量L=LS=7105mol(hm2)-1，气体流量V =1105mol(hm2)-1，总压p=105Pa，液体总浓度cR=56000 molm-3。 （2）水中加入组分B，进行极快反应吸收，反应式为AqBC，q=1.0，采用B浓度高达cLB=800 molm-3，设DLA=DLB。 （3）吸收剂中B组分采用低浓度，cLB=32 molm-3，其余情况同（1）、（2）。 （4）吸收剂中B组分采用中等浓度，cLB=128 molm-3，其
