文档介绍：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。
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)
    一般情况下,进塔混合气体的流量和组成是吸收任务所规定的,若吸收剂的流量与组成已被确定,则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。
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。
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