6.3吸收(或解析)塔的计算
吸收塔塔径计算公式
吸收塔塔径计算公式吸收塔是化工、环保等领域中常见的设备，用于实现气体混合物中某些组分的吸收。
而吸收塔塔径的计算可是个关键环节，这直接关系到吸收塔的性能和工作效率。
要计算吸收塔的塔径，咱们得先弄清楚几个重要的参数和概念。
首先就是气体的流量，这就好比是一条河流的水流量，流量越大，需要的河道就得越宽。
还有气体的流速，它决定了气体在塔内流动的快慢。
另外，吸收塔的操作条件，比如温度、压力，也会对塔径产生影响。
那具体的计算公式是啥呢？一般来说，吸收塔塔径可以通过下面这个公式来计算：D = √（4Q / πv），这里的 D 就是塔径啦，Q 是气体的体积流量，v 是适宜的空塔气速，π 就是大家熟悉的圆周率。
举个例子吧，就说咱们在一家化工厂，要设计一个用于吸收二氧化硫的吸收塔。
经过前期的工艺计算和分析，已知气体的体积流量是1000 立方米每秒，通过实验和经验数据，确定适宜的空塔气速为 2 米每秒。
那咱们就可以这样来算塔径：先把数字代入公式，D = √（4×1000 / 3.14×2），经过计算，得出塔径大约是 31.8 米。
可别以为这就算完事儿了，实际情况可复杂得多。
比如说，气体的性质也得考虑进去。
如果气体中含有一些容易堵塞或者粘结的成分，那咱们在选择塔径的时候就得留有余地，稍微选大一点，免得后期出现堵塞影响生产。
还有啊，不同的吸收工艺对塔径的要求也不一样。
有的工艺需要气体和吸收液充分接触，那塔径就得适当大一些，以增加接触面积和时间。
在实际操作中，计算塔径还得考虑设备的成本、安装和维护的便利性等因素。
就像我之前参与过的一个项目，最初计算出的塔径从理论上来说是没问题的，但考虑到工厂的场地限制和后续的维护难度，我们不得不重新调整计算参数，经过多次的讨论和修改，最终确定了一个既能满足工艺要求，又能适应实际情况的塔径。
总之，吸收塔塔径的计算可不是个简单的数学问题，它需要综合考虑各种因素，还得结合实际经验，才能得出一个既合理又实用的结果。
吸收塔计算说明
吸收塔计算说明一．操作条件：操作温度 20℃操作压力 101.325KPa二．填料选型：选用DN50塑料鲍尔环三．物料衡算：混合气体的体积流量 Vs=10000m 3/h硫酸雾质量流量 W H2SO4=42Kg/h ×38%=15.96Kg/h硫酸雾摩尔流量V H2SO4=kmolKg h Kg /98/96.15 =0.1629kmol/h 混合气体摩尔流量V MV =kmolm h m /4.22/1000033 =446.43 kmol/h H 2SO 4气相摩尔分数 y=hkmol h kmol /43.446/1629.0 =0.00036 因酸雾浓度过大，故采用双塔串联逆流吸收。
设吸收率为η 硫酸雾排放限值为45mg/ m 3硫酸雾进塔浓度C 硫酸=hm h Kg /10000/96.153 =1596 mg/ m 31596mg/ m 3×（1-η）2≤45mg/ m 3 η≥0.84取η=0.9 Y 1=yy -1=00036.0100036.0-=0.00036 Y 2=Y 1×(1-η)=0.00036×(1-0.9)=0.000036G B =446.43 kmol/h此过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：m i n ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =2121/X m Y Y Y --m 取值：该体系可近似看作是理想体系，想平衡常数可按下式计算： m=P P i 0三氧化硫的饱和蒸气压依据安托因方程：CT B A P +-=0ln 安托因常数查表有：A=9.05085 B=1735.31 C=236.5计算得 P 0=6.3×105Pam=6.3对于纯溶剂吸收，进塔液相组成X 2=0 min⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =3.6/00036.0000036.000036.0- =5.67 取操作液气比 BS G L =1.5 min ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =1.5×5.67=8.51 L S = G B ×8.51=446.43 kmol/h ×8.51=3799.12 kmol/hG B （Y 1-Y 2）= L S （X 1-X 2)X 1=0.000038四．塔径计算：混合气体的密度取20℃时空气的密度，查表ρV =1.205 Kg/ m 3W v =ρV ×Vs=1.205 Kg/ m 3×10000m 3/h=12050 Kg/h吸收液体的质量流量：W L =18 Kg/kmol ×3799.12 kmol/h=68384.16 Kg/h 计算 L V V LW W ρρ=33/1000/205.1/12050/16.68384m Kg m Kg h Kg h Kg =0.197 查压降与泛点气速关联图: LV L Bg G ρρψϕμ2.02=0.11取μL =1Pa.s 查表 φ=140m -1 u f =133140/205.1/100081.911.0-⨯⨯⨯m m Kg m Kg =2.529m/s u=0.6 u f =0.6×2.529 m/s=1.52 m/sD=u V S π4=sm h m /52.1360014.3/1000043⨯⨯⨯=1.526m 圆整取1.6m(1).泛点率校核：u=23)8.0(14.33600/10000m h m ⨯÷=1.18m/s f u u =sm s m /529.2/18.1=0.46 (在允许范围内) （2）填料规格核算：d D =mmmm 501600=32＞15 （3）液体喷淋密度校核：液体喷淋密度是指单位时间，单位塔截面积上的喷淋量，计算式为：u=2785.0D L h 。
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：
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
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
吸收解吸塔的详细设计计算(做CO2吸收塔和解吸塔的同学不用愁了)
学生姓名： 指导教师：
一、课程设计题目 填料吸收塔的设计 二、工艺条件
专业班级： 工作部门：
1．煤气中含苯 2%（摩尔分数） ，煤气分子量为 19； 2．生产能力：每小时处理含苯煤气 2000m³，连续操作； 3．吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数） ； 4．吸收回收率≥95%； 5．吸收剂为洗油：分子量 260，相对密度 0.8； 6．吸收操作条件为：1atm、27℃；解吸操作条件为：1atm、120℃； 7．冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。 8．吸收塔汽-液平衡 y* = 0.125x； 解吸塔汽-液平衡为 y* = 3.16x； 9．解吸气流为过热水蒸气，经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新 鲜吸收剂过程中热效应忽略不计； 10.年工作日及填料类型：自选。
三、课程设计内容
1．设计方案的选择及流程说明； 2．工艺计算； 3．主要设备工艺尺寸设计； （1）塔径的确定； （2）填料层高度计算； （3）总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 4．辅助设备选型与计算。
四、进度安排
1．课程设计准备阶段：收集查阅资料，并借阅相关工程设计用书； 2．设计分析讨论阶段：确定设计思路，正确选用设计参数，树立工程观点，小组分工 协作，较好完成设计任务； 3．计算设计阶段：完成物料衡算、流体力学性能验算及主要设备的工艺设计计算； 4. 课程设计说明书编写阶段：整理文字资料计计算数据，用简洁的文字和适当的图表 表达自己的设计思想及设计成果。
教研室主任签名： 年 月 日
-1-
目
录
课程设计的目的及要求……………………………………………… 1 课程设计方案的介绍………………………………………………… 2 吸收塔的基础数据的计算…………………………………………… 3 吸收塔的工艺计算…………………………………………………… 4 吸收塔的主体设备的设计……………………………………………10 吸收塔辅助设备的计算及选型………………………………………10 解吸塔的基础数据的计算……………………………………………11 解吸塔的工艺计算……………………………………………………12 解吸塔的主体设备的设计……………………………………………17 解吸塔辅助设备计算及选型…………………………………………17 吸收塔与解吸塔设计一览表…………………………………………18 设计评述………………………………………………………………19 参考文献………………………………………计的目的 课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的环节， 是理论联系实 际的桥梁。通过课程设计，使我们学会如何运用化工单元操作的基本原理，基本 规律以及常用设备的机构和性能等知识去解决工程上的实际问题， 同时还能使我 们树立正确的工程观念和严谨的科学作风。 通过课程设计，可以提高我们一下几个方面的能力： 1.1 熟悉查阅文献资料，搜集有关证据·正确选用公式； 1.2 在兼顾技术上的先进性，可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设 计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常，安全运 行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施； 1.3 正确掌握过程计算以及工艺设备的设计计算方法； 1.4 用精炼的语言，简洁的文字，清晰的图表表达自己的设计思想和计算结 果。 二、设计要求 1．工艺条件与数据 （1）煤气中含苯 2%（摩尔分数） ，煤气分子量为 19； （2）吸收塔顶溶液含苯＞0.15%（ 质量分数） ； （3）吸收塔汽·液平衡 y=0.125x；解吸塔汽·液平衡 y=3.16x； （4）吸收回收率≥95%； （5）吸收剂为洗油，分子量 260，相对密度 0.8； （6）生产能力为每小时处理含苯煤气 2000m³； （7）冷却水进口温度≤25℃，出口温度≤50℃。 2．操作条件 （1）吸收操作为 1atm,27℃，吸收操作为 1atm,120℃； （2）连续操作； （3）解吸气流为过热水蒸气； （4）经解析后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新鲜吸收剂； (5) 过程中热效应忽略不计。
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 )
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；、Y2—分别为进出吸收塔气体中溶质物质量的比，kmol（A）／kmol（B）；X 1、X2——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：VY1＋LX2＝VY2＋LX1或V（Y1－Y2）＝L（X1－X2）（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X2。
为已知数，再根据规定的溶质回收率，便可求得气体出塔时的溶质含量，即：Y 2＝Yl（1－фA）（2－39）式中фA为溶质的吸收率或回收率。
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
吸收或解吸塔的计算
4.计算依据
物系的物料衡算、相平衡关系和传质速率方程式
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
二、物料衡算与吸收操作线方程
1.全塔物料衡算
全塔物料衡算目的：计算吸收剂出口浓度。 对稳定吸收过程，全塔物料衡算为：
L, Xa
VYb LX a VYa LX b
下标“a”代表填料层上顶截面； 进塔惰性气体流量V和组成Yb由吸收 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 V —— 惰性气体B的摩尔流率kmol/s； 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则由任务给 L —— 吸收剂S的摩尔流率 kmol/s； 定或由给定的吸收率求出，由上式可求 Y —— 溶质A在气相中的摩尔比浓度； 算出吸收剂出口浓度Xb。 X —— 溶质A在液相中的摩尔比浓度。
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
2. 传质单元数与传质单元高度
对气相总传质系数和推动力：
Y V dY h K Y a Y Y Ye
b a
Yb dY V H OG NO G 若令 Ya Y Y KY a e HOG —— 气相总传质单元高度，m； NOG —— 气相总传质单元数，无因次。
2.设计计算的主要内容与步骤 (1) 吸收剂的选择及用量的计算； (2) 设备类型的选择；
(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
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
V KY a HOL L K X a
化工原理第五章(吸收塔的计算)ppt课件
2020/6/7
.
设备费
L适宜=（1.1~2.0）Lmin
L适宜
L
4、最小液气比的确定
（1）图解法
【方法一】（1）在 X-Y图上分别画出平 衡线与操作线；
（2）根据交点坐标 值计算：
L Gm
in
Y1 X1*
Y2 X2
2020/6/7
.
操作线
平衡线
斜率＝（L/G）min
【方法二】操作线与平衡线相切，则：
算，则得到：
G1 YLX G Y L1X 或 YG LX(Y1G LX1)
G, Y2 L, X2
G, Y
m
n
L, X
【吸收操作线方程式的作用】 表明了塔内任一截面上气相组 成Y与液相组成X之间的关系。
G， Y1 L,X1 逆流吸收操作线推导示意图
2020/6/7
.
【逆流吸收操作线方程的有关讨论的特点】
2020/6/7
.
（2）传质单元数
【定义】
NOG
Y1 dY Y2 YY*
——无因次。
称为气相总传质单元数。
因此，根据传质单元高度与传质单元数的定义， 填料层高度可表示为：
ZNOGHOG
Hd
H——塔高(从A到B，不包括封头、裙
座高)，m；
Z——填料层高．m；
Hf——装置液体再分布器的空间高，m Hf ；
Hd——塔顶空间高(不包括封头部分)，
m，一般取Hd=0.8～1.4m；
Hb——塔底空间高(不包括封头部分)，
m，一般取Hb=1.2～1.5m；
Hb
n——填料层分层数
2020/6/7
2020/6/7
.
第二讲 吸收塔的计算
LB LB Y X X 1 Y1 ------操作线方程 G GB B
X 2 Y2
Y
X 1 ,Y1
X 2 ,Y2
Y1
X ,Y
*
1
Y m X
1
Y2
Y1 X m
* 1
X 1 Y1
X2
X 1X
Y1 Y2 LB GB X 1 X 2
假定：
（1）气液两相摩尔流率不变 （2）等温吸收 （3）传质系数为常量
一、全塔物料衡算
GB: kmol/s Y2:kmol/kmol 吸收剂
摩尔比
LB: kmol/s X2:kmol/kmol
混合气 GB: kmol/s Y1:kmol/kmol LB: kmol/s X1:kmol/kmol
GB Y1 Y2 LB X1 X 2
摩尔分率
y2 :kmol/kmol 吸收剂 L: kmol/s
GB G1 y1
Y1
1 y1
y1
混合气
X2:kmol/kmol
G: kmol/s
y1:kmol/kmol
LB L1 X 2 1 x2 X2 x2
x1:kmol/kmol
GB Y1 Y2 LB X1 X 2
H OL L K X a
X1
X1 L dX K X a X 2 X * X
N OL
X2
dX X X*
dY NG Y2 Y Y i
Y1
Z HOL NOL
Z H G NG
Z H L NL
V HG kY a L HL kX a
化工原理6.5吸收塔的计算
Y
LS GB
X
(Ya
LS GB
Xa)
GB，Y Ls，X
GB，Yb LS，Xb
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同理：
Y
LS GB
X
(Yb
LS GB
Xb)
逆流吸收操作线具有如下特点：
Y
Yb
LS
B Y* f (X)
GB
Ya A
Xa
Xb
X
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1）定态，LS、GB、Yb、Xa恒定，操作线在X～Y
Xa Xb
X
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逆流与并流的比较： 1）逆流推动力均匀，且Ym逆流 Ym并流 2） Yb大，逆流时Yb与Xb在塔底相迂有利于提高Xb；
Xa小，逆流时Ya与Xa在塔顶相迂有利于降低Ya。 逆流与并流操作线练习
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Y3
X1 Y1
X2
Y1 C
A
C
Y2
D
B
Y3
A
B
D
Y2 X3 X2
Y2
X1 X2
X3
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6.5.2. 吸收剂用量的确定
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E
Yb
B
B1
Y
P
A Ya
O Xa
Xb
X
X*b
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1．最小液气比 最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条 件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零， 达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。
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
6.3吸收(或解析)塔的计算
A N 1 A
1
1
ya
A N 1 A
1
1
mxa
mxa
y N 1
mxa
A N 1 A
1
1
y
a
mxa
yb mxa AN 1 1 ( A 1) ya mxa A 1
当A＝1时， yb mxa ya mxa N 1
理论塔板数为：
N＝ 1 ln A
ln
yb ya
mxa mxa
d
y y
yb ya ln yb (yb ya ) ya
令:ym
yb ln
ya yb
ya
令
:
xm
xb ln
xa xb
xa
NOG
yb ya ym
NOL xb xa xm
(2)脱吸因数(S=mG/L)法：
平衡线为直线: y*=mx+b
操作线：x
G L
(
y
ya
)
xa
y
y
y
mx
b
y
m
G L
G,ya
L,xa
yx
dh
1. 吸收过程基本方程式
对高度dh微元段： 气相：Gdy N Aadh 液相：Ldx N Aadh
a－单位体积填料层的有效传质面积，m2/m3 adh-单位体积填料层提供的有效传质体积
y+dy x+dx
G,yb
L,xb
逆流操作的塔
G、L－气体、液体的摩尔流率，kmol/m2.s NA－组分A的传质速率，kmol/m2.s
第四节 吸收(或解析)塔的计算
• 吸收与解吸的不同点：推动力和传质方向相反。 • 根据给定的吸收任务(处理气量及其初终浓度)，选定吸收剂
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xi
x
NL
h0 H L NL
填料层高度 传质单元高度 传质单元数
(1) 传质单元数
yb dy
NOG ya 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
H
＝
OG
G Kya
kmol 单位： m2 • s m
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：
Gy La xa Ga ya Lx
y L x Ga ya La xa
G
G
操作线上任意一点代表塔内某一截面上的气、液 相组成的大小。
G,y L,x
如用Y、X浓度表示，则操作线方程为：
GBY LS X a GaYa LS X
Kya－气相总体积吸收系数，kmol/m3.s
Kxa－液相总体积吸收系数，kmol/m3.s
以气相或液相为推动力表示： N A k y y yi kx xi x
G yb dy
h0 k ya ya y yi
L xb dx
h0 kxa xa xi x
2、传质单元数与传质单元高度
令：
操作线方程的图示
y L x Ga ya La xa
G
G
Y LS ( X X a ) Ya GB
（塔底）
Yb
•B
Y
•M
Ya • A
（塔顶）
Xa
X Xb
（塔底）
yb
•B
y
•
ya （塔•顶A）
xa x xb
当低浓度吸收（进气浓度低于5～10％） 时，L、G随塔高的变化较小，可认为 近似不变。则以y、x表示的操作线也 可认为是一条直线。
yb
A
ya • xa
xb xb*
最小液气比
y
L G
x
xa
ya
L 设备费降低 G 但L 操作费用提高
ya
xa
xb xb*
最小液气比
L G min
yb ya xb* xa
适宜液汽比
L G
＝1.1
~
2.0
倍
L G
min
实际选：1.2~1.5倍
二、填料层高度的计算(低浓度气体吸收)
低浓度气体吸收的特点： • G、L(GB、LS)不随塔高变化 • 吸收过程为等温 • 传质系数为常数
S
mG L
Hale Waihona Puke m LG脱吸因数
G G L mG Kya kya kxa L
L LG L K xa kxa k ya mG
H OG H G SH L H OL H L AHG
Y LS ( X X a ) Ya GB
或对塔底到任一截面作物料衡算：
y L x Gb yb Lb xb
G
G
Y LS ( X X b ) Yb GB
Gb,yb
Lb,xb
逆流操作的塔
吸收操作中，G、L随塔高变化，而GB、LS则不随塔高变化。Y～X之间的 关系为一线性关系，而y~x之间的关系不为线性关系。
G HOG
称为气相总传质单元高度，m
Kya
yb dy
ya y y NOG
称为气相总传质单元数，无因次
h0 HOG NOG
L
Kxa
xb
HOL ,
xa
dx x
x
NOL
G
kya
yb
HG ,
ya
dy y yi
NG
h0 HOL NOL h0 HG NG
L
xb dx
kxa
HL ,
G,ya
L,xa
yx
dh
1. 吸收过程基本方程式
对高度dh微元段： 气相：Gdy N Aadh 液相：Ldx N Aadh
a－单位体积填料层的有效传质面积，m2/m3 adh-单位体积填料层提供的有效传质体积
y+dy x+dx
G,yb
L,xb
逆流操作的塔
G、L－气体、液体的摩尔流率，kmol/m2.s NA－组分A的传质速率，kmol/m2.s
y
L G
(x
xa )
ya
并流吸收塔的操作
并流操作的操作线方程
从塔顶到任一截面作物料衡算：
G y ya L x xa
（塔顶）
ya • A
斜率 L G
yb
•B
（塔底）
y
ya
L G
(x
xa )
G,ya L,xa
yx
xa
xb
并流操作的操作线
G,yb
L,xb
并流操作的塔
3.吸收剂用量的确定与最小液气比
Ga,ya
1. 全塔物料衡算
La 、Lb －液体入塔、出塔流率，kmol/(m2.s) Gb、Ga－气体入塔、出塔流率，kmol/(m2.s)
Gb yb La xa Ga ya Lb xb
G、L随塔 高而变
GB－气体中惰性组分B的流率，kmol/(m2.s)
LS－液体中纯溶剂S 的流率，kmol/(m2.s)
NA K y y y Kx x x
气相：Gdy N Aadh
N A K y y y
Gdy K ya y y dh
h0
G yb dy
dh
0
ya K y a y y
G yb dy
h0 K ya ya y y
同样可推出液相:
L xb dx
h0 K xa xa x x
kmol m3 • 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。
HOG的物理意义：
yb
当
ya
dy y y
1时,h0
HOG
yb-ya=(y-y*)m
yb-ya=(y-y*)m
总结
1 1 m Ky ky kx
1 1 1 K x kx mky
第四节 吸收(或解析)塔的计算
• 吸收与解吸的不同点：推动力和传质方向相反。 • 根据给定的吸收任务(处理气量及其初终浓度)，选定吸收剂
后，工艺计算的主要项目有： 1. 吸收剂的用量及吸收液的浓度 2. 填料塔的填料层高度或板式塔的塔板数 3. 塔直径，可由处理气量及塔的操作气速决定。
一、物料衡算
GB (Yb
GB Gb
Ya )
1 yb
LS ( X b
Ga 1
ya
X
a
)
LS
吸收率＝Yb Ya 100%
Yb
La 1 xa Lb 1 xb
Gb,yb
Y y
X x
1 y
1 x
GBY－ 气 相 中A 的 量 L S X－ 液 相 中A 的 量
La,xa Lb,xb
2、操作线方程
Ga,ya La,xa
Yb
•B
Yb
Ya • A
Ya
Xa
Xb
X b max
Y
LS GB
X
X a Ya
Xa
X bX b max
最小液气比
LS GB
min
Yb Ya X b max X a
Yb Ya
X
b
X
a
适宜液气比: LS GB
＝1.1
~
2.0
LS GB
min
低浓度吸收时的最小液气比
B B
yb
• • • B