化工原理 第三节 吸收(或脱吸)塔的计算上
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6.3吸收(或解析)塔的计算解析
x
h0 H OL NOL
G dy H G , NG kya y y i ya
b L dx H L , NL kx a x x xa i
yb
h0 H G NG
h0 H L N L
x
填料层高度 传质单元高度 传质单元数
(1) 传质单元数
G,yb
L,xb
逆流操作的塔
N A K y y y K x x x
dh
气相：Gdy N A adh
Gdy K y a y y dh
G b dy h0 y y K ya y a
y
N A K y y y
h0
G dy dh K a y y y 0 ya
GBY－ 气 相 中A 的 量 L S X－ 液 相 中A 的 量
Lb,xb
2、操作线方程
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：
G y La xa Ga ya Lx
y G y La xa L x a a G G
Ga,ya La,xa
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。 如用Y、X浓度表示，则操作线方程为：
L,xa
1. 吸收过程基本方程式
对高度dh微元段： 气相：Gdy N A adh
y+dy x+dx
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 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
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：N OG
N OG
Y1
dY Y Y
*
Y2
气相总传质单元数
气相组成变化 平均传质推动力
Y1
dY Y Y
*
Y1 Y2 (Y Y ) m
*
Y2
• 传质单元数的意义： 反映了取得一定吸收效果的难易程度。
第四节
吸收塔的计算
吸收塔的计算内容：
• 设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂
浓度、塔高、塔径。
• 操作型：核算、操作条件与吸收结果的关系。
• 计算依据：物料恒算、相平衡、吸收速率方程。
一、物料衡算与操作线方程
虚框范围内，对溶质作物料衡算：
LX GY2 LX 2 GY L G Y Y Y2 X X2 L G X (Y2 L G
* mG Y1 Y2 mG ln 1 * mG L Y2 Y2 L 1 L
S
mG L
—解吸因数（脱吸因数）
影响NOG的因素：
L、G、m、X2、Y1、Y2
(1) L、G、m
L , G , m m不变, L G 推动力Ym N OG m 平衡线斜率 远离操作线 推动力Ym N OG L mG N OG
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 K ya
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，
（1）传质单元数（以NOG为例）
•定义：N OG
N OG
Y1
dY Y Y
*
Y2
气相总传质单元数
气相组成变化 平均传质推动力
Y1
dY Y Y
*
Y1 Y2 (Y Y ) m
*
Y2
• 传质单元数的意义： 反映了取得一定吸收效果的难易程度。
第四节
吸收塔的计算
吸收塔的计算内容：
• 设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂
浓度、塔高、塔径。
• 操作型：核算、操作条件与吸收结果的关系。
• 计算依据：物料恒算、相平衡、吸收速率方程。
一、物料衡算与操作线方程
虚框范围内，对溶质作物料衡算：
LX GY2 LX 2 GY L G Y Y Y2 X X2 L G X (Y2 L G
* mG Y1 Y2 mG ln 1 * mG L Y2 Y2 L 1 L
S
mG L
—解吸因数（脱吸因数）
影响NOG的因素：
L、G、m、X2、Y1、Y2
(1) L、G、m
L , G , m m不变, L G 推动力Ym N OG m 平衡线斜率 远离操作线 推动力Ym N OG L mG N OG
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 K ya
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，
化工原理之有关吸收的基本理论
化工原理之有关吸收的基本理论-----------------------作者：-----------------------日期：9.吸收9.1概述利用不同组分在溶剂中溶解度的差异，分离气体混合物的过程，称为吸收； 能被溶解的组分——溶质A ； 不能被溶解的组分——惰性组分（载体）B ；所用溶剂——吸收剂S 。
吸收液)(A S 。
一．工业生产中的吸收过程1．工业上的应用（1） 原料气的净化：如煤气中的H 2S 除去。
（2） 有用组分的回收：如合成氨厂的放空气中用水回收氨。
（3） 某些产品的制取：将气体中需要的成份以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如：从含HC ｌ气体中盐酸(4) 废气的治理：如含SO 2，NO ，NO 2等废气中，要除去这些有害成份。
2．吸收的分类 (1) 按性质划分物理吸收：溶质不发生明显的化学反应，如水吸收CO 2，SO 2等。
化学吸收：溶质与溶剂或溶液中其它物质进行化学反应。
（如用NaOH 吸收 CO 2） (2) 温度是否变化等温吸收：当溶剂用量很大，温升不明显时 非等温吸收：(3) 被吸收组分数目分单组分吸收：只吸收一种组分 多组分吸收二．吸收过程的极限及方向极限：气液两相呈平衡状态；方向或推动力：一相浓度与同另一相浓度呈平衡的该相浓度之差；比如：溶质A 在气相中的分压为A P ，液相中溶质浓度为A c ，与A c 呈平衡的气相分压为*A P ，则推动力为（*-A A P P ）。
三．吸收的流程流程说明：1． 气液流向： ——逆流（推动力大）2． 多塔吸收：单塔所需太高时，可分解成几个塔串联使用。
3． 加压吸收： 提高总压，可以提高传质推动力，同时提高溶解度，有利于吸收。
4． 脱吸（解吸）过程：吸收的逆过程。
１．具有选择性：对溶质Ａ的溶解度应尽可能大２．不易挥发性：减少溶剂的损失及避免在气体中引入新的杂质 ３．腐蚀性小：减少设备费和维修费 ４．粘度低：以利于传质及输送５．毒性小，不易燃，以利于保证安全生产 6．来源丰富，价格低廉，易于再生五．本章重点及学习方法本章主要讨论单组分、等温、常压、物理吸收，以掌握基本原理和方法。
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)
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………………………………………………………………20
-1-
1 设计方案的介绍
本设计为填料吸收塔，设计中说明吸收剂为洗油，被吸收的气体是含苯的 煤气，且混合气中含苯的摩尔分数为 0.02.除了吸收塔以外，还需其他的辅助设 备构成完整的吸收-脱吸塔。气液采用逆流流动，吸收剂循环再用，所设计的流 程图如 A3 图纸上的图所示。图中左侧为 吸收部分， 混合气由塔底进入吸收塔，其中混合气中的苯被由塔顶淋下的洗油吸 收后，由塔顶送出（风机在图中未画出来） 。富液从富油贮罐由离心泵(J0102)送 往右侧的脱吸部分。 脱吸常用的方法是溶液升温以减小气体溶质的溶解度。故用 换热器使送去的富油和脱吸的贫油相互换热。 换热而升温的富油进入脱吸塔的顶 部，塔底通入过热蒸汽，将富油中的苯逐出，并带出塔顶，一道进入冷凝器，冷 凝后的水和苯在贮罐（F0102）中出现分层现象，然后将其分别引出。回收后的 苯进一步加工。由塔顶到塔底的洗油的含苯量已脱的很低，从脱吸贮罐（F0103） 用离心泵(J0101)打出，经过换热器、冷凝器再进入吸收塔的顶部做吸收用，完成 一个循环。
第9章第三节 吸收塔的计算
理
－
0 米。试求所需填料层高度。
yb=0.02
xb
4
解：yb 0.02 0.1 属于低浓气体吸收
化 工 原
h0 HOG NOG
H OG
G Kya
G K ya
G
1 D 2 3600
4
K ya
理
－ － 2
53 1 1.12 3600
4
1.03m
0.015
0 1
N OG
1 1 S
ln1
过程相对简单，使用最多
2
0
1
0
操作型定性分析举例
9
例2 在逆流操作的填料吸收塔 ya? xa 中，对某一低浓气体中的溶质
ya? L xa
组分进行吸收，现因故 化
工 (1)吸收剂入塔浓度变大，
原
理
(2)吸收剂用量变小，
－ －
而其它操作条件均不变，试分
2 析出塔气体、液体浓度如何变
0 化？
G yb
L xb? G yb
S
yb ya
ya ya
S
2
设 计 型 指吸收任务给定，求塔径、塔高等。
操 作 型 指吸收设备和流程已给定，考察操作条件
化
的变化对吸收效果的影响
工
ya
xa
原
气液流量、
理 －
气液进口浓度、
－ 2
操作温度、压力等
0
1
0
G yb
L xb
设计型举例
3
例1 常压下，用煤油从苯蒸汽和空
气混合物中吸收苯，吸收率为99%，
工 原
解法二：作图+排除法
Y
yb
化工原理 吸收塔的计算
解得x1 0.005
Y1e 2 x1 0.01 y2e 0
ym
( y1 - y1e ) - ( y2 - y2e ) ln ( y1 - 2 y1e )
0.005
( y2 - y2e )
NOG
y1 y2 ym
3.6
H NOG HOG 2.88m
16
3、解吸（脱吸）
1、解吸方法
高浓端
（1）解吸塔物料衡算式 全塔物料衡算
规定浓度下标： 塔顶 1 ，塔底 2
G( y1 y2 ) L(x1 x2 )
操作线方程
y
y1
L
x G
x1
L G
x
y1
L G
x1
18
（2）解吸塔的最小气液比 已知：L 、 x1 、 y2 ， 规定 x2
L G
19
G L min
x1 x2 y1e y2
7
y2
返混
x2
液体局部返混对传质推动力的影响
在一定的液体流量下，当上升气体流速达到一定值时，整个 塔段上同时发生大量液体返混，液体在塔顶被出口气体带出 塔外，即发生了不正常的 液泛 现象。
8
例9-5： 吸收塔高（填料层高）的计算 在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨—空气混合气
中的氨，混合气流量为0.025kmol/s,混合气入塔含氨摩 尔分数为0.02，出塔含氨摩尔分数为0.001。吸收塔操作 时的总压为101.3kPa，温度为293k，在操作浓度范围内 ， 氨 水 系 统 的 平 衡 方 程 为 y=1.2x ， 总 传 质 系 数 Kya=0.0522kmol/(s.m3)。若塔径为1m ，实际液气比是 最小液气比的1.2倍，求所需塔高为多少？
吸收操作技术—吸收计算(化工原理课件)
L, X
进塔气体中溶质组分摩尔比，kmol（A）
混合气 V, Y1
出塔液体中溶质组分的摩尔比，kmol（A）
吸收液 L, X1
吸收剂 L, X2
➢ 在无物料损失时，单位时间进塔物料
中溶质A的量等于出塔物料中A的量
➢ 即，气相中溶质A减少的量等于液相
中溶质A增加的量
➢即
VY1 LX 2 VY2 LX1
或
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
尾气 V, Y2 m
V, Y n
L, X
混合气 V, Y1
吸收液 L, X1
吸收剂 L, X2
一般工程上，吸收效果的好坏用吸收率来
表示。
吸收率：
VY1 VY2 VY1
Y1 Y2 Y1
1 Y2 Y1
在吸收操作中进塔混合气的组成Y1和惰性气 体流量V是由吸收任务给定的。吸收剂初始
整理得
Y
L V
X
Y2
L V
X2
V，Y1 L，X1
单位时间通过吸收塔的吸收剂量
Y和X分别是通过该截面的气相和液相中溶质的摩尔比
单位时间通过吸收塔的惰性气体量
V，Y2
对划定的区域写溶质组分的物料衡 算式。得
VY1 LX VY LX1
整理得
Y
L V
X
Y1
L V
X
1
V，Y1 L，X1
单位时间通过吸收塔的吸收剂量
塔顶液相和气相的组成（X2，Y2）
塔顶浓度是全塔最低的，因此
Y2
塔顶是逆流吸收塔的低浓端
Y*
用气相摩尔比Y表示的相际总推动力
o
Y*=f(X) B
A X*-X
化工原理吸收公式总结
化工原理吸收公式总结化工原理中的吸收可是个相当重要的环节，吸收公式更是解决相关问题的关键钥匙。
咱们今儿就来好好唠唠这些公式。
先来说说亨利定律，这可是吸收过程中的基础。
它表明在一定温度和压强下，气液平衡时，溶质在气相中的分压与溶质在液相中的摩尔分数成正比。
用公式表达就是：p = Ex ，这里的 p 是溶质在气相中的平衡分压，E 是亨利系数，x 是溶质在液相中的摩尔分数。
再瞅瞅气膜吸收速率方程：NA = kg（p - pi），这里的 NA 代表溶质 A 的吸收速率，kg 是气膜吸收系数，p 是气相主体中溶质 A 的分压，pi 是相界面处溶质 A 的分压。
液膜吸收速率方程也不能落下：NA = kl（ci - c），NA 同样是溶质A 的吸收速率，kl 是液膜吸收系数，ci 是相界面处溶质 A 的浓度，c是液相主体中溶质 A 的浓度。
还有总吸收速率方程：NA = Ky（y - yi），Ky 是气相总吸收系数，y 是气相主体中溶质 A 的摩尔比，yi 是相界面处溶质 A 的摩尔比。
给您说个我曾经遇到的事儿，就和这吸收公式有关。
有一次在实验室做吸收实验，我们小组想要研究某种气体在特定溶液中的吸收情况。
一开始，大家都信心满满，觉得按照书上的步骤来肯定没问题。
结果呢，实验数据出来一分析，和预期的相差甚远。
我们几个那叫一个着急，赶紧从头开始排查问题。
最后发现，原来是在计算的时候，把气膜和液膜的吸收系数弄混了，导致整个计算结果都错了。
这可给我们上了深刻的一课，让我们明白了，这些公式可不是随便拿来用的，得搞清楚每个参数的含义和适用条件。
说完这些单个的公式，咱们再聊聊它们之间的关系。
在很多实际问题中，需要综合运用这些公式来求解。
比如说，要确定吸收塔的高度，就得先根据物料衡算求出塔底和塔顶的浓度，再结合吸收速率方程计算出传质单元数，最后才能得出塔高。
还有啊，在使用这些公式的时候，一定要注意单位的统一。
不然，一个不小心，就会得出错误的结果。
化工原理吸收塔的计算
G, Y2 L, X2
面惰性气体的量，kmol/s； L——单位时间通过任一塔截 m
G, Y
n
面的纯吸收剂的量，kmol/s；
L, X
Y——任一截面上混合气体中
溶质的摩尔比，
X——任一截面上吸收剂中溶
G，Y1 L, X1
质的摩尔比。
物料衡算示意图
逆流吸收操作线推导示意图
2020/1/24
【假设】溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂（即操作
GY1 LX GY LX1
或
Y
L G
X
(Y1
L G
X1)
G, Y2 L, X2
G, Y
m
n
L, X
【说明】以上两式均称为吸收 操作线方程。
G，Y1 L, X1 逆流吸收操作线推导示意图
2020/1/24
【逆流吸收操作线方程的有关讨论】
L
L
Y G X (Y1 G X1 )
变换气 CO+H2O=CO2+H2 （ Y1 含CO216~40%）
1－油水分离器；2－吸收塔；3－分离器；4－溶剂泵；5－溶剂冷却器； 6－闪蒸槽；7－常解再生塔；8－气提鼓风机；9－中间贮槽；10－洗涤塔；
11－洗涤液泵；12－罗茨鼓风机
碳酸丙烯酯脱碳常压吸收－空气气提再生工艺流程图
2020/1/24
过程中L、G为常数）。以单位时间为基准，在全塔
范围内，对溶质A作物料衡算得： G, Y2
L, X2
GY1 LX2 GY2 LX1
（进入量＝引出量）
或 G(Y1 Y2 ) L(X1 X2 )
——全塔的物料衡算式
2020/1/24
化工原理 吸收(或解析)塔计算
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
K
G y a
kmol 单位： m2 • s m
kmol m3 • s
HOG与操作条件G、L、物系的性质、填料几何特性有关，是吸收 设备性能高低的反映。其值由实验确定，一般为0.15~1.5米。
y4
•B
y3
E3
yN1
y2
y1 A
E1
E2
x0 x1
x2
x3
解析法求理论板数
x0
y1
平衡线方程：y=mx
y1
操作线方程：y=y1+L/G(x-x0)
由第一板下的截面到塔顶作物料衡算：
y2
y1
L G
x1
x0
y1 mx1
y2
y1
L G
y1 m
x0
(1
A) y1
Amx0
1
2
x1 y2
x2 y3
xN 2 y N 1
N 11 A A1
N－1
N xN 1 y N
yN 1
xN
y2
x2
吸收
y1
x1
y1
解吸
y2
六、塔板数
• 板式塔与填料塔的区别在于组成沿塔高是阶跃 式而不是连续变化的。
x0
y1
1
x1 y2
2
x2 y3
xN 2 y N 1
N－1
yN
N xN 1
xN
理论板：气液两相在塔板上充分接触， 传质、传热达平衡。
相平衡关系：yn f (xn )
化工原理讲稿 气体吸收
两相相内传质速率可用下面的形式表达为：
NA
DG
RT1
P pBm
p
pi
令kG
DG
RT1
P pBm
N A kG p piFra bibliotekNADL
2
cm cSm
(ci
c)
令kL
DL
2
cm cSm
N A kL (ci c)
DG、DL —— 溶质组分在气膜与液膜中的分子扩散系数； P/pBm —— 气相扩散漂流因子； cm/cBm —— 液相扩散漂流因子； 1、2 —— 界面两侧气液相等效膜层厚度，待定参数。
一、吸收过程的气液相平衡关系 二、亨利定律 三、传质过程的方向、限度及推动力
第二节 吸收过程的相平衡关系
一、吸收过程的气液相平衡关系
1.气体在液体中的溶解度 在一定的温度与压力下、当气体混合物与一定量的溶剂 接触时，气相中的溶质便向液相中转移，直至液相中溶质 达到饱和为止，这时，我们称之为达到了相平衡状态。达 到了相平衡状态时气相中溶质的分压，称平衡分压；液相 中溶质的浓度称为平衡浓度（或溶解度）。
气、液相浓度(y,x)在平衡线下方(M点)：
y
ye=f(x)
ye
溶质解吸
y
M
释放溶质
o
xe
xx
结论：若系统气、液相浓度(y,x)在平衡线下方，则体系将 发生从液相到气相的传质，即解吸过程。
第二节 吸收过程的相平衡关系
气、液相浓度(y,x)处于平衡线上(K点)：
y ye=f(x)
yye
K
o
xe x x
第一节 概述
2. 吸收操作实例：石油液化气脱除硫化氢
第一节 概述
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 )
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
吸收塔的计算 化工原理
m G
L
L
S mG L
S——解吸因数（脱吸因数）
NOG
1 1 S
ln1 S
yb ya
m xa m xa
S
注意：图的适用范围为
yb m xa ya m xa
>20及S<0.75。
讨论：
•
yb m xa ya m xa
的意义：反映了A吸收率的高低。
m、yb、xa、S一定时：
ya
2）传质单元高度
•定义：
G HOG K ya
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
•体积总传质系数与传质单元高度的关系:
Kya
G0.70.8 ,
G Kya
G0.30.2
传质单元高度变化范围：0.15～1.5m。
y
L G
x
(
yb
L G
xb
)
y =y－y＊=Ay+B
d(y ) A yb ya ( y y* )b ( y y* )a
dy
yb ya
yb ya
NOG
yb dy ya y y*
yb dy
ya y
yb yb ya dy
ya yb ya y
NOG
yb ya ln Δ yb Δ yb Δ ya Δ ya
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
B
LS
Y* f (X)
吸收塔的计算
= 0 . 04712 × ( 1 − 0 . 9 ) = 0 . 004712 = 0 . 02041
Y 2 = Y 1 ( 1 − ϕ ) = 0 . 04712 X X V
1
2
= 0
0 . 04712 − 0 . 004712 = 83 . 11 kmol / h 0 . 0204东台市职教中心
分析与解答
解： (1)L’的计算：(间接法)
L min = V (Y1 − Y 2 ) * X1 − X 2
L min = V (Y1 − Y2 ) ⇒ L = (1.1 ~ 2.0) L min ⇒ L' * X1 − X 2
式中:
Y1 = y1 0 . 06 = 1 − y1 1 − 0 . 06 = = 0 . 06383 × ( 1 − 0 . 95 ) = 0 . 003192 Y 2 = Y 1 ( 1 − ϕ ) = 0 . 06383 X X V
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要点回顾
一、物料衡算及操作线方程
1、物料衡算式 、
V（Y1-Y2）=L（X1-X2）
2、操作线方程 、 L L L L Y = X +(Y1− X1) = X +(Y2 − X2) V V V V
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吸收过程的操作线
江苏省东台市职教中心
二、吸收剂用量与最小液气比
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课后作业
１、复习本节所讲知识点
２、完成补充练习
江苏省东台市职教中心
谢谢光临
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二、填空题
1、（ 、（2008年）在吸收操作中，其它条件不改变，如增加吸收剂用量，则吸 年 在吸收操作中，其它条件不改变，如增加吸收剂用量， 、（ 平衡线， 收操作线将 平衡线，吸收推动力将 。
6.3吸收(或解析)塔的计算
yb
N OG
ya
dy 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
G H OG＝ K ya
kmol 2 m s m 单位： kmol 3 m 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。
xa xb
并流操作的操作线
L,xb
并流操作的塔
3.吸收剂用量的确定与最小液气比
Yb
B
Yb
Ya
A
Ya
X b max Xb Xa LS Y X X a Ya GB
Xa
X bX b max
最小液气比
Yb Ya Yb Ya LS G X X Xb Xa B min b max a
(1) 操作型问题的命题 第一类：已知塔高h0、L、G、xa、yb，相平衡关系,Kya、Kxa，求：
气液的出口浓度ya、xb。
第二类：已知h0、G、ya、yb，相平衡关系，Kya、Kxa，求：吸收 剂用量L及其出口浓度xb。
(2) 计算方法：仍利用物料衡算式、相平衡关系、吸收过程的基本方
程，但往往这些方程是非线性的，有时需试差。
GBY－ 气 相 中A 的 量 L S X－ 液 相 中A 的 量
Lb,xb
2、操作线方程
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：
G y La xa Ga ya Lx
y G y La xa L x a a G G
3物料衡算 吸收剂 化工原理
§2.4.4 低浓气体吸收时填料层高度
一．填料层高度的一般计算式
单位时间内:
Y2 Y X X2
气相中溶质 A 的减少量 = 液相中溶质 A 的增加量 = 从气相到液相的传质量
Z
dh
填料层所具有的有效传 质面积 引入 a 填料体积
X+dX Y+dY
VdY LdX
N AdA N A (adh)
Y1
V X Y Y2 X 2 L
S Y Y2 Y2
V Y mX b m Y Y2 mX 2 b L
mV 脱吸因数，无因次 S L
L A 吸收因数，无因次 mV
Y
N OG
*
S Y Y2 Y2
S
或:
若平衡关系可用亨利定律来表示 :
• 如果平衡曲线呈现如下图
二、适宜的液气比
在吸收任务一定的情况下，吸收剂用量越小， 溶剂的消耗、输送及回收等操作费用减少，但吸 收过程的推动力减小，所需的填料层高度及塔高 增大，设备费用增加。 可见，吸收剂用量的大小，应从设备费用与操 作费用两方面综合考虑，选择适宜的液气比，使 两种费用之和最小。根据生产实践经验，一般情 况下取吸收剂用量为最小用量的1.1～2.0倍是比较 适宜的，即：
§2.4 吸收塔的计算
§2.4.1吸收塔的物料衡算与操作线方程 一、物料衡算
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
图中 V——单位时间通过吸收塔的惰性气体量， kmol(B)/s； L——单位时间通过吸收塔的溶剂量， kmol(S)/s； Y1、Y2——进塔、出塔气体中溶质组分 的摩尔比，kmol(A)/kmol(B) ； X1、X2——出塔、进塔液体中溶质组分 的摩尔比，kmol(A)/kmol(S)。
化工原理第六章第三节
NOG 1 1Sln1[(S)Y Y1 2 Y Y2 2* *S]
S mV ——脱吸因数。平衡线斜率和操作线斜率的比值 L 无因次。S愈大，脱吸愈易进行。/5/11
2020/5/11
分析 ：
•横坐标 Y 1 Y 2 * 值的大小，反映了溶质吸收率的高低。 Y2 Y2*
N O G 1 0 1 .8l9 n 1 2 0 [ .8 ()9 0 0 ..0 0 2 0 4 0 0 5 1 0 .8 3 7]9 32 5.11
ZHOGNOG1.55.117.67
•对数平均推动力法
NOG
Y1 Y2 Ym
0.04170.00533 Ym
2020/5/11
Ym
2020/5/11
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
大，此时所需的传质单元数越大。
3、传质单元数的求法
对数平均推动力法 平衡线为直线时
脱吸因数法 图解积分法 平衡线为曲线时 近似梯级法
——逆流吸收塔操作线方程 表明 ：塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线
关系，直线的斜率为L/V。
2020/5/11
2020/5/11
并流吸收塔的操作线：
YV LX(V LX1Y1) YV LX(V LX2Y2)
吸收操作线总是位于平衡线的上方， 操作线位于平衡线下方，则应进行脱吸过程。
2020/5/11
Y1 Y2 ln Y1 Y2
(Y1 Y1*) (Y2 Y2*) ln Y1 Y1* Y2 Y2*
(0.04l n 10 2..7 0 540.0 121 .7 5 2 )0.9 0 (0.7 1 02 09 50 7 3) 3 0.0053
吸收(或解吸)塔的计算PPT共55页
吸收(或解吸)塔的计算
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
Байду номын сангаас 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
Байду номын сангаас 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
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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 )
或
Y
LS GB
X
Ya
LS GB
X a
对于塔底 GB (Yb Y ) LS ( Xb X )
或
Y
LS GB
必要条件：
稳定状况下的连续操作。
Y
Yb
B
E
Y
P
R
Ya A
Y*
Q
O Xa X Xb X* Xb*
X
Department of Chemical Engineering CTGU
Lai Qingke
三、吸收剂用量确定
曾讲过，能耗 ，操作费 LS
但受溶解度的限制，LS不可能太小
如何合理选取LS？
通过操作线与平衡线的关联决定
Y y 1 y
X x 1 x
GB G(1 y) LS L(1 x)
吸收率（回收率）： 混合气体溶质A被吸收的百分率。η
被吸收的溶质量
气体进塔的溶质量
Ya Yb (1)
总物料衡算只是表达了进出口塔气液组成的关系。 对于塔内任一截面气液组成关系？
局部衡算（对任一截面上衡算）
一般以塔顶为基准
操作线方程
第三节 吸收（或脱吸）塔的计算
重点讨论连续操作的填料塔
计算内容包括塔高h、塔径D和吸收剂用量LS
讨论对象
板式塔 填料塔
精馏章节讨论 研究对象
9-5 物料衡算
溶剂用量、出塔溶液浓度、气液组成关系等的确定
物料衡算
Department of Chemical Engineering CTGU
Lai Qingke
液相总传质方程
L xb dx ho K xa xa x * x
液相传质方程
L
ho k xa
xb dx xa xi x
可用X，Y a<比表面积，a很难测定。
与称吸为收“系 体数积可作吸用为收一系整数体”，。 Kya—推动X力，为Y一个单位时
单位时间单位体积填料层 吸收的溶质量。
求ho
求定积分
Lai Qingke
LS 1.5LSmin 1.55.06 7.59kmol / h
LB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
LS ' LS 1 Xa 7.63kmol / h
Xb
Xa
GB (Yb Ya ) LS
0.00503 41.27(0.0204 0.00102) 0.11 7.59
ym
ho
G K ya
yb ya ym
Department of Chemical Engineering CTGU
Lai Qingke
同理：
ho
G k ya
yb ya yim
y
B
Δxb E
ho
L K xa
xb xa xm
可用Ｘ、 Ｙ
Δyib
R
B’
ho
L kxa
xb xa xim
A
Δyb
A’
Department of Chemical Engineering CTGU
Lai Qingke
计算式法计算(LS/GB)min：
LS GB
min
Yb Ya
X
* b
X
a
Yb Ya Yb m X a
注意：这里M≈m
LS GB
min
yb ya xb* xa
yb ya yb m ya
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
或者，对于低浓度气体有： G GB
Gy ya Lx xa
L LS
或
y
L G
x
ya
L G
xa
直线
y Y x X
说明两点：（1）以xa、ya表示误差小些，较好； （2）用塔底的（L/G）b的近似性好。
微元体积Ωdh
相界面面积aΩdh
ho
dh
气相传入到液相的溶质量为NAaΩdh
单位塔截面的溶质量为NAaΩdh
物料衡算
Department of Chemical Engineering CTGU
y+dy x+dx GL
G,yb L,xb
Lai Qingke
物料衡算：（低浓度气体，dh内）
N Aadh Gdy Ldx
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Lai Qingke
9-6 填料层高度（对低浓度气体的计算）
为什么要计算填料层高度？
目的： 保证其中有效气液接触面积能满足传质任务。
怎样算ho？
传质所需的面积（为完成一任务）
ho
V
D塔径
VA a
N A A Gyb ya
Y Yb
(LS/GB) min B B1 C E
Y
P
R
Ya AY*Q来自O Xa X Xb X* Xb*
X
A为定点，B点变化 LS不可能
LS变化，LS/GB变
图解法求(LS/GB)min
LS Xb LS/GB 推动力 填料塔高度 塔高
LSmin C点 推动力为〇 最小液气比（LS/GB）min
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
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Lai Qingke
[补例] 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）， 吸收率为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 ）
注意式中Δy im、Δxim、 Δxm的求法
O
x
Δy
ya ya ya*
Δyi
yia ya yia
Δx
xa xa* xa
Δxi
xia xia xa
yb yb yb* yib yb yib
xb xb* xb
xib xib xb
Department of Chemical Engineering CTGU
进塔洗油中芳烃摩尔比
Xa
xa 1 xa
0.005 0.00503 1 0.005
LS min
GB
Yb Ya
Yb m
Xa
41.27
0.0204 0.00102 0.0204 0.00503
5.06kmol
/
h
0.125
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Lai Qingke
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：
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
单位体积有效传质面积 吸收速率方程式
物料衡算（吸收负荷）（任务）
相平衡关系
推动力
总是实际浓度与某种平衡浓度的差额 (x*-x)或(y-y*)
Department of Chemical Engineering CTGU
Lai Qingke
所以填料层高度的计算将涉及到物料衡算、传质速率与相平衡三种关系式的应用
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
直线AB
操作线
斜率LS/GB 应过点B(Xb,Yb)；A(Xa,Ya)
设计时：
1.1~1.5
LS GB
min
LS GB
即： (1.1~1.5) LS min LS
特殊情况
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二、吸收塔操作线方程与操作线
对于塔顶 GB (Y Ya ) LS ( X Xa )
或
Y
LS GB
X
Ya
LS GB
X a
对于塔底 GB (Yb Y ) LS ( Xb X )
或
Y
LS GB
必要条件：
稳定状况下的连续操作。
Y
Yb
B
E
Y
P
R
Ya A
Y*
Q
O Xa X Xb X* Xb*
X
Department of Chemical Engineering CTGU
Lai Qingke
三、吸收剂用量确定
曾讲过，能耗 ，操作费 LS
但受溶解度的限制，LS不可能太小
如何合理选取LS？
通过操作线与平衡线的关联决定
Y y 1 y
X x 1 x
GB G(1 y) LS L(1 x)
吸收率（回收率）： 混合气体溶质A被吸收的百分率。η
被吸收的溶质量
气体进塔的溶质量
Ya Yb (1)
总物料衡算只是表达了进出口塔气液组成的关系。 对于塔内任一截面气液组成关系？
局部衡算（对任一截面上衡算）
一般以塔顶为基准
操作线方程
第三节 吸收（或脱吸）塔的计算
重点讨论连续操作的填料塔
计算内容包括塔高h、塔径D和吸收剂用量LS
讨论对象
板式塔 填料塔
精馏章节讨论 研究对象
9-5 物料衡算
溶剂用量、出塔溶液浓度、气液组成关系等的确定
物料衡算
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Lai Qingke
液相总传质方程
L xb dx ho K xa xa x * x
液相传质方程
L
ho k xa
xb dx xa xi x
可用X，Y a<比表面积，a很难测定。
与称吸为收“系 体数积可作吸用为收一系整数体”，。 Kya—推动X力，为Y一个单位时
单位时间单位体积填料层 吸收的溶质量。
求ho
求定积分
Lai Qingke
LS 1.5LSmin 1.55.06 7.59kmol / h
LB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
LS ' LS 1 Xa 7.63kmol / h
Xb
Xa
GB (Yb Ya ) LS
0.00503 41.27(0.0204 0.00102) 0.11 7.59
ym
ho
G K ya
yb ya ym
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同理：
ho
G k ya
yb ya yim
y
B
Δxb E
ho
L K xa
xb xa xm
可用Ｘ、 Ｙ
Δyib
R
B’
ho
L kxa
xb xa xim
A
Δyb
A’
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Lai Qingke
计算式法计算(LS/GB)min：
LS GB
min
Yb Ya
X
* b
X
a
Yb Ya Yb m X a
注意：这里M≈m
LS GB
min
yb ya xb* xa
yb ya yb m ya
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
或者，对于低浓度气体有： G GB
Gy ya Lx xa
L LS
或
y
L G
x
ya
L G
xa
直线
y Y x X
说明两点：（1）以xa、ya表示误差小些，较好； （2）用塔底的（L/G）b的近似性好。
微元体积Ωdh
相界面面积aΩdh
ho
dh
气相传入到液相的溶质量为NAaΩdh
单位塔截面的溶质量为NAaΩdh
物料衡算
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y+dy x+dx GL
G,yb L,xb
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物料衡算：（低浓度气体，dh内）
N Aadh Gdy Ldx
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9-6 填料层高度（对低浓度气体的计算）
为什么要计算填料层高度？
目的： 保证其中有效气液接触面积能满足传质任务。
怎样算ho？
传质所需的面积（为完成一任务）
ho
V
D塔径
VA a
N A A Gyb ya
Y Yb
(LS/GB) min B B1 C E
Y
P
R
Ya AY*Q来自O Xa X Xb X* Xb*
X
A为定点，B点变化 LS不可能
LS变化，LS/GB变
图解法求(LS/GB)min
LS Xb LS/GB 推动力 填料塔高度 塔高
LSmin C点 推动力为〇 最小液气比（LS/GB）min
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
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[补例] 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）， 吸收率为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 ）
注意式中Δy im、Δxim、 Δxm的求法
O
x
Δy
ya ya ya*
Δyi
yia ya yia
Δx
xa xa* xa
Δxi
xia xia xa
yb yb yb* yib yb yib
xb xb* xb
xib xib xb
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进塔洗油中芳烃摩尔比
Xa
xa 1 xa
0.005 0.00503 1 0.005
LS min
GB
Yb Ya
Yb m
Xa
41.27
0.0204 0.00102 0.0204 0.00503
5.06kmol
/
h
0.125
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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 )
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式中各量的计算：
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
单位体积有效传质面积 吸收速率方程式
物料衡算（吸收负荷）（任务）
相平衡关系
推动力
总是实际浓度与某种平衡浓度的差额 (x*-x)或(y-y*)
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所以填料层高度的计算将涉及到物料衡算、传质速率与相平衡三种关系式的应用
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。
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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
直线AB
操作线
斜率LS/GB 应过点B(Xb,Yb)；A(Xa,Ya)
设计时：
1.1~1.5
LS GB
min
LS GB
即： (1.1~1.5) LS min LS
特殊情况
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