吸收操型计算
化工原理吸收塔的计算
（1）传质单元数（以NOG为例）
•定义：N OG
N OG
Y1
dY Y Y
*
Y2
气相总传质单元数
气相组成变化 平均传质推动力
Y1
dY Y Y
*
Y1 Y2 (Y Y ) m
*
Y2
• 传质单元数的意义： 反映了取得一定吸收效果的难易程度。
第四节
吸收塔的计算
吸收塔的计算内容：
• 设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂
浓度、塔高、塔径。
• 操作型：核算、操作条件与吸收结果的关系。
• 计算依据：物料恒算、相平衡、吸收速率方程。
一、物料衡算与操作线方程
虚框范围内，对溶质作物料衡算：
LX GY2 LX 2 GY L G Y Y Y2 X X2 L G X (Y2 L G
* mG Y1 Y2 mG ln 1 * mG L Y2 Y2 L 1 L
S
mG L
—解吸因数（脱吸因数）
影响NOG的因素：
L、G、m、X2、Y1、Y2
(1) L、G、m
L , G , m m不变, L G 推动力Ym N OG m 平衡线斜率 远离操作线 推动力Ym N OG L mG N OG
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 K ya
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，
3 吸收计算讲稿
3吸收塔的计算设计型和操作型计算设计型计算:是给定条件下，设计出达到一定分离要求所需要的吸收塔。
操作型计算:是针对已有的吸收塔对其操作条件与吸收效果间的关系进行分析计算，其中大致可分成两种情况：第一种情况是给定操作条件求算吸收效果、即气、液两相出口浓度；第二种情况是给定吸收效果或要求，确定操作条件。
设计计算任务为：(1)确定合适的吸收剂用量L S(kmol纯溶剂/h)，或液气比L/V。
(2)计算塔径。
(3)计算塔高。
本节讨论对象：填料塔、逆流、低浓度气体、k y、k x在全塔为常数、物理吸收。
逆流操作优缺点：在两相进出口浓度相同的情况下，逆流的平均推动力大于等于并流。
同时，时下降至塔底的液体与刚刚进塔的混合气接触，有利于提高出塔液体的浓度，可以减少吸收剂的用量；上升至塔顶的气体与刚刚进塔的新鲜吸收剂接触，有利于降低出塔气体的浓度，可提高溶质的吸收率。
逆流操作时下降的液体受到上升气体的作用力(又称为曳力)，这种曳力过大时会阻碍液体的顺利下流，因而限制了吸收塔所允许的液体和气体流量，这是逆流的缺点。
3.1 物料衡算与操作线方程在图7-11所示的塔内任取m-n截面与塔底(图示的虚线范围)作溶质的物料衡算得LX+VY1=LX1+VYV(Y1-Y)＝L(X l-X)式中V——通过吸收塔的惰性气体流量，kmol/s；L——通过吸收塔的溶剂流量，kmol/s；Y、Y1——kmol(溶质)／kmol(惰性气)；X 、X 1——kmol(溶质)／kmol(溶剂)。
吸收操作线方程式的其他形式)(1122X VLY X V L Y -+=低浓度气体吸收(低于5％~10％) 操作线方程)(11x VLy x V L y -+=操作线方程式是从溶质的物料平衡关系出发而得到的关系式，它仅取决于气液两相的流量L 、V ，以及吸收塔内某截面上的气、液组成，而与相平衡关系、塔型(板式或填料)、相际接触情况以及操作条件无关。
此式应用的唯一必要条件是稳定状态下连续逆流操作。
吸收塔的计算
m，一般取Hb=1.2～1.5m；
Hb
n——填料层分层数
2020/10/22
【填料塔高度的近似计算】
【说明】由于液体再分布器、喷淋装置、支承装置、捕沫器等的结构不同时其高 度不同，当一时无法准确确定时，也可采用下式近似计算塔高：
H=1.2Z+Hd+Hb
Hd——塔顶空间高(不包括封头部分)，m； Hb——塔底空间高(不包括封头部分)，m。
∵
G 1000 273 （1－0.09）＝37.85(mol / s)
22.4 293
故吸收用水量为： L＝35.5G＝35.5×37.85＝1343(mol/s)＝1.343(kmol/s)
2020/10/22
三、吸收塔填料层高度的计算
1、填料塔的高度
【说明】填料塔的高度 主要决定于填料层高度。
（2） HOG愈小，吸收设备的传质阻力愈小，传质效能愈高，完成一定分离任务所 需填料层高度愈小。
2020/10/22
【体积传质系数（ KY a ）——参数归并法】
（1）有效比表面积（a）与填料的类型、形状、尺寸、填充情况有关，还随流体 物性、流动状况而变化，其数值不易直接测定； （2）通常将a与传质系数（KY）的乘积合并为一个物理量KY a （ 单位kmol/m3·s）， 称为体积传质系数，通过实验测定其数值； （3）在低浓度吸收的情况下，体积传质系数在全塔范围内为常数，或可取平均值。
2020/10/22
【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
吸收总结
问题：吸收温度降低， Y2、X1、吸收操作线如何变化？
X2降低， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？
吸收压力提高， Y2、X1 、吸收操作线如何变化？
4. 操作性问题分类及解法 生产实际中,吸收塔的操作型计算问题是经常碰到的。有两 种类型： (1)第一类命题 给定条件：吸收塔的高度及其它有关尺寸，气液两相的流量 L、V，进口浓度（Y1，Y2），平衡关系[Y*=f(X)]、流动方式 (并流、 逆流），两相总传质系数Kya或Kxa 。
Hale Waihona Puke 计算目的：气液两相出口浓度（y2 ，x1）。
(2)第二类命题 给定条件：吸收塔的高度及其它有关尺寸，气体的流量（V） 及进、 出口浓度( Y1，Y2 或 回收率 )，吸收液的进口浓度 (X2 )，气液两相的平衡关系[Y*=f(X)]，两相总传质Kya或 Kxa 。 计算目的：吸收剂的用量（L）及其出口浓度（x1） 5. 操作性问题的解法（计算方法） （1）所用的方程 两类问题（设计，操作）皆可联立下式： 吸收过程基本方程式： H= HOG × NOG 或 H= HOL × NOL 全塔物衡； V（Y1-Y2）=L(Y1-Y2) 相平衡方程式：Y* = f (X) 联式以上式可以获得解。
2. 填料与填料装填方式的确定以及传质速率的查取和计算。 3. 塔径的确定：V＝( /4)u D2 D=[4V/ ( u )] 1 / 2 4. 填料层高(H)的计算：首先确定该吸收过程为哪一相 (气、液)控制， 以便确定相应的计算式，算出传质单元高度（ HOG 、 HOL）和传 质单元数（ NOG 、NOL ），即可确定所需的填料层高度（H= HOG × NOG 或 H= HOL × NOL ）。 5.附属设备的选定和计算。（管路、泵、底座、换热器等）
化工原理吸收解析
X2 0
Lmin
G(Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
3.125 0.096 0
869kmol / h
26.7
2020/10/31
L 1.65Lmin 1.65869 1434kmol / h
2）出塔吸收液浓度：
G(Y1 Y2 ) L(X1 X2 )
X1
X2
G(Y1 Y2 L
)
0
3.125 1434
X2 0
m 0.757
Lmin
G(Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 0 0.757
25.8kmol/ h
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol/ h
2020/10/31
三、填料层高度的计算
1、填料层高度的基本计算式
对组分A作物料衡算 单位时间内由气相转入液相的 A的物质量为：
dY Y
*
Z
dZ
0
G Y1 dY Y2 KY a Y Y *
LdX KX (X * X )adZ
dZ L dX KX a X * X
Z
dZ
X1
L
dX
0
X2 K X a X * X
2020/10/31
低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为
Z G
KY a
Y1 dY Y2 Y Y *
GdY LdX
NAdA NA(adZ )
2020/10/31
微元填料层内的吸收速率方程式为：
N A KY (Y Y * )及N A K X ( X * X )
dG KY (Y Y *)adZ dG KX (X * X )adZ
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 )
吸收单元操作典型计算题
吸收操作计算典型题例1. 于20℃及101.33kPa 条件下，在填料塔内用清水逆流吸收空气中的氨，已知进口混合气体中氨的分压为1.33kPa ，吸收率为90％，混合气体中纯空气量为112m 3（标准）/h ，操作条件下的平衡关系为Y ＝7.55X ，（1） 若适宜吸收剂用量为最小用量的1.6倍，求吸收剂用量kg/h ； （2） 若传质单元高度为1.5m ，求填料层高度。
解： （1）0133.033.133.10133.11111=−=−=y y Y 00133.01.0)1(112==−=Y Y Y η计算吸收剂用量用清水吸收，则X 2＝0088.10755.0/0133.000133.00133.06.1/6.16.12121min =−−⨯−−⨯⎪⎭⎫⎝⎛=＝＝X m Y Y Y V L V L 31125000mol /h 22.410V =⨯－＝则1.0885440mol /h 97.92kg /h L V ===（2）11221()(0.01330.00133)00.0111.088V X Y Y X L =−+=−+= *110.7550.0110.0083Y mX ==⨯=*220Y mX ==*1110.01330.00830.005Y Y Y ∆=−=−= *2220.0013300.00133Y Y Y ∆=−=−=12m 120.0050.001330.00277ln /ln(0.005/0.00133)Y Y Y Y Y ∆−∆−∆==∆∆＝（）12OG m 0.01330.001334.320.00277Y Y N Y −−==∆＝ 则填料层高度OG OG 1.5 4.32 6.48m H H N =⨯=＝例2. 20℃下，在常压逆流吸收塔中用纯溶剂吸收混合气体中的溶质组成。
进塔气体的组成为 4.5%（体积百分数），惰性气体流量为40kmol/h ，吸收率为90%，出塔液相组成为0.02（摩尔分数）。
第十七讲吸收设计型与操作型计算
第四节 吸收（解吸）塔的计算
六、填料吸收塔的操作型命题
在15℃、１atm下用大量的硫酸逆流吸收空气中的水 汽。入塔空气中含水汽0.0145（摩尔分率，下同），硫酸 进、出塔的浓度均为80%，硫酸溶液上方的水汽平衡浓度为 ye=1.05×10-4，且已知该塔的体积传质系数Kya∝V0.8。空气 经塔后被干燥至水汽0.000322 。 现将空气流率增加一倍，则出塔空气中的含水量为多 少？
本次课内容及要求
第四节 吸收（解吸）塔的计算
五、填料吸收塔的设计型命题 六、填料吸收塔的操作型命题
作业：P90-12,13 预习：解吸、传质系数和传质理论
第四节 吸收（解吸）塔的计算
五、填料吸收塔的设计型命题
【例题——溶剂再循环】
用纯溶剂吸收某混合气中可溶组分，入塔气体浓度yb=0.05（摩 尔分数）。要求回收率为90%。操作条件下，物系的相平衡关系为 ye=0.5x。试求：
ya
′ xa xa L
LR
① 取液气比为上述分离要求下最小液气比的 1.5倍，此时HOG=0.5m，确定完成上述分离任务所 需的填料层高度。 ② 若采用吸收剂再循环流程（红线），循环 量LR为新鲜吸收剂的10%，而新鲜吸收剂量维持① 值。且Kya∝L0.6，求同样完成上述分离任务所需的 填料层高度。
yb
xb
第四节 吸收（解吸）塔的计算
五、填料吸收塔的设计型命题
【例题——多股液相进料】 欲按左图流程设计吸收塔。已知yb=0.05，
ya
′ xa L′ ′′ xa L′′
ϕΑ=0.9，V=150 kmol/m2·h， a = 0.004， x′
′′ xa = 0.015 ，L′ L′′ = 1 ，塔顶处液气比为0.5，全 ′′ xa 0.5，全塔HOG=1m， ye=0.5x 。 加入位置与 与塔内液相组成相同。试求： ① xb为多少？ຫໍສະໝຸດ 第四节 吸收（解吸）塔的计算
精馏吸收操作型问题示例
精馏操作型问题分析【例5-35】一操作中的精馏塔，若保持F、x F、q、D不变，增大回流比R，试分析L、V、L’、V’、W、x D、x W的变化趋势。
【解】根据题意，F、x F、q、D、总理论板数N、精馏段理论板数N1、α不变，R增大，分析如下：（1）L、V、L’、V’、W变化趋势L=RD，V=(R+1)D，因为D不变、R增大，所以L增大、V增大。
L’=L+qF，V’=V-(1-q)F，因为F、q不变，所以L’增大、V’增大。
由W=F-D，因为F、D不变，所以W不变。
（2）x D、x W的变化趋势可先假设x D不变，则x W=(Fx F-Dx D)/W 也不变（因为F、D、W、x F不变），结合R增大，作出新工况下的精馏段和提馏段操作线，如图5-7（a）所示的虚线，原工况为实线，可知要完成新工况下的分离任务所需的理论板数比原来的要少，不能满足N不变这个限制条件，因此“x D不变”的假设并不成立。
若再假设x D减小，可以得出与x D不变情况下同样的结论，因此若要满足N不变，必有x D增大，又从物料衡算关系得x W减小，其结果如图5-7（b）所示。
结论：x D增大、x W减小。
(a)(b)图5-7例5-35不同情况下的操作线【例5-36】某二元精馏塔，因操作问题，进料并未在设计的最佳位置，而偏下了几块板。
若F、x F、q 、R、V’均同设计值，试分析L、V、L’、D、W、x D、x W的变化趋势。
【解】根据已知条件，F、x F、q、R、V’、N、α不变，精馏段理论板数N1增大，分析如下：（1）L、V、L’、D、W分析V=V’+(1-q)F，因为V’、q、F不变，所以V不变。
D=V/(R+1)，因为R不变，所以D不变。
W=F-D，所以W不变。
L=V-D，因为V、D不变，所以L不变。
L’=L+qF，因为q、F不变，所以L’不变。
（2）x D、x W的分析本题易发生一种错觉：加料板下移使N1增大、提馏段理论板数N2减小，单从两段的分离能力来看，似乎有x D增大、x W增大，但这个推论显然不符合物料衡算式Fx F=Dx D+Wx W。
化工原理 吸收计算题(KEY)答案
吸收计算题-10题-2012（一）某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽。
混合气流速为V=16kol/)(2m h ⋅，操作压力P=101.3kPa 。
已知容积传质系数)/(6.643m h kmol a k y ⋅=，)/(6.163m h kmol a k L ⋅=，相平衡关系为A A c p 62.4=（式中气相分压A p 的单位是kPa ，平衡浓度单位是3/m kmol ）。
求：（1）容积总传质系数a K y 及传质单元高度OG H ；（2）液相阻力占总传质阻力的百分数。
解： （1）由亨利定律x Hc Hc Ex P M ⋅=== mx y = M M M c c P Hc m 0456.03.10162.4/===∴ 3/6.16m h kmol c ac k a k M M L x ⋅==kmol m h c c a k m MM x /1075.26.160456.033⋅⨯==∴- a k m a k a K x y y +=11=kmol m h /0182.01075.26.64133⋅=⨯+- 3/9.54m h kmol a K y ⋅=∴)(291.09.5416m a K V H y OG === （1）液相阻力占总阻力的百分数为：%1.15151.00182.01075.2/1/3==⨯=-a K a k m y x （二）某填料吸收塔用含溶质0002.02=x 的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比L/V=3，气体入口质量分数01.01=y 回收率可达90.0=η。
已知物系的平衡关系为y=2x 。
今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至00035.02='x ，试求： （1） 可溶组分的回收率η'下降至多少？（2） 液相出塔摩尔分数1x '升高至多少？ 解： （1）001.0)9.01(01.0)1(12=-⨯=-=ηy y667.032/1===V L m A]1)11ln[(1112211Amx y mx y A A N OG +----= =38.5]667.020002.0001.020002.001.0)667.01ln[(667.011=+⨯-⨯--- 当2x 上升时，由于H 不变，OG H 不变OG OG H H N /=∴也不变，即]667.0200035.0200035.001.0)667.01ln[(667.01138.52+⨯-'⨯---=y 0013.02='y 87.001.00013.001.0121=-='-='y y y η （1）物料衡算)()(2121x x L y y V '-'='- 2211)(x y y L V x '+'-='∴ =00325.000035.0)0013.001.0(31=+-⨯（三）有一填料吸收塔，在28℃及101.3kPa ，用清水吸收200m 3/h 氨-空气混合气中的氨，使其含量由5%降低到0.04%（均为摩尔%）。
化工原理----吸收塔的计算
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
遇到如下两种情况应采用溶剂再循环： 1、吸收过程有显著的热效应，大量吸收剂再循环可降低 吸收剂出塔温度，平衡线发生明显的向下移动，尽管操作
线向下移动，但是，塔内传质的推动力增大。
2、吸收的目的在于获得较浓的液相产物，按物料衡算所 需的新鲜吸收剂量过少，以至不能保持塔内填料良好的润 湿，吸收剂再循环，传质表面积增加，传质系数增大。
y1 0.0521 x1 x1 0.05 0.0083 m 1.25
24
y2 x2 x2 0.005 m
xm 0.0065
H H OL NOL x1 x2 L L NOL Kxa mK y a xm
H 16.6m
25
例9-6 解吸气流量的计算
G G 1.2 1.2 0.304 0.365 L L min
④所需填料层高度为
H NOG HOG 9.79 0.61 6.0m
13
方法2：
1 y1 1 NOG ln 1 1 A y2 A 1 A 1 m 1.2 A L 1.37 G 1
N OG
1 1.2 0.02 1.2 ln 1 9.76 1.2 1.37 0.001 1.37 1 1.37
化工原理吸收
表明 ： 塔内任一截面的气相组成Y与液相组成X之间成直线 关系，直线的斜率为L/G。
2013-8-15
T（X2、Y2）代表塔顶状态， B（X1、Y1）代表塔底状态。
TB是操作线，其上任一点代表塔内某一截面的气、液组成。
2013-8-15
并流吸收塔的操作线：
L L Y X ( X 1 Y1 ) G G
Lmin
Y1 Y2 G X1 X 2
2013-8-15
计算法 适用条件：平衡线符合亨利定律，可用 Y * mX 表示
L Y1 Y2 ( ) min Y1 G X2 m
Lmin
Y1 Y2 G Y1 X2 m
2013-8-15
例：在填料吸收塔内，用清水逆流吸收磺化反应产生的SO2
2013-8-15
最小液气比的求法
图解法
•正常的平衡线
L Y1 Y2 ( ) min * G X1 X 2
与最小液气比对应的吸收剂 用量为最小吸收剂用量Lmin
Lmin
Y1 Y2 G * X1 X 2
2013-8-15
•平衡线为上凸形时
L Y1 Y2 ( ) min G X1 X 2
*
mG m ——解吸因数。平衡线斜率和操作线斜率的比值 S L L 无因次。S愈大，解吸愈易进行。 G L 1 L G A ——吸收因数 S mG m 2013-8-15
2013-8-15
分析 ：
N OG
1 Y1 Y2 ln[( 1 S ) S] * 1 S Y2 Y2
2013-8-15
Y2 Y2
*
N OG
Y1 Y2
环境工程原理 第08章吸收
xA，yA —— 溶质在液相和气相主体中的摩尔分数； xA*，yA* —— 与气相主体摩尔分数平衡的液相摩尔分数， 和与液相主体摩尔分数平衡的气相摩尔分数 。 当溶质在气、液相中的浓度以摩尔比来表示时，则总传
质速率方程为：
* NA KX ( X A X A ) （8.2.28） NA KY (YA Y )（8.2.27）
第一节 吸收的基本概念 提 问
• 大气污染物： SO2，H2S, HF和NOx • 什么污染物可以直接用水吸收？
• 什么污染物需要用酸或碱液吸收？
• 为什么？
第一节 吸收的基本概念
吸收法净化气态污染物的特点（与化工相比）
• 处理气体量大，成份复杂，同时含有多种气态污染物； • 吸收组分浓度低； • 吸收效率和吸收速率要求高； • 多采用化学吸收——如碱液吸收燃烧烟气中低浓度的SO2； • 多数情况吸收过程仅是将污染物由气相转入液相，还需对
( N A )G ( N A ) L N A
经变换：
1 1 1 K G kG HkL
（8.2.21）
第二节 物理吸收
同理，以液相浓度差为推动力的总传质速率方程：
NA KL (c cA )
* A
c*A——与气相主体分压平衡的液体浓度，kmol/m3 ； KL——液体总传质系数， m/s 。
第八章 吸 收
第八章 吸收
本章主要内容
第一节 吸收的基本概念
第二节 物理吸收
第三节 化学吸收
第四节 吸收设备的主要工艺计算
第一节 吸收的基本概念
本节的主要内容
一、吸收的定义与应用
二、吸收的类型
ห้องสมุดไป่ตู้
第一节 吸收的基本概念
吸收操作计算典型题
吸收操作计算典型题例1. 于20℃及101.33kPa条件下，在填料塔内用清水逆流吸收空气中的氨，已知进口混合气体中氨的分压为1.33kPa，吸收率为90％，混合气体中纯空气量为112m3（标准）/h，操作条件下的平衡关系为Y＝7.55X，（1）若适宜吸收剂用量为最小用量的1.6倍，求吸收剂用量kg/h；（2）若传质单元高度为1.5m，求填料层高度。
例2. 20℃下，在常压逆流吸收塔中用纯溶剂吸收混合气体中的溶质组成。
进塔气体的组成为 4.5%（体积百分数），惰性气体流量为40kmol/h，吸收率为90%，出塔液相组成为0.02（摩尔分数）。
操作条件下相平衡关系为Y=1.5X(Y、X均为摩尔比)，填料塔传质单元高度为1.2m，试求：（1）吸收剂的用量，kmol/h；（2）填料塔的操作线方程；（3）填料塔的填料层高度。
例3. 用含A 0．005(摩尔分数)的稀水溶液吸收混合气体中的可溶组分A。
已知混合气中A 的体积分数为6％，所处理的混合气量为1500 m3／h，操作压强为101．3 kPa，操作温度为293 K。
要求A的回收率达95％，操作条件下平衡关系为Y*=2．5X。
若取吸收剂用量为最小用量的1．2倍，求（1）每小时送人吸收塔顶的稀水溶液量；（2）溶液出口浓度。
例4.有一填料吸收塔，在28 ℃及101.3 kPa下，用清水吸收200 m3 /h氨-空气混合气中的氨，使其摩尔分数由5 %降低到0. 4 %。
已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5 m，平衡关系为Y* = 1.4 X，出塔氨水溶液浓度为0.012 kg NH3/kg水，已知M（NH3）=17 kg /kmol；M（H2O）=18 kg /kmol。
试问：（1）液气比为最小液气比的多少倍？（2）吸收剂用量；（3）所需填料层高度。
例5. 现有一逆流吸收的填料塔，在常温、常压下用清水处理含丙酮5%（摩尔分数，下同）的空气—丙酮混合气体。
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。
吸收的操作型计算
塔高不变
2）V不变 Z不变 NOG不变 脱吸因数法 求改变后的S
求L
2021/10/24
解： •求原有条件下的传质单元数 NOG
NOG
1 1 S
ln[( 1
S)
y1 y2
mx2 mx2
S]
其中：
S mV 1.18 0.562 L 2.1
y1 mx2 y1 y1 1 y2 mx2 y2 y1(1 A ) 1 A
a）丙酮的回收率有何变化？
2021/10/24
b）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？
2）若气体流率，气液进出口组成，吸收塔的操作温度和
压强皆不变，欲将丙酮回收率由原来95%的提高至98%，吸
收剂用量应增加到原用量的多少倍？
思路：
1）已知L/V、m、吸收率 脱吸因数法 求NOG V改变 HOG变
求改变后的吸收率 脱吸因数法 求N’OG
5.097 1 ln[(1 S ) 1 S ]
1 S
1 A
2021/10/24
1 ln[(1 S ) 1 S ]
1 气比应提高到：
L 1.18 3.92 V 0.301
吸收剂用量应增至：
L 3.92 1.87 L 2.1
吸收的操作型计算
例：某吸收塔在101.3kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮空气 混合物中的丙酮，操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95% 。已知物系的浓度较低，丙酮在两相间的平衡关系为y=1.18x ，吸收过程为气膜控制，总传质系数Kya与气体流率的0.8次 方成正比， 1）今气体流率增加20%，而流体及气液进出口组成不变，试 求：
在单位时间内，气量提高后的丙酮回收量之比为：
1.2G( y1 y2) 1.2[ y1 (1 0.91) y1] 1.149
吸收操作线方程
吸收操作线方程操作线方程是用来描述曲线在某一点处的切线的数学工具。
操作线方程可以帮助我们计算曲线在给定点的斜率，进而研究曲线的性质和行为。
在本文中，我们将探讨吸收操作线方程的概念、应用和求解方法。
1. 操作线方程的定义操作线方程是一条直线的方程，用来描述曲线在某一点处的切线。
操作线方程的一般形式为：y−y1=m(x−x1)其中，(x1,y1)是曲线上的一点，m是曲线在该点处的斜率。
通过操作线方程，我们可以得到曲线在该点处的切线方程，进而研究曲线在该点的性质和行为。
2. 操作线方程的应用操作线方程在数学和物理学中有广泛的应用。
以下是一些典型的应用场景：2.1 曲线的切线操作线方程可以用来描述曲线在某一点处的切线。
通过求解操作线方程，我们可以得到切线的斜率和截距，从而了解曲线在该点的切线的特征。
2.2 曲线的极限通过操作线方程，我们可以计算曲线在某一点处的斜率。
当我们希望研究曲线趋于某一点时的极限，操作线方程可以提供一个很有用的工具。
通过计算曲线在该点处的斜率，我们可以判断极限的存在性和值。
2.3 运动学操作线方程在物理学中有着广泛的应用，特别是在运动学中。
通过导数的概念，我们可以推导出运动的速度和加速度的关系。
操作线方程可以用来描述物体在某一时刻的速度和加速度，从而帮助我们研究物体的运动规律和特性。
3. 操作线方程的求解方法在实际问题中，求解操作线方程通常需要用到微积分的知识。
以下是一些常见的求解方法：3.1 利用导数操作线方程的斜率可以通过曲线的导数来求解。
根据导数的定义，我们可以得到曲线在某一点处的切线的斜率。
进一步地，我们可以利用该斜率和给定的点，得到操作线方程的具体形式。
3.2 利用一阶和二阶导数对于一些特殊的曲线，我们可以通过一阶和二阶导数的关系来求解操作线方程。
通过求解一阶导数和二阶导数的关系，我们可以得到曲线在某一点处的切线的方程。
3.3 利用极限在一些特殊情况下，我们可以通过极限的概念来求解操作线方程。
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a a
1 0 . 05 S ln 1 S S 3 . 41 0 . 0025 1 S
解得： S ＝ 0 . 1747
S S
例2
填料塔的逆流与并流
某填料塔逆流操作，填料层高度为1.2m。以清水吸收丙酮 －空气中所含丙酮，yb=0.060、ya=0.019（摩尔分数）， L/G＝2.0，y*=1.68x。试计算：
（1）逆流时的HOG；
（2）若改为气液并流向下操作，进口水气流量及浓度不 变，并设HOG并≈HOG逆，求气体的出口浓度？ 解：（1）逆流时
N OG
yb y a ym
1
0 . 05 0 . 005 0 . 0132
a a
3 . 41
S
mG L
0 .5
N oG
y mx 1 S b ln 1 S y a mx
OG
1 0 . 05 1 0 . 5 S ln 0 . 5 3 . 41 0 . 005 1 0 .5
a a
1 1 S ln 1 S S 1 S 1 0 .9
解得： S ＝ 0 . 468
S S
G L G L
L L
G S G S
1 .1
0 .5 0 . 468
1 . 175
ya
xa
N OG并
yb y a y m
1 1 S
ln
yb (1 S ) y a Syb
1.85
y a＝0.0285
例1 气体处理量的变化对吸收操作的影响
在内径为800mm、填料层高为3.5md 常压吸收塔内，用 清水吸收混合气中的组分A。已知入塔的气体流量（标准状 态）为1200m3/h含A5％（体积％），清水用量为2850kg/h， 溶质A的吸收率为90％，操作条件下的亨利系数为150kPa， 可视为气膜控制过程。试求：
H
h0 N OG
3 .5 3 . 41
1 . 03 m
K ya
G H
OG
0 . 0296 1 . 03
0 . 087 kmol /( m . s )
2
解（2）
0 . 95 时， H OG 不变， N OG ＝ N OG ＝ 3 . 41
y a (1 ) y b (1 0 . 95 ) 0 . 05 0 . 0025
0.647 m
(2)并流
N OG并
h H OG
N OG逆＝ .84 1
yb
xb
物料衡算式：G( yb y a ) L( xb xa ) xa G( yb y a ) / L
y a y a mx a y a
y b y a ln y b y a
解得： ＝ 0 . 885 88 . 5 %
气量加大，组分的吸收率降低。
L ＝1 . 175 L 0 . 1028 kmol /( m . s )
2
若要保持吸收率仍为90％，则须降低S
y b mx 3 . 31 ln 1 S 1 S y a mx 1
mG L
yb
y a (1 S ) y a Sy b
(1 S )( y b y a ) ln yb (1 S ) y a Sy b
y m并
y b (1 S ) y a Sy b ln yb (1 S ) y a Sy b
1 . 03
3 . 31
S S
a a
G G
1 . 1, S 1 . 1 0 . 5 0 . 55
N oG
y b mx ln 1 S 1 S y a mx
1 1 S ln 1 0 . 55 0 . 55 3 . 31 1 0 . 55
2 2
22 . 4 ( 3 . 14 / 4 ) 0 . 8
2
0 . 0875 kmol /( m . s )
x b x a G ( y b y a ) / L 0 . 0296 ( 0 . 05 0 . 005 ) / 0 . 0875 0 . 01525
ym ( y b mx b ) ( y a mx a ) ln ( y b mx b ) ( y a mx a ) ( 0 . 05 1 . 48 0 . 01525 ) ( 0 . 005 0 ) ln ( 0 . 05 1 . 48 0 . 01525 ) ( 0 . 005 0 ) 0 . 0132
解（3〕 气膜控制：
N OG / N OG H
H
OG
G K ya
G
0 .3
G 1 . 1G 时， H
0 .3
OG
/ H OG G G
0 .3
OG
/ H OG G G
1
1 .1
0 .3
N OG
N OG 1 .1
1
0 .3
3 . 41
y a (1 ) y b (1 0 . 9 ) 0 . 05 0 . 005
0 . 0296 kmol /( m . s )
2
m E / P 150 / 101 . 3 1 . 48
L 2850 / 3600 18 ( 3 . 14 / 4 ) 0 . 8
（1）该塔的气相总传质单元高度和气相总传质系数；
（2）若使该塔的吸收率提高到95％，求所需增加的溶剂量； （3）若入塔气量增加10％，气液的进口浓度不变，其吸收 率有何变化；若吸收率仍为90％，所需吸收剂用量又为多少？
解（1〕已知：
G 1200 / 3600
h 0 3 . 5 ; y b 0 . 05 ; x a 0 ; E 150
L L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L L
S S
2
0 .5 0 . 1747
2 . 86
L 2 . 86 0 . 0875 0 . 25 kmol /( m . s )
讨论：在其他操作条件不变的前提下，要提高吸收率，只 有降低S。而降低S的办法有 a.提高L：较易实现。 b.降低m：降低温度或提高压力。能耗较大，不易实现。
1
S
m L G
1.68 2.0
0.84
N OG
y 1 0.060 1 S b S 1 0.84 ln ln 0.84 1.85 1 S ya 0.019 1 0.84
H OG
h N OG
1.2 1.85