第四节 吸收塔的计算

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2.4.1.2 吸收塔的操作线方程与操作线 以逆流为例:塔内任一截面ｍ－ｎ与塔底作溶质的物 料衡算，得操作线方程 V(Y1 - Y) = L(X1 - X) L L Y X (Y1 X 1 ) V V
任一截面处气 相中溶质的摩 尔比，Kmol(溶 质)/Kmol(惰性 气)
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传质速率方程适用于稳定操作的吸收塔中的“某一横 截面”，而不能用于全塔。对于整个吸收塔，气、液 的浓度分布都沿塔高变化，吸收速率也在变化。 对微元填料层作组分A衡算
dGA VdY ,
dGA LdX
dGA N A dA N A (dZa)
微元填料层dZ中的吸收速率方程式
dGA KY (Y Y * )(adZ) VdY
dGA K X ( X X )(adZ) LdX
*
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Y1 V dY Z K Y a Y2 Y Y *
X1 L dX Z K X a X 2 X * X
单位体积有效传质面积 a < 同体积填料的比表面积 s，a与填料的形状、尺寸及充填状况(整砌、乱堆)有 关，还受流体物性(m、s等)及流动状况的影响，数值
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2.4.4 填料层高度的计算
2.4.4.1 填料层高度的基本计算式
填料层体积 Z 塔截面积
逆流操作填料塔填料层高度
总传质面积 (m 2 ) 填料层体积 1m 3填料提供的有效传质面 积(m 2 / m 3 )
总传质面积 吸收负荷(k mol / s ) 物料衡算 传质速率(k mol / m 2 s ) 吸收速率方程
Y1
N oG
Y1 Y2 Ym
Y1 Y2 Ym Y1 Ln Y2
1/ 2
Y 1 2 Y 2
出塔气体中芳烃的摩尔比
Y2 Y1 (1 ) 0.0204 (1 0.95) 0.00102
进塔洗油中芳烃摩尔比 x2 0.005 X2 0.00503 1 x2 1 0.005
Lmin Y1 Y2 0.0204 0.00102 V 41.27 5.06km ol/ h Y1 0.0204 0.00503 X2 0.125 m
假设某吸收过程所需填料层高度恰好等于一个传质
单元高度
N OG
dY 1 * Y2 Y Y
Y1
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传质单元高度的物理意义如果
气体流经一段填料后,气相浓度变 化量Y1-Y2 恰好等于该段填料层 内以气相浓度差表示的总推动力 的平均值(Y-Y*)m则该段填料层 的高度就是一个传质单元高度 Y1-Y2=(Y-Y*)m
d (Y ) (Y1 Y1 *) (Y2 Y2 *) dX X1 X 2 Y1 Y 2 dY dX X 1 X 2
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Y1 Y2 dY d (Y ) Y1 Y2
N OG
Y1 Y2 Y1 d (Y ) Y1 Y2 Y1 Y1 Y2 dY Ln Y2 Y Y Y1 Y2 Y2 Y Y1 Y2 Y2 Ym
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2.4.4.3 传质单元数的计算 (1)图解积分法 步骤 作操作线和相平衡关系曲线； 然后在操作线上任取一点，得X，Y； 由X可得Y*，计算1/（Y-Y*）
按上法取n点，对Y—1/（Y-Y*）作图
所得函数曲线与Y=Y1，Y=Y2及1/（Y-Y*）=0三条 直线之间所包围的面积即气相总传质单元数NOG。
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L 1.5Lmin 1.5 5.06 7.59kmol/ h
L为每小时进塔纯溶剂用量。由于入塔洗油中含有少量芳烃，
则每小时入塔的洗油量应为
L′=L(1+X2)=7.63kmol/h
X1 X 2 V (Y1 Y2 ) 41.27 (0.0204 0.00102 ) 0.00503 0.11 L 7.59
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例2-8：在逆流吸收塔中，用洗油吸收焦炉气中的芳烃。吸收 塔压强为105kPa ，温度为300K ，焦炉气流量为1000m3/h ， 其中所含芳烃组成为0.02（摩尔分率,下同），回收率为95% ，进塔洗油中所含芳烃组成为0.005。若取吸收剂用量为最小 用量的1.5倍，试求进入塔顶的洗油摩尔流量及出塔吸收液组 成。（操作条件下气液平衡关系为Y*=0.125X ）。 解:进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为
M
V,Y L,X
N
L L Y X (Y1 X 1 ) V V L L Y X (Y2 X 2 ) V V
V,Y1
L,X1
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Y Y2 Y=F(X)
Y1
X2
X1
X
平衡线与操作线的交点位置在塔底,最大吸 收率为出口气相与吸收液组成相平衡.
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塔所允许的液体和气体流量，这是逆流的缺点。
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吸收过程中，气相中的溶 质不断转移到液相中来， 使其在气体混合物中的量
不断减少，而在溶液中的
量不断增多。但气相中惰 性气体量和液相中吸收剂
的量始终是不变的。
图7-13 逆流吸收塔操作示意图
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2.4.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程
V 273 P V (1 y ) 22.4 t 273 101 .3
1000 273 105 (1 0.02) 41.27 kmol / h 22.4 273 27 101 .3
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进塔气体中芳烃的摩尔比
y1 0.02 Y1 0.0204 1 y1 1 0.02
2.4.2 吸收剂用量的决定
出塔气体摩尔比Y2 的给出形式：
如果溶质是有害气体，一般直接规定Y2的值。 如果吸收的目的是回收有用物质，则以回收率的形式给出
Y2=Y1(1-ψ)
吸收剂用量对操作的影响
当气体处理量一定时，V,Y1,Y2及X2已知时,操作线斜率L /V 取决于吸收剂用量的多少。 若增大吸收剂用量，则操作线向远离平衡线方向偏移由TB 变 TB’吸收推动力增大，传质速率增加，在单位时间内吸收同 量溶质时设备尺寸可以减小。
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溶液浓度变稀，溶剂再生所需设备费和操作费增大。 若减小吸收剂用量则情况正相反。当吸收剂用量减小到使操 作线由TB变 TB*，此时传质的推动力为零，所需的相际接触面 积为无穷，此时吸收剂用量为最小,用Lmin表示。
吸收塔的最小液气比
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Lmin时B*点是平衡线与操作线在Y=Y1处的交点
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2.4 吸收塔的计算
内容:通过物料衡算及操作线方程，确定吸收剂的
用量和塔设备的主要尺寸（塔径和塔高）。
塔内流体的流向选择 填料塔内气液两相可作逆流也可作并流流动。 无论逆流或并流, 液体从塔顶进入;当逆流时气体 从塔底进入,并流时塔顶进入;
在两相进出口浓度相同的情况下，逆流的平衡推
2.4.1.1 物料衡算
物料衡算时，以不变的惰性气体流量和吸收剂流量作 为计算基准，并用比摩尔比表示气相液相的组成。 全塔溶质的减少量等于液相中溶质的增加量 V(Y1-Y2)=L(X1-X2)
Y1 Y2 A Y1 Y2 Y1 (1 )
吸收剂摩尔流 量, Kmol/S
惰性气体的 摩尔流量, Kmol/S
Y1
dY Y2 (1 S )Y (SY2 Y2* )
Y1
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* * Y Y Y Y 1 2 1 2 N OG Ln(1 S ) 1 S f ( S , ) * * 1 S Y2 Y2 Y2 Y2 L 操作线与平衡线斜率之比定义为吸收因数, A= mV
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(2) 脱吸因数(S)法
应用前提：在吸收过程涉及的浓度范围内平衡关系
可以用线性方程 Y*=mX+b表示。
Y1 dY dY N OG * Y2 Y Y Y2 Y ( m X b) X =X2 + V/L（Y-Y2） Y1
N OG
dY Y2 V Y m X 2 (Y Y2 ) b L
Y1 Y2 Y1 Y2 L ( ) min * V X 1 X 2 Y1 X2 m
如果平衡曲线的形状使操作线与平衡线相切,此时最小液
气比的计算式中Xmax的数值只能读B，的横坐标,不能由Y* =mX求得. Lmim求出后,应根据生产上的要求,控制一个适宜的L值, 即最适宜吸收剂用量： L=（1.1～2）Lmin .
动力大于并流。
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逆流时下降至塔低的液体与进塔的气体相接触，有
利于提高出塔的液体浓度，且减小吸收剂的用量；上
升至塔顶的气体与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。 逆流操作时向下流的液体受到上升气体的作用,这种 曳力过大时会阻碍液体的顺利下流，因而限制了吸收
不好测定，所以和传质系数合在一起处理。
KYa 、KX a -"体积吸收系数"，Kmol/m3.s，物理意 义为单位推动力下，单位时间、单位体积填料层内 吸收的溶质量。
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2.4.4.2 传质单元高度与传质单元数
Ｚ = HOG*NOG = HOL *NOL Y1 V dY H OG N OG Y2 Y Y * K Y a X1 dX L N OL H OL X2 X * X K X a HOG的物理意义
参数S反映推动力的 大小。在气液进口浓度
及溶质吸收率已知的条
件下， Y1 Y2 * 确定,S增
Y2 Y2 *
大，则液气比减少，出
口浓度提高而塔内吸收 推动力变小，NOG必然 增大。
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若要获得最高吸收率，必须采用较大的液体量，使
操作线的斜率大于平衡线斜率，即S<1才有可能。
NOG
dY Y1 Y2 1 * Y2 (Y Y * ) (Y Y ) m m
Y1
传质单元高度
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HOG是设备性能的体现，其中的KYa反映传质阻力的大小，填
料性能的优劣及润湿情况的好坏，吸收过程的传质阻力越大， 填料层的有效比表面积越小，每个传质单元高度所相当的填料 层高度就越大。一般变化幅度不大。 NOG可认为它所代表需要填料层高度Z相当于气相总传质单元 高度HOG的倍数，此倍数称为“气相总传质单元数”。 NOG反映传质的难易程度，为减少NOG应设法增大推动力。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 味过程难度越大，所需传质单元数越多。
L L Y X (Y2 X 2 ) V V
任一截面处液 相中溶质的比 摩尔，比Kmol( 溶质)/Kmol(溶 剂)
吸收过程操作线
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并流时: V(Y2-Y1)=L(X1-X2)
V,Y2 L,X2
Y2 Y1 A Y2 Y1 Y2 (1 )
操作线方程
S =1/A 脱吸因数 NOG的数值取决于S与 Y1 Y2 *
பைடு நூலகம்
Y2 Y2 *
Y1 Y2 * Y2 Y2 * 反映溶质吸收率的高低，在气液进口浓度一定的
情况下，要求的吸收率越高，Y2越小, Y1 Y2 * 越大，对应
同一S值的NOG越大。
Y2 Y2 *
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若要获得最浓的吸收液，必然力求使出塔液体与进
塔气体趋近平衡，采用较小的液体量，使操作线
斜率小于平衡线斜率.
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（3） 对数平均推动力法
应用前提：在吸收过程涉及的浓度范围内平衡关系可以用线 性方程Y*=mX+b 对于都是直线的平衡线和操作线，它们的差值ΔY=Y-Y* 与Y 将呈线性关系(类似传热时的Δtm)ΔY-X也成直线关系.