化工原理填料吸收塔实验计算示例
填料吸收塔的计算.
4.5 填料吸收塔的计算本节重点：吸收塔的物料衡算、吸收剂用量及填料层高度的计算本节难点：填料吸收塔传质单元数的概念及计算4.5.1 吸收塔中的物料衡算—操作线方程如图，q n (V)—惰性气体的摩尔流量 mol/sq n (L)—溶剂的摩尔流量 mol/sY 1、X 1—塔底气液两相中吸收质的物质的量比Y 2、X 2—塔顶气液两相中吸收质的物质的量比Y 、X —塔内任意截面吸收质的物质的量比从塔内任意截面到塔底对吸收质作物料衡算：q n (L)X+ q n (V)Y 1= q n (L)X 1+ q n (V)Yq n (V)(Y 1-Y)= q n (L)(X 1-X) （4-40）或 1n n 1n n X )V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= （4-41） 该式称为吸收操作线方程，表示吸收过程中，塔内任意截面Y 与X 间的关系。
若对整个塔作物料衡算，则有：1n n 12n n 2X )V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= （4-42） 如图4-9，吸收过程的操作线是经过点（X 1,Y 1）和点（X 2,Y 2）的一条直线，其斜率为q n (L)/q n (V)，操作线上的任一点表示在塔内任一截面上气液相组成的关系。
生产中常以气相被吸收的吸收质的量与气相中原有吸收质的量之比，衡量吸收效果和确定吸收任务，称为吸收率η)1(Y Y 12η-= （4-43）4.5.2 吸收剂用量的计算吸收操作处理气量q n (V)，进出塔气体组成Y 1、Y 2，以及吸收剂进塔组成X 2通常是由生产工艺确定的，而吸收剂用量和塔底溶液浓度是可以变动的，为了完成工艺要求的任务，需计算吸收剂的用量。
1、液气比由全塔物料衡算式（4-42）1n n 12n n 2X )V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= 可知吸收剂出塔浓度 X 1与吸收剂用量q n (L)是相互制约的，选取的q n (L)/q n (V) ↑，操作线斜率 ↑ ，操作线与平衡线的距离 ↑ ，塔内传质推动力 ↑ ，完成一定分离任务所需塔高 ↓；q n (L)/q n (V) ↑，吸收剂用量↑ ，吸收剂出塔浓度 X 1↓ ，循环和再生费用↑ ； 若q n (L)/q n (V) ↓ ，吸收剂出塔浓度 X 1↑ ，塔内传质推动力↓ ，完成相同任务所需塔高↑ ，设备费用↑ 。
关于填料吸收塔的计算
本例题计算过程略，计算的填料层高度为Z=6m. 对于散装填料，一般推荐的分段高度为：
填料类型 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍
h/D 2.5 5~8 5~10 8~15 8~15
hmax ≤4m ≤6m ≤6m ≤6m ≤6m
六、填料层压降计算
散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。 先根据气液负荷及有关数据，求出横坐标值，再 根据操作孔塔气速u及有关物性数据，求出纵坐标 值。通过作图得出交点 ，读出交点的等压线数值， 即得到每米填料层压降值。
1/
kGa
1 1/
HkLa
式中: H 溶解度系数, kmol /(m3 kPa);
塔截面积, m2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取
kG
0.237( UV
at V
)0.7 ( V V DV
)1/3( atDV RT
)
kL
0.095( UL aW kL
)2/3( L L DL
3.14 0.719
塔径的圆整：
单位：mm
塔径（D）
圆整间隔
举例
≤700
50或100 如：600、650、700
700≤D≤1000
100 如：700、800、900
D≥1000
200 如：1000、1200、1400
圆整后D=1200mm
（1）泛点率校核
2400/ 3600 0.7851.22
0.59m
/
s
u 0.59 100 % 57.45%(在允许范围内 ) uF 1.027
（2）填料规格校核
D 1200 31.58 8 d 38
填料吸收塔实验
填料吸收塔实验【实验目的】1. 了解填料吸收塔的结构和流体力学性能。
2. 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。
【实验内容】1 •测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。
2•采用水吸收二氧化碳，空气解吸水中二氧化碳，测定填料塔的液侧传质膜系数和总传质系数。
【实验原理】1 •气体通过填料层的压强降压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。
压强降与气液流 量有关，不同喷淋量下的填料层的压强降△ P 与气速u 的关系如图6-1-1所示：L 3> L 2 > L 1图6-1-1填料层的△ P 〜u 关系当无液体喷淋即喷淋量 L o =O 时，干填料的△ P 〜u 的关系是直线，如图中的直线0。
当有一定的喷淋量时，△ P 〜u 的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点” ，上转折点称为“泛点”。
这两个转折点将△ P 〜u 关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。
2 •传质性能吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，而实验测定是获取吸收系数的根本途径。
对于相同的 物系及一定的设备(填料类型与尺寸)，吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。
(1)膜系数和总传质系数根据双膜模型的基本假设，气相侧和液相侧的吸收质A 的传质速率方程可分别表达为L o =arK Hr△气膜G A = k g A( P A - p Ai)(6-1-7) 液膜 G A 二 k i A(C Ai - C A )式中：G A — A 组分的传质速率，kmoI s J ； 2A —两相接触面积，m ；P A —气侧A 组分的平均分压，Pa ; P Ai —相界面上A 组分的平均分压，Pa ； C A —液侧A 组分的平均浓度，kmol m C Ai —相界面上A 组分的浓度kmol m "k g —以分压表达推动力的气侧传质膜系数，kmol m^ s J Pa图6-1-2双膜模型的浓度分布图图6-1-3填料塔的物料衡算图以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为m s'。
第3章吸收5节填料吸收塔的计算
当气速增大到 C点时，液体充满了整个空隙，气体 的压强降几乎是垂直上升。同时填料层顶部开始出 现泡沫层，进而充满整个塔，气体以气泡状通过液 体，这种现象称为液泛现象。把开始出现此现象的 点称为泛点。
泛点对应的气速称为液泛速度。要使塔的操作正常及 压强降不致过大，气速必须低于液泛速度，但要高于 载点气速。由于，从低持液量到载点的转变不十分明 显，无法目测，即载点及载点气速难以明确定出。而 液泛现象十分明显，可以目测，即液泛点及液泛气速 可明确定出。液泛速度较易确定，通常以液泛速度v f 为基础来确定操作的空塔气速 v 。 影响液泛速度 的因素很多——填料的形状、大 小，气、液相的物理性质，气、液相的相对流量等 常用的液泛速度关联式如下：
§5 填料吸收塔的计算
本节重点讨论气液逆流操作时填料 塔的有关计算。
、
Y 具体内容主要包括对于给定的生产任务（ Y1 、 2
V 、 X 2 已知），计算吸收剂用量 L 、塔底完成 液浓度 X 1 、塔高、塔径。
5.1 吸收塔的物料衡算
在进行物料衡算时，以不变的惰性组分 流量和吸收剂流量作为计算基准，并用摩尔 比表示气相和液相的组成将很方便。
L 1.2 LM 1.2 0.74625 50 44. (Y1 Y2 ) 50 (0.0134 6.7 10 ) X1 0.0149 L 44.775
Y mX 1 0.75 0.0149 0.0112
N OG 只与体系的相平衡及气体进出口的浓度有关，它反
映了吸收过程的难易程度。分离要求高或吸收剂性 能差，过程的平均推动力小，则表明吸收过程难度 大，相应传质单元数就多。
H OG 与设备的型式及操作条件有关，是吸收设备效能 高低的反映。吸收过程的传质阻力大，填料层的 有效比表面积小，则一个传质单元所相当的填料 层高度就大。
填料塔的计算
一、 设计方案的确定(一)操作条件的确定1．1吸收剂的选择1．2装置流程的确定1．3填料的类型与选择1．4操作温度与压力的确定45℃常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算2．1基础物性数据①液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据7.熔根据上式计算如下：混合密度是：1013.865KG/M3混合粘度0.001288Pa ·s暂取CO2在水中的扩散系数表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h3②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为M vm =y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18=20.347 混合气体的平均密度ρvm ==⨯⨯=301314.805.333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m?h)查手册得CO2在空气中的扩散系数为D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数：在水中亨利系数E=2.6⨯105kPa相平衡常数为m=1.25596.101106.25=⨯=P E 溶解度系数为H=)/(1013.218106.22.997345kPa m kmol E M s ∙⨯=⨯⨯=-ρ 2.2物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）=0.153403出塔气相摩尔比为Y2=0.153403×0.05=0.00767进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即2121min /X m Y Y Y ）V L （--=对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2121min /X m Y Y Y ）V L （--==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67L=2.67×275.58=735.7986kmol/h∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2)∴X1=0.054581①塔径计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速气相质量流量为W V =13.74kg/s=49464kg/h液相质量流量计算即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/hEckert 通用关联图横坐标为0.011799 查埃克特通用关联图得226.02.0=∙∙L LV F F g u μρρϕφ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φUf=3.964272m/s取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s由=1.839191m圆整塔径，取D=1.9m泛点率校核u=s m /12.26.0785.03600/15002=⨯=4.724397m/s 100522.212.2⨯=F u u ﹪=84.18％(在允许范围内) =4.724397=70.9% 填料规格校核：82425600>==d D =1900/25=76》8 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为（L W ）min =0.08m 3/m ·h查塑料阶梯环特性数据表得：型号为DN25的阶梯环的比表面积a t =228m 2/m 3U min =(L W )min a t =0.08×228=18.24m 3/m 2·h U=min 251.76.0785.02.998/312121U 。
化工原理填料吸收塔实验计算示例
化工原理填料吸收塔实验计算示例填料吸收塔是一种用于气体吸收液体传质的设备，常见用于工业废气治理和化工生产过程中的废气处理。
本实验将介绍填料吸收塔实验的计算方法，并通过一个示例来进行演示。
实验目的：通过填料吸收塔实验，了解气体吸收液体传质过程，并通过实验数据进行计算和分析。
实验装置：填料吸收塔、气体流量计、液体流量计、pH计、温度计等。
实验步骤：1.将填料吸收塔装置好，并连接气体流量计和液体流量计等仪器。
2.将需要处理的废气通过气体流量计引入填料吸收塔，调节气体流量至设定值。
3.在填料吸收塔内加入吸收液，调节液体流量至设定值。
4.在塔中的适当位置设置取样口，用于采样分析吸收液的成分和性质。
5.连续记录吸收液进口和出口的流量、pH值、温度等数据。
实验计算：1.计算气体的透析系数：透析系数（D）表示气体在液体中的传质速率，一般使用亨利定律来进行计算。
透析系数（D）=φ现值/(y气体-y平衡)其中，φ现值表示气体流量计读数，y气体为吸收塔出口气体中溶解气体的摩尔分数，y平衡为溶解气体平衡时的摩尔分数。
2.计算吸收效率：吸收效率（η）表示填料吸收塔对废气中污染物的去除效率，可以通过水相污染物浓度的变化来计算。
吸收效率（η）=(C入-C出)/C入*100%其中，C入为进口废气中的污染物浓度，C出为出口废气中的污染物浓度。
3.计算传质速率：传质速率（N）表示单位时间内气体传入塔中所溶解的物质的摩尔数。
传质速率（N）=(C入-C出)*V/t其中，C入为进口废气中的污染物浓度，C出为出口废气中的污染物浓度，V为填料吸收塔的体积，t为实验时间。
示例：假设填料吸收塔的气体流量为100 m3/h，液体流量为50 L/h。
进口废气中污染物浓度为1000 mg/m3，出口废气中污染物浓度为50 mg/m3、填料吸收塔的体积为10 m3，实验时间为3小时。
首先，计算透析系数：透析系数（D）=φ现值/(y气体-y平衡)=100/(y气体-y平衡)然后，计算吸收效率：吸收效率（η）=(C入-C出)/C入*100%=(1000-50)/1000*100%=95%最后，计算传质速率：传质速率（N）= (C入 - C出) * V / t = (1000 - 50) * 10 / 3 = 3150 mol/h通过实验计算，我们可以获得填料吸收塔的透析系数、吸收效率和传质速率等重要参数，进一步分析并改善填料吸收塔的工艺条件，提高废气的处理效果。
第9章第三节 吸收塔的计算
L xb?
1
0
操作型定性分析举例
10
(1)吸收剂入塔浓度变大
解法一：快速分析
化
xa变大时，传质推动力变小，不利于吸收， ya 变大
工 原
解法二：作图+排除法
理 －
a．假设 ya 不变
Y
yb
B
－ 2
L/G不变 yb 不变、xa变大
原
E
0
作图知，NOG
1 0
Kya 不变， HOG
G K ya
不变。
与h0不变矛盾
七、解吸（脱吸）
30
当 A 1时，
NT NOG
1
NT NOG
化 工 原
当
A
1
时，
(A 1) (Aln A)
ln
1 A1
1
NT NOG
理 －
七、解吸（脱吸）
－ 2
解吸过程：溶质从吸收液中分离出的操作
0 解吸目的：获得所需较纯的溶质；
1
溶剂再生循环使用。
0 解吸条件：pA pA*或 y y* 或 x x* 或cA cA*
1 1 S
ln1
S
yb ya
m xa m xa
S
2
0 1
1
1 0.67
ln1
0.67
0.02 0.36 0.0002 0.0002 0.36 0.0002
0.67
11.98
0
设计型举例
7
or yb ya L xb xa G
xb
化 工 原 理 －
yb yb mxb ya ya mxa
工 原
解法二：作图+排除法
Y
化工原理第五章(吸收塔的计算)
——全塔的物料衡算式
2020/3/26
4
G, Y1
L, X1
物料衡算示意图
【有关计算】
【吸收液的浓度】
X1
X
2
G L
(Y1
Y2 )
【溶质的回收率】
G, Y2
L, X2
【定义】
被吸收的溶质量
进塔气体中的溶质量
【计算公式】 G(Y1 Y2 ) Y1 Y2
GY1
Y1
Y2 Y1(1)
G, Y1
2020/3/26
15
3、吸收剂用量的确定 【确定原则】应选择适宜的液气比，使设备费和操 作费之和最小。 【确定方法】根据生产实践经验，通常吸收剂用量 为最小用量的1.1～2.0倍，即：
L适宜=（1.1～2.0）Lmin
或 L （1.1 ~ 2.0） L
G 适宜
G min
2020/3/26
13
2、操作液气比对吸收操作的影响 （1）增大吸收剂用量对吸收操作的影响 【设备费用降低 】增大吸收剂用量，操作线的斜率 变大，操作线往上抬。在此情况下，操作线远离平 衡线，吸收的推动力增大，若欲达到一定吸收效果 ，则所需的塔高将减小，设备费用会减少。 【操作费用增加 】吸收剂用量增加到一定程度后， 塔高减小的幅度就不显著，而吸收剂消耗量却过大 ，造成输送及吸收剂再生等操作费用剧增。
L, X1
——塔底、塔顶组成与回收率物之料间衡算的示关意系图
2020/3/26
5
2、吸收操作线方程与操作线 逆流吸收塔内任取mn截面，在
截面mn与塔顶间对溶质A进行物 料衡算：
G, Y2 L, X2
G, Y
m
n
GY+LX2=GY2+LX
吸收填料塔高的计算
最小液气比的计算式：
L V
min
Y1 Y2 X1,max X 2
Lmin
V
Y1 Y2 X1,max X 2
吸收剂用量的确定
➢ 在最小液气比下操作时，在塔的某截面上（塔底或塔内）
气、液两相达平衡，传质推动力为零，完成规定传质任务
所需的塔高为无穷大。对一定高度的塔而言，在最小液气
比下操作则不能达到分离要求。
对气、液两相并流操作的吸收塔，取塔内填料层任一截面
与塔顶（浓端）构成的控制体作物料衡算，可得并流时的
操作线方程，其斜率为（-L/V）。
并流操作线方程
Y
L V
X
Y1
L V
X1
L, X1 V, Y1
V, Y
L, X
Y
A
Y*=f(X)
Y1 P X*-X
Y
Y2
Y- Y*
B
V, Y2 L, X2
Y*
o
X1
L V
X1
同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A 的物料衡算，有
L, X2 V, Y2
V, Y
L, X V, Y1
L, X1
Y
L V
X
Y2
L V
X2
上两式均称为吸收操作线方程，代表逆流操作时塔内任一截 面上的气、液两相组成 Y 和 X 之间的关系。 （L/V）称为吸收塔操作的液气比。
操作线方程与操作线
3-4.3 传质单元数和传质单元高度
• 传质单元数的意义： 反映了取得一定吸收 效果的难易程度。
•定义：NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
气相总传质单元数
NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
化工原理吸收塔的计算
填料层高度＝传质单元高度×传质单元数
（1）传质单元数（以NOG为例）
•定义：NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
气相总传质单元数
NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
Y1 Y2 (Y Y *)m
气相组成变化 平均传质推动力
• 传质单元数的意义：
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
当所要求的(Y1-Y2)为一定值时，平均吸收推动力(YY*)m越大，NOG就越小，所需的填料层高度就越小。
（2）传质单元高度
•定义：
H OG
G Kya
气相总传质单元高度，m。
•传质单元高度的意义:
完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，
反映了吸收设备效能的高低。
•传质单元高度影响因素：
填料性能、流动状况
四、吸收塔的操作计算 1.吸收过程的强化
Y1
Y*1
Y2
T △Y2
Y*2
O X2
B △Y1
X1
吸收推动力 NA 吸收阻力
目标：提高吸收过程的推动力； 降低吸收过程的阻力。
从L、G、m、X2、Y1、Y2着手。
其它因素： 1）降低吸收剂入口温度； 2）提高吸收的压力； 3）提高流体流动的湍动程度； 4）改善填料的性能。
Y1 dY Y2 Y
NOG
Y1 Y1
Y2 Y2
ln
Y1 Y2
X1
NOG
Y1 Y2 Ym
Ym （Y1 Y2）/ ln Y1 / Y2
注意： •平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流 吸收皆可。 •平衡线与操作线平行时，
Ym Y1 Y2 X m X1 X 2
化工原理 吸收塔的计算综述
23
解：
0.05 0.005 G (1)G L 1.2 0.03 1.2 1.25 0.05 L min 0.0259kmol / m s
2
x1 x2 0.05 0.005 y1 y2 0.0521 G 0.0259 L 0.03
液体中含苯0.05（摩尔分率，下同），要求解吸后液
体中苯的浓度不超过0.005 ，在解吸操作条件下，平
衡关系为y=1.25x ，塔内液体流量为0.03kmol/(m2.s) ,
填料的体积传质系数为Kya=0.01kmol/(m3.s) 。过热蒸 汽的用量为最小用量的1.2 倍。试求：
（1）过热蒸汽的用量；
G K y
y1
y2
dy y ye
10
解：①求液相出口摩尔分数 最小液气比
y1 y 2 y1 y 2 0.02 0.001 L 1.14 y1 0.02 0 G min x1e x 2 x2 1.2 m
实际操作液气比
L L 1.2 1.2 1.14 1.37 G G min
传质单元数
NOG
y1 y2 0.02 0.001 9.79 3 ym 1.94 10
12
③求传质单元高度
气相流率
G
0.025 4 1
2
0.0318kmol / ( s m )
2
传质单元高度
H OG
G 0.0318 0.61m K y 0.0522
y1 0.02 x1e 0.16 m 0.125
吸收塔的最小液气比
y1 y2 0.02 0.001 L 0.123 G min x1e x2 0.16 0.005
填料塔的填料层高度和塔径计算实例
填料塔的填料层高度和塔径计算实例段全军,周桂亭,樊守传(青岛天元化工股份有限公司,山东胶南266400)[关键词]不锈钢矩鞍环;气相总传质单元高度;空塔气速;最小喷淋密度;压降[摘 要]用闲置金属鞍环填料对填料塔进行防腐处理。
介绍了利用现有引风机的条件下,填料塔塔径、塔高的计算示例。
[中图分类号]T Q028.2 [文献标识码]B [文章编号]1008-133X(2005)04-0023-03一般情况下,选用耐氯腐蚀的材料或对塔做一些防腐处理。
例如,小塔采用PVC材料,使用钢材的塔里应该采用衬胶等措施。
填料塔的填料最好采用塑料鲍尔环,因为它耐氯气腐蚀,而且环内空间及环内表面的利用率高,气体流动阻力降低,液体分布均匀。
由于鲍尔环上的两排窗孔交错排列,才使得通过环的气体流动通畅,避免了液体严重的沟流及壁流现象,因此,鲍尔环的操作弹性大,是选择的理想填料。
青岛天原公司有大量常年闲置的25mm 不锈钢矩鞍环,所以,选择了不锈钢矩鞍环和限制引风机来计算填料塔的计算事例。
1 前提条件已知:气体工作温度20 ,工作压力104.9 Pa,入塔气体流量10000m3/h,气体平均相对分子质量33.2,20%烧碱耗用量112752kg/h。
吸收塔采用25mm的金属鞍环。
2 物料衡算逆流吸收塔的物料衡算图见图1。
V单位时间内进塔空气的摩尔流量,kmol/s;L单位时间内进入塔的20%碱量,kmol/s;Y1进塔气体中氯气量的摩尔分数,%;Y2进塔及出塔气体中氯气量的摩尔分数,%;X1进塔液体中氯气量的摩尔分数,%;X2出塔液体中氯气量的摩尔分数,%图1 逆流吸收塔的物料衡算图2.1 混合气体的质量流量混合气体V S=10000m3/h,即2.78m3/s。
w V=10000!273!104.9!33.2/[101.3! (273+35)!22.4]=13604(kg/h)=3.78(kg/s)。
进塔气体的摩尔流量为410kmol/h,即0.114 kmol/s。
化工原理实验—吸收
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的(1)了解填料吸收塔的结构和流程；(2)了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响；(3)掌握吸收总传质系数的测定方法．二、基本原理1.吸收速率方程式吸收传质速率由吸收速率方程式决定: Na = Ky A Δym式中 Ky 为气相总传质系数，mol/m2*h；A 为填料的有效接触面积，m2；Δym 为塔顶、塔底气相平均推动力。
a 为填料的有效比表面积，m2/m3；V 为填料层堆积体积， m3 ；Kya 为气相总容积吸收传质．系数，mol/m3*h。
从上式可看出，吸收过程传质速率主要由两个参数决定：Δym为过程的传质推动力，Kya的倒数1/Kya表征过程的传质阻力。
2．填料吸收塔的操作吸收操作的结果最终表现在出口气体的组成y2上，或组分的回收率η上。
在低浓度气体吸收时，回收率可近似用下式计算：η = （y1 - y2）/y1吸收塔的气体进口条件是由前一工序决定的，一般认为稳定不变。
控制和调节吸收操作结果的操作变量是吸收剂的进口条件：流率 L 、温度 t 和浓度 x2 这三个要素。
由吸收分析可知，改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最常用方法，当气体流率 G 不变时，增加吸收剂流率，吸收速率η增加，溶质吸收量增加，出口气体的组成y2随着减小，回收率η增大。
当液相阻力较小时，增加液体的流量，总传质系数变化较小或基本不变，溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力Δym的增大而引起，即此时吸收过程的调节主要靠传质推动力的变化。
但当液相阻力较大时，增加液体的流量，可明显降低传质阻力，总传质系数大幅度增加，而平均推动力却有可能减小（视调节前操作工况的不同而不同），但总的结果使传质速率增大，溶质吸收量增大。
吸收剂入口温度对吸收过程的影响也甚大，也是控制和调节吸收操作的一个重要因素。
降低吸收剂的温度，使气体的溶解度增大，相平衡常数减小。
对于液膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程的阻力随之减小，使吸收效果变好，y2降低，但平均推动力Δym或许会有所减小。
4填料吸收塔计算
利用边界条件积分，得完成吸收任务所需填料层高度的积分形式：
Y1 X1 V dY ( z ) L dX ( z ) z= ∫Y2 Y ( z) − Yi ( z) = k X aΩ ∫X 2 X i ( z) − X ( z) kY aΩ
X1 Y1 V dY ( z ) L dX ( z ) = ∫Y2 Y ( z) − Y ∗ ( z) = K X aΩ ∫X 2 X ∗ ( z) − X ( z) KY aΩ
HG =
V kY , a Ω
HL =
L k X ,a Ω
气相传质单元高度，m；
液相传质单元高度，m；
dY（Z） NG = ∫ Y2 Y（Z） Y Z） −（ i
Y1
NL = ∫
X1
X2
dX（Z） X i Z ） X（ Z ） （ −
气相传质单元数
液相传质单元数
塔截面Z=Z处单相内传质推动力（气相）
A
Y* = f (X )
Y2
YY = 0 XX = 0 X 2
X
X1
XX
——吸收塔操作线方程
塔内气液两相的组成沿着塔高连续变化。
物理意义： 吸收塔操作线方程描述了，塔的任意横截面上，气、液两相组 成之间的函数关系。该线上任何一点代表塔截面上气液相的组成。 对吸收过程来说，任意塔截面上气液不平衡，其状态点都在平 衡线的上方，故整条操作线都在平衡线的上方。
V , Y + dY L, X + dX
V (Y ( z ) + dY ( z ) ) + LX ( z ) = VY ( z ) + L( X ( z ) + dX ( z ) )
z
VdY ( z ) = LdX ( z )
化工原理第五章吸收塔的计算
范围内，对溶质A作物料衡算得：
G , Y2
L, X2
GY1 LX 2 GY2 LX1
（进入量＝引出量） 或
G(Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
——全塔的物料衡算式
G, Y1 L, X1
物料衡算示意图
2018/10/17
【有关计算】 （1）吸收液的浓度 据
1000 273 G （ 1－0.09）＝37.85(mol / s) 22.4 293
L＝35.5G＝35.5×37.85＝1343(mol/s)＝1.343(kmol/s)
2018/10/17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、吸收塔填料层高度的计算
1、填料塔的高度
封头
【说明】填料
塔的高度主要
塔顶 空间
塔底 空间 裙座
2018/10/17
3、吸收剂用量的确定 【确定原则】应选择适宜的液气比，使设备费和操 作费之和最小。 【确定方法】根据生产实践经验，通常吸收剂用量 为最小用量的1.1～2.0倍，即：
L适宜=（1.1～2.0）Lmin
或
L L （ 1.1 ~ 2.0） G 适宜 G min
【吸收塔的计算内容 】 1、设计型计算
（1）吸收塔的塔径；
（2）吸收塔的塔高等。 2、操作型计算
（1）吸收剂的用量；
（2）吸收液的浓度；
（3）在物系、塔设备一定的情况下，对指定的生产
任务，核算塔设备是否合用。
2018/10/17
一、物料衡算和操作线方程
1、物料衡算 G——单位时间通过任一塔截
G, Y2 L, X2
Y Y1 Y Y2
化工原理填料吸收塔实验计算示例
填料塔吸收实验（二氧化碳）计算示例一、实验目的二、基本原理三、实验装置与流程四、实验步骤与注意事项五、实验数据记录与处理1.实验数据记录2.数据处理当进气流量G'=2m3/h，水的流量L'=400L/h时,式中，m为相平衡常数；E：亨利系数，Pa,根据液相温度测定值由附录查表得 1.572 105PaP：总压，pa，绝对压力。
P=式中，塔径D=100mm T操作为气温，P操作为总压；T标准，P示准为标准情况下将wt%换算成mol%x2=0式中，塔高z=2m液相总传质系数©a L/H O L 2830.856/6.011 470.945932kmol/(h m2)气相总传质系数：1.结果总表六、思考题1.本实验中，为什么塔底要液封？液封高度如何计算？答：防止塔内气体外漏，防止塔外气体进入塔内；利用塔内正负压与大气压的差值计算。
2.测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义？答：可以通过流体力学性能来判断填料塔的一系列性能。
3.测定K X a有什么工程意义？答：由K xa可以确定传质单元高度，从而可找出填料层高度。
4.为什么CO2吸收过程属于液膜控制？答：易容气体的吸收是气膜控制，吸收时的阻力主要在气相，反之事液膜控制，对于CO2 ，溶解度低，应属于液膜控制。
5.当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？答：液体温度。
因为亨利定律一般适用于稀溶液，如难容气体的溶解，这种溶解的传质过程应属于液膜控制，液体的影响比较大，故选择液体温度。
化工原理 吸收(或解析)塔计算
NOG仅与气体的进出口浓度、相平衡关系有关，与塔的结构、 操作条件(G、L)无关，反映分离任务的难易程度。
(2)传质单元高度
H
＝
OG
K
G y a
kmol 单位： m2 • s m
kmol m3 • s
HOG与操作条件G、L、物系的性质、填料几何特性有关，是吸收 设备性能高低的反映。其值由实验确定，一般为0.15~1.5米。
y4
•B
y3
E3
yN1
y2
y1 A
E1
E2
x0 x1
x2
x3
解析法求理论板数
x0
y1
平衡线方程：y=mx
y1
操作线方程：y=y1+L/G(x-x0)
由第一板下的截面到塔顶作物料衡算：
y2
y1
L G
x1
x0
y1 mx1
y2
y1
L G
y1 m
x0
(1
A) y1
Amx0
1
2
x1 y2
x2 y3
xN 2 y N 1
N 11 A A1
N－1
N xN 1 y N
yN 1
xN
y2
x2
吸收
y1
x1
y1
解吸
y2
六、塔板数
• 板式塔与填料塔的区别在于组成沿塔高是阶跃 式而不是连续变化的。
x0
y1
1
x1 y2
2
x2 y3
xN 2 y N 1
N－1
yN
N xN 1
xN
理论板：气液两相在塔板上充分接触， 传质、传热达平衡。
相平衡关系：yn f (xn )
化工原理填料吸收塔实验计算示例
化工原理填料吸收塔实验计算示例化工原理填料吸收塔实验计算示例吸收过程是化工生产中重要的单元操作之一，其实验研究方法和计算方法对于优化工业生产过程具有重要的意义。
本示例以填料吸收塔实验为例，介绍实验方法和计算方法的具体应用。
一、实验装置和流程本实验装置包括填料吸收塔、循环泵、流量计、温度计、压力计等。
实验流程如下：1.将填料吸收塔置于支架上，连接进出水管路。
2.将循环泵连接进水管路，使水循环流动。
3.通过流量计控制进水量，恒定吸收塔的液位。
4.通过取样管定期取样分析，测定不同时间间隔内溶液中溶质的含量。
5.记录实验数据，分析填料吸收塔的吸收性能。
二、实验数据计算1.填料吸收塔的传质速率方程填料吸收塔的传质速率方程为：dC/dt = KCb - KCa其中，dC/dt表示溶质在溶液中的传递速率，KCb表示溶质在液相主体中的分压，KCa表示溶质在气相中的分压。
2.填料吸收塔的传质单元高度方程填料吸收塔的传质单元高度方程为：Δh = (Δp/ρg) + (v/K) + Σ(ζ/K)其中，Δh表示填料层高度，Δp表示操作压力差，ρ表示溶液密度，g表示重力加速度，v表示液体流速，ζ表示填料的阻力系数，K表示传质系数。
3.填料吸收塔的流量和效率计算流量可由流量计直接读取，效率可由下式计算：eta = (ΔC/Δt) / (KCb - KCa)其中，eta表示填料吸收塔的效率，ΔC/Δt表示溶质的传递速率。
4.填料吸收塔的操作费用计算操作费用包括水费、电费、设备折旧费等，总费用可由下式计算：P = Pw + Pf + Pd其中，Pw表示水的费用，Pf表示电的费用，Pd表示设备的折旧费用。
三、示例计算过程假设在填料吸收塔实验中，溶质为二氧化碳，液相主体中二氧化碳的分压为0.05MPa，气相中二氧化碳的分压为0.0002MPa。
填料吸收塔的效率为90%，流量为50t/h。
水的费用为0.5元/t，电的费用为0.1元/(kW•h)，设备的折旧费用为200元/h。
课件：第三节 吸收塔计算实例
一、 基本原理与概念
5.物料平衡与传质速率方程结合得到求取Z的计算式
NA a dZ KY a(Y Y ) dZ V dY L dX
Z V KY a
Y1 dY Y2 Y Y
L K X a
X1 dX X2 X X
Z HG NG HL NL HOG NOG HOL NOL
(2) 吸收过程中系统的温度升高，吸收后排出口尾气浓度将
___。
（A）减少 （B）增加 （C）不变 （D） 不确定
(3) 常温常压下，氧气溶于水属于
___过程。
（A）液膜控制 （B）气膜控制 （C）气膜和液膜共同控制 （D）不能确
定
(4) 吸收过程中，吸收剂往往是决定吸收效果的关键因素，对于确定处理对
HOL—气相总传质单元高度(一个传质单元所对应的填料高度) 。 1. 平均推动力法(适合平衡线、操作线为直线)
计 算 Z
V HOG KY a
N OG
Y1 Y2 Ym
L HOL K X a
N OL
X1 X2 X m
的 2. 吸收因素法(适合平衡线、操作线为直线)
常 用 方
N OG
1 1 S
l n(1
五、 扩 展 延 伸
1. 解吸：使溶解于液相中的气体释放出来的操作。 解吸与吸收进行比较特点
相同点
不同点
(1) 所用设备相同
目的 传质方向 推动力
(2) 原理相同均为 单向扩散
吸收
分离 气体
气→液
(3) 计算Z的方法和
P>P* P-P*
步骤相同
解吸
溶液 再生
液→气
P<P* P*- P
平衡线与操作线关系
化工原理第五章(吸收塔的计算)
【解】已知 y1＝0.09 η＝95％＝0.95
∴
Y1
y1 1 y1
0.09 1 0.09
0.099
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495
据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13
据
L (G )min
Y1 Y2 Y1 / m X 2
∴
L
0.099 0.00495
2020/4/3
2、填料层高度的基本计算式 【计算依据】 （1）物料衡算式； （2）传质速率方程式。 【操作特点】在填料塔内任一截面上的吸收的推动 力（Y－Y*）均沿塔高连续变化，所以不同截面上 的传质速率各不相同。 【处理方法】不能对全塔进行计算，只可首先对一 微分段计算，得到微分式，然后得到积分式运用于 全塔。
质的摩尔比。
物料衡算示意图
逆流吸收操作线推导示意图
2020/4/3
【假设】溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂（即操作
过程中L、G为常数）。以单位时间为基准，在全塔
范围内，对溶质A作物料衡算得： G, Y2
L, X2
GY1 LX2 GY2 LX1
（进入量＝引出量）
或 G(Y1 Y2 ) L(X1 X2 )
2020/4/3
Y Y1 Y Y2 Y*
0
2020/4/3
NA KY (Y Y *) NA KX ( X * X )
Y=f(X)
吸收推动力 X*－X
吸收推动力 Y－Y*
X2
X
X1
X*
X
吸收推动力
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比 【定义】对于一定的分离任务、操作条件和吸收物 系，当塔内某截面吸收推动力为零时（气液两相平 衡Y－Y*＝0），达到分离要求所需塔高为无穷大时 的液气比称为最小液气比，以（L/G）min表示。
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化工原理
填料塔吸收实验（二氧化碳）
计算示例
一、 实验目的 二、 基本原理
三、 实验装置与流程 四、 实验步骤与注意事项 五、
实验数据记录与处理
当进气流量'G =23/m h ，水的流量'L =400/L h 时，
式中，
m ：为相平衡常数；
E ：亨利系数，Pa ，根据液相温度测定值由附录查表得
51.57210⨯Pa
P ：总压，pa ，绝对压力。
P=106.325Pa 式中，
塔径D=100mm ，T 操作为气温，P 操作为总压；T 标准，P 标准为标准情况下。
将wt%换算成mol%，
2x =0
式中，塔高Z=2m ， 液相总传质系数
2/2830.856/6.011470.945932/()xa OL K L H kmol h m ===⋅
气相总传质系数：
六、
1.本实验中，为什么塔底要液封？液封高度如何计算？
答：防止塔内气体外漏，防止塔外气体进入塔内；利用塔
内正负压与大气压的差值计算。
2.测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义？
答：可以通过流体力学性能来判断填料塔的一系列性能。
K有什么工程意义？
3.测定
xa
K可以确定传质单元高度，从而可找出填料层高度。
答：由
xa
CO吸收过程属于液膜控制？
4.为什么
2
答：易容气体的吸收是气膜控制，吸收时的阻力主要在气相，
CO，溶解度低，应属于液膜控制。
反之事液膜控制，对于
2
5.当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系
数？
答：液体温度。
因为亨利定律一般适用于稀溶液，如难容气
体的溶解，这种溶解的传质过程应属于液膜控制，液体的影
响比较大，故选择液体温度。