关于填料吸收塔的计算
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L = 46.61 × 93.25 = 4346.38kmol / h
V (Y1 − Y2 ) = L( X 1 − X 2 )
93.25(0.0526 − 0.00263) X1 = = 0.0011 4346.38
1. 填料塔塔径的计算
填料塔的直径D与操作空塔气速u及气体体积流量Vs 填料塔的直径D与操作空塔气速u及气体体积流量Vs 之间存在以下关系： 之间存在以下关系：
N OG
Y1 − Y2 = ∆Ym
△Y1=Y1-Y1*，为塔底气相传质推动力， ，为塔底气相传质推动力， Y1*为与 1相平衡的气相摩尔比， 为与X 为与 相平衡的气相摩尔比， Y1*= mX1 △Y2=Y2-Y2*，为塔顶气相传质推动力， ，为塔顶气相传质推动力， Y2*为与 2相平衡的气相摩尔比， 为与X 为与 相平衡的气相摩尔比， Y2*= mX2
查图5 21得 查图5-21得： 查表5 11得 查表5-11得： 取
µF φFϕ ρV 0.2 µL = 0.023 g ρL
2
φF = 170m −1
u = 0.7uF = 0.7 × 1.027 = 0.719m / s
1.2 塔径的计算及校核
塔径的计算： 塔径的计算：
D=
4Vs
4 × 2400 / 3600 = = 1.087m πµ 3.14 × 0.719
2. 填料层高度的计算
采用传质单元数法计算，其基本公式为： 采用传质单元数法计算，其基本公式为：
Z = H OG N OG H OG − 气相总传质单元高度, m 气相总传质单元高度, N OG − 气相总传质单元数, 无因次
2.1 气相总传质单元数的计算
计算气相总传质单元数有三种方法： 计算气相总传质单元数有三种方法： ⑴ 对数平均推动力法 此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为： 此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为：
∆Y1 − ∆Y2 ∆Ym = ∆Y1 ln ∆Y2
（2） 脱吸因素法 此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为： 此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为：
N OG 1 Y1 − Y1 * = ln (1 − S ) + S S −1 Y2 − Y2 *
式中
S=
mV L
4Vs D= πu
式中：D ——塔径，m; 塔径， 式中： ——塔径 Vs——气体体积流量，m3/s; Vs——气体体积流量 气体体积流量， u ——操作空塔气速，m/s ——操作空塔气速 操作空塔气速，
（1）散堆填料泛点气速的计算
常用埃克特（Eckert）泛点气速关联图(P78)进行计算 进行计算， 常用埃克特（Eckert）泛点气速关联图(P78)进行计算，该关 联图是以X为横坐标， 为纵坐标进行关联的。其中： 联图是以X为横坐标，以Y为纵坐标进行关联的。其中：
单位：mm 单位： 举例 圆整间隔
塔径的圆整： 塔径的圆整：
塔径（ 塔径（D） ≤700 700≤D≤1000 D≥1000
50或 50或100 如：600、650、700 600、650、 100 200 如：700、800、900 700、800、 如：1000、1200、1400 1000、1200、
⑸ 对于纯吸收过程，进塔液相组成为: 对于纯吸收过程，进塔液相组成为:
0.0526 − 0.00263 L ( ) min = = 33.29 0.00526 / 35.04 − 0 V
⑹ 取操作液气比为： 取操作液气比为：
L L = 1.4( ) min V V L = 1.4 × 33.29 = 46.61 V
WL ρV 0.05 式 X = ( )( ) 中：WV − 气体的质量流速，kg / h; WV ρ L ρ − 液体的密度，kg / m 3 ;
L
WL − 液体的质量流速, kg / h;
µ f φϕρV 0.02 Y= µ gρ L
2
ρ V − 气体的密度，kg / m 3 ; φ − 实验填料因子，m −1; ϕ − 水的密度与液体密度的之比; µ f − 泛点气速, m / s; µ − 液体的粘度( mPa ⋅ s ).
（3）液体喷淋密度校核
填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、 喷淋量，其计算式为： 喷淋量，其计算式为：
Lh U= 2 0.785D
式中： 液体喷淋密度， 式中：U——液体喷淋密度，m3/(m2·h); 液体喷淋密度 Lh——液体喷淋量，m3/h; 液体喷淋量， 液体喷淋量 D——填料塔直径，m 填料塔直径， 填料塔直径
H OG V V = = KY aΩ KG aPΩ
Fra Baidu bibliotek
1 其中 : KG a = 1 / kG a + 1 / Hk L a 式中 : H − 溶解度系数, kmol /( m ⋅ kPa );
3
Ω − 塔截面积, m
2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取 普遍采用修正的恩田（ ）
UV 0.7 µV 1 / 3 atDV kG = 0.237( ) ( ) ( ) at µV RT ρV DV U L 2 / 3 µ L −1 / 2 µ L g 1 / 3 kL = 0.095( ) ( ) ( ) aW k L ρ L DL ρL kG a = kG aWψ 1.1 k L a = k L aWψ 0.4 a σ U U a U 其中 : W = 1 − exp{−1.45( c )0.75 ( L )0.1 ( L t ) −0.05 ( L )0.2 } at σL at µ L ρ Lσ Lat ρ Lσ L at
为脱吸因数。 为脱吸因数。
为方便计算， 为参数， 为方便计算，以S为参数， 为参数 为横坐标，为纵坐标， 为横坐标，为纵坐标，在 半对数坐标上标绘上式的 函数关系， 函数关系，得到右图所示 的曲线。 的曲线。此图可方便地查 出值。 出值。
（3）图解法 此方法适用于平衡线为曲线时的情况。 此方法适用于平衡线为曲线时的情况。
本例中： 本例中：
气相质量流量为： 气相质量流量为：
wV = 2400 × 1.257 = 3016.8kg / h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，
Eckert通用关联图的横坐标为： Eckert通用关联图的横坐标为： 通用关联图的横坐标为
WL ρV 0.5 78321.77 1.257 0.5 ( ) = ( ) = 0.921 WV ρ L 3016.8 998.2
⑶ 溶解度系数为： 溶解度系数为：
988.2 H= = = 0.0156kmol /( kPa ⋅ m 3 ) EM s 3.55 × 103 × 18.02
ρL
3.最小液气比 3.最小液气比
L Y1 − Y2 由图解得 ( ) min = * V X1 − X 2
若 则
Y * = mX
L Y1 − Y2 ( ) min = Y1 V − X2 m
DV = 0.108cm 2 / s = 0.039m 2 / h
3. 气液相平衡数据
⑴ 由手册查得：常压下20℃时SO2在水中的亨利系数： 由手册查得：常压下20℃ 在水中的亨利系数：
E = 3.55 × 103 kPa
⑵ 相平衡常数为： 相平衡常数为：
E 3.55 × 103 m= = = 35.04 P 101.3
圆整后D=1200mm 圆整后
（1）泛点率校核
2400 / 3600 µ= = 0.59m / s 2 0.785 × 1.2
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 f 8 d 38
填料种类 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍 D/d的推荐值 D/d的推荐值 ≥20~30 ≥15 ≥10~15 ＞8 ＞8
⑶ 表面张力： σ L = 72.6dyn / cm = 940896kg / h 2 表面张力： ⑷ SO2在水中的扩散系数： 在水中的扩散系数：
DL = 1.47 × 10−5 cm 2 / s = 5.29 × 10−6 m 2 / h
2. 气相物性数据
⑴ 混合气体的平均摩尔质量： 混合气体的平均摩尔质量：
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 对于低浓度吸收过程， 纯水的物性数据。由手册查得，20℃ 纯水的物性数据。由手册查得，20℃时水的有关 物性数据如下： 物性数据如下： ⑴ 密度： 密度： ⑵ 粘度： 粘度：
ρ L = 998.2kg / m
3
µL = 0.01Pa ⋅ s = 3.6kg /(m ⋅ h )
N OG 1 Y1 − Y2 * = ln (1 − S ) + S 1− S Y2 −Y 2*
1 0.0526 − 0 = ln (1 − 0.752) + 0.0752 = 7.026 1 − 0.752 0.00263 − 0
2.1 气相总传质单元高度的计算
M Vm = ∑ yi M i = 0.05 × 64.06 + 0.95 × 29 = 30.75
⑵ 混合气体的平均密度： 混合气体的平均密度：
ρVm
PM Vm 101.3 × 30.75 = = = 1.257kg / m 3 RT 8.314 × 298
⑶ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃空气 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃ 的粘度为： µ = 1.81 × 10−5 Pa ⋅ s = 0.065kg /( m ⋅ h ) 的粘度为： v ⑷ 查手册得SO2在空气中的扩散系数为： 查手册得SO2在空气中的扩散系数为 在空气中的扩散系数为：
2400 273 × (1 − 0.05) = 93.25kmol / h 22.4 273 + 25
进塔惰性气相流量： ⑶ 进塔惰性气相流量： V =
⑷ 该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按 该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，
下式计算，即： 下式计算，
L Y1 − Y2 ( ) min = V Y1 / m − X 2 X2 = 0
为使填料能获得良好的润湿， 为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于 某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度， 某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以Umin表示
U min = ( LW ) min at
式中： 最小喷淋密度， 式中：Umin——最小喷淋密度，m3/(m2·h); 最小喷淋密度 (LW)min——最小润湿密度，m3/h; 最小润湿密度， 最小润湿密度 at——填料的总比面积，m2/m3 填料的总比面积， 填料的总比面积
散装填料最小喷淋密度计算公式
最小润湿速率是指在塔的截面上， 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料 周边的最小液体体积流量。其值可由经验公式计算， 周边的最小液体体积流量。其值可由经验公式计算， 也可采用一些经验值。对于直径不超过75mm的散装 也可采用一些经验值。对于直径不超过75mm的散装 填料，可取最小润湿速率(LW)min为0.08m3/(m·h);对 /(m·h);对 填料，可取最小润湿速率(L 于直径大于75mm的散装填料， 于直径大于75mm的散装填料，可取 (LW)min为 的散装填料 0.12m3/(m·h)。 /(m·h)。 对于规整填料， 对于规整填料，其最小喷淋密度可从有关填料手册 中查得，设计中，通常取Umin=0.2 中查得，设计中，通常取U
此例采用“脱吸因素法” 此例采用“脱吸因素法”求解
Y1* = mX 1 = 35.04 × 0.0011 = 0.0385
Y2 * = mX 2 = = 0 Y * = mX 0
2 2
脱吸因素为： 脱吸因素为：
mV 35.04 × 93.25 S= = = 0.752 L 4346.38
气相总传质单元数为： 气相总传质单元数为：
L Y −Y ( ) min = 1 2 V X '1 − X 2
或 所以
操作液气比
L L = (1.1 ~ 2.0)( ) min V V
⑴ 进塔气相摩尔比： 进塔气相摩尔比： ⑵ 出塔气相摩尔比： 出塔气相摩尔比：
y1 0.05 Y1 = = = 0.0526 1 − y1 1 − 0.05
Y1 = Y1 (1 − ϕ ) = 0.0526(1 − 0.095) = 0.00263
V (Y1 − Y2 ) = L( X 1 − X 2 )
93.25(0.0526 − 0.00263) X1 = = 0.0011 4346.38
1. 填料塔塔径的计算
填料塔的直径D与操作空塔气速u及气体体积流量Vs 填料塔的直径D与操作空塔气速u及气体体积流量Vs 之间存在以下关系： 之间存在以下关系：
N OG
Y1 − Y2 = ∆Ym
△Y1=Y1-Y1*，为塔底气相传质推动力， ，为塔底气相传质推动力， Y1*为与 1相平衡的气相摩尔比， 为与X 为与 相平衡的气相摩尔比， Y1*= mX1 △Y2=Y2-Y2*，为塔顶气相传质推动力， ，为塔顶气相传质推动力， Y2*为与 2相平衡的气相摩尔比， 为与X 为与 相平衡的气相摩尔比， Y2*= mX2
查图5 21得 查图5-21得： 查表5 11得 查表5-11得： 取
µF φFϕ ρV 0.2 µL = 0.023 g ρL
2
φF = 170m −1
u = 0.7uF = 0.7 × 1.027 = 0.719m / s
1.2 塔径的计算及校核
塔径的计算： 塔径的计算：
D=
4Vs
4 × 2400 / 3600 = = 1.087m πµ 3.14 × 0.719
2. 填料层高度的计算
采用传质单元数法计算，其基本公式为： 采用传质单元数法计算，其基本公式为：
Z = H OG N OG H OG − 气相总传质单元高度, m 气相总传质单元高度, N OG − 气相总传质单元数, 无因次
2.1 气相总传质单元数的计算
计算气相总传质单元数有三种方法： 计算气相总传质单元数有三种方法： ⑴ 对数平均推动力法 此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为： 此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为：
∆Y1 − ∆Y2 ∆Ym = ∆Y1 ln ∆Y2
（2） 脱吸因素法 此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为： 此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为：
N OG 1 Y1 − Y1 * = ln (1 − S ) + S S −1 Y2 − Y2 *
式中
S=
mV L
4Vs D= πu
式中：D ——塔径，m; 塔径， 式中： ——塔径 Vs——气体体积流量，m3/s; Vs——气体体积流量 气体体积流量， u ——操作空塔气速，m/s ——操作空塔气速 操作空塔气速，
（1）散堆填料泛点气速的计算
常用埃克特（Eckert）泛点气速关联图(P78)进行计算 进行计算， 常用埃克特（Eckert）泛点气速关联图(P78)进行计算，该关 联图是以X为横坐标， 为纵坐标进行关联的。其中： 联图是以X为横坐标，以Y为纵坐标进行关联的。其中：
单位：mm 单位： 举例 圆整间隔
塔径的圆整： 塔径的圆整：
塔径（ 塔径（D） ≤700 700≤D≤1000 D≥1000
50或 50或100 如：600、650、700 600、650、 100 200 如：700、800、900 700、800、 如：1000、1200、1400 1000、1200、
⑸ 对于纯吸收过程，进塔液相组成为: 对于纯吸收过程，进塔液相组成为:
0.0526 − 0.00263 L ( ) min = = 33.29 0.00526 / 35.04 − 0 V
⑹ 取操作液气比为： 取操作液气比为：
L L = 1.4( ) min V V L = 1.4 × 33.29 = 46.61 V
WL ρV 0.05 式 X = ( )( ) 中：WV − 气体的质量流速，kg / h; WV ρ L ρ − 液体的密度，kg / m 3 ;
L
WL − 液体的质量流速, kg / h;
µ f φϕρV 0.02 Y= µ gρ L
2
ρ V − 气体的密度，kg / m 3 ; φ − 实验填料因子，m −1; ϕ − 水的密度与液体密度的之比; µ f − 泛点气速, m / s; µ − 液体的粘度( mPa ⋅ s ).
（3）液体喷淋密度校核
填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、 喷淋量，其计算式为： 喷淋量，其计算式为：
Lh U= 2 0.785D
式中： 液体喷淋密度， 式中：U——液体喷淋密度，m3/(m2·h); 液体喷淋密度 Lh——液体喷淋量，m3/h; 液体喷淋量， 液体喷淋量 D——填料塔直径，m 填料塔直径， 填料塔直径
H OG V V = = KY aΩ KG aPΩ
Fra Baidu bibliotek
1 其中 : KG a = 1 / kG a + 1 / Hk L a 式中 : H − 溶解度系数, kmol /( m ⋅ kPa );
3
Ω − 塔截面积, m
2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取 普遍采用修正的恩田（ ）
UV 0.7 µV 1 / 3 atDV kG = 0.237( ) ( ) ( ) at µV RT ρV DV U L 2 / 3 µ L −1 / 2 µ L g 1 / 3 kL = 0.095( ) ( ) ( ) aW k L ρ L DL ρL kG a = kG aWψ 1.1 k L a = k L aWψ 0.4 a σ U U a U 其中 : W = 1 − exp{−1.45( c )0.75 ( L )0.1 ( L t ) −0.05 ( L )0.2 } at σL at µ L ρ Lσ Lat ρ Lσ L at
为脱吸因数。 为脱吸因数。
为方便计算， 为参数， 为方便计算，以S为参数， 为参数 为横坐标，为纵坐标， 为横坐标，为纵坐标，在 半对数坐标上标绘上式的 函数关系， 函数关系，得到右图所示 的曲线。 的曲线。此图可方便地查 出值。 出值。
（3）图解法 此方法适用于平衡线为曲线时的情况。 此方法适用于平衡线为曲线时的情况。
本例中： 本例中：
气相质量流量为： 气相质量流量为：
wV = 2400 × 1.257 = 3016.8kg / h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，
Eckert通用关联图的横坐标为： Eckert通用关联图的横坐标为： 通用关联图的横坐标为
WL ρV 0.5 78321.77 1.257 0.5 ( ) = ( ) = 0.921 WV ρ L 3016.8 998.2
⑶ 溶解度系数为： 溶解度系数为：
988.2 H= = = 0.0156kmol /( kPa ⋅ m 3 ) EM s 3.55 × 103 × 18.02
ρL
3.最小液气比 3.最小液气比
L Y1 − Y2 由图解得 ( ) min = * V X1 − X 2
若 则
Y * = mX
L Y1 − Y2 ( ) min = Y1 V − X2 m
DV = 0.108cm 2 / s = 0.039m 2 / h
3. 气液相平衡数据
⑴ 由手册查得：常压下20℃时SO2在水中的亨利系数： 由手册查得：常压下20℃ 在水中的亨利系数：
E = 3.55 × 103 kPa
⑵ 相平衡常数为： 相平衡常数为：
E 3.55 × 103 m= = = 35.04 P 101.3
圆整后D=1200mm 圆整后
（1）泛点率校核
2400 / 3600 µ= = 0.59m / s 2 0.785 × 1.2
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 f 8 d 38
填料种类 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍 D/d的推荐值 D/d的推荐值 ≥20~30 ≥15 ≥10~15 ＞8 ＞8
⑶ 表面张力： σ L = 72.6dyn / cm = 940896kg / h 2 表面张力： ⑷ SO2在水中的扩散系数： 在水中的扩散系数：
DL = 1.47 × 10−5 cm 2 / s = 5.29 × 10−6 m 2 / h
2. 气相物性数据
⑴ 混合气体的平均摩尔质量： 混合气体的平均摩尔质量：
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 对于低浓度吸收过程， 纯水的物性数据。由手册查得，20℃ 纯水的物性数据。由手册查得，20℃时水的有关 物性数据如下： 物性数据如下： ⑴ 密度： 密度： ⑵ 粘度： 粘度：
ρ L = 998.2kg / m
3
µL = 0.01Pa ⋅ s = 3.6kg /(m ⋅ h )
N OG 1 Y1 − Y2 * = ln (1 − S ) + S 1− S Y2 −Y 2*
1 0.0526 − 0 = ln (1 − 0.752) + 0.0752 = 7.026 1 − 0.752 0.00263 − 0
2.1 气相总传质单元高度的计算
M Vm = ∑ yi M i = 0.05 × 64.06 + 0.95 × 29 = 30.75
⑵ 混合气体的平均密度： 混合气体的平均密度：
ρVm
PM Vm 101.3 × 30.75 = = = 1.257kg / m 3 RT 8.314 × 298
⑶ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃空气 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃ 的粘度为： µ = 1.81 × 10−5 Pa ⋅ s = 0.065kg /( m ⋅ h ) 的粘度为： v ⑷ 查手册得SO2在空气中的扩散系数为： 查手册得SO2在空气中的扩散系数为 在空气中的扩散系数为：
2400 273 × (1 − 0.05) = 93.25kmol / h 22.4 273 + 25
进塔惰性气相流量： ⑶ 进塔惰性气相流量： V =
⑷ 该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按 该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，
下式计算，即： 下式计算，
L Y1 − Y2 ( ) min = V Y1 / m − X 2 X2 = 0
为使填料能获得良好的润湿， 为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于 某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度， 某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以Umin表示
U min = ( LW ) min at
式中： 最小喷淋密度， 式中：Umin——最小喷淋密度，m3/(m2·h); 最小喷淋密度 (LW)min——最小润湿密度，m3/h; 最小润湿密度， 最小润湿密度 at——填料的总比面积，m2/m3 填料的总比面积， 填料的总比面积
散装填料最小喷淋密度计算公式
最小润湿速率是指在塔的截面上， 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料 周边的最小液体体积流量。其值可由经验公式计算， 周边的最小液体体积流量。其值可由经验公式计算， 也可采用一些经验值。对于直径不超过75mm的散装 也可采用一些经验值。对于直径不超过75mm的散装 填料，可取最小润湿速率(LW)min为0.08m3/(m·h);对 /(m·h);对 填料，可取最小润湿速率(L 于直径大于75mm的散装填料， 于直径大于75mm的散装填料，可取 (LW)min为 的散装填料 0.12m3/(m·h)。 /(m·h)。 对于规整填料， 对于规整填料，其最小喷淋密度可从有关填料手册 中查得，设计中，通常取Umin=0.2 中查得，设计中，通常取U
此例采用“脱吸因素法” 此例采用“脱吸因素法”求解
Y1* = mX 1 = 35.04 × 0.0011 = 0.0385
Y2 * = mX 2 = = 0 Y * = mX 0
2 2
脱吸因素为： 脱吸因素为：
mV 35.04 × 93.25 S= = = 0.752 L 4346.38
气相总传质单元数为： 气相总传质单元数为：
L Y −Y ( ) min = 1 2 V X '1 − X 2
或 所以
操作液气比
L L = (1.1 ~ 2.0)( ) min V V
⑴ 进塔气相摩尔比： 进塔气相摩尔比： ⑵ 出塔气相摩尔比： 出塔气相摩尔比：
y1 0.05 Y1 = = = 0.0526 1 − y1 1 − 0.05
Y1 = Y1 (1 − ϕ ) = 0.0526(1 − 0.095) = 0.00263