第三章 吸收(填料塔高度的计算).
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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
高浓度气体吸收填料层高度的计算
Y1
Ⅱ
Ⅰ
Y2 Y2＇ Ｘ2＇ Ｘ２ X1＇ Ｘ１
图9-21
降低X2对出塔气液组成的影响
降低吸收剂入塔温度 t2 改变了物系的平衡关系，气体溶解度增大，平衡线下移，传质 推动力也增大。当气、液进塔浓度 Y1、X2 以及液气比L/V不 变时，气体出塔浓度 Y2 降低，分离程度增加。
适当调节上述三个参数均可强化吸收传质过程，提高分离程度。 但实际生产过程的影响因素较多，对具体问题要作具体分析。 吸收剂再循环流程 设吸收剂再循环量与新鲜吸收 剂加入量 L 的比值为 β = L′ L ， 两股吸收剂混合后浓度为
等温吸收时 Z 的计算 图解积分求解步骤
Z =∫
y1 V (1 y )m dy V dY =∫ Y2 k ' a Y Y y 2 k a ( y yi )(1 y )2 Y i y Y1
（1）将 y1 至 y2 的区间分成 n 等份，得 n+1 个 y； （2）由操作线方程算出所取 y 对应的 x； （3）由 Vs=V/(1-y)和Ls=L/(1-x) 计算浓度为 y、x 截面的气液流率； （4）由传质系数关联式计算出 y、x 截面处对应的 kya， kxa； （5）由四式联立求解出气液界面浓度 yi、xi； x
等温吸收时 Z 的计算 因数群 Vs/(kya) 随 Vs 的变化小，因此沿塔高变化不大，可取塔顶和 塔底的平均值，从而可将其提出积分号外
y1 (1 y )m dy = H N V Z= s ∫ G G k y a y2 (1 y )( y yi )
NG =
∫
y1
y2
(1 y )m dy (1 y )( y yi )
等温吸收时 Z 的计算 高浓度吸收填料层高度 Z 的计算式要注意引入漂流因子的影响。
Ⅱ
Ⅰ
Y2 Y2＇ Ｘ2＇ Ｘ２ X1＇ Ｘ１
图9-21
降低X2对出塔气液组成的影响
降低吸收剂入塔温度 t2 改变了物系的平衡关系，气体溶解度增大，平衡线下移，传质 推动力也增大。当气、液进塔浓度 Y1、X2 以及液气比L/V不 变时，气体出塔浓度 Y2 降低，分离程度增加。
适当调节上述三个参数均可强化吸收传质过程，提高分离程度。 但实际生产过程的影响因素较多，对具体问题要作具体分析。 吸收剂再循环流程 设吸收剂再循环量与新鲜吸收 剂加入量 L 的比值为 β = L′ L ， 两股吸收剂混合后浓度为
等温吸收时 Z 的计算 图解积分求解步骤
Z =∫
y1 V (1 y )m dy V dY =∫ Y2 k ' a Y Y y 2 k a ( y yi )(1 y )2 Y i y Y1
（1）将 y1 至 y2 的区间分成 n 等份，得 n+1 个 y； （2）由操作线方程算出所取 y 对应的 x； （3）由 Vs=V/(1-y)和Ls=L/(1-x) 计算浓度为 y、x 截面的气液流率； （4）由传质系数关联式计算出 y、x 截面处对应的 kya， kxa； （5）由四式联立求解出气液界面浓度 yi、xi； x
等温吸收时 Z 的计算 因数群 Vs/(kya) 随 Vs 的变化小，因此沿塔高变化不大，可取塔顶和 塔底的平均值，从而可将其提出积分号外
y1 (1 y )m dy = H N V Z= s ∫ G G k y a y2 (1 y )( y yi )
NG =
∫
y1
y2
(1 y )m dy (1 y )( y yi )
等温吸收时 Z 的计算 高浓度吸收填料层高度 Z 的计算式要注意引入漂流因子的影响。
第3章吸收5节填料吸收塔的计算
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：
§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。
L 1.2 LM 1.2 0.74625 50 44. (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。
关于填料吸收塔的计算
编号 名 称
ln
(1
0.752)
0.0526 0 0.00263 0
0.0752
7.026
2.1 气相总传质单元高度的计算
H OG
V KY a
V KGaP
其中:
KGa
1/
kGa
1 1/
HkLa
式中: H 溶解度系数, kmol /(m3 kPa);
塔截面积, m2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取
1.257kg / m3
⑶ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃空气
的粘度为： v 1.81 105 Pa s 0.065kg /(m h)
⑷ 查手册得SO2在空气中的扩散系数为：
DV 0.108 cm2 / s 0.039 m2 / h
3. 气液相平衡数据
⑴ 由手册查得：常压下20℃时SO2在水中的亨利系数：
at
L
at L L Lat
L Lat
修正的恩田公式只适用于u≤0.5uF的情况，当u≥0.5uF时， 需按p144的公式进行校正
本例题计算过程略，计算的填料层高度为Z=6m. 对于散装填料，一般推荐的分段高度为：
填料类型 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍
h/D 2.5 5~8 5~10 8~15 8~15
1. 液相物性数据
对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取 纯水的物性数据。由手册查得，20℃时水的有关 物性数据如下：
⑴ 密度： L 998 .2kg / m3 ⑵ 粘度： L 0.01Pa s 3.6kg /(m h) ⑶ 表面张力： L 72.6dyn / cm 940896 kg / h2
对于规整填料，其最小喷淋密度可从有关填料手册 中查得，设计中，通常取Umin=0.2
ln
(1
0.752)
0.0526 0 0.00263 0
0.0752
7.026
2.1 气相总传质单元高度的计算
H OG
V KY a
V KGaP
其中:
KGa
1/
kGa
1 1/
HkLa
式中: H 溶解度系数, kmol /(m3 kPa);
塔截面积, m2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取
1.257kg / m3
⑶ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃空气
的粘度为： v 1.81 105 Pa s 0.065kg /(m h)
⑷ 查手册得SO2在空气中的扩散系数为：
DV 0.108 cm2 / s 0.039 m2 / h
3. 气液相平衡数据
⑴ 由手册查得：常压下20℃时SO2在水中的亨利系数：
at
L
at L L Lat
L Lat
修正的恩田公式只适用于u≤0.5uF的情况，当u≥0.5uF时， 需按p144的公式进行校正
本例题计算过程略，计算的填料层高度为Z=6m. 对于散装填料，一般推荐的分段高度为：
填料类型 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍
h/D 2.5 5~8 5~10 8~15 8~15
1. 液相物性数据
对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取 纯水的物性数据。由手册查得，20℃时水的有关 物性数据如下：
⑴ 密度： L 998 .2kg / m3 ⑵ 粘度： L 0.01Pa s 3.6kg /(m h) ⑶ 表面张力： L 72.6dyn / cm 940896 kg / h2
对于规整填料，其最小喷淋密度可从有关填料手册 中查得，设计中，通常取Umin=0.2
第三章 吸收(填料塔高度的计算).
VdY KY Y Y * adh LdX K X X * X adh
对上两式沿塔高积分得
h
Y1
Y2
V dY KY a Y Y *
h
X1
X2
L dX K X a X * X
在上述推导中，用相内传质速率方程替代总的传质速率方 程可得形式完全相同的填料层高度 Z 的计算式。 若采用 NA=KY(Y-Y*) 和 NA=kX(X* - X) 可得：
Y1
Y1
C
Y2
o
B
Y2
X1,max=X1* X o
B
X2
X2
X1,max X1* X
两线在 Y1 处相交时，X1,max=X1*； 两线在中间某个浓度处相切时， X1,max<X1* 。
Y1 Y2 Y1 Y2 L L V min 最小液气比的计算式： X 1,max X 2 V min X 1,max X 2
线上任一点的坐标(Y，X) 代表了塔内该截面上气、 液两相的组成。
Y
A Y1 P B X*-X Y- Y*
Y*=f(X)
Y
Y2 Y* o X2
X
X1 X*
X
操作线上任一点 P 与平衡线间的垂直距离 (Y-Y*) 为塔内该 截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平 距离 (X*-X) 为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。 两线间垂直距离（Y-Y*）或水平距离（X*-X）的变化显示了 吸收过程推动力沿塔高的变化规律。
V, Y2
L, X2
V, Y
VY LX1 VY1 LX
L L Y X Y1 X 1 V V 同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A 的物料衡算，有 L L Y X Y2 X 2 V V
对上两式沿塔高积分得
h
Y1
Y2
V dY KY a Y Y *
h
X1
X2
L dX K X a X * X
在上述推导中，用相内传质速率方程替代总的传质速率方 程可得形式完全相同的填料层高度 Z 的计算式。 若采用 NA=KY(Y-Y*) 和 NA=kX(X* - X) 可得：
Y1
Y1
C
Y2
o
B
Y2
X1,max=X1* X o
B
X2
X2
X1,max X1* X
两线在 Y1 处相交时，X1,max=X1*； 两线在中间某个浓度处相切时， X1,max<X1* 。
Y1 Y2 Y1 Y2 L L V min 最小液气比的计算式： X 1,max X 2 V min X 1,max X 2
线上任一点的坐标(Y，X) 代表了塔内该截面上气、 液两相的组成。
Y
A Y1 P B X*-X Y- Y*
Y*=f(X)
Y
Y2 Y* o X2
X
X1 X*
X
操作线上任一点 P 与平衡线间的垂直距离 (Y-Y*) 为塔内该 截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平 距离 (X*-X) 为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。 两线间垂直距离（Y-Y*）或水平距离（X*-X）的变化显示了 吸收过程推动力沿塔高的变化规律。
V, Y2
L, X2
V, Y
VY LX1 VY1 LX
L L Y X Y1 X 1 V V 同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A 的物料衡算，有 L L Y X Y2 X 2 V V
吸收塔的计算
m，一般取Hb=1.2～1.5m；
Hb
n——填料层分层数
2020/10/22
【填料塔高度的近似计算】
【说明】由于液体再分布器、喷淋装置、支承装置、捕沫器等的结构不同时其高 度不同，当一时无法准确确定时，也可采用下式近似计算塔高：
H=1.2Z+Hd+Hb
Hd——塔顶空间高(不包括封头部分)，m； Hb——塔底空间高(不包括封头部分)，m。
∵
G 1000 273 （1－0.09）＝37.85(mol / s)
22.4 293
故吸收用水量为： L＝35.5G＝35.5×37.85＝1343(mol/s)＝1.343(kmol/s)
2020/10/22
三、吸收塔填料层高度的计算
1、填料塔的高度
【说明】填料塔的高度 主要决定于填料层高度。
（2） HOG愈小，吸收设备的传质阻力愈小，传质效能愈高，完成一定分离任务所 需填料层高度愈小。
2020/10/22
【体积传质系数（ KY a ）——参数归并法】
（1）有效比表面积（a）与填料的类型、形状、尺寸、填充情况有关，还随流体 物性、流动状况而变化，其数值不易直接测定； （2）通常将a与传质系数（KY）的乘积合并为一个物理量KY a （ 单位kmol/m3·s）， 称为体积传质系数，通过实验测定其数值； （3）在低浓度吸收的情况下，体积传质系数在全塔范围内为常数，或可取平均值。
2020/10/22
【解】已知 y1＝0.09 η＝95％＝0.95
∴
Y1
y1 1 y1
0.09 1 0.09
0.099
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495 据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13
高浓度气体吸收填料层高度的计算
（1）当解吸不良使吸收剂入塔含量增高至0.04%时，溶质的回收率下 降至多少？塔内传质推动力有何变化？
（2）气体流率增加20%，而溶剂量以及气、液进口组成不变？溶质的 回收率有何变化？单位时间被吸收的溶质量增加多少？
（3）入塔气体溶质含量增高至2.5%时，为保证气体出塔组成不变， 吸收剂用量应增加为原用量的多少倍？
Y1 Y2 Y1
Y2 (1)Y1
说明：为求高度，必须先求HOG和NOG
（1）流向选择
HOG与设备形势和操作条件有关，NOG与平衡关系和进出口浓度有关， 要计算平均推动力，必须选定流向， 气液两相可逆流操作也可并流操作， 进出口浓度相同时，逆流推动力大于并流推动力，逆流优于并流，但逆 流操作气流阻碍液流流动，需要加大液体流量的吸收可以采用并流。
✓吸收塔的操作型计算
命题 计算目的：预测给定条件下的出口浓度X1、Y2 已知条件：V,L,Y1,X2,Z,平衡关系，传质单元高度或传质系数 计算方法：
Z V Y1 dY KY a Y2 Y Y
Y
L V
X
Y2
L V
X2
Y fe(X )
操作型计算是联立求解上述方程组，当上述方程组联解的结果变为下式
X1
X
b
图9-22 吸收剂再循环的操作
但对于有显著热效应的吸收过程，大量吸收剂再循环可减小吸 收剂在塔内的温升，因而平衡线可以下移，传质推动力增大， 有利于吸收。
➢ 吸收过程计算
✓ 设计型计算
命题
设计要求：计算完成指定分离任务所需的塔高
给定条件：气体流率
气体入塔浓度
平衡关系 分离要求
规定有害物质浓度Y2 规定产品回收率η
X1＇ Ｘ１
✓ 降低吸收剂入塔温度 t2
（2）气体流率增加20%，而溶剂量以及气、液进口组成不变？溶质的 回收率有何变化？单位时间被吸收的溶质量增加多少？
（3）入塔气体溶质含量增高至2.5%时，为保证气体出塔组成不变， 吸收剂用量应增加为原用量的多少倍？
Y1 Y2 Y1
Y2 (1)Y1
说明：为求高度，必须先求HOG和NOG
（1）流向选择
HOG与设备形势和操作条件有关，NOG与平衡关系和进出口浓度有关， 要计算平均推动力，必须选定流向， 气液两相可逆流操作也可并流操作， 进出口浓度相同时，逆流推动力大于并流推动力，逆流优于并流，但逆 流操作气流阻碍液流流动，需要加大液体流量的吸收可以采用并流。
✓吸收塔的操作型计算
命题 计算目的：预测给定条件下的出口浓度X1、Y2 已知条件：V,L,Y1,X2,Z,平衡关系，传质单元高度或传质系数 计算方法：
Z V Y1 dY KY a Y2 Y Y
Y
L V
X
Y2
L V
X2
Y fe(X )
操作型计算是联立求解上述方程组，当上述方程组联解的结果变为下式
X1
X
b
图9-22 吸收剂再循环的操作
但对于有显著热效应的吸收过程，大量吸收剂再循环可减小吸 收剂在塔内的温升，因而平衡线可以下移，传质推动力增大， 有利于吸收。
➢ 吸收过程计算
✓ 设计型计算
命题
设计要求：计算完成指定分离任务所需的塔高
给定条件：气体流率
气体入塔浓度
平衡关系 分离要求
规定有害物质浓度Y2 规定产品回收率η
X1＇ Ｘ１
✓ 降低吸收剂入塔温度 t2
(完整版)填料塔计算部分要点
填料吸收塔设计任务书一、设计题目填料吸收塔设计二、设计任务及操作条件１、原料气处理量：5000m3/h。
２、原料气组成：98％空气＋2.5％的氨气。
３、操作温度：20℃。
４、氢氟酸回收率：98％。
５、操作压强：常压。
６、吸收剂：清水。
７、填料选择：拉西环。
三、设计内容1.设计方案的确定及流程说明。
2.填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算。
3.填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。
4.吸收塔的工艺流程图。
5.填料吸收塔的工艺条件图。
目录第一章设计方案的简介 (4)第一节塔设备的选型 (4)第二节填料吸收塔方案的确定 (6)第三节吸收剂的选择 (6)第四节操作温度与压力的确定 (7)第二章填料的类型与选择 (7)第一节填料的类型 (7)第二节填料的选择 (9)第三章填料塔工艺尺寸 (10)第一节基础物性数据 (10)第二节物料衡算 (11)第三节填料塔的工艺尺寸的计算 (12)第四节填料层压降的计算 (16)第四章辅助设备的设计与计算 (16)第一节液体分布器的简要设计 (16)第二节支承板的选用 (17)第三节管子、泵及风机的选用 (18)第五章塔体附件设计 (20)第一节塔的支座 (20)第二节其他附件 (20)第一章设计方案的简介第一节塔设备的选型塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。
根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。
1、板式塔板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的气液传质设备之一。
传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。
溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。
气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。
在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。
填料塔设计详细计算过程
3
酸盐增加。吸入高浓度二氧化硫，可引起支气管炎、肺炎，严重时可发生肺水肿 及呼吸中枢麻痹。 二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿 润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用增强。上呼吸 道的平滑肌因有末梢神经感受器，遇刺激就会产生窄缩反应，使气管和支气管的 管腔缩小，气道阻力增加。上呼吸道对二氧化硫的这种阻留作用，在一定程度上 可减轻二氧化硫对肺部的刺激。 但进入血液的二氧化硫仍可通过血液循环抵达肺 部产生刺激作用。 二氧化硫进入血液可引起全身性毒作用，破坏酶的活性，影响糖及蛋白质 的代谢；对肝脏有一定损害。液态二氧化硫可使角膜蛋白质变性引起视力障碍。 二氧化硫与烟尘同时污染大气时，两者有协同作用。因烟尘中含有多种重金属及 其氧化物，能催化二氧化硫形成毒性更强的硫酸雾。因加剧其毒性作用。动物试 验证明，二氧化硫慢性中毒后，机体的免疫受到明显抑制。大量吸入可引起肺水 肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。 急性中毒：轻度中毒时，发生流泪、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等；严重中毒 可在数小时内发生肺水肿； 极高浓度吸入可引起反射性声门痉挛而致窒息。皮肤 或眼接触发生炎症或灼伤。 慢性影响：长期低浓度接触，可有头痛、头昏、乏力等全身症状以及慢性鼻 炎、咽喉炎、支气管炎、嗅觉及味觉减退等。少数工人有牙齿酸蚀症。 二氧化硫浓度为 10～15ppm 时， 呼吸道纤毛运动和粘膜的分泌功能均能受到 抑制。浓度达 20ppm 时，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入浓度为 100ppm 8 小 时，支气管和肺部出现明显的刺激症状，使肺组织受损。浓度达 400ppm 时可使 人产生呼吸困难。 二氧化硫与飘尘一起被吸入，飘尘气溶胶微粒可把二氧化硫带 到肺部使毒性增加 3～4 倍。若飘尘表面吸附金属微粒，在其催化作用下，使二 氧化硫氧化为硫酸雾， 其刺激作用比二氧化硫增强约 1 倍。长期生活在大气污染 的环境中，由于二氧化硫和飘尘的联合作用，可促使肺泡纤维增生。如果增生范 围波及广泛，形成纤维性病变，发展下去可使纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫可 以加强致癌物苯并（α）芘的致癌作用。据动物试验，在二氧化硫和苯并（α）
酸盐增加。吸入高浓度二氧化硫，可引起支气管炎、肺炎，严重时可发生肺水肿 及呼吸中枢麻痹。 二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿 润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用增强。上呼吸 道的平滑肌因有末梢神经感受器，遇刺激就会产生窄缩反应，使气管和支气管的 管腔缩小，气道阻力增加。上呼吸道对二氧化硫的这种阻留作用，在一定程度上 可减轻二氧化硫对肺部的刺激。 但进入血液的二氧化硫仍可通过血液循环抵达肺 部产生刺激作用。 二氧化硫进入血液可引起全身性毒作用，破坏酶的活性，影响糖及蛋白质 的代谢；对肝脏有一定损害。液态二氧化硫可使角膜蛋白质变性引起视力障碍。 二氧化硫与烟尘同时污染大气时，两者有协同作用。因烟尘中含有多种重金属及 其氧化物，能催化二氧化硫形成毒性更强的硫酸雾。因加剧其毒性作用。动物试 验证明，二氧化硫慢性中毒后，机体的免疫受到明显抑制。大量吸入可引起肺水 肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。 急性中毒：轻度中毒时，发生流泪、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等；严重中毒 可在数小时内发生肺水肿； 极高浓度吸入可引起反射性声门痉挛而致窒息。皮肤 或眼接触发生炎症或灼伤。 慢性影响：长期低浓度接触，可有头痛、头昏、乏力等全身症状以及慢性鼻 炎、咽喉炎、支气管炎、嗅觉及味觉减退等。少数工人有牙齿酸蚀症。 二氧化硫浓度为 10～15ppm 时， 呼吸道纤毛运动和粘膜的分泌功能均能受到 抑制。浓度达 20ppm 时，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入浓度为 100ppm 8 小 时，支气管和肺部出现明显的刺激症状，使肺组织受损。浓度达 400ppm 时可使 人产生呼吸困难。 二氧化硫与飘尘一起被吸入，飘尘气溶胶微粒可把二氧化硫带 到肺部使毒性增加 3～4 倍。若飘尘表面吸附金属微粒，在其催化作用下，使二 氧化硫氧化为硫酸雾， 其刺激作用比二氧化硫增强约 1 倍。长期生活在大气污染 的环境中，由于二氧化硫和飘尘的联合作用，可促使肺泡纤维增生。如果增生范 围波及广泛，形成纤维性病变，发展下去可使纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫可 以加强致癌物苯并（α）芘的致癌作用。据动物试验，在二氧化硫和苯并（α）
化工原理下册第三章-填料塔-本科
50
四、液体收集及再分布装置
斜板式液体收集器
51
第3章 蒸馏和吸收塔设备
3.2 填料塔 3.2.5 填料塔的设计
52
一、填料的选择
1.填料类型的选择 填料类型的选择考虑因素： ①填料的传质效率要高； ②填料的通量要大； ③填料的压降要低； ④填料抗污堵性能强； ⑤填料便于拆装、检修。
53
一、填料的选择
一、填料的类型
海尔环填料
12
花环填料
13
一、填料的类型
•纳特环填料是一种形似环型 与鞍型填料，这种填料才用 薄板冲压制成侧壁开孔的环 鞍型填料。在鞍的背部有一 个开着数个圆孔的凸缘加强 筋，在筋的两侧有两个与鞍 反向的半圆环，半圆环的直 径一个大，一个小。直径不 同，可避免填料堆积时套叠， 形成均匀开敞的填料层。
42
三、液体分布装置
液体分布装置作用是将进塔液体均匀分布，以 喷洒在填料层的上方。
喷头式 盘式 液体分布 装置类型 管式√ 槽式√
槽盘式 √
43
三、液体分布装置
喷头式液体分布器
44
三、液体分布装置
盘式液体分布器
45
管式液体分布器
46
三、液体分布装置
槽式液体分布器
47
三、液体分布装置
槽盘式液体分布器
25
二、填料的性能及其评价
(2)空隙率 单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以 表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。 分析
～ 流动阻力 ～ 塔压降 ～ 生产能力 ～ 流动阻力 ～ 传质效率
26
二、填料的性能及其评价
(3)填料因子 填料的比表面积与空隙率三次方的比值称为填 料因子，以 表示，其单位为1/m。
四、液体收集及再分布装置
斜板式液体收集器
51
第3章 蒸馏和吸收塔设备
3.2 填料塔 3.2.5 填料塔的设计
52
一、填料的选择
1.填料类型的选择 填料类型的选择考虑因素： ①填料的传质效率要高； ②填料的通量要大； ③填料的压降要低； ④填料抗污堵性能强； ⑤填料便于拆装、检修。
53
一、填料的选择
一、填料的类型
海尔环填料
12
花环填料
13
一、填料的类型
•纳特环填料是一种形似环型 与鞍型填料，这种填料才用 薄板冲压制成侧壁开孔的环 鞍型填料。在鞍的背部有一 个开着数个圆孔的凸缘加强 筋，在筋的两侧有两个与鞍 反向的半圆环，半圆环的直 径一个大，一个小。直径不 同，可避免填料堆积时套叠， 形成均匀开敞的填料层。
42
三、液体分布装置
液体分布装置作用是将进塔液体均匀分布，以 喷洒在填料层的上方。
喷头式 盘式 液体分布 装置类型 管式√ 槽式√
槽盘式 √
43
三、液体分布装置
喷头式液体分布器
44
三、液体分布装置
盘式液体分布器
45
管式液体分布器
46
三、液体分布装置
槽式液体分布器
47
三、液体分布装置
槽盘式液体分布器
25
二、填料的性能及其评价
(2)空隙率 单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以 表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。 分析
～ 流动阻力 ～ 塔压降 ～ 生产能力 ～ 流动阻力 ～ 传质效率
26
二、填料的性能及其评价
(3)填料因子 填料的比表面积与空隙率三次方的比值称为填 料因子，以 表示，其单位为1/m。
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 )
化工原理下册第三章-填料塔-本科
25
二、填料的性能及其评价
(2)空隙率 单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以 表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。 分析
～ 流动阻力 ～ 塔压降 ～ 生产能力 ～ 流动阻力 ～ 传质效率
26
二、填料的性能及其评价
(3)填料因子 填料的比表面积与空隙率三次方的比值称为填 料因子，以 表示，其单位为1/m。
60
二、填料塔工艺尺寸的计算
2.填料层高度的计算 (1)传质单元高度法
Z H OG NOG
(2)等板高度法
Z NT HETP
注意问题： ①填料层的分段； ②设计填料层高度 Z 1.3 ~ 1.5 Z。
61
三、填料层压降的计算
1.散装填料压降的计算
计算方法：由埃克特通用关联图计算。 2.规整填料压降的计算 计算方法： ①由压降关联式计算； ②由实验曲线计算。
2.填料规格的选择 (1)散装填料规格的选择 散装填料常用的规格（公称直径）有 DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 填料规格
～ 传质效率 ～ 填料层压降
填料 公称 直径
54
选择原则：D/d ≥ 8
塔 径
一、填料的选择
(2)规整填料规格的选择 规整填料常用的规格（比表面积）有 125 150 250 350 500 700 同种类型的规整填料，其比表面积越大，传 质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用 也明显增加。故选用时，应从分离要求、通量要 求、场地条件、物料性质以及设备投资、操作费 用等方面综合考虑。
经验值
39
第3章 蒸馏和吸收塔设备
3.2 填料塔 3.2.4 填料塔的内件
40
一、填料支承装置
二、填料的性能及其评价
(2)空隙率 单位体积填料层的空隙体积称为空隙率，以 表示，其单位为 m3/m3，或以%表示。 分析
～ 流动阻力 ～ 塔压降 ～ 生产能力 ～ 流动阻力 ～ 传质效率
26
二、填料的性能及其评价
(3)填料因子 填料的比表面积与空隙率三次方的比值称为填 料因子，以 表示，其单位为1/m。
60
二、填料塔工艺尺寸的计算
2.填料层高度的计算 (1)传质单元高度法
Z H OG NOG
(2)等板高度法
Z NT HETP
注意问题： ①填料层的分段； ②设计填料层高度 Z 1.3 ~ 1.5 Z。
61
三、填料层压降的计算
1.散装填料压降的计算
计算方法：由埃克特通用关联图计算。 2.规整填料压降的计算 计算方法： ①由压降关联式计算； ②由实验曲线计算。
2.填料规格的选择 (1)散装填料规格的选择 散装填料常用的规格（公称直径）有 DN16 DN25 DN38 DN50 DN76 填料规格
～ 传质效率 ～ 填料层压降
填料 公称 直径
54
选择原则：D/d ≥ 8
塔 径
一、填料的选择
(2)规整填料规格的选择 规整填料常用的规格（比表面积）有 125 150 250 350 500 700 同种类型的规整填料，其比表面积越大，传 质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用 也明显增加。故选用时，应从分离要求、通量要 求、场地条件、物料性质以及设备投资、操作费 用等方面综合考虑。
经验值
39
第3章 蒸馏和吸收塔设备
3.2 填料塔 3.2.4 填料塔的内件
40
一、填料支承装置
吸收塔的计算
x x . 0 50 . 0 0 5 a b 0 y y 0 . 0 5 2 1 a b G 0 . 0 2 5 9 L 0 . 0 3
h0 NOG HOG 2.88m
例3 某厂吸收塔填料层高度为4m，用水吸收尾气中的 有害组分A，已知平衡关系为y=1.5x，塔顶xa=0， ya=0.004，塔底xb=0.008，yb=0.02，求： (1)气相总传质单元高度； (2)操作液气比为最小液气比的多少倍； (3)由于法定排放浓度ya必须小于0.002，所以拟将填料 层加高，若液气流量不变，传质单元高度的变化亦可 忽略不计，问填料层应加高多少？
解得液相出口摩尔分数 y y G . 0 2 0 . 0 0 1 b a 0 x ( y y ) x 0 . 0 1 3 9 b b a a L L 1 . 3 7 G
②求传质单元数 平均推动力
(y b y b* ) ( ya ya* ) y m y b y b* ln * ya ya (y b mxb ) ( ya mxa ) 1.94 10 3 y b mxb ln ya mxa
技 术 上 ， x ， y ， h a m 0
经 济 上 ， x ， h ， 设 备 费 a 0
x ， 解 析 操 作 费 用 增 加 。 a
例1： 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
传质单元数
y y . 0 20 . 0 0 1 b a 0 N 9 . 7 9 O G 3 y 1 . 9 41 0 m
③求传质单元高度
气相流率
h0 NOG HOG 2.88m
例3 某厂吸收塔填料层高度为4m，用水吸收尾气中的 有害组分A，已知平衡关系为y=1.5x，塔顶xa=0， ya=0.004，塔底xb=0.008，yb=0.02，求： (1)气相总传质单元高度； (2)操作液气比为最小液气比的多少倍； (3)由于法定排放浓度ya必须小于0.002，所以拟将填料 层加高，若液气流量不变，传质单元高度的变化亦可 忽略不计，问填料层应加高多少？
解得液相出口摩尔分数 y y G . 0 2 0 . 0 0 1 b a 0 x ( y y ) x 0 . 0 1 3 9 b b a a L L 1 . 3 7 G
②求传质单元数 平均推动力
(y b y b* ) ( ya ya* ) y m y b y b* ln * ya ya (y b mxb ) ( ya mxa ) 1.94 10 3 y b mxb ln ya mxa
技 术 上 ， x ， y ， h a m 0
经 济 上 ， x ， h ， 设 备 费 a 0
x ， 解 析 操 作 费 用 增 加 。 a
例1： 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
传质单元数
y y . 0 20 . 0 0 1 b a 0 N 9 . 7 9 O G 3 y 1 . 9 41 0 m
③求传质单元高度
气相流率
化工原理(吸收塔的计算)课件
Ω ——填料塔的塔截面积，m2。
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29
比表面积＝填料的数量×单个填料的表面积
拉 西 环 填 料
学习交流PPT
30
堆 放 在 塔 内 的 填 料
有效比表面积a ——被吸收剂湿润
的填料表面积
学习交流PPT
31
定态吸收时，气相中溶质减少的量等于液相中溶 质增加的量，即：
dF AG dYLdX ——物料衡算式
算，则得到：
G1 YLX G Y L1X 或 YG LX(Y1G LX1)
G, Y2 L, X2
G, Y
m
n
L, X
【吸收操作线方程式的作用】 表明了塔内任一截面上气相组 成Y与液相组成X之间的关系。
G， Y1 L,X1 逆流吸收操作线推导示意图
学习交流PPT
7
【逆流吸收操作线方程的有关讨论的特点】
塔底
G , Y2 L, X2
Y Y2
塔顶
m
斜率＝L/G
G, Y
n
L, X
G ， Y1 L, X1
0
X2
X
X1
X
吸收操作线
学习交流PPT
9
（2）吸收操作线仅与液气比、塔底及塔顶溶质组成
有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无
关。
（3）吸收操作时，Y > Y*或X* > X，故吸收操作线在 平衡线Y*＝f(X)的上方，操作线离平衡线愈远吸收的 推动力愈大； （4）对于解吸操作，Y<Y*或X*<X，故解吸操作线在 平衡线的下方。
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37
（2）传质单元数
【定义】
NOG
Y1 dY Y2 YY*
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29
比表面积＝填料的数量×单个填料的表面积
拉 西 环 填 料
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30
堆 放 在 塔 内 的 填 料
有效比表面积a ——被吸收剂湿润
的填料表面积
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31
定态吸收时，气相中溶质减少的量等于液相中溶 质增加的量，即：
dF AG dYLdX ——物料衡算式
算，则得到：
G1 YLX G Y L1X 或 YG LX(Y1G LX1)
G, Y2 L, X2
G, Y
m
n
L, X
【吸收操作线方程式的作用】 表明了塔内任一截面上气相组 成Y与液相组成X之间的关系。
G， Y1 L,X1 逆流吸收操作线推导示意图
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7
【逆流吸收操作线方程的有关讨论的特点】
塔底
G , Y2 L, X2
Y Y2
塔顶
m
斜率＝L/G
G, Y
n
L, X
G ， Y1 L, X1
0
X2
X
X1
X
吸收操作线
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9
（2）吸收操作线仅与液气比、塔底及塔顶溶质组成
有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无
关。
（3）吸收操作时，Y > Y*或X* > X，故吸收操作线在 平衡线Y*＝f(X)的上方，操作线离平衡线愈远吸收的 推动力愈大； （4）对于解吸操作，Y<Y*或X*<X，故解吸操作线在 平衡线的下方。
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37
（2）传质单元数
【定义】
NOG
Y1 dY Y2 YY*
第三节吸收塔的计算简
或：
被吸收的溶质量 n A进 n A出 进塔气体的溶质量 n A进
即：Ya＝Yb（1－η）
n A进 n A出 Yb Ya nB nB n A进 Yb nB
9.5 Mass Balance of Absorption Tower
四.低浓度气体吸收 低浓度的吸收，通常是指混合气中溶质组成 yb<10%的吸收过程。 因为：溶质含量很低， 1）气液相流率G,L约等于惰性组分流率：
GB（Yb－Ya）= LS（ Xb –Xa ）
9.5 Mass Balance of Absorption Tower
4.任一截面FF’物料衡算 1）塔顶a与FF’之间： 由 GB(Yb－Ya )=LS(Xb –Xa ) 得 GB(Y －Ya )=LS(X –Xa ) Y = LS X/GB+ (Ya － LS Xa /GB) -----(11) 2）塔底b与FF’之间： 同法得 GB(Yb－Y )=LS(Xb –X ) Y = LS X/GB+ (Yb － LS Xb /GB) -----(12)
G≈ GS ， L≈ LS
2）摩尔比Y,X约等于摩尔分率:
Y≈ y ， X≈ x
9.5 Mass BalanceLeabharlann of Absorption Tower
则全塔物料衡算式：GB(Yb－Ya) = LS(Xb –Xa ) 可以变为： G(yb－ya) = L(yb –ya ) 塔顶a与任意截面衡算式变为： GB(Y －Ya )=LS(X –Xa ) G(y－ya ) = L(y –ya ) 相应的： L L y x (ya - x a ) G G yb ya L ( ) min * G xb xa
9.5 Mass Balance of Absorption Tower
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
高浓度气体吸收填料层高度的计算
η=
Y1 Y2 Y1
Y2 = (1 η )Y1
（3）吸收剂用量的选择 吸收塔操作存在一个最小液气比，实际操作液气比应大于最小液气比，注意： 最小液气比是针对规定的分离要求而言的，并不是说吸收它不能在最小液气比 以下操作，只不过在最小液气比以下操作不能达到规定的分离要求。实际液气 比的选择也是一个经济优化的问题。 吸收塔的操作型计算 命题 计算目的：预测给定条件下的出口浓度X1、Y2 已知条件：V,L,Y1,X2,Z,平衡关系，传质单元高度或传质系数 计算方法：
等温吸收时 Z 的计算 高浓度吸收填料层高度 Z 的计算式要注意引入漂流因子的影响。
Y Yi = y yi (1 y )(1 yi )
' ' kY = k y (1 y )(1 yi ) = k y
(1 y )(1 yi ) (1 y )m
y dy = dY = d 2 1 y (1 y )
以及体积传质系数 kya， kxa 与气、液质量流率的关联式。
x1 L(1 x )m dx V dX Z =∫ ' =∫ 2 X 2 k a X X x2 k x a( xi x )(1 x ) X i X1
同理可得： 被积函数为：
f (x ) =
(1 x )m L k x a (xi x )(1 x )2
非等温吸收时 Z 的计算 由进塔的液相浓度 x0 和温度 t0 为初始条件，可逐段算出不同组成 x 下的 液相温度 t，然后根据每一组 x，t 值，由热力学数据确定与之平衡的气 相浓度 y，从而确定出塔内两相的实际平衡关系。 若已知溶质在不同温度下 的溶解度曲线，可由每一 组 t，x 数据直接从图上读 出与之对应的 y 值，连接 交点所得的曲线称为绝热 吸收平衡线。
第三章 吸 收
第三章吸收一、是非题1、将气相符合拉乌尔(Raoult)定律，液相服从道尔顿（Dalton）定律的体系，称之为理想体系。
2、脱吸和吸收操作相似，凡吸收操作的是设备同样适用于脱吸过程，凡吸收的计算公式不加修改也完全适用于脱吸过程。
（√）3、使气体混合物和适当液体接触，气体中的一个或几个组分溶解于液体中，不能溶解的组分仍保留在气相中，于是混合气体得到了分离。
（√）4、分子扩散是指当流体内部某一组分存在浓度差时，则因微观的分子热运动使组分从浓度高处传递至较低处。
（√）5、湍流扩散是指当流体流动或搅拌时，由于流体质点的宏观随机运动（湍流），使组分从浓度高处向低处移动。
（√）40、在等摩尔逆向扩散过程中，分压力梯度为一常数，这种形式的扩散通常发生在吸收过程中。
（×）6、分子扩散系数是物质的物性常数之一，表示物质在介质中的扩散能力。
（√）7、双模理论论点之一是当气液两相接触时，两相之间有一个相界面，在相界面两侧分别存在着呈层流流动的稳定膜层，即有效层流膜层。
（√）8、使溶液中的易挥发性溶质释放出来的操作过程，称为解吸，为了回收吸收剂，通常采用解吸操作，使吸收剂与被吸收的溶质分离，循环使用。
（√）9、吸收操作的分离依据是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度的差异，从而达到的目的。
（√）二、选择题1．用纯溶剂吸收混合气中的溶质。
逆流操作，平衡关系满足亨利定律。
当入塔气体浓度y1上升，而其它入塔条件不变，则气体出塔浓度y2和吸收率ϕ的变化为：（）。
C（A）y2上升，ϕ下降（B）y2下降，ϕ上升（C）y2上升，ϕ不变（D）y2上升，ϕ变化不确定2．在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则气相总传质单元数（）。
BA 增加 B减少 C不变 D不定3．在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则出口气体组成将（）。
AA 增加 B减少 C不变 D不定4．在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则出口液体组成（）。
填料层高度的计算
四、填料层高度的计算1. 填料层高度计算的基本公式SVZ =（m ） V —填料层体积m 3； s —塔截面积m 224D S π=又：设A —填料塔所提供的传质面积（气液接触面积）α—单位体积填料提供的气液有效接触面积为㎡/m 3，则：αV A = aSA S V Z ==ZaS A = 2.平均推动力法计算填料层高度Z均气Y K N A ∆= 均液X K N A ∆=又：A X X L A Y Y V A G N A A )()(2121-=-==∴ ZaSY Y V A Y Y V Y K ）（）（均气2121-=-=∆均气Y D aK Y Y V Z ∆-=2214)(π其中：2121ln Y Y Y Y Y ∆∆∆-∆=∆均 *111Y Y Y -=∆——塔底气相吸收总推动力；*222Y Y Y -=∆——塔顶气相吸收总推动力； 当2/21≤∆∆Y Y 时，221Y Y Y ∆+∆=∆均 同理： ZaSX X L A X X L X K ）（）（均液2121-=-=∆均液X D aK X X L Z ∆-=2214)(π其中：2121ln X X X X X ∆∆∆-∆=∆均*111X X X -=∆——塔底液相吸收总推动力；*222X X X -=∆——塔顶液相吸收总推动力； 当2/21≤∆∆X X 时，221X X X ∆+∆=∆均a K 气——气相体积吸收总系数；kmol/(m 3·s)a K 液——液相体积吸收总系数；kmol/(m 3·s)，其值可由经验公式或试验测定。
【例题8-5】 【例题8-6】 课堂练习：习题8-14、习题8-15 3.传质单元数法求Z 由填料层高度计算式 均气Y D aK Y Y V Z ∆-=2214)(π均液X D aK X X L Z ∆-=2214)(π令： 平均推动力组成变化均气=∆-=Y Y Y H 21 气相传质单元数平均推动力组成变化均液=∆-=X X X H 21 液相传质单元数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。
塔高计算
18
吸收
塔高计算
2. 求尾气量与组成，g1,i=? ， y1,i=?
方法：
Ai 1 (L / G) Ai A , i N 1 mi Ai 1 Si 1 N 1 Si 1
S i 1 / Ai S , i
1）当 l0,i ＝0 时，g1,i g N 1,i A,i 2） l N ,i g N 1, i g1, i l0 , i 3）塔顶尾气量： 4）出塔吸收剂量: 5）出塔组成:
G,y2
L,CBL,2
(C A C B / b ) 假定： A bB C xBL C BL / C M L (CBL2 CBL ) （2） ∴ G( y y2 ) bCM
y
xBL
C BL
bGC M C BL 2 ( y y2 ) （3） L
G,y1 L,CBL,1
2.未被解吸分率
（3-294）
解吸因子
Se 1 1 代入 AeN 1 得 Se N 1 1 N 1 Ae Ae 1 Se 1
S
Se 1 x1 x1e S eN 1 1 x N 1 x1e
（3-298）
13
吸收
塔高计算
说明：
Ae 1 y1 y1e A ( N 1 ) 1 Ae 1 yN 1 y1e
G y1 dy A h Sa y2 N A
式中：CBL的浓度在塔内是变化的（逐渐降低） ∴ 要寻找塔内CBL＝f(yA)的关系，方法是作物料衡算。
5
吸收
塔高计算
3. 物料衡算
目的：确定pA=f(CBL)；确定吸收过程的操作线。 ∴
G( y y2 ) L( xBL2 xBL ) （1）
吸收
塔高计算
2. 求尾气量与组成，g1,i=? ， y1,i=?
方法：
Ai 1 (L / G) Ai A , i N 1 mi Ai 1 Si 1 N 1 Si 1
S i 1 / Ai S , i
1）当 l0,i ＝0 时，g1,i g N 1,i A,i 2） l N ,i g N 1, i g1, i l0 , i 3）塔顶尾气量： 4）出塔吸收剂量: 5）出塔组成:
G,y2
L,CBL,2
(C A C B / b ) 假定： A bB C xBL C BL / C M L (CBL2 CBL ) （2） ∴ G( y y2 ) bCM
y
xBL
C BL
bGC M C BL 2 ( y y2 ) （3） L
G,y1 L,CBL,1
2.未被解吸分率
（3-294）
解吸因子
Se 1 1 代入 AeN 1 得 Se N 1 1 N 1 Ae Ae 1 Se 1
S
Se 1 x1 x1e S eN 1 1 x N 1 x1e
（3-298）
13
吸收
塔高计算
说明：
Ae 1 y1 y1e A ( N 1 ) 1 Ae 1 yN 1 y1e
G y1 dy A h Sa y2 N A
式中：CBL的浓度在塔内是变化的（逐渐降低） ∴ 要寻找塔内CBL＝f(yA)的关系，方法是作物料衡算。
5
吸收
塔高计算
3. 物料衡算
目的：确定pA=f(CBL)；确定吸收过程的操作线。 ∴
G( y y2 ) L( xBL2 xBL ) （1）
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线上任一点的坐标(Y，X) 代表了塔内该截面上气、 液两相的组成。
Y
A Y1 P B X*-X Y- Y*
Y*=f(X)
Y
Y2 Y* o X2
X
X1 X*
X
操作线上任一点 P 与平衡线间的垂直距离 (Y-Y*) 为塔内该 截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平 距离 (X*-X) 为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。 两线间垂直距离（Y-Y*）或水平距离（X*-X）的变化显示了 吸收过程推动力沿塔高的变化规律。
5.1物料衡算与吸收操作线方程
物料衡算 目的：计算给定吸收任务下所需的吸收 剂用量 L 或吸收剂出口浓度 X1。 以逆流操作的填料塔为例： L, X
下标“1”代表塔内填料层下底截面， 下标“2”代表填料层上顶截面。 V —— 惰性气体B的摩尔流率kmol/s； L —— 吸收剂S的摩尔流率kmol/s； Y —— 溶质A在气相中的摩尔比浓度； X —— 溶质A在液相中的摩尔比浓度。
V, Y2 V, Y
2
L, X V, Y1
对稳定吸收过程，单位时间内气相在 塔内被吸收的溶质 A 的量必须等于液 相吸收的量。全塔物料衡算为：
VY1 LX2 VY2 LX1
L, X1
物料衡算 若 G 为吸收塔的传质负荷，即 A 气体通过填料塔时，单位时间内溶质被吸 收剂吸收的量 kmol/s，则
X4 C
D X3
Y3
B X1
D X3
Y3
X2
A Y2 Y4
Y1
X4 C
X2 A
Y2
X4
C
Y4
B
D X3
Y3
Y1
B Y3
D X3
X1
X1
3-3 吸收剂用量的确定
吸收剂的选择 选择良好的吸收剂对吸收过程至关重要。但受多种因 素制约，工业吸收过程吸收剂的选择范围也是很有限的，一 般视具体情况按下列原则选择。
Y*=f(X)
V, Y
L, X
Y2 Y*
Y- Y*
V, Y2
L, X2
o
X1
X
X2
X*
X
吸收塔内流向的选择 在 Y1 至 Y2 范围内，两相逆流时沿塔高均能保持较大的 传质推动力，而两相并流时从塔顶到塔底沿塔高传质推 动力逐渐减小，进、出塔两截面推动力相差较大。 在气、液两相进、出塔浓度相同的情况下，逆流操作的 平均推动力大于并流，从提高吸收传质速率出发，逆流 优于并流。 工业吸收一般多采用逆流，本章后面的讨论中如无特殊 说明，均为逆流吸收。 与并流相比，逆流操作时上升的气体将对借重力往下流 动的液体产生曳力，阻碍液体向下流动，因而限制了吸 收塔所允许的液体流率和气体流率，这是逆流操作不利 的一面。
V, Y2
L, X2
V, Y
VY LX1 VY1 LX
L L Y X Y1 X 1 V V 同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A 的物料衡算，有 L L Y X Y2 X 2 V V
L, X V, Y1 L, X1
逆流与并流操作线练习
Y3
X2
X1 Y1
Y1 Y2 Y3
C
D A B
A
C
Y2 X3 X2
B
D
Y2 X1
X2
X3
逆流与并流操作线练习
X4 Y2
X2
Y1
Y4 Y 2、 Y3 Y4
B A C D
A
C
Y1
B
X1
Y3
D
X3
X4（X3、X2）X1
X2 A Y2 Y4 Y1 B X1 C
X4
X2 A Y2 Y4 Y1
L, X1
在填料塔内，对气体流量与液体流量一定的稳定的吸收操 作，气、液组成沿塔高连续变化； 在塔的任一截面接触的气、液两相组成是相互制约的； 全塔物料衡算式就代表 L、 V一定，塔内具有最高气、液浓 度的截面“1”（浓端），或具有最低气、液浓度的截面“2” （稀端）的气、液浓度关系。
操作线方程与操作线 若取填料层任一截面与塔的塔底端面之间 的填料层为物料衡算的控制体，则所得溶 质 A 的物料衡算式为
吸收塔的计算
设计计算的主要内容与步骤 (1) 吸收剂的选择及用量的计算； (2) 设备类型的选择； (3) 塔径计算； (4) 填料层高度或塔板数的计算； (5) 确定塔的高度； (6) 塔的流体力学计算及校核； (7) 塔的附件设计。 计算依据：物系的相平衡关系和传质速率 以吸收为例说明填料塔填料层高度的计算方法，但在实际 操作中，填料塔和板式塔均为最常用的塔型。
操作线方程与操作线 对气、液两相 并流操作 的吸收塔，取塔内填料层任一截面 与塔顶（浓端）构成的控制体作物料衡算，可得并流时的 操作线方程，其斜率为（-L/V）。 L L Y X Y1 X 1 并流操作线方程 V V
L, X1 V, Y1
Y Y1 Y A P X*-X B
L, X2 V, Y2 V, Y
GA V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
进塔气量 V 和组成 Y1 是吸收任务规定的， 进塔吸收剂温度和组成 X2 一般由工艺条 件所确定，出塔气体组成 Y2 则由任务给 定的吸收率 求出
Y2 Y1 (1 )
L, X
V, Y1
吸收塔的计算
化工单元设备的计算，按给定条件、任务和要求的不同， 一般可分为设计型计算和操作型（校核型）计算两大类。
设计型计算： 按给定的生产任务和工艺条件来设计满足任 务要求的单元设备。 操作型计算： 根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能 完成的任务。 两种计算所遵循的基本原理及所用关系式都相同，只是具 体的计算方法和步骤有些不同而已。本章着重讨论吸收塔 的设计型计算，而操作型计算则通过习题加以训练。 吸收塔的设计型计算 是按给定的生产任务及条件（已知待 分离气体的处理量与组成，以及要达到的分离要求），设 计出能完成此分离任务所需的吸收塔。
上两式均称为吸收操作线方程，代表逆流操作时塔内任一截 面上的气、液两相组成 Y 和 X 之间的关系。 （L/V）称为吸收塔操作的液 在 Y-X 图上为以液气比 L/V 为斜率，过塔进、出 口的气、液两相组成点(Y1， X1) 和 (Y2 ， X2) 的直线，称 为吸收操作线。
(1) 对溶质有较大的溶解度。溶解度，溶剂用量，溶剂再 生费用；溶解度，对一定的液气比，吸收推动力， 吸收传质速率，完成一定的传质任务所需设备尺寸； (2) 良好的选择性，即对待吸收组分的溶解度大，其余组分 溶解度小；
Y
A Y1 P B X*-X Y- Y*
Y*=f(X)
Y
Y2 Y* o X2
X
X1 X*
X
操作线上任一点 P 与平衡线间的垂直距离 (Y-Y*) 为塔内该 截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平 距离 (X*-X) 为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。 两线间垂直距离（Y-Y*）或水平距离（X*-X）的变化显示了 吸收过程推动力沿塔高的变化规律。
5.1物料衡算与吸收操作线方程
物料衡算 目的：计算给定吸收任务下所需的吸收 剂用量 L 或吸收剂出口浓度 X1。 以逆流操作的填料塔为例： L, X
下标“1”代表塔内填料层下底截面， 下标“2”代表填料层上顶截面。 V —— 惰性气体B的摩尔流率kmol/s； L —— 吸收剂S的摩尔流率kmol/s； Y —— 溶质A在气相中的摩尔比浓度； X —— 溶质A在液相中的摩尔比浓度。
V, Y2 V, Y
2
L, X V, Y1
对稳定吸收过程，单位时间内气相在 塔内被吸收的溶质 A 的量必须等于液 相吸收的量。全塔物料衡算为：
VY1 LX2 VY2 LX1
L, X1
物料衡算 若 G 为吸收塔的传质负荷，即 A 气体通过填料塔时，单位时间内溶质被吸 收剂吸收的量 kmol/s，则
X4 C
D X3
Y3
B X1
D X3
Y3
X2
A Y2 Y4
Y1
X4 C
X2 A
Y2
X4
C
Y4
B
D X3
Y3
Y1
B Y3
D X3
X1
X1
3-3 吸收剂用量的确定
吸收剂的选择 选择良好的吸收剂对吸收过程至关重要。但受多种因 素制约，工业吸收过程吸收剂的选择范围也是很有限的，一 般视具体情况按下列原则选择。
Y*=f(X)
V, Y
L, X
Y2 Y*
Y- Y*
V, Y2
L, X2
o
X1
X
X2
X*
X
吸收塔内流向的选择 在 Y1 至 Y2 范围内，两相逆流时沿塔高均能保持较大的 传质推动力，而两相并流时从塔顶到塔底沿塔高传质推 动力逐渐减小，进、出塔两截面推动力相差较大。 在气、液两相进、出塔浓度相同的情况下，逆流操作的 平均推动力大于并流，从提高吸收传质速率出发，逆流 优于并流。 工业吸收一般多采用逆流，本章后面的讨论中如无特殊 说明，均为逆流吸收。 与并流相比，逆流操作时上升的气体将对借重力往下流 动的液体产生曳力，阻碍液体向下流动，因而限制了吸 收塔所允许的液体流率和气体流率，这是逆流操作不利 的一面。
V, Y2
L, X2
V, Y
VY LX1 VY1 LX
L L Y X Y1 X 1 V V 同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A 的物料衡算，有 L L Y X Y2 X 2 V V
L, X V, Y1 L, X1
逆流与并流操作线练习
Y3
X2
X1 Y1
Y1 Y2 Y3
C
D A B
A
C
Y2 X3 X2
B
D
Y2 X1
X2
X3
逆流与并流操作线练习
X4 Y2
X2
Y1
Y4 Y 2、 Y3 Y4
B A C D
A
C
Y1
B
X1
Y3
D
X3
X4（X3、X2）X1
X2 A Y2 Y4 Y1 B X1 C
X4
X2 A Y2 Y4 Y1
L, X1
在填料塔内，对气体流量与液体流量一定的稳定的吸收操 作，气、液组成沿塔高连续变化； 在塔的任一截面接触的气、液两相组成是相互制约的； 全塔物料衡算式就代表 L、 V一定，塔内具有最高气、液浓 度的截面“1”（浓端），或具有最低气、液浓度的截面“2” （稀端）的气、液浓度关系。
操作线方程与操作线 若取填料层任一截面与塔的塔底端面之间 的填料层为物料衡算的控制体，则所得溶 质 A 的物料衡算式为
吸收塔的计算
设计计算的主要内容与步骤 (1) 吸收剂的选择及用量的计算； (2) 设备类型的选择； (3) 塔径计算； (4) 填料层高度或塔板数的计算； (5) 确定塔的高度； (6) 塔的流体力学计算及校核； (7) 塔的附件设计。 计算依据：物系的相平衡关系和传质速率 以吸收为例说明填料塔填料层高度的计算方法，但在实际 操作中，填料塔和板式塔均为最常用的塔型。
操作线方程与操作线 对气、液两相 并流操作 的吸收塔，取塔内填料层任一截面 与塔顶（浓端）构成的控制体作物料衡算，可得并流时的 操作线方程，其斜率为（-L/V）。 L L Y X Y1 X 1 并流操作线方程 V V
L, X1 V, Y1
Y Y1 Y A P X*-X B
L, X2 V, Y2 V, Y
GA V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
进塔气量 V 和组成 Y1 是吸收任务规定的， 进塔吸收剂温度和组成 X2 一般由工艺条 件所确定，出塔气体组成 Y2 则由任务给 定的吸收率 求出
Y2 Y1 (1 )
L, X
V, Y1
吸收塔的计算
化工单元设备的计算，按给定条件、任务和要求的不同， 一般可分为设计型计算和操作型（校核型）计算两大类。
设计型计算： 按给定的生产任务和工艺条件来设计满足任 务要求的单元设备。 操作型计算： 根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能 完成的任务。 两种计算所遵循的基本原理及所用关系式都相同，只是具 体的计算方法和步骤有些不同而已。本章着重讨论吸收塔 的设计型计算，而操作型计算则通过习题加以训练。 吸收塔的设计型计算 是按给定的生产任务及条件（已知待 分离气体的处理量与组成，以及要达到的分离要求），设 计出能完成此分离任务所需的吸收塔。
上两式均称为吸收操作线方程，代表逆流操作时塔内任一截 面上的气、液两相组成 Y 和 X 之间的关系。 （L/V）称为吸收塔操作的液 在 Y-X 图上为以液气比 L/V 为斜率，过塔进、出 口的气、液两相组成点(Y1， X1) 和 (Y2 ， X2) 的直线，称 为吸收操作线。
(1) 对溶质有较大的溶解度。溶解度，溶剂用量，溶剂再 生费用；溶解度，对一定的液气比，吸收推动力， 吸收传质速率，完成一定的传质任务所需设备尺寸； (2) 良好的选择性，即对待吸收组分的溶解度大，其余组分 溶解度小；