吸收塔的工艺计算教材
吸收(或解吸)塔的计算
h = H OG N OG
对液相总传质系数和推动力： 对液相总传质系数和推动力：
X L dX h= ∫X X X K X a
b a e
若令
HO L =
L K X a
NO L = ∫
Xb
Xa
dX Xe X
h = H OL N OL
液相总传质单元高度， HOL —— 液相总传质单元高度，m； 液相总传质单元数，无因次。 NOL —— 液相总传质单元数，无因次。
L, Xa
VYb + LX a = VYa + LX b
下标“ 代表填料层上顶截面 代表填料层上顶截面； 下标“a”代表填料层上顶截面； 进塔惰性气体流量V和组成Y 进塔惰性气体流量V和组成Yb由吸收 下标“ 代表塔内填料层下底截面 代表塔内填料层下底截面。 下标“b”代表塔内填料层下底截面。 任务规定的，进塔吸收剂温度和组成Xa 任务规定的，进塔吸收剂温度和组成Xa 惰性气体B的摩尔流率kmol/s kmol/s； V —— 惰性气体B的摩尔流率kmol/s 一般由工艺条件确定， 一般由工艺条件确定，吸收剂用量由设 ； 计者给出，出塔气体组成Ya kmol/s； Ya则由任务给 计者给出，出塔气体组成Ya则由任务给 吸收剂S的摩尔流率kmol/s L —— 吸收剂S的摩尔流率kmol/s； 定或由给定的吸收率求出， 吸收率求出 定或由给定的吸收率求出，由上式可求 ； 溶质A在气相中的摩尔比浓度； Y —— 溶质A在气相中的摩尔比浓度 算出吸收剂出口浓度X 算出吸收剂出口浓度Xb。 溶质A在液相中的摩尔比浓度。 X —— 溶质A在液相中的摩尔比浓度。
h = ∫Y
Yb
a
V dY kY a Y Yi L dX k X a X i X
第3章吸收5节填料吸收塔的计算
第3章吸收5节填料吸收塔的计算在化工工艺中，填料吸收塔是一种常见的气液分离设备，广泛应用于化工、生化等领域。
它主要通过将气体经过填料床与液体进行接触，使气体中的一些成分溶解在液体中，从而实现气体的净化、回收等目的。
本文将围绕填料吸收塔的设计与计算展开探讨。
1.填料选择填料是填充在吸收塔内的物质，用于增加气液接触面积，提高吸收效率。
选择合适的填料对于吸收塔的设计至关重要。
常见的填料类型有环形填料、球形填料和片状填料等。
在选择填料时，需要考虑填料的表面积、孔隙率、耐酸碱性以及传质性能等因素。
2.填料高度计算填料高度的确定对于吸收塔的设计至关重要，它直接影响到吸收效率。
填料高度的计算需要考虑气体和液体的传质速率以及填料的传质性能。
传质速率与填料的表面积有关，通常采用比传质速率作为评价指标，其计算公式为：其中，Ka为单位体积填料的传质速率，a为液体相对气体的相对传质面积，La为单位体积填料的有效液膜厚度。
3.填料截面积计算填料截面积的计算是为了确定吸收塔的体积，并进一步确定吸收塔的尺寸。
填料截面积的计算需要考虑气体和液体的流量以及填料的孔隙率。
根据气体和液体的流量，可通过Wichert-Aziz关系式计算填料的总截面积，其公式为：其中，A为填料截面积，QG为气体流量，QL为液体流量，EbG为气体相对液体的空隙比，EbL为液体相对气体的空隙比，Fo为填料性能调整因子。
4.填料液体负荷计算填料液体负荷是指单位截面积填料上液体的流量，其计算需要考虑液体流量以及填料的有效液膜厚度。
填料液体负荷的计算公式为：其中，GM为填料液体负荷，QL为液体流量，A为填料截面积，La为单位体积填料的有效液膜厚度。
5.填料压降计算填料压降是指气体通过填料床时所产生的阻力损失，其计算需要考虑气体的流速、粘度以及填料的压降特性。
常用的填料压降计算公式有Ergun方程、Richardson-Zaki关系式等，其中Ergun方程常用于粒径较大的填料，Richardson-Zaki关系式常用于粒径较小的填料。
吸收塔的计算
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。
吸收塔的物料衡算与操作线方程式全塔物料衡算图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 ；Y 1；、Y 2—分别为进出吸收塔气体中溶质物质量的比，kmol （A ）／kmol （B ）；X 1、X 2——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：VY 1＋LX 2＝VY 2＋LX 1或V （Y 1－Y 2）＝L （X 1－X 2） （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X 2。
化工原理第五章吸收塔的计算
（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
2018/10/17
【特点】任一截面上的吸收的 推动力均沿塔高连续变化。
* N A KY (YA YA )
* NA K X ( X A X A)
逆流吸收塔内的吸收推动力
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（2）吸收塔填料层高度微分计算式 微分填料层的传质面积为：
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495
据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13
据
Y1 Y2 L ( ) min G Y1 / m X 2
L 0.099 0.00495 ( ) min 29.6 0.099 G 0 31.13
∴
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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 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
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【有关计算】 （1）吸收液的浓度 据
XXຫໍສະໝຸດ 吸收推动力2018/10/17
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比
吸收或解吸塔的计算
(3) 塔径计算；
(4) 填料层高度或塔板数的计算； (5) 确定塔的高度； (6) 塔的流体力学计算及校核； (7) 塔的附件设计。
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
3.校核计算的主要内容与步骤 (1) 吸收率的计算 (2) 吸收剂用量、组成及操作温度对吸收塔的影响
V, Yb
L, Xb
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
3.操作线方程与操作线
在任一截面与 L( X X a )
Y L L X Ya X a V V
V, Ya
V, Y
L, X V, Yb
操作线方程
L, Xb
例题： 在20℃，1atm下，用清水分离氨-空气的混合气体，混 合气体中氨的分压为1330Pa，经吸收后氨的分压降为 7Pa， 混合气体的处理量为 1020kg/h ，操作条件下平衡关系为 Ye=0.755X 。若适宜的吸收剂用量为最小用量的 2 倍，求所 需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。
V, ya 吸 收 塔 V, yb xb=? xa , L=?
V, Ya
V, Yb
L, Xb
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
2.吸收率的定义：
混合气中溶质A被吸收的量占总量的百分率，称 为溶质的吸收率或回收率，以φ表示，即：
L, Xa
Yb Ya Ya A 1 Yb Yb
V, Ya
Ya Yb (1 A )
已知进料中A的组成为50%（mol%）,要 求气体吸收率为90%，则塔顶尾气中A的组成： A:9% B:7% C: 5% D:3%
由物平可知通过该微元层物质的传递量为：
吸收塔的相关设计计算
烟气脱硫工艺主要设备吸收塔设计和选型（2） 喷淋塔吸收区高度设计（二）对于喷淋塔，液气比范围在8L/m 3-25 L/m 3之间[5]，根据相关文献资料可知液气比选择12.2 L/m 3是最佳的数值。
逆流式吸收塔的烟气速度一般在2.5-5m/s 范围内[5][6]，本设计方案选择烟气速度为3.5m/s 。
湿法脱硫反应是在气体、液体、固体三相中进行的，反应条件比较理想，在脱硫效率为90%以上时（本设计反案尾5%），钠硫比(Na/S)一般略微大于1，本次选择的钠硫比(Na/S)为1.02。
（3）喷淋塔吸收区高度的计算含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷――平均容积吸收率，以ζ表示。
首先给出定义，喷淋塔内总的二氧化硫吸收量除于吸收容积，得到单位时间单位体积内的二氧化硫吸收量ζ＝hC K V Q η0= (3) 其中 C 为标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m 3η为给定的二氧化硫吸收率,％;本设计方案为95％ h 为吸收塔内吸收区高度，mK 0为常数，其数值取决于烟气流速u(m/s)和操作温度(℃) ;K 0=3600u ×273/(273+t) 按照排放标准，要求脱硫效率至少95%。
二氧化硫质量浓度应该低于580mg/m 3（标状态）ζ的单位换算成kg/( m 2.s),可以写成ζ=3600×h y u t /*273273*4.22641η+ (7) 在喷淋塔操作温度10050752C ︒+=下、烟气流速为 u=3.5m/s 、脱硫效率η=0.95 前面已经求得原来烟气二氧化硫SO 2质量浓度为 a (mg/3m )且 a=0.650×103mg/m 3而原来烟气的流量（200C ︒时）为标况20×103(m 3/h) (设为V a )换算成工况25360m3/h 时已经求得 V a =2×103 m 3/h=5.6 m 3/s故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为2SO m =5.6×650mg/m 3=3640mg=3.64gV 2SO = 3.6422.4 L/mol 64/g g mol ⨯=1.3L/s=0.0013 m 3/s 则根据理想气体状态方程，在标准状况下，体积分数和摩尔分数比值相等 故 y 1=0.0013100%0.023%5.6⨯= 又 烟气流速u=3.5m/s, y 1=0.023%,C t ︒==75,95.0η总结已经有的经验，容积吸收率范围在5.5-6.5 Kg/（m 3﹒s ）之间[7]，取ζ=6 kg/（m 3﹒s ）代入（7）式可得6=64273(3600 3.50.000230.95)/22.427375h ⨯⨯⨯⨯⨯+ 故吸收区高度h=6.17/6≈1.03m（4）喷淋塔除雾区高度（h 3）设计（含除雾器的计算和选型）吸收塔均应装备除雾器，在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应该不大于75mg/m 3 [9] 。
吸收塔的计算
NOG
(Y Y ) m Y1 Y2
气体流经一段填料层前后的浓度变化恰等于此段填料层内 以气相浓度差表示的总推动力的的平均值时，那么，这段 填料层的高度就是一个气相总传质单元高度。
吸收过程的传质阻力越大，填料层的有效比面积越小， 每个传质单元所相当的填料层高度越大。 传质单元数反映吸收过程的难度，任务所要求的气体浓 度变化越大，过程的平均推动力越小，则意味着过程难度越
NOG
1 Y1 Y2 ln[( 1 S ) S] * 1 S Y2 Y2
*
mV ——脱吸因数。平衡线斜率和操作线斜率的比值 S L
无因次。S愈大，脱吸愈易进行。
1 L A ——吸收因数 S mV
分析 ：
•横坐标 Y1 Y2
* *
Y2 Y2
值的大小，反映了溶质吸收率的高低。
* * (Y1 Y1 ) (Y2 Y2 ) * Y1 Y1 ln * Y2 Y2
——塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数平均，称为对 数平均推动力。
1 Y1 当 相应的对数平均推动力可用算术平均 2 时， 2 Y2
推动力代替。
写出NOL、NG、NL的表达式。
N OL
X1 X 2 X m
dY KY a dZ * V Y Y KY a Z Y1 dY Y2 0 dZ * V Y Y
K X a dX dZ * L X X
X1 X 2
K X a Z dX 0 dZ * L X X
低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为
L dX X1 V Y1 dY 及Z X 2 * Z Y2 K X a X X KY a Y Y *
在气液进出口浓度一定的情况下，吸收率愈高，Y2愈小， 横坐标的数值愈大，对应于同一S值的NOG愈大。 •S反映吸收推动力的大小 在气液进出口浓度及溶质吸收率已知的条件下，若增大S
化工原理 第三节 吸收(或脱吸)塔的计算上
Y
B B’ Yb
E
A Ya O
Xa
Xb Xb*
Lai Qingke
用摩尔分率表示的操作线方程：
y 1 y
LS GB
1
x
x
1
ya ya
LS GB
1
xa xa
非直线，为双曲线
低浓度气体yb<1 近似处理 直线
y ya yb ya LS x xa xb xa GB
一、总物料衡算
稳态逆流
参数：Ga、Gb；La、Lb；G、 L(kmol/m2·s)；ya、yb(kmol(A)/kmol (A+B))；xa、 xb(kmol(A)/kmol (A+S))；x、y。
Ga,ya La,xa
气 液
y、G x 、L
如何衡算？
G,y L,x
找一固定量
吸收剂和惰性气体的量
或
Y
LS GB
X
Yb
LS GB
X b
逆流吸收塔的 操作线方程式
代表吸收塔的任意截面上气、液相浓度之间的关系。
Department of Chemical Engineering CTGU
Lai Qingke
稳态
LS、Xb、GB、Yb为定值
操作线方程式
在XY坐标中应为直线
一般以塔顶为基准
操作线方程
Department of Chemical Engineering CTGU
Lai Qingke
二、吸收塔操作线方程与操作线
对于塔顶 GB (Y Ya ) LS ( X Xa )
化工原理 第三节 吸收(或脱吸)塔的计算上
解：进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为
GB
G 22.4
t
273 p (1 273 101.3
yb )
1000 22.4
273 273 27
105 (1 0.02) 101.3
41.27kmol
/
h
进塔气体中芳烃的摩尔比
Yb
yb 1 yb
0.02 0.0204 1 0.02
？！
出塔气体中芳烃的摩尔比 Ya Yb (1) 0.0204(1 0.95) 0.00102
Gb,yb Lb,xb
GB、LS ；比摩尔分率。
逆流吸收塔的物料衡算
对于A组分有： GBYb LS X a GBYa LS X b
GB (Yb Ya ) LS ( Xb X a )
Department of Chemical Engineering CTGU
Lai Qingke
式中各量的计算：
Lai Qingke
积分
ho
又 N A K y y y *
K yay y *dh Gdy
h 1, y ya; h ho , y yb
ho
yb G dy
dh
低浓度气体
0
ya K ya y y *
G yb dy
ho K ya ya y y *
气相传质方程
G yb dy
ho k ya ya y yi
yb ya
Δyb P Δx
Δy
R B’
A Δxa Δya Q
于是，ho计算式的积分项
A’
O
x
yb dy
ya y y*
yb ya
yb d y
yb ya ya y
吸收塔计算
可用算术平均值 代替对数平均值
第八章 气体吸收
8.1 吸收过程概述 8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系 8.4 低组成气体吸收的计算 8.5 吸收系数
吸收系数的获取途径
吸收系数是吸收过程计算的关键。吸收系数不 仅与物性、设备类型、填料形状和规格等有关,而且 还与塔内流体流动状况、操作条件密切相关。
G
Y1 dY Y2 YY*
代入得
NOGYY21Ymq qn n,,V LdY YY2
X2
一、传质单元数法
令 S mqn,V qn,L
脱吸 因数
脱吸因数为平衡线斜率 与操作线斜率的比值 。
则 N OG Y Y 2 11SY d(SY 2Y Y 2 *)
一、传质单元数法
积分并化简,可得
N OG 1 1Sln 1SY Y 1 2 Y Y 2 2 * *S
3 球形填料与花环填料
球形填料
❖ 多面球填料 ❖ TRI球形填料
微元填料层的物料衡算
一、传质单元数法
在微元填料层内对组分A作物料衡算：
dn,q G A qn,Vd Y qn,L dX
d n ,G A q N A d N A A a d Z
填料有效比表面积 m2/m3
吸收塔截面积 m2
填料有效比
表面积a
<
填料润湿比
表面积aW
<
填料总比
表面积 at
一、传质单元数法
～ q n , L
q n,L q n ,V
～ 动力
消耗
操作 费用
～ ～ 推动 力
填料层 高度
设备 费用
根据生产实践经验,一般取
4-2 填料吸收塔的计算
根据题意：( L/V ) = 1.2 ( L/V )min = 1.2×3.76 = 4.51
Vmol 273 1000 0.91 36 .6 ( km ol ) 0.01 ( km ol ) h s 273 30 22 .4 P V 0.91 36.6 ( km ol ) 0.01 ( km ol ) h s R T
1．操作中溶液不能全部润湿填料的所有表面； 2．即使润湿了，也有因液体停滞不动等原因而不能有效
地传质 。 所以，a 总是小于填料的比表面积 at，a 与填料性质及 设备有关，又受流体物性和流动状态有关，难以测定。
实际测定时，将KY（或KX）与 a 结合在一起处理，称 气（液）相体积传质总系数，k· mol/m3· s
X 1 X 2 X m X 1 ln X 2
为液相平均推动力。
X 1 2 若 X 2
Y1 2 或 Y2
则用算术平均值代替，即
Y1 Y2 Ym 2
（2）吸收因数法 前提 —— 同对数平均推动力法。
V Y* = mX + b, 和 X (Y Y2 ) X 2 L
L, X2
2. 操作线方程对虚线框内作物料衡算
V (Y1 Y ) L( X 1 X )
V, Y1
L, X1
逆流 吸收操作示意图
L L Y X (Y1 X 1 ) V V
同理
L L Y X (Y2 X 2 ) V V
在YX 相图上，操作线为过点（X1，Y1），(X2，Y2 )、 斜率为L / V 的直线 。
5.4吸收塔计算
代入 N OG
N OG
Y1 Y2
dY
Y Y * Y1 Y Y d Y 1 2 Y2 Y Y 1 2 Y
N OG
20
Y1 ln Y2 Y1 Y2 Y1 Y2
N OG
Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 ln Y2
解吸过程：A从吸收液中分离出的操作 吸收的逆过程
目的：获得所需较纯的溶质
溶剂再生循环使用
26
解吸方法：
（1）气提解吸： pA pA*或 Y Y *
* p y 一定 , p p p （2）减压解吸： A A A
（3）加热解吸：t x不变 p * p p * A A A
（1）对数平均推动力法
N OL X1 X 2 X m
X m X 1 X 2 X 1 ln X 2
* X 1 X 1 X 1
* X 2 X 2 X 2
31
（2）解吸因数法
N OL
* L X1 X 2 L ln 1 * L mG X X mG 2 2 1 mG
内某截面吸收推动力为零，达到指定分离程度所 需塔高无穷大时的液气比。 • 计算 （1）平衡曲线一般情况（直线、凹线） L Y1 Y2 * L Y Y Y mX 2 1 G * Y1 G X X X2 min 1 2 min m
1）对数平均推动力法 相平衡线为直线
Y * mX b
操作线为直线 Y 底：Y1=Y1-Y1* 顶：Y2=Y2-Y2 中：Y=Y-Y*
19
L G
Y1 Y2
吸收塔计算
尾气吸收塔的设计5.3.1.尾气吸收塔的工艺参数尾气吸收塔T0201操作条件工艺参数如表5-9所示：表5-9 尾气吸收塔T0201操作条件工艺参数一览表5.3.2. 塔类型的选择填料塔不仅结构简单、阻力小，且便于用耐腐材料制造等。
最近几年来，由于性能优良的新型填料不断被开发和填料塔本身的优势，使填料塔被普遍应用到大型气液操作中。
通过初步比较了板式塔与填料塔的特点，并结合体系的特点，另外考虑设备的制造、投资和维修，应选用填料塔。
5.3.3. 填料的初步选择与规整填料相较，散装填料的本钱较低，但是单位体积内的规整填料虽比散装填料贵得多，可是每一个理论板的规整填料的压降要低得多，而且具有较低的等板高度（HETP）、较高的效率和处置能力，其中以孔板波纹填料为代表的规整填料优势更为突出[37]。
本设计选用M250Y（孔板波纹填料），该填料的特性数据如表5-10所示：表5-10 M250Y （孔板波纹填料）的特性数据表型号 材质 比表面积m 2/m 3倾斜角/°孔隙率m 3/m 3填料因子m -1综合指数M250Y金属250455.3.4. 水力学数据依照的模拟结果，取乙二醇分壁塔T0801主塔和预分离塔各塔板的平均数据作为特点水力学数据进行设计，数据如下：（1）主塔水力学数据液相体积流量 30.0098/L m s =气相体积流量 310.863/V m s = 液相密度 3892.261/L kg m ρ= 气相密度 31.307/V kg m ρ= 液相平均表面张力 29.476/dyne cm σ= 液相粘度 0.578cP μ=（2）副塔水力学数据液相体积流量 30.00706/L m s =气相体积流量 31.444/V m s = 液相密度 3961.855/L kg m ρ= 气相密度 31.192/V kg m ρ= 液相平均表面张力 31.417/dyne cm σ= 液相粘度 1.072cP μ=5.3.5. 塔径的计算以主塔的塔径计算为例，填料的泛点气速可由贝恩-霍根关联式计算即1/81/420.23lg t v v F L L L a u L A K gV ρρμερρ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦223333/; /; /; /; /; /; 250F t v L L u m s g m s a m m m m kg m V L kg h cP A M Y ερρμ--------式中：泛点气速，重力加速度，填料总比表面积，填料层空隙率，、气相、液相密度，、气相、液相的质量流量，液体粘度，型为0.291 250 1.75K M Y -；型为；代入相关数据取得：1/41/820.23250 1.3070.0098 1.307lg 0.5780.291 1.759.810.93892.26110.863892.261F u ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=- ⎪⎪ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎣⎦计算得： 6.850/F u m s =关于规整填料，其泛点率的体会值为u/u F ，在那个地址取u/u Fi i 1.835, 1.9D m D m====圆整后同理得，T2预分离塔的塔径圆整值D i 。
吸收塔的工艺计算概要
摘要利用不同气体在液体中的溶解度的不同，对混合气体进行吸收纯化，叫做吸收。
填料塔的洗涤吸收以及净化不单应用于化学领域中，在低浓度的净化方面，也能够发挥不小的作用。
此次设计任务是在25r下入塔混合气体，用20r的清水在常压下，利用空气和氨气在水中的溶解度的不同，通过填料塔吸收氨气的单元操作设计，达到塔顶氨气的回收率为98.5%。
根据吸收的相关资料与文献，查得物性数据。
在吸收过程中，采用简单的一步吸收流程，并且对吸收后的水进行再生处理，为了提高吸收效率，吸收流程采用逆流吸收流程，此次吸收塔填料选择的是塑料阶梯环填料，塑料阶梯环填料具有良好的传质性能。
在吸收过程中，选用排管是液体分布器以及盘式液体再分布器；选用栅板作为填料支承装置；丝网压板作为填料压紧装置。
设计过程主要有：填料塔的工艺计算、结构设计以及附属设备及其选型等。
关键词：填料氨吸收塔工艺计算结构设计机械设计ABSTRACTUsing different solubility of different gases in a liquid, the absorption of the mixed gas purification called absorption.Washing packed tower absorption and purification is not only in the chemical field, at low concentrations of purification, but also can play no small role.The design task is to enter the tower at 25 °C mixed gas with water 20 C un der atmospheric pressure, with differe nt solubility in water, air and ammonia, ammonia absorption through the packed column unit operation design, reaching overhead ammonia recovery was 98.5%. Accord ing to in formatio n in the literature absorbed Richard physical data.In the absorption process, using a simple step absorption process, and the water absorpti on of the rege nerati on treatme nt, i n order to in crease the absorpti on efficie ncy and absorpti on processes coun tercurre nt absorpti on process, the choice is plastic absorber packing Ladder ring packing, plastic cascadering filler has good mass transfer performanee. In the absorption process, the selection of a liquid discharge tube pan liquid distributor and redistributor; use as a filler in the grid plate supporting means; a screen latch plate as a filler.The design process are: process calculation packed column, and an cillary equipme nt desig n and selecti on and so on.Keywords: packing ammonia absorption tower design mechanical desig n process calculati on目录绪论 (1)第一节塔设备的发展 (1)第二节吸收技术的概况及其设备 (2)第一章设计条件及设计内容 (4)第一节设计题目 (4)第二节设计方案 (4)第三节吸收操作参数的选择 (5)第四节填料的选择 (5)第二章吸收塔的工艺计算 (8)第一节基础的物性数据 (8)第二节物料衡算 (8)第三节塔径的计算 (10)第四节填料层高度的计算 (13)第五节填料层压降的计算 (16)第三章塔附属设备工艺计算 (18)第一节塔附属高度的计算 (18)第二节填料塔的结构设计 (18)第三节辅助装置及附件 (21)第四章吸收塔的机械计算 (23)第二节材料的选择 .........................23 第一节主要的工艺参数 (23)第三节塔的强度和稳定性校核 (23)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (35)绪论第一节塔设备的发展塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。
6.3吸收(或解析)塔的计算
yb
N OG
ya
dy y y
无因次
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
G H OG＝ K ya
kmol 2 m s m 单位： kmol 3 m s
HOG与操作条件G、L、物系的性质、填料几何特性有关，反映吸收设 备性能的高低。其值由实验确定，一般为0.15—1.5米。
xa xb
并流操作的操作线
L,xb
并流操作的塔
3.吸收剂用量的确定与最小液气比
Yb
B
Yb
Ya
A
Ya
X b max Xb Xa LS Y X X a Ya GB
Xa
X bX b max
最小液气比
Yb Ya Yb Ya LS G X X Xb Xa B min b max a
(1) 操作型问题的命题 第一类：已知塔高h0、L、G、xa、yb，相平衡关系,Kya、Kxa，求：
气液的出口浓度ya、xb。
第二类：已知h0、G、ya、yb，相平衡关系，Kya、Kxa，求：吸收 剂用量L及其出口浓度xb。
(2) 计算方法：仍利用物料衡算式、相平衡关系、吸收过程的基本方
程，但往往这些方程是非线性的，有时需试差。
GBY－ 气 相 中A 的 量 L S X－ 液 相 中A 的 量
Lb,xb
2、操作线方程
由前式知，如用y、x浓度表示，操作线方程为：
对塔顶到任一截面作物料衡算：
G y La xa Ga ya Lx
y G y La xa L x a a G G
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第3章 吸收塔的工艺计算3.1基础物性数据 3.1.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。
由手册查得，20℃时水的有关物性数据如下：密度为3998.2/L km m ρ=粘度为 001.0=L μs Pa ⋅=3.6 kg/(m ·h)表面张力为 272.6/940896/L dyn cm kg h ==σ查手册得20C o 时氨在水中的扩散系数为 921.76110/D m s -=⨯o 3.1.2气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为0.05170.952928.40/Vm i i M y M kg kmol =∑=⨯+⨯=混合气体的平均密度为3Vm PM 101.32528.4= 1.161 kg/m 8.314298Vm RT ρ⨯==⨯25C o 时混合气体流量：)/(2.229215.27315.29821003h m =⨯混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得25C o 时空气的黏度为:518.1100.065/()v pa s kg m h -=⨯⋅=⋅μ 由手册查得,25C o 时氨在空气中的扩散系数为:220.236/0.08496/v D cm s m h ==3.1.3气相平衡数据有手册查得氨气的溶解度系数为30.725/()H kmol kPa m =⋅计算得亨利系数998.276.410.72518.02LSE kPa HM ρ===⨯相平衡常数为76.410.7543101.3E m P ===3.2物料衡算进塔气相摩尔比为：05263.005.0105.01=-=Y出塔气相摩尔比为：003158.0)94.01(05263.0)1(12=-⨯=-=A Y Y ϕ 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：02=X (清水) 惰性气体流量：)/(06.89)05.01(4.222100h kmol V =-⨯= 最小液气比：7090.007543.0/05263.0003158.005263.0/)(21212121min =--=--=--=X m Y Y Y X X Y Y V L 取实际液气比为最小液气比的2倍，则可得吸收剂用量为：)/(287.12606.894180.14180.17090.02)(2min h kmol L VLV L =⨯==⨯== 03876.06584.113)003158.005263.0(06.89)(211=-⨯=-=L Y Y V X V ——单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s; L ——单位时间内通过吸收塔的溶解剂，kmol/s;Y 1、Y 2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，kmol/kmol; X 1、X 2——分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，kmol/kmol;3.3填料塔的工艺尺寸的计算 3.3.1塔径的计算填料塔直径的计算采用式子4sV D uπ=计算 计算塔径关键是确定空塔气速 ,采用泛点气速法确定空塔气速. 泛点气速是填料塔操作气速的上限,填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速才能稳定操作.泛点气速(/)f u m s 的计算可以采用EcKert 通用关联图查图计算,但结果不准确,且不能用于计算机连续计算,因此可采用贝恩-霍根公式计算:气体质量流量：h /kg 2.2661161.12.2292=⨯=V W液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：h kg W L /69.227502.18287.126=⨯=120.20.2583lg[()()]()()t v v F L L L v Lu W A K g W αρρμερρ=- 式中 29.81/g m s = 23114.2/t m m α=30.9271.161/v kg mερ==3998.2/L kg m ρ=0.2041.751.0042275.69/2661.2/L L v A K mpa s W kg hW kg hμ===⋅==代入以上数据解得泛点气速 4.219/F u m s = 取 0.8 3.352/F u u m s ==则塔径 42292.20.4923600 3.14 3.352D m ⨯==⨯⨯圆整后取 0.5500D m mm == 3.3.2泛点率校核22292.2/36003.244/0.7850.5u m s ==⨯3.244100%76.89%4.219F u f u ==⨯= f 在50%-85%之间,所以符合要求.3.3.3填料规格校核 有50010850D d ==> 即符合要求. 3.3.4液体喷淋密度校核对于直径不超过75mm 的散装填料塔,取最小润湿速率为：()()h m m L w ⋅=/08.03min本设计中填料塔的喷淋密度为:32222275.6911.62/()0.785998.20.7850.5h L U m m h D ===⋅⨯⨯ 最小喷淋密度: 32min min ()0.08114.29.136/()w t U L m m h α=⋅=⨯=⋅min U U >说明填料能获得良好的润湿效果.经以上校核可知，填料塔直径选用D=500mm 能较好地满足设计要求。
3.4填料塔填料高度计算 3.4.1传质单元高度计算传质过程的影响因素十分复杂,对于不同的物系、不同的填料及不同的流动状况与操作条件, 传质单元高度迄今为止尚无通用的计算方法和计算公式.目前,在进行设计时多选用一些准数关联式或经验公式进行计算,其中应用较普遍的是修正的恩田(Onde )公式:⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=-2.0205.0221.075.045.1exp 1t L L L L t L L t L L C t w U g U U ασρραμασσαα 查]1[13-5 得233/427680/C dyn cm kg h σ==液体质量通量为()222275.6911585.8726/0.7850.5L U kg m h ==⋅⨯ 0.050.750.12280.2242768011595.872611595.8726114.21.45940896114.2 3.6998.2 1.27101exp 0.348211595.8726998.2940896114.2w tαα-⎧⎫⎛⎫⨯⎛⎫⎛⎫-⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎝⎭=-=⎨⎬⎛⎫⎪⎪ ⎪⎪⎪⨯⨯⎝⎭⎩⎭230.348239.76/w t m m αα==气膜吸收系数有下式计算：气体质量通量为：222292.2 1.16113560.48/()0.7850.5V kg m h U ⨯==⋅⨯()10.7310.7321113560.480.065114.20.084960.237114.20.065 1.1610.084968.3142930.1577V V t V G t V V V U D k c D RT kmol m h KPa μααμρ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⨯⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=⋅⋅⋅液膜吸收系数由下式计算：()210.533120.583390.009511595.8726 3.6 3.6 1.27100.009539.76 3.6998.2 1.761103600998.20.5614/L L L L w L L L L U g k a D m h μμμρρ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=由1.1ψ=w G G k k αα ，查[1] 14-5 得45.1=ψ则 1.1 1.130.157739.76 1.459.4359/()G G w k k kmol m h kPa αα=ψ=⨯⨯=⋅⋅0.40.40.561439.76 1.4525.8980/L L w k k h αα=ψ=⨯⨯=因为76.89%50%Fuu =>,所以必须对G k α和L k α进行校正,校正计算如下: 由 1.419.5(0.5)G G F u k k u αα⎡⎤'=+-⎢⎥⎣⎦, 2.21 2.6(0.5)L L F uk k u αα⎡⎤'=+-⎢⎥⎣⎦得1.4319.5(0.76890.5)9.435923.6898/()G k kmol m h kPa α'⎡⎤=+-⨯=⋅⋅⎣⎦ 2.21 2.6(0.76890.5)25.898029.6420/L k h α'⎡⎤=+-⨯=⎣⎦则气相总传质系数为:31111.2683/()111123.68980.72529.6420G G L k kmol m h kpa k Hk ααα===⋅⋅++''⨯由289.060.397611.2683101.30.7850.5OG G V H m K α===PΩ⨯⨯⨯3.4.2传质单元数的计算*110.75430.038760.02924Y mX ==⨯= *220Y mX ==解吸因数为0.754389.060.5319126.287mV S L ⨯===气相总传质单元数为：*12*22110.052630ln (1)ln (10.5319)0.5319 4.3143110.53190.0035180OGY Y N S S S Y Y ⎡⎤--⎡⎤=-+=-+=⎢⎥⎢⎥----⎣⎦⎣⎦3.4.3填料层高度的计算由0.3976 4.3143 1.7154OG OG Z H N m =⨯=⨯=得1.4 1.71542.4016Z m '=⨯= 设计取填料层高度为3Z m '=查 16-5[1] 对于阶梯环填料， h/D=8～15, m h 6max ≤取8hD=,则 85004000h mm mm =⨯= 计算得填料塔高度为3000mm ，故不需分段。
3.5填料塔附属高度计算塔上部空间高度可取1.5m, 塔底液相停留时间按5min 考虑, 则塔釜所占空间高度为()125602275.690.96810.50.7853600998.2h m ⨯⨯==⨯⨯⨯考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取1.5m,所以塔的附属高度可以取3m. 所以塔高为 336A H m =+=3.6液体分布器计算和再分布器的选择和计算 3.6.1液体分布器液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。
工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。
性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点： ⑴液体分布均匀 评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。