目 录 第1章吸收操作计算 7平衡级数的简捷算法 s12=12 8填料层高度 1概述…… 再沸器与冷凝器 2平衡关系 …12-19.1再沸器的热负荷……… 3传质速率… …12-192冷凝器的热负荷… 4传质系数 12-2 第3章塔设备 5物料衡算 6最小液、气比与溶剂用量 1板式塔 12-14 12-8 l2-14 7填料层高度………………… 1.1流体流向与塔扳结构 12=8 7,1普遍方法…… 1.2塔内气液流动负荷性能图 12-15 128 3塔板距计算 7.2简化方法 1.4塔径计算 12-17 8平衡级数与实际级数……………12-5 1.5降液管及溢流堰 12-17 8.1平衡级数的计算 12-5 16塔板上的其它区域 12-19 8.2实际级数与效率… …Iz-6 17流体力学计算 9解吸 12-72浮阀塔 第2章蒸细操作计算 2。1概述… 概述 2.2浮阀的种类 12=21 12-7 23浮阀数的确定 1.1蒸馏方法 127 2.4浮阀排列………… 1.2精馏与精馏塔……… 1一7 2。5塔板压降 2平衡关系 2.6雾沫夹带… 12-23 3精馏塔的物料衡算与操作线 128 3填料塔 物料衡算 典型填 4图解法求精馏塔平衡级数………12-933填料塔设计加吸选择… 3.2操作线方程式与操作线 3。2填料的性能分析 12=34 5最小回流比与实用回流比…………12-9 34填料塔结构设计… 6实际级(板)数… 12-12 参考文献 ……12-42
第Ⅰ章吸收操作计算 1‘概述 压一定时,p的大小反映浓度大小) c—,溶液中溶质气体浓度,kmol/m 使物质从气相传递到液相的传质操作称为吸 、x—分别为气相与液相的浓度,摩尔分 收;与此相反的操作称为解吸,亦称提馏。吸收操 作中,混合气体中的易溶组分转入液相,于是和难 亨利系数的单位视浓度单位而定。此处H的单 溶组分分开。这是分离气体混合物的一种重要方位是N/m2,H单位是Nm/kmol,m无单位 法 上列各式都属亨利定律表示式,表示气、液两 气体溶质与液体溶剂不发生化学反应则所进行相达平衡时,气相浓度与液相浓度的关系 的操作为物理吸收;气体溶解后与溶剂或已溶!溶 各种形式的亨利系数之间的关系为 剂里的其它物质进行化学反应,则为化学吸收。本 章只介绍单组分物理吸收,且气体溶解时的热效应 (12-1-4) 不显著,操作中系统的温度可基本上视为恒定(或而 可取平均值)者。 (12-1-5) 工业上进行吸收操作以用塔式设备为主。其中 又以填充塔与板式塔占多数,鼓泡塔、喷洒塔使用式中p一总压,N/m2 较少。至于其它特殊设备如湿壁塔、表面吸收器 Pr—溶液密度,kg/m· 等,则只于特殊场合中使用。 Ms溶剂摩尔质量,kg/kmol 填充塔属连续接触式设备,设计计算中可直接式(12-1-5)适用于液相浓度不高(x不超过005左 将传质速率方程式与平衡关系结合起来求出所填右)时。亨利系数的大小随温度而变,溶液浓度较 充层的大小。板式塔为逐级接触设备,一般是先利低时,不随浓度而变 用平衡关系求出平衡级(理论板)数,然后通过反 常用到的气液平衡关系以表格或曲线的形式载 映传质速率的效率值将其折算成实际级(板)数。于化学、化工手册或专著中。 本章将两者分开介绍。 计算中所涉及的气体(或液体)流量,都以单 以单3传质速率 位时间通过单位塔截面的量,即所谓通量表示,而 气、液两相的组成y与x都用摩尔分率表示时 不用气体的总量。计算设备尺寸时,知道了通量就传质速率方程可以写成 不必依赖塔径数字便可算出塔高。塔径由气体总量 A=kr(y- yi (12-1-6) 和气体通量来计算。通量计算在塔设备一章中讨论 12-1-7) 街关系 式中NA—溶质A从气相传递到液相(吸收时) 的速 贵 吸收操作的平衡关系指气体在液体中的溶解 k气相传质系数,以气相内的传质推动 度。可用下列各式之一表示 为准,kmol/ k—相传质系数,以液相内的传质推动 p=H’c 力 为准,kmol/ (12-1-3 x:分别为气液介面上溶质A的浓度 式中p一混合气中溶质气体的分压,N/m(总 靡尔分率
第2篇精馏、吸收及塔设惫 (8)气体难溶,mhn《k,可令R, (2)、(8)两种情况下,m的变化已不起作用。 传质系数可于手册或其它文献中查找,它们多 以经验式或准数关系式表示。文献中的传质系数大 都表示成hG(kmoI/m2·s(N/m))或kL(kmol /m·s(kmol/m))。而k或kx与kc或kL的关系为 图12-1-1介面组成与平组成的决定 图12-1-1所示为由设备某个位置上未达平衡的 Rr= CkL 12-1-13) 气、液两相浓度y与x,求气、液介面上的气、液 浓度y与x的方法。从图中表示气、液实际浓度 Mx+Ms(l-r) 的P点,引斜率等于一kx/k的直线PR,PR与平 衡线OE相交于R,R点坐标即为y1x 式中P—气相总压,N/m3 传质速率方程又可写 C—液相总浓度,kmol/m3 (12-1-8) 溶液密度,kg/ NA=K(E-r) (12-1-9) M、M-分别为溶质与溶剂的摩尔质量 式中K,气相总传质系数,以总推动量y-y 若溶液浓度很低(x很小),式(12-1-14)可 为准,kmol/m2s(△x) 液相总传质系数,以总推动力 简化为 为准,kmol/m2s(△y) (12-1=15 y,与液相浓度x相平衡的气相浓度,摩 尔分率 5物料衡算 x,与气相浓度y相平衡的液相浓度,岸 尔分率。 表示塔的浓端(吸收塔为塔底)与塔内任一截 x与y,可由图12-1-1中Q与S点定出。 面的气、液浓度关系的物料衡算式如下 4传质系数 使用k或k计算时,要先定出界面上的浓度 GsGVi-13 y;与x为避免此麻烦,可使用总传质系数Kx与 K,计算。总传质系数由各相传质系数定出,其关 (12-1-10)式中GB混合气体中的情性气体量,kmo /( Ls溶液中的溶剂量,kmol/(m3s) y—气相中溶质与性气体的摩尔比 上两式中的m为平衡线的斜率。下列三种情况 之一,适宜用总传质系数 X—一液相中溶质与溶剂的尔比 (1)溶液浓度低,m为常数或变化不大 气相中溶质的浓度,摩尔分率 液相中溶质的浓度,璋尔分率 (2)气体易溶, 符号中下标1代表塔的液端,下标2代表塔的稀
第1拿吸牧搡作计算12-3 则落剂用量最小。由此定出的最小液、气比为 GBY象 x:(12-1-19) 式中X 相平衡的液相浓度 气、液两相的浓度都很低时,m为常数,上式 可近似表示为 (12-1-20) G 实际的溶剂用量应比由上式定出的值大,一般 可增大10%左右。 7填料层高度 普遍方法 割12-1-2畈收塔内气、液流量与浓度的变化 1)传质单元高度 填料层高度可按传质单元计算: 12-1-21) h= Hot not 12-1-24) 上列各式中的H为传质单元高度,单位为m 各H因与不同的传质系数相对应而附有不同的下 标,它们分别是 图12-1-3吸收塔的操作线与平衡线 G 气相传质单元高度Ho=kn(1-y)m 端(图12-1-2) (12-1-25) 若溶质在气、液两相内的浓度都很低,则式 (12-1-17)可近似为 气相总传质单元高度lo=k.a1-y )=L〔x (12-1-26) 式中G—混合气的量,kmol/(m2s) L—溶液的量,kmol/(m3·s) 液相传质单元高度HE 物料衡算式表示塔内任二截面上实际浓度的关 kra(l-z). 系。在y-x坐标上〔图12-1-3),AB线为操 (12-1-27) 线,按式(12-1-18)是直线,若按式(12-1-17)则为 曲线,线的两个端点A与B,分别代表稀端与浓 液相总传质单元高度HoR(1-x) 端;OE线为平衡线。吸收操作中,抓作线位于平 (12-1-28) 衡线上方 式中G—混合气的量,kmol/(m3,s)j 6最小液、气比与溶剂用量 L—液的量,kmol/(m3·s) a——填料层的有效表面积,m3/m·,此量 操作的吸收塔,从塔底排出的溶液浓度 通常与传质系数合并 最高只能与进口气体的浓度相平衡,相当于图12-1 x—分别为气相中和液相中溶质的浓 3上操作线的端B点落在平衡线上。达到这个极限 度,摩尔分数
12-4第12篇精煳、吸收及塔设备 Kv、F;分别为气相、液相传质系数 图解法求积分值 kmol/m3s(△y),(ka为气 以式(12-1-31)为例。绘出平衡线与操作线 相体积传质系数,kmol/m·.在y1与y2之间取若干y值,用本章8所述方法求 s(△y) yi算出与各y相应的(1-y)m/(1-y)(1-y)值, 式中(1-y)m为填料层某截面上(1-y)与(1y)标绘此值对y曲线。曲线底下y与y1之间的面 的平均值,(1-y)m,a为(1-y)与(1-y)的平均积即为所求。此积分值也可用辛卜生法则计算,但 值,(1-x)m为(1-x)与(1-x)的平均值,(1-y;与y1之间的y值,要按等间距来选取,所用y的 x)mo为(1-x)与(1-x)的平均值。 个数为奇数 总传质单元高度与传质单元高度的关系是 例总压为101kN/m3(1atm)的混合气中含 50%C12和50%空气(摩尔%),要用NaOH的水 12-1-29)溶液进行吸收,使送出的气体中只含5%Cl2,混 合气入吸收塔的通量为0。02kmol/(m3,s)。传质 LHG+HL (12-1-30)系数的经验式为Kca=0.107G0·b,式中总体积 传质单元高度可由传质系数的数据算出,文献传质系数a的单位为m1(atm),混合 气体质量流速G的单位为kg/(m2s)。Cl与溶 中有时亦直接列出传质单元高度的数据或计算式 式(12-1-25)至式(12-1-28)是对某个截面而说 液中的NaOH进行快速反应,C1极易溶解 的,设计时可按填料层顶、底两处的状况(流量 液相平衡的气相中Cl的浓度y在任何情况下均为 物性)定出传质单元高度数值,取其平均数,视为 。求所需填料层高度。 解C1与空气的摩尔质量分别为71与29 全塔恒定 式(12-1-21)至式(12-1-24)中的N为传质单元多mol,故质量流速G’与摩尔流速G的关系 2)传质单元数 G′=G71y+29(1-y) 数(无单位),随推动力表示法与范围的不同,采 用不同的下标 因y=0,故 气相传质单元数 (1-y)m=-(1-y)+(1-0) (1-y)dy (12-1-31) y=0·5时 气相总传质单元数 G=0.02 kmol/(m.s y(1- =1kg/(m3,s) (1-y)m。=9(2-0.5)=0.75 液相传质单元数 kn Ka=0。107 液相总传质单元数 =0.107kmol/m3,s(△y) N d 0.02 107)(0。7 12--34) 同法求得y=005时: 各式中符号的意义与式(12-1-25)至式(12-1 G=0.0105kmol/(m3·s), 28)中符号的意义相同。 Ka=00438·kmol/m3·s(△y)