第3章吸收5节填料吸收塔的计算

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
液 区
如液体流量 L （或喷淋密度）固定， 增大气速压强降 p 与空塔气速 v 呈阶段性变化：当气速较低时，即 AB 1.8 段内 p v ；因为这时液体湿润
A
log v


L 1.2 LM 1.2 0.74625 50 44.775 kmol h
5

1

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


N OG 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。
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
1
Y mX 2 0
Y1 Y2 (0.0134 0.0112 ) (6.7 10 0) Ym 0.00061 Y1 0.0134 0.0112 ln ln 5 Y2 6.7 10 0
5
2
N OG
Y1 Y2 0.0134 6.7 10 Ym 0.00061
填料的一部分表面，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液
log p
C
泛点
泛
区
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）。
g ——重力加速度，单位为 m s 2
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 m 3 s 1；
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
KY a 、 X a K
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 OG NOG H KY aS Y2 Y Y *


H OG
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/kmolS)
逆流吸收塔模型
a vf 2 lg 3 V g L
a
L 0
0.16
14 L V b 1.75 L V
2 3

18
——填料的有效比表面积，单位 m m 3 3 ——填料的空隙率（自由空间），单位为 m m 1 v f ——液泛速度，单位为 m s
§5 填料吸收塔的计算
本节重点讨论气液逆流操作时填料 塔的有关计算。
、
Y 具体内容主要包括对于给定的生产任务（ Y1 、 2
V 、 X 2 已知），计算吸收剂用量 L 、塔底完成 液浓度 X 1 、塔高、塔径。
5.1 吸收塔的物料衡算
在进行物料衡算时，以不变的惰性组分 流量和吸收剂流量作为计算基准，并用摩尔 比表示气相和液相的组成将很方便。
dN VdY LdX
dN KY (Y Y )dA
*
dA SadH
dN K X ( X X )dA
*
V dY dபைடு நூலகம் * K Y aS Y Y


L dX dH * K X aS X X


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




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




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· -3·-1。 m s 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。
5
21.86
H OG
V 50 0.317 m KY aS 314 (0.8) 2 4
H H OG N OG 21.86 0.317 6.93m
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：
讨论适宜的液气比: 处理量V 一定 动力 消耗 推动 力
～
～
操作 费用
L
～ L/V
填料层 高度
～
设备 费用
根据生产实践经验，取
L L 1.2 ~ 2.0 V V min
适宜液气比
L 1.2 ~ 2.0Lmin
工程设计通常取
适宜溶剂用量
L L 1.4 ~ 1.7 V V min
X1
* 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 X 1 X 2
* 1
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 m
5.4.3 传质单元数的计算
Y1*、 2* 分别为与塔底液相 Y
X1
、塔顶液相 X 2 平衡的气相浓度。
吸收塔顶部的推动力为
Y2 Y2 Y2*
吸收塔底部的推动力为
Y1 Y1 Y1*
Y1 Y2 Ym Y1 ln Y2
气相对数平均推动力
N OG
Y1 Y2 Ym
v
——选定的空塔气速，单位为 m s 1 ；
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· -3。 m
dA SadH
dN VdY LdX
dN KY (Y Y * )dA


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
。
当 Y1与Y2 相差不大时，可取二者的算术平均值作为 Ym
注意：当 Y1 Y2 时， Ym Y1 Y2
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 0.75 X 。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。
V KY aS
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 X * X K X aS


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 H OL NOL
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
Y2 Y*
推动力
B
推动力
X X * X
Y Y Y *
X2
X
X * X1
逆流吸收塔中的操作线
Y*=f (X)
L V L ( ) V L ( ) m in V
Y1
A
A
A*
B
Y2
X2
X1
H H OG N OG
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 Y2 Y Y * H OG NOG KY aS