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化工原理之有關(guān)吸收的基本理論-文庫吧資料

2025-06-29 23:54本頁面
  

【正文】 費用增加;增大S,則可降低溶劑用量L,xb增大,但ya也增大,設(shè)備費用增大。Ⅲ.S<1或A>1時,操作線斜率>平衡線斜率,塔頂處推動力較小,ya較小,吸收較完全,有利于吸收;S>1或A<1時,操作線斜率<平衡線斜率,塔底處推動力較小,xb較大,可獲得較高濃度的吸收液,相應(yīng)要求用較少的L。將三者的關(guān)系繪成圖,如書:p39:圖9—13,工程計算時,常用查圖的方法代替計算,雖然精確度有所降低,但快捷方便。從上式還可看出,越大,說明平衡線與操作線間的距離越大,傳質(zhì)推動力越大,在相等的情況下,增大會使下降,有利于吸收操作,故而得名。在吸收塔濃端,在吸收塔稀端 令 (對數(shù)平均推動力) 同理,可推導(dǎo)出其它三種形式: 當(dāng)已知時,就用此法計算。此時,推動力用表示,必須找出隨變化的規(guī)律來。5. 傳質(zhì)單元數(shù)的求解從上式可看出,傳質(zhì)單元高度的求取是比較容易的,填料層高度計算的難點在于傳質(zhì)單元數(shù)的求解,下面以的計算為例介紹傳質(zhì)單元數(shù)的計算。傳質(zhì)單元數(shù)僅與物質(zhì)相平衡關(guān)系及氣液進、出口濃度有關(guān),而與設(shè)備形式和操作條件無關(guān),所以在選擇設(shè)備之前即可計算出的值來,它反映出分離任務(wù)的難易程度,過高,說明溶劑性能差,需另選溶劑種類,或說明分離要求過高,所以可起到預(yù)警的作用,可溶劑種類和的選擇是否合理。通常隨著流量或的增大而增大,所以氣、液流量增大會使降低。表示過程條件所決定的某種單元高度,它與設(shè)備形式、操作條件等有關(guān),數(shù)值上等于完成一個傳質(zhì)單元所需的填料層高度,反映出設(shè)備性能的高低,傳質(zhì)阻力的大小,填料性能優(yōu)劣及潤濕情況等,可作為設(shè)備是否需改善的依據(jù)。3. 物料衡算積分式將以上四式變量分離后,代入積分,根據(jù)假設(shè),G、L、K、k為常數(shù),所以有:其中,可看作一個整體,稱為體積傳質(zhì)系數(shù),測定時作為一個物理量來對待。設(shè)傳質(zhì)速率為,穩(wěn)定傳質(zhì)時,為常數(shù),所以有:單位時間內(nèi),微元段中溶質(zhì)的傳遞量 ;單位時間內(nèi),氣體中溶質(zhì)遷出的量 ;單位時間內(nèi),液體中溶質(zhì)遷入的量 ;三者在數(shù)值上是相等的,所以有:即:其中,代入上式,可得:及 而后,在全塔范圍內(nèi)積分,可得出填料層高度,的上下限分別為;的上下限分別為;的上下限分別為。2. 物料衡算微分方程設(shè)塔截面為,單位體積填料層所提供的有效傳質(zhì)表面積為,氣、液流量分別為。過程簡化后,計算方法如下:對過程作物料和熱量的衡算—→列出傳質(zhì)速率方程—→求算設(shè)備相關(guān)尺寸。⑶ 因為和溫度可視為不變,所以全塔內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)可視為不變。此時可假定:⑴ 在全塔范圍內(nèi),氣、液流量是常數(shù),變化不大。另外在使用填料塔作傳質(zhì)設(shè)備時,的值還應(yīng)保證填料表面能被充分地潤濕,所以還需對(或噴淋密度)進行校核,而板式塔設(shè)計時則不用。其中或 在亨利體系中,而在非亨利體系中,則需用圖解法求。所以,當(dāng)增大時,操作費用增大,但傳質(zhì)推動力增大,設(shè)備費用降低;而減少時,操作費用減少,但傳質(zhì)推動力減少,設(shè)備費用增加。但為進行吸收的操作,操作線必須位于平衡線的上方,所以操作線極限位置是與平衡線交于一點。操作線的斜率為,稱為液氣比,根據(jù)一般的設(shè)計任務(wù),給出,所以可知操作線過點,另一端點在的軌道上運動。特別在低濃度吸收時,由于氣、液兩相中所占的分率較小,可認為在全塔范圍內(nèi)近似為常數(shù),所以逆流時操作線方程可寫成:并流時 由于很多情況下,吸收可近似為低濃度吸收,所以上面兩式更常用一些。并流時,也可得到相應(yīng)的一條直線操作線,其方程式為:從操作線方程的推導(dǎo)可看出,操作線方程僅為物料衡算的結(jié)果,與系統(tǒng)平衡關(guān)系、系統(tǒng)參數(shù)(溫度、壓力等)、設(shè)備尺寸結(jié)構(gòu)均無關(guān)。所以分別以為橫、縱坐標(biāo)時,操作線為一條直線,其端點為兩點,線段中任一點表示的是塔內(nèi)任一截面上氣、液相的組成和。2. 操作線方程和操作線在塔內(nèi)任一截面與塔頂之間作物料衡算,可得:即或者 從上式可看出,在逆流穩(wěn)定吸收操作中,任一截面上的氣液組成之間成一一對應(yīng)的直線關(guān)系,直線的斜率,截距。但若惰性氣體在液相中溶解度很小,溶解量可忽略不計,可認為惰性氣體流量在全塔范圍內(nèi)是一常數(shù);若溶劑揮發(fā)量很小,揮發(fā)量也可忽略不計,可認為純?nèi)軇┝髁吭谌秶鷥?nèi)是一常數(shù);所以可以惰性氣體流量GB和純?nèi)軇┝髁縇S為計算基準。設(shè)塔頂?shù)膮?shù)由下標(biāo)表示,塔底的參數(shù)由下標(biāo)表示。⑵ 操作型問題給出混合氣體初始條件G、yb,給出一定的溶劑條件L、xa,給出塔設(shè)備有關(guān)的尺寸,求塔能否滿足傳質(zhì)要求。原則上氣液兩相并流、逆流皆可,但一般工業(yè)實踐中采用逆流較多,這是因為:⑴ 逆流時,全塔的平均推動力最大,可強化傳質(zhì);⑵ 逆流時,出塔的液體是與進塔的氣體相接觸,即與濃度最高的氣體相接觸,可使出塔液體的濃度增大,使液相濃度變化增大,從而降低液體溶劑的用量;⑶ 逆流時,出塔的氣體是與進塔的濃度最低的液體相接觸,可使出塔氣體的濃度下降,從而增強溶質(zhì)的吸收率。 吸收(或脫吸)塔的計算從傳質(zhì)角度來看,吸收和脫吸原理相同,只是推動力和傳質(zhì)方向相反,所以其計算原理基本相同,只是推動力互為相反數(shù),如吸收時推動力,而脫吸時推動力則表示為。推動力表示形式有四種形式,對應(yīng)的傳質(zhì)系數(shù)的下標(biāo)分別是。阻力分布的分析可有利于我們抓住主要矛盾來解決問題。如氣膜控制時,;液膜控制時。 如很小,即氣體溶解度很大,氣體為易溶氣體時,有氣相阻力>>液相阻力,此時總阻力約等于氣相阻力,吸收過程稱為氣膜控制過程。如,則有氣相阻力>>液相阻力,此時總阻力約等于氣相阻力,吸收過程稱為氣膜控制過程,即過程速率主要由氣相一側(cè)速率決定。5. 傳質(zhì)的阻力分析 從總傳質(zhì)速率方程可看出,傳質(zhì)的總阻力=氣相阻力 + 液相阻力,若氣相阻力遠遠大于液相阻力,則總阻力約等于氣相阻力,吸收過程稱為氣膜控制過程;反之,則總阻力約等于液相阻力,吸收過程稱為液膜控制過程。⑷ 以液相摩爾分率差表示總推動力其中:以液相摩爾分率差為推動力時對應(yīng)的總傳質(zhì)系數(shù),:與氣相摩爾分率相平衡的液相摩爾分率。⑵ 以液相摩爾濃度差表示總推動力時 其中:以液相摩爾濃度差為推動力時對應(yīng)的總傳質(zhì)系數(shù),;:與氣相分壓相平衡的液相摩爾濃度。4. 總吸收(傳質(zhì))速率方程的建立為了避免界面濃度的不確定性或求解的麻煩,用兩相主體的濃度差來表示總推動力,寫出的速率方程式叫總吸收(傳質(zhì))速率方程,相應(yīng)的傳質(zhì)系數(shù)叫總傳質(zhì)系數(shù),用表示。當(dāng)濃度用液相摩爾分率表示時:式中:推動力為液相摩爾分率差時對應(yīng)的液相分傳質(zhì)系數(shù)。⑵ 液膜分吸收速率方程:推動力=界面濃度—液相主體濃度。當(dāng)濃度用氣相分壓表示時:令,則有:式中:——推動力為分壓差時對應(yīng)的氣相分傳質(zhì)系數(shù)。單獨根據(jù)氣膜或液膜內(nèi)的阻力及推動力寫出的速率方程式叫氣膜或液膜的吸收(傳質(zhì))速率方程,也叫分吸收(傳質(zhì))速率方程,相應(yīng)的傳質(zhì)系數(shù)叫膜系數(shù)或分傳質(zhì)系數(shù),用表示。用此理論確定的傳質(zhì)速率方程,仍是設(shè)計的主要依據(jù),缺點是過于簡單,與高效高速設(shè)備不符。其計算很簡便,但從式中可得出,與實際中不符。⑶ 氣液界面的阻力可以忽略,所以界面上的兩相濃度成平衡。它作了以下的簡化:⑴ 兩相相接觸時,存在有穩(wěn)定的相界面,界面兩側(cè)各有一很薄的停滯膜(有效膜),溶質(zhì)在兩膜層內(nèi)的傳質(zhì)只能以分子擴散的形式進行。要注意的是:⑴ 由于濃度的表示方法很多,所以推動
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