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1、吸收塔设计从几何尺寸到操作条件主要内容一、回顾：吸收二、吸收塔设计三、总结回顾：混合气体分离最常用的操作方法之一。依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中物理溶解度（或化学反应活性）的不同，而将气体混合物分离的操作过程。本质上是混合气体组分从气相到液相的相间传质过程。吸收混合气体各组分液体溶液体溶剂 净化原料气及精制气体产品：比如用水（或碳酸钾水溶液）脱除合成氨原料气中的CO2等。制取液体产品或半成品：比如水吸收NO2制取硝酸；水吸收HCl制取盐酸等。分离获得混合气体中的有用组分：比如用洗油从焦炉煤气中回收粗苯等。吸收在化工领域中的应用净化有害气体：湿式烟气脱硫：如用水或碱液吸收烟气中SO2，石灰
2、/石灰石洗涤烟气脱硫。半干法脱硫：喷雾干燥烟气脱硫：SO2被雾化的Ca(OH)2浆液或Na2CO3溶液吸收。水、酸吸收净化含NOx废气。回收有用物质：如用吸收法净化石油炼制尾气中的硫化氢的同时，还可以回收有用的元素硫。能够用吸收法净化的气态污染物主要有：SO2，H2S,HF和NOx等。其他应用：曝气充氧吸收在环境领域中的应用(1)按溶质和吸收剂之间发生的反应：物理吸收：水净化含SO2锅炉尾气化学吸收：碱液净化含SO2锅炉尾气(2)按混合气体中被吸收组分数目：单组分吸收：如用水吸收HCl气体制取盐酸多组分吸收：碱液吸收烟气（含SO2,NOx,CO2,CO等）(3)按体系温度是否变化：如果液相温度
3、明显升高非等温吸收如果液相温度基本保持不变等温吸收 单组分等温物理吸收是最简单和最基础的。吸收的类型物理吸收 化学吸收 热力学动力学过程发生的方向、极限及推动力传质速率快慢及其影响因素化学吸收平衡关系溶质气液相平衡 化学反应平衡 溶液中未反应的溶质浓度归纳亨利（Henry）定律在稀溶液条件下，温度一定，总压不大时，气体溶质的平衡分压和溶解度成正比：p*A 溶质在气相中的平衡分压，Pa；xA 溶质在液相中的摩尔分数；E 亨利系数，Pa。亨利系数取决于物系的特性和体系的温度。亨利系数越大，说明气体越难以溶解于溶剂。气体在溶剂中的溶解度随着温度的升高是降低的，因此，亨利系数是增大的。气体在各种条件下
4、的亨利系数通常可以在手册中查到。（8.2.1）E=mp E=C0/H注意：亨利定律的不同表示方式和系数的单位、换算方法。热力学相平衡是气液两相接触传质的极限状态。1.判断传质的方向2.计算传质的推动力实际组成与平衡组成之间的差距推动力3.确定传质过程的极限动力学双膜理论描述气液两相间的传质过程液相侧：扩散传质过程和化学反应过程的共同作用化学反应界面处液相溶质物理态溶解浓度减小相界面处的传质推动力增加液相侧停滞膜当量厚度降低 传质阻力减少 传质系数增加 也可以说液相的传质速率增大，从而增大了总传质过程的速率。气相侧及气液两相界面处化学吸收同物理吸收低浓度气体吸收为对象。最常用的设备是吸收塔。吸收
5、塔内，气液两相的流动方式可以是逆流或并流，通常采用逆流，吸收剂从塔顶加入，自上而下流动，吸收溶质，吸收液从塔底排出，混合气体从塔底进入，自下而上流动，溶质被吸收后，尾气从塔顶排出。板式塔：气液两相在塔内逐级接触填料塔：气液两相在塔内连续接触 二、吸收塔设计吸收过程的计算类型设计型计算：给出分离任务和要求，计算完成任务所需要的吸收塔的高度等。操作型计算：给定吸收塔的条件，由已知的操作条件计算最终的吸收效果，或者由要求的吸收效果确定需要的操作条件。所依据的都是三个基本方程式：物料衡算关系、相平衡关系和填料层高度计算式物料衡算关系、相平衡关系和填料层高度计算式 操作线方程：填料层高度方程：以上三个公
6、式的组合以及操作线和平衡线在坐标轴上的示意图是本部分计算的核心。传质单元数的计算涉及气相或液相的平衡组成，需要用相平衡关系确定。假设相平衡关系为直线。1.对数平均推动力法 YXABY=Y-Y*Y1Y2与气相组成Y呈直线关系则：为常数气相总传质单元数：气相对数平均推动力 同理，求得液相总传质单元数：液相对数平均推动力（8.4.18）2.吸收因子法当平衡关系符合亨利定律时：操作线方程：两式联立，可以求得：代入气相传质单元数的表达式得：（8.4.19）整理得：式中：吸收因子，其几何意义为操作线斜率qnL/qnG与平衡线斜率m之比。1/S解吸因子当S一定时，可以做 关系曲线。已知出塔气体气相组成Y2,
7、可求得NOG,反之，已知NOG,可求得Y2。反映了溶质吸收率高低【学学】清水吸收空气中的氨，逆流，G0.025kmol/s，y1=0.02，要求y2=0.001。已知：m=1.2，Kya=0.0522kmol/(sm2)，若塔径d=1m，(L/G)=1.2(L/G)min，求H。解：根据已知条件，可以求出HOG；如果求出NOG，就可以得到H。无论用解析法还是平均推动力法，都要求出L/G。(L/G)=1.2(L/G)min(L/G)=1.2(L/G)min1.37根据物料衡算，求得液体出口浓度：则：平均推动力为：在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合废气中的组分A，入塔气体溶质体积分数为0.01，
8、已知操作条件下的相平衡关系为y*=x，吸收剂用量为最小用量的1.5倍，气相总传质单元高度为1.2m，要求吸收率为80%，求填料层的高度。【练练】在填料塔内用清水吸收空气中的氨气，空气的流率为 0.024 kmol/(m2s)，其中氨气的摩尔比为0.015，入口清水流率为 0.023 kmol/(m2s)。操作条件下的相平衡关系为Y*=0.8X，总体积传质系数 Kya=0.06 kmol/(m3s)。(1)如果氨气的吸收率为99%，填料塔的塔高应为多少?(2)如果填料塔高为6m则氨气的吸收率为多少?【思思】求得求得Y20.000224，【拓展拓展】从对湿法 FGD 系统主要参数的分析可看出影响吸
9、收塔脱硫效率的因素较多，且这些因素又相互关联，因此，应根据具体工程来选定合适的设计和运行参数。参数选择不当，将使系统造价和运行成本增加，严重的会使系统将来无法正常运行。电厂用户在工程方案选定时，应结合自身特点，对供应商所提供的上述参数进行详尽分析，从中筛选出最合适的方案。【拓展拓展】吸收塔是实现烟气脱硫工艺的主体结构,为大型薄壁壳体钢结构。塔体内部设置各种管道、支撑梁,塔体开设管道洞孔、烟气进口、人孔门,塔体部分结构通过型钢加强,整个体系结构形式复杂。吸收塔所受工艺荷载多样,加上地震,风荷载作用,受力情况复杂。通过一般简化的计算方法很难弄清吸收塔体系应力分布及变形情况，应用数值计算是一种行之有效的方法。【总结总结】吸收塔的计算【用】头脑风暴（作业）根据所学知识分组讨论，还有哪些方法可以提高填料塔对污染物的去除效率，谈谈你的想法。本次授课结束欢迎通过在线平台提问、交流！