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
h = ∫X
Xb
a
用其它组成表示法的传质速率方程， 用其它组成表示法的传质速率方程 ， 可推得以相应相组成表示的 填料层高度h的计算式。 填料层高度h的计算式。
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
对低浓度气体吸收(y 10% 传质系数k 对低浓度气体吸收(yb<10%)，传质系数kY、kX 、 KY、 KX 沿塔高变 化小，可取塔顶和塔底条件下的平均值，作为常数提到积分号外面。 化小，可取塔顶和塔底条件下的平均值，作为常数提到积分号外面。
兼顾填料润湿率。 兼顾填料润湿率。
L L = (1.1 ~ 2.0 ) V V min
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
例题： 例题： 20℃ atm下 用清水分离氨-空气的混合气体， 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， 1330Pa 合气体中氨的分压为1330Pa，经吸收后氨的分压降为7Pa， 1020kg/h 混合气体的处理量为 1020kg/h ， 操作条件下平衡关系为 755X 若适宜的吸收剂用量为最小用量的2 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。 需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。 V, ya 吸 收 塔 V, yb xb=? xa , L=?
3.操作线方程与操作线
在任一截面与塔顶间作溶质A的物料衡算，有 在任一截面与塔顶间作溶质A的物料衡算，
L, Xa
V (Y Ya ) = 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
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
L L Y = X + Ya X a V V
Y B Yb P Y Ya Ye o Xa X Xb Xe X A
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
对并流操作的吸收塔， 对并流操作的吸收塔 ， 其操作线方程可取塔内填料层任一截面与 塔顶（浓端）作物料衡算得到。 塔顶（浓端）作物料衡算得到。 并流操作线方程
分离变量，对上式沿塔高积分得 分离变量，
∫
h
0
dh = ∫X
Xb
a
Xb
a
L dX K X ( X e X )a
h = ∫X
L dX K X ( X e X ) a
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
若采用N (Y-Yi)和 X)可得 可得： 若采用NA=kY(Y-Yi)和NA=kX(Xi-X)可得：
h V, Ya L, Xa
V, Yb
L, Xb
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
任取填料层中高度为dh的微分段 任取填料层中高度为dh的微分段 dh 由物平可知通过该微元层物质的传递量为： 由物平可知通过该微元层物质的传递量为：
V, Ya L, Xa
dG A = VdY = LdX
从物质传递过程角度分析， dh微元段 从物质传递过程角度分析 ， 若 dh 微元段 内传质速率为NA ， 则通过该微元填料层的溶 内传质速率为 N 质A的传递量为
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
四、低浓度气体吸收填料层高度的计算 1.填料层高度的计算式 1.填料层高度的计算式 Y,X不同 不同； 填料塔的不同截面，Y,X不同； →传质推动力不同； 传质推动力不同； →传质速率不同； 传质速率不同； 要确定整个填料塔的传质量， 要确定整个填料塔的传质量，需 采用微积分方法。 采用微积分方法。
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 吸收剂用量、 (2) 吸收剂用量、组成及操作温度对吸收塔的影响 4.计算依据 物系的物料衡算、 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 1.全塔物料衡算 全塔物料衡算目的：计算吸收剂出口浓度。 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： 对稳定吸收过程，全塔物料衡算为：
Y X
dh
h
Y+dY X+dX
N AdA = N A adh
所以
L, Xb
dG A = VdY = LdX = N A adh
V, Yb
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
将以气相摩尔比分数表示的总的传质速率方程代入，则有： 将以气相摩尔比分数表示的总的传质速率方程代入，则有：
VdY = KY (Y Ye )adh
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： 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 HOG = NOG = ∫ 若令 Ya Y Y K Y a e HOG —— 气相总传质单元高度，m； 气相总传质单元高度， 气相总传质单元数，无因次。 NOG —— 气相总传质单元数，无因次。
V, Ya
Ya = Yb (1 A )
已知进料中A的组成为50%（mol%） 已知进料中A的组成为50%（mol%）,要 50% 求气体吸收率为90%，则塔顶尾气中A的组成： 求气体吸收率为90%，则塔顶尾气中A的组成： 90% A:9% B:7% C: 5% D:3%
V, Yb
L, Xb
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
讨论
NOG
dY =∫ Ya Y Y e
Yb
N OG = ∫Y
Y V dY h= ∫ KY a Y Y Ye
b a
X L dX h= ∫X X X K X a e
b a
体积传质系数： 实际应用中， 常将传质系数与比表面积a 体积传质系数 ： 实际应用中 ， 常将传质系数与比表面积 a 的乘积 作为一个完整的物理量看待， （ KYa 及 KXa ）作为一个完整的物理量看待，称为体积传质系数或体积吸 收系数， 收系数，单位为 kmol/(m3 .s) 。 体积传质系数的物理意义：传质推动力为一个单位时，单位时间， 体积传质系数的物理意义：传质推动力为一个单位时，单位时间， 单位体积填料层内吸收的溶质摩尔量。 单位体积填料层内吸收的溶质摩尔量。
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
2.设计计算的主要内容与步骤 吸收剂的选择及用量的计算； (1) 吸收剂的选择及用量的计算； 设备类型的选择； (2) 设备类型的选择； (3) 塔径计算； 塔径计算； 填料层高度或塔板数的计算； (4) 填料层高度或塔板数的计算； 确定塔的高度； (5) 确定塔的高度； 塔的流体力学计算及校核； (6) 塔的流体力学计算及校核； 塔的附件设计。 (7) 塔的附件设计。
Lmin
Yb Ya =V X be X a
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
若相平衡线的形状不规则 若相平衡线的形状不规则
Y Ye=f(X) (L/V)min B
Yb
C
Ya
o
Xa
Xb,max Xbe
X
Yb Ya L = V min X b ,max X a
Lmin
Yb Ya =V X b ,max X a
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： 吸收率的定义： 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 混合气中溶质A被吸收的量占总量的百分率， 为溶质的吸收率或回收率， 表示， 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
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
Y (L/V)‘ A (L/V) B (L/V)min C
Yb
Ya
oABiblioteka Ye=f(X) XXa
Xb’
Xb
Xbe
循环和再生费用↑ 若吸收剂用量↑ 若吸收剂用量↑，L/V ↑ 吸收剂出塔浓度Xb ↓，循环和再生费用↑； 若吸收剂用量↓ L/V ↓ 若吸收剂用量↓ 设备费用↑ 吸收剂出塔浓度Xb ↑ ，设备费用↑。 1.最小液气比(L/V) 1.最小液气比(L/V)min L = Yb Ya 最小液气比 V min X be X a