第3章吸收5节填料吸收塔的计算.

Y1 Y2 气相中被吸收的吸收质 的量 进塔气体中原有的吸收 质的量 Y1
(2)直接规定出塔气体中吸收质的残余浓度
Y2
Y2 Y1 (1 )
5.1.2 操作线方程与操作线
V Y Y2 L X X 2
L Y ( X X 2 ) Y2 V
操作线方程式
a vf 2 lg 3 V g L
a
L 0
0.16
18 14 L V b 1.75 V L
2 3
——填料的有效比表面积，单位 m m 3 3 m m —— 填料的空隙率（自由空间），单位为 1 v f ——液泛速度，单位为 m s g ——重力加速度，单位为 m s 2




Y1 X1 V dY L dX H * KY aS Y2 Y Y K X aS X 2 X * X




分别称为气相总体积吸收系数、 液相总体积吸收系数，单位均为kmol· m-3· s-1。 体积传质系数可以由实验测得，其物理意义 是在推动力为一个单位的情况下，单位时间 里单位体积填料层内吸收的吸收质的量。
。
当 Y1与Y2 相差不大时，可取二者的算术平均值作为 Ym
Ym Y1 Y2 注意：当 Y1 Y2 时，
例 空气和氨的混合气体，在直径为0.8m 的 填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。已 知进入塔的空气流量为1450kg/h，混合气 体中氨的分压为10mmHg,吸收率为99.5℅。操作温 度为20℃，操作压力为760mmHg，在操作条件下 Y 0.75X 。若吸收剂（水）的用量是 平衡关系为 最小吸收剂用量的1.2倍，且已知氨的气相体积吸 收总系数 KY a 314 kmol/ m3 h 。试求填料层高 度。
Y1 Y2 L V min X 1 X 2
Lmin Y1 Y2 V X 1 X 2
吸收塔的最小液气比 （非正常曲线）
P96例3-4
5.3 填料塔直径的计算
在计算填料塔的直径时，主要考虑的是气
体在塔内的流速 。气体在塔内的流速通常 用空塔气速表示，空塔气速是假定当塔内 无填料时气体通过的速度。
KY a 、 KX a
dN KY (Y Y )dA
*
*
dA SadH
*
dN KY (Y Y )SadH KY a(Y Y )SdH
5.４.2 传质单元高度与传质单元数
Y1 V dY H N H OG OG * Y KY aS 2 Y Y


H OG
V KY aS
D ——塔的直径
5.4 填料层高度的计算 5.４.1 填料层高度的基本计算式
S ——塔的横截面积，m2；
S D / 4
2
a ——单位体积填料层提供的
有效传质面积，m2· m-3。
dA SadH
dN VdY LdX
dN KY (Y Y )dA
*
dN VdY LdX
5.1.1 全塔物料衡算 稳定操作，在两端面间，对溶质 A 作物料衡算
V
VY1 LX 2 VY2 LX 1
Y2
L X2
V Y1 Y2 L X1 X 2
L Y1 Y2 V X1 X 2
V Y1
L X1
吸收程度可有两种方式表征 : （1）用吸收率

表示
dN KY (Y Y )dA
*
dA SadH
dN K X ( X X )dA
*
V dY dH * KY aS Y Y


L dX dH * K X aS X X


Y1 X1 V dY L dX H * * Y X KY aS 2 Y Y K X aS 2 X X
当气速增大到 C点时，液体充满了整个空隙，气体 的压强降几乎是垂直上升。同时填料层顶部开始出 现泡沫层，进而充满整个塔，气体以气泡状通过液 体，这种现象称为液泛现象。把开始出现此现象的 点称为泛点。
泛点对应的气速称为液泛速度。要使塔的操作正常及 压强降不致过大，气速必须低于液泛速度，但要高于 载点气速。由于，从低持液量到载点的转变不十分明 显，无法目测，即载点及载点气速难以明确定出。而 液泛现象十分明显，可以目测，即液泛点及液泛气速 可明确定出。液泛速度较易确定，通常以液泛速度v f 为基础来确定操作的空塔气速 v 。 影响液泛速度 的因素很多——填料的形状、大 小，气、液相的物理性质，气、液相的相对流量等 常用的液泛速度关联式如下：
V L ——气体与液体的密度之比；
L 0 ——液体与20 水的粘度之比；
L V
——液体对气体的质量流量之比；
b ——常数，对拉西环为0.022，对弧鞍填料为0.26。
5.3.2 塔径的计算
4qV D v
qV ——通过塔的实际气量，单位为 m3 s 1 ；
v
——选定的空塔气速，单位为 m s 1 ；
Y1
气相总传质单元高度，单位m
N OG
Y2

dY * Y Y

气相总传质单元数
X1 L dX H * X 2 K X aS X X


H OL
L K X aS
X1
液相总传质单元高度，单位m
N OL
X2

dX * X X

液相总传质单元数
H HOL NOL
H H OG N OG
直线的斜率为
L / V (即液气比)
斜率 L/V （液气比）
操作 线
Y*=f (X)
Y1
A
Y
Y*
推动力
Y2
B
推动力
X X * X
X2
Y Y Y *
X
X * X1
逆流吸收塔中的操作线
Y*=f (X)
L V L ( ) V L ( )min V
Y1
A
A
A*
Y2
B
X2
X1
X1


NOG 只与体系的相平衡及气体进出口的浓度有关，它反
映了吸收过程的难易程度。分离要求高或吸收剂性 能差，过程的平均推动力小，则表明吸收过程难度 大，相应传质单元数就多。
H OG 与设备的型式及操作条件有关，是吸收设备效能 高低的反映。吸收过程的传质阻力大，填料层的 有效比表面积小，则一个传质单元所相当的填料 层高度就大。
V 50 0.317m KY aS 314 (0.8) 2 4
5
H OG
H HOG NOG 21.86 0.317 6.93m
尾气：B(含微量A) V (kmolB/s) Y2 (kmolA/kmolB) m
吸收剂：S
Y
L (kmolS/s) n X2 (kmolA/kmolS)
X
原料气：A＋B V (kmolB/s) Y1 (kmolA/kmolB) 溶液：S+A L(kmolS/s) X1(kmolA/k分表面，填料的持液量(单 位体积填料层上附着的液体体积)较小， 液体并未占据多少空间，气相与液相 干扰较小，当然这是对传质不利的。
D
log p
液 泛 区
C
泛点
拦
干 填 料 层
B
载点
液 区
A
log v
当气速增大到点B 时，填 料层的持液量增加了，流通截 面积减小，使压强较前增大。 开始拦液的B点称为拦液点（或 载点），与其相应的气速称为 拦液气速（或载点气速）。
* X1
5.2 吸 收 剂 的 用 量 L
吸收塔的最小液气比
L (Y1 Y2 ) V ( X1 X 2 )
Y1 Y2 L * V min X1 X 2
X 1* 是与浓度为 Y1 的进塔气体平衡的液相浓度，即理论 Y1 * 上出塔液体的最大浓度。若符合亨利定律，则 X 1 m


L 1.2LM 1.2 0.74625 50 44.775kmol h
5

1

V (Y1 Y2 ) 50 (0.0134 6.7 10 ) X1 0.0149 L 44.775
Y mX1 0.75 0.0149 0.0112
1


解：
依题意
p1 10 y1 0.0132 P 760
y1 0.0132 Y1 0.0134 1 y1 1 0.0132
Y2 Y1 (1 ) 0.0134 (1 o.995) 6.7 10
5
X2 0
qm 1450 1 V 50 kmol h 29 M 5 LM Y1 Y2 0.0134 6.7 10 0.74625 Y1 0.0134 V 0 X2 0.75 m
传质单元高度
H OG
即为一个传质单元的高度
N OG
Y1
Y2

dY Y Y*

传质单元可理解为：当气体经过一段填料层后， 其浓度的变化刚好等于该段填料层气相平均总推 动力时，则称该段填料层为一个传质单元。整个 填料层就是由若干这样的传质单元构成。
Y1 V dY H H OG N OG * KY aS Y2 Y Y
正常操作时，通常空塔气速为液泛速度的
50%~80%
5.3.1液泛气速
D液
log p
C
泛点
泛 区
拦
干 填 料 层
B
载点