吸收塔计算
吸收塔塔径计算公式
吸收塔塔径计算公式吸收塔是化工、环保等领域中常见的设备，用于实现气体混合物中某些组分的吸收。
而吸收塔塔径的计算可是个关键环节，这直接关系到吸收塔的性能和工作效率。
要计算吸收塔的塔径，咱们得先弄清楚几个重要的参数和概念。
首先就是气体的流量，这就好比是一条河流的水流量，流量越大，需要的河道就得越宽。
还有气体的流速，它决定了气体在塔内流动的快慢。
另外，吸收塔的操作条件，比如温度、压力，也会对塔径产生影响。
那具体的计算公式是啥呢？一般来说，吸收塔塔径可以通过下面这个公式来计算：D = √（4Q / πv），这里的 D 就是塔径啦，Q 是气体的体积流量，v 是适宜的空塔气速，π 就是大家熟悉的圆周率。
举个例子吧，就说咱们在一家化工厂，要设计一个用于吸收二氧化硫的吸收塔。
经过前期的工艺计算和分析，已知气体的体积流量是1000 立方米每秒，通过实验和经验数据，确定适宜的空塔气速为 2 米每秒。
那咱们就可以这样来算塔径：先把数字代入公式，D = √（4×1000 / 3.14×2），经过计算，得出塔径大约是 31.8 米。
可别以为这就算完事儿了，实际情况可复杂得多。
比如说，气体的性质也得考虑进去。
如果气体中含有一些容易堵塞或者粘结的成分，那咱们在选择塔径的时候就得留有余地，稍微选大一点，免得后期出现堵塞影响生产。
还有啊，不同的吸收工艺对塔径的要求也不一样。
有的工艺需要气体和吸收液充分接触，那塔径就得适当大一些，以增加接触面积和时间。
在实际操作中，计算塔径还得考虑设备的成本、安装和维护的便利性等因素。
就像我之前参与过的一个项目，最初计算出的塔径从理论上来说是没问题的，但考虑到工厂的场地限制和后续的维护难度，我们不得不重新调整计算参数，经过多次的讨论和修改，最终确定了一个既能满足工艺要求，又能适应实际情况的塔径。
总之，吸收塔塔径的计算可不是个简单的数学问题，它需要综合考虑各种因素，还得结合实际经验，才能得出一个既合理又实用的结果。
吸收塔的计算
第4节吸收塔的计算吸收过程既可在板式塔内进行，也可在填料塔内进行。
在板式塔中气液逐级接触，而在填料塔中气液则呈连续接触。
本章对于吸收操作的分析和计算主要结合连续接触方式进行。
填料塔内充以某种特定形状的固体填料以构成填料层。
填料层是塔实现气、液接触的主要部位。
填料的主要作用是：①填料层内空隙体积所占比例很大，填料间隙形成不规则的弯曲通道，气体通过时可达到很高的湍动程度；②单位体积填料层内提供很大的固体表面，液体分布于填料表面呈膜状流下，增大了气、液之间的接触面积。
通常填料塔的工艺计算包括如下项目：（1）在选定吸收剂的基础上确定吸收剂的用量；（2）计算塔的主要工艺尺寸，包括塔径和塔的有效高度，对填料塔，有效高度是填料层高度，而对板式塔，则是实际板层数与板间距的乘积。
计算的基本依据是物料衡算，气、液平衡关系及速率关系。
下面的讨论限于如下假设条件：（1）吸收为低浓度等温物理吸收，总吸收系数为常数；（2）惰性组分B在溶剂中完全不溶解，溶剂在操作条件下完全不挥发，惰性气体和吸收剂在整个吸收塔中均为常量；（3）吸收塔中气、液两相逆流流动。
吸收塔的物料衡算与操作线方程式全塔物料衡算图2－12所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：V －惰性气体的流量，kmol （B ）／s ；L —纯吸收剂的流量，kmol （S ）／S ；Y 1；、Y 2—分别为进出吸收塔气体中溶质物质量的比，kmol （A ）／kmol （B ）；X 1、X 2——分别为出塔及进塔液体中溶质物质量的比，kmol （A ）／kmol （S ）。
注意，本章中塔底截面一律以下标“l ”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。
在全塔范围内作溶质的物料衡算，得：VY 1＋LX 2＝VY 2＋LX 1或V （Y 1－Y 2）＝L （X 1－X 2） （2－38）一般情况下，进塔混合气体的流量和组成是吸收任务所规定的，若吸收剂的流量与组成已被确定，则V 、Y 、L 及X 2。
吸收塔的计算
吸收塔的计算1.全塔物料衡算与操作线方程1．全塔物料衡算对逆流操作的填料吸收塔，作全塔溶质组分的物料衡算，可得：吸收塔的分离效果，通常用溶质的回收率来衡量，回收率定义为：吸收过程中，回收率恒低于100％。
一般情况下，进塔混合气的组成和流量是已知的，如果吸收剂的组成和流量已经确定，则V、Y1、L 和X2皆为已知数，又根据吸收任务所规定的回收率，可得知气体出塔时应有的浓度Y2，如此，通过全塔物料衡算便可求得塔底排除的吸收液的浓度X1，于是，在填料层底部和顶部两个端面上液气组成都为已知。
2 吸收操作线方程和操作线在塔底或塔顶与踏中任意截面间列溶质的物料衡算，可整理得：或上两式是等效的，皆称为吸收塔操作线。
该方程在X-Y图上为一直线，称为吸收塔操作线。
操作线位置仅决定于塔顶、塔底两端的气、液相组成，该直线的斜率为液气比L/V。
操作线上任何一点代表塔内任一截面上的气、液相组成已被确定。
吸收过程操作线总是位于平衡曲线的上方，两线相距愈远，表示吸收推动力愈大，有利于吸收过程。
应注意，操作线是由物料衡算决定的，仅与V、L及二相组成有关，而与塔型及压强、温度等无关。
对并流操作的填料吸收塔，或其它组合操作的吸收塔，读者应能依据上述原则作出它们的操作线。
3-2．吸收剂最小用量和适宜用量在极限情况下，操作线和平衡线相交（有特殊平衡线时为相切），此点推动力为零，所需填料层为无限高，对应的吸收剂用量即为最小用量。
该操作线斜率为最小液气比（等）。
因此最小吸，因此最小吸收剂用量可用下式求得：若气液平衡关系服从亨利定律，则式中可由亨利定律算出，否则可由平衡曲线读出。
适宜的吸收剂用量应通过经济衡算确定，但一般在设计中可取经验值，即：应注意，对填料塔选定吸收剂用量时，还应保证能充分润湿填料，一般喷淋密度不应低于5m3/(m2·h)。
可见待设计确定塔径后，还应校验喷淋密度。
3.塔径的计算计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速，其选定方法见“塔设备”章。
5.4吸收塔计算
（1）对数平均推动力法
N OL
X1 X2 X m
X m
X1 ln
X 2 X1
X 2
X 1
X1
X
* 1
X 2
X2
X
* 2
48
（2）解吸因数法
1
NOL 1
L
ln1
L mG
X1 X2
X
* 2
X
* 2
L mG
mG
Y2 / m
49
3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关； 与系统的平衡关系、填料及操作条件无关 。
8
4）吸收操作线在平衡线的上方 解吸操作线在平衡线下方
5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力 操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大
B Y* f (X)
Y
.K
Y* A
水平线：X=X*-X 垂直线： Y= Y-Y*
X
X*
1）根据条件定HOG、mG/L 2）用 Z=HOGNOG ，确定NOG的变化 3）用吸收因数法确定Y2的变化 4）由全塔物料衡算分析X1变化 （2）定量计算
36
5.4.5 解吸塔的计算
解吸过程：A从吸收液中分离出的操作 吸收的逆过程
目的：获得所需较纯的溶质 溶剂再生循环使用
43
解吸方法：
N OG
Y1 Y1
Y2 Y1*
Y1 Y2 Y2 Y2*
•当 Y1 2 、X1 2时
Y2
X 2
Ym
Y1
Y2 2
29
2）吸收因数法
平衡关系服从亨利定律 Y * mX
逆流为例：X
G
L
(Y Y2 ) X 2
NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
化工原理第五章吸收塔的计算
（1）吸收塔的塔径；
（2）吸收塔的塔高等。 2、操作型计算
（1）吸收剂的用量；
（2）吸收液的浓度；
（3）在物系、塔设备一定的情况下，对指定的生产
任务，核算塔设备是否合用。
2018/10/17
一、物料衡算和操作线方程
1、物料衡算 G——单位时间通过任一塔截
G, Y2 L, X2
2018/10/17
【特点】任一截面上的吸收的 推动力均沿塔高连续变化。
* N A KY (YA YA )
* NA K X ( X A X A)
逆流吸收塔内的吸收推动力
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（2）吸收塔填料层高度微分计算式 微分填料层的传质面积为：
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495
据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13
据
Y1 Y2 L ( ) min G Y1 / m X 2
L 0.099 0.00495 ( ) min 29.6 0.099 G 0 31.13
∴
2018/10/17
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 LX 2 GY2 LX1
（进入量＝引出量） 或
G(Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
——全塔的物料衡算式
G, Y1 L, X1
物料衡算示意图
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【有关计算】 （1）吸收液的浓度 据
XXຫໍສະໝຸດ 吸收推动力2018/10/17
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比
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)
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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。
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【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。
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【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
吸收塔的计算
最小液气比的求法
图解法 •正常的平衡线
(L V
)min
Y1 Y2 X1* X 2
Lmin
V
Y1 Y2
X
* 1
X
2
•平衡线为上凸形时
(L V
)
min
Y1 Y2
X
1
X
2
Lmin
V
Y1 Y2
X
1
X
2
计算法
适用条件：平衡线符合亨利定律，可用 Y * mX 表示
(L V
) m in
Y1 Y2
1、填料层高度的基本计算式
对组分A作物料衡算 单位时间内由气相转入液相的 A的物质量为：
dGA VdY LdX
dGA NAdA N A (adZ)
微元填料层内的吸收速率方程式为：
N A KY (Y Y * )及N A K X ( X * X )
dGA KY (Y Y * )adz dGA K X ( X * X )adz
试写出用膜系数及相应的推动力表示的填料层高度的计算式。
Z HG NG
HG
V k y a
—气膜传质单元高度，m
NG
Y1
Y2
Y
dY Yi
—气膜传质单元数
Z HL NL
HL
L k x a
—液膜传质单元高度，m
NL
X1
X2
dX Xi X
—液膜传质单元数
2）传质单元高度的物理意义
NOG
Y1
Y2
Lmin
V (Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 0
0.757
2.5.吸收塔的计算
吸收因子法 N OG 将 NOG 表示为两个无因次数群为了计算方便，将此式绘制成以 1/A 为参数的曲线图
吸收因子 L/(mV 是操作线斜率与平衡线斜率的比值。
A 值越大，两线相距越远，传质推动力越大，越有利于吸收过程，NOG 越小。
A 的倒数 (mV/L 称为解吸因子S，其值越大，对吸收越不利，由图可知，NOG 越大。
平衡线为直线时传质单元数的计算当用（X*-X）作传质推动力时，对平衡线为直线的情况，用完全类似的方法可导出与 NOG 计算式并列的 NOL 计算式 N
5.5 塔径的计算气体沿塔上升可视为通过一个空管，按流量公式计算塔径 VS
--塔径(m Vs--在操作条件下混合气体的体积流量(m/s u-- 混合气体的空塔速度（m3/s 塔径设计要做多方案比较以求经济上既是优化的，操作上也是可行的。
一般适宜操作气速通常取泛点气速的50%∽85%。
算出的塔径还要按压力容器公称直径标准圆整。
某生产车间使用一填料塔，用清水逆流吸收混合气中有害组分A，已知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m，进料混合气组成为0.04（组分A的mol分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下的平衡关系为Y=2.5X（X、Y均为摩尔比），试求： 1）L/V 为(L/Vmin 的多少倍？2）所需填料层高度。
3）若气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓度降至0.0033，求此时所需填料层高度为若干米？。
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：NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
气相总传质单元数
NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
Y1 Y2 (Y Y *)m
气相组成变化 平均传质推动力
• 传质单元数的意义：
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
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 Kya
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
四、吸收塔的操作计算 1.吸收过程的强化
Y1
Y*1
Y2
T △Y2
Y*2
O X2
B △Y1
X1
吸收推动力 NA 吸收阻力
目标：提高吸收过程的推动力； 降低吸收过程的阻力。
从L、G、m、X2、Y1、Y2着手。
其它因素： 1）降低吸收剂入口温度； 2）提高吸收的压力； 3）提高流体流动的湍动程度； 4）改善填料的性能。
Y1 dY Y2 Y
NOG
Y1 Y1
Y2 Y2
ln
Y1 Y2
X1
NOG
Y1 Y2 Ym
Ym （Y1 Y2）/ ln Y1 / Y2
注意： •平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流 吸收皆可。 •平衡线与操作线平行时，
Ym Y1 Y2 X m X1 X 2
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 )
吸收塔的计算
9.5.4 吸收塔的设计型计算
1、吸收塔吸收剂用量和填料层高度
1）计算公式 物料衡算式 相平衡方程式 吸收基本方程式
G ( y y ) L x x b a b a
y* mx
G y d y b h H N 0 O G O G y a K a y y y L x d x b h HN 0 O L O L x a x K * x x
G G ( yy ) L xx x yy )x 物料衡算式 b ( b a b a b a a L y y L L b a 1 . 2 1 . 2 G G x x m i n b a G qn H OG G qn已知，A可以计算求取； K y A
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
2）吸收塔设计型计算的命题 设计要求： （1）达到分离要求最合理的溶剂用量； （2）达到分离要求所需要的塔高（填料层高）； （3）塔径（暂不计算）。 给定条件： yb、G、相平衡关系、分离要求(ya或η) 回收率
ya 1 yb
3）设计条件的选择
(1)流向选择，一般选择逆流操作;
(2)吸收剂进口浓度选择，
L L 1.2 G G min
根据吸收过程基本方程 填料层高度计算式
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
吸收塔的计算
yb 0.02
xa 0
则
y y . 0 20 . 0 0 2 b a 0 L / G 2 x x x b a b
所以
xb 0.009
y 1 . 5 x 1 . 5 0 . 0 0 9 0 . 0 1 3 5 b b
* ( y y ) ( y y ) ( 0 . 0 20 . 0 1 3 5 ) 0 . 0 0 2 b b a a y 0 . 0 0 3 8 2 m * 0 . 0 20 . 0 1 3 5 y y b b l n l n 0 . 0 0 2 y y a a
L L 1.2 G G min
根据吸收过程基本方程 填料层高度计算式
G y d y b h H N 0 O G O G y a y K a y y
平均推动力法求传质单元数 y y y y y d y b b a b a N O G * * y ( y m x ) ( y m x ) a y ( y y) ( y y y b b a a b b a a) * y m x y y b b b b l n l n * y m x y y a a a a 因此需要求取出塔液相含氨摩尔分数xb
y y . 0 20 . 0 0 2 b a 0 N 4 . 7 1 O G y 0 . 0 0 3 8 2 m
' hH N 1 . 4 4 4 . 7 1 6 . 7 8 m 0 O G O G
所以
' h h 6 . 7 842 . 7 8 m 0 0
技 术 上 ， x ， y ， h a m 0
经 济 上 ， x ， h ， 设 备 费 a 0
吸收塔的计算
最小液气比的计算 1. 平衡曲线一般情况
L V
min
Y1 Y2
X
* 1
X2
X*1——与Y1相平衡的液相组成。
返回
平衡关系符合亨利定律时：
L V
2. 平衡曲线为凸形曲线情况
min
Y1 Y2
Y1 m
X2
Y1
L V
min
Y1 Y2 X1,max X 2
Y2
Y1 C
Y2
D
Y3
A
X1 X2
B
X3 返回
5.5.2 吸收剂用量的确定
E
Y1
B
B1
Y
P
A Y2
O X2 X1
X
X*1
返回
一、最小液气比 最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条 件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零， 达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。
L V min
返回
（4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线OE下方。
（5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；
Y
B Y* f (X)
Y
K.
Y* A
X
X* X
返回
2. 并流吸收
VY+LX=VY2+ LX2
L
L
Y
V
X
(Y2
V
X2)
逆流与并流的比较：
况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？
已知101.3kPa，20℃条件下SO2在水中的平衡数据与 Y1相平衡的液相组成=0.0032
吸收塔的计算2010
所以，有效相际传质面积a总是小于填料的比表面积，a
与填料性质及设备有关，又受流体物性和流动状态影响， 难以测定。 把Ky（或Kx）与a结合在一起处理，称气（液）相体 积传质总系数，kmol/m3· s
2．传质单元数和传质单元高度 y1 气相总传质单元数 N OG
y2
x1
dy y y*
dx 液相总传质单元数 N OL x2 x * x G 气相总传质单元高度 H OG K ya
平衡关系
填料层高度
H H OG N OG H OL N OL
传质量Gdy
物料衡算
a——填料的有效相际传质面积， m2/m3
A——塔截面积
1. 基本计算式
y2 L,x2
定态连续逆流 吸收操作
0
y m y+dy x+dx H G,y1 x1 x dh n
H
吸收操作示意图
在塔内任一截面处，取一微元高度dh，作物料衡算 溶质吸收量 GAdy LAdx N AaAdh 由速率方程
第四节 填料吸收塔的计算
吸收塔分板式塔和填料塔,本章
主要讨论填料塔。
主要计算任务:
（1） 吸收剂用量的计算 （2） 塔底排除液浓度的计算 （3） 塔高度的计算 （4） 塔径的计算
低浓度气体（贫气）吸收
低浓度气体（贫气）吸收—当进塔气浓度<510%，通常称为贫气吸收。
贫气吸收特点：
1.经全塔的混合气量和液体量变化不大，传质系数可 视为常量； 2.吸收过程可视为等温过程。
K y ( y y*)adh K x ( x * x ) adh
Gdy K y ( y y *)adh Ldx K x ( x * x ) adh
化工原理第五章(吸收塔的计算)
【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
据
L (G )min
Y1 Y2 Y1 / m X 2
∴
L
0.099 0.00495
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2、填料层高度的基本计算式 【计算依据】 （1）物料衡算式； （2）传质速率方程式。 【操作特点】在填料塔内任一截面上的吸收的推动 力（Y－Y*）均沿塔高连续变化，所以不同截面上 的传质速率各不相同。 【处理方法】不能对全塔进行计算，只可首先对一 微分段计算，得到微分式，然后得到积分式运用于 全塔。
质的摩尔比。
物料衡算示意图
逆流吸收操作线推导示意图
2020/4/3
【假设】溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂（即操作
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 )
2020/4/3
Y Y1 Y Y2 Y*
0
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NA KY (Y Y *) NA KX ( X * X )
Y=f(X)
吸收推动力 X*－X
吸收推动力 Y－Y*
X2
X
X1
X*
X
吸收推动力
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比 【定义】对于一定的分离任务、操作条件和吸收物 系，当塔内某截面吸收推动力为零时（气液两相平 衡Y－Y*＝0），达到分离要求所需塔高为无穷大时 的液气比称为最小液气比，以（L/G）min表示。
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Y1 Y2 qn, L,min qn,V X 1 X 2
二、适宜的液气比
处理量 qn ,V 一定 动力 消耗
qn , L
推动 力 根据生产实践经验，一般取
n ,V
～q
qn , L
～ ～
操作 费用
填料层 高度
～
设备 费用
qn ,L qn ,L 1.1 ~ 2.0 ( ) min qn ,V qn ,V
令
S
mqn,V qn , L
脱吸 因数
脱吸因数为平衡线斜率 与操作线斜率的比值 。 则
N OG
Y1
Y2
1 S Y (SY2 Y2* )
dY
一、传质单元数法
积分并化简，可得 Y1 Y2* 1 N OG ln 1 S S * 1 S Y2 Y2 同理，可导出
qn ,L qn ,L Y X Y1 X1 qn ,V qn ,V
逆流吸收塔 操作线方程
二、操作线方程与操作线
同理，在 m-n 截面与塔顶端面之间作组分 A 的衡 算，得
qn ,L qn ,L Y X Y2 X2 qn ,V qn ,V
斜率
逆流吸收塔 操作线方程
塔底 塔顶
操作线方 程为直线
qn , L qn ,V
过点
B (X1，Y1) T (X2，Y2)
逆流吸收操作线
斜率 qn, L / qn,V （液气比）
操作线
Y*=f(X)
Y1
B
Y
Y*
推动力
Y2
T
X2
X
X1
思考：如何得出并流吸收操作线？位置如何？
第八章 气体吸收
8.4 低组成气体吸收的计算
溶剂昂贵或不易获得，需回收利用 溶质为目的产物
二、化工中常用的解吸方法
气提解吸
解吸 方法
加入气提气，降低溶质的分压。 减压解吸 √ 吸收在加压下进行，通过减压进行解吸。 加热解吸 对吸收液加热，通过升温进行解吸。 加热－减压联合解吸 √ 加热－减压联合进行，提高解吸程度。
√
0.1 MPa
2.2 MPa
收速率越大，也可反映吸收设备的分离能力。
一、传质单元数法
NOG 的物理意义
Z H OG N OG
HOG 一定 NOG
～Z ～
吸收分离的难度
NOG 是反映吸收分离难易程度的因数，NOG 越
大，吸收分离的难度越大。
一、传质单元数法
3. 传质单元数的求法 (1) 解析法 ① 脱吸因数法 设平衡关系为
最小液气比 最小溶剂用量
qn ,L,min
Y1 Y2 * qn ,V X1 X 2
qn ,L m(Y1 Y2 ) mA Y1 qn ,V min
纯溶剂 吸收
Y*=mX
qn , L Y Y 1 2 q X X2 n , V 1 min
第八章 气体吸收
8.1 吸收过程概述
8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系
8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程
一、全塔物料衡算
在工业中，吸收操作多采用塔式设备，既可 采用气液两相在塔内逐级接触的板式塔，也可采 用气液两相在塔内连续接触的填料塔。工业中以 采用填料塔为主，故本节对于吸收过程计算的讨 论结合填料塔进行。
则
NOG
Y1 Y2 Ym
一、传质单元数法
同理，可导出
N OL
其中
X1 X 2 X m
* * X 1 X 2 X1 X1 X 2 X2 X m * X 1 X 1 X1 ln ln * X 2 X X 2 2
适用条件
平衡关系为近似直线
吸收过程的最小液气比 ( qn ,L / qn ,V ) min ，然后再根
据工程经验，确定适宜（操作）液气比。
一、最小液气比
最小液气比可用图解法求得 ：
qn ,L Y1 Y2 Y1 Y2 * qn ,V min X 1 X 2 Y1 / m X 2
8.4.1 物料衡算与操作线方程 8.4.2 吸收剂用量的确定
一、最小液气比
在吸收塔的计算中，通常气体处理量是已知 的，而吸收剂的用量需通过工艺计算来确定。在 气量一定的情况下，确定吸收剂的用量也即确定 液气比 qn ,L / qn ,V 。 液气比 qn ,L / qn ,V 的常用确定方法是：先求出
T1
Wh c ph
L H c ( NTU )c
传热单 元长度 传热单 元数
L H h ( NTU ) h
传热单 元长度 传热单 元数
一、传质单元数法
分析
qn ,V (kmol / s) K a (kmol / m2s)(m2 / m3 )(m2 ) m Y
1－吸收塔 2－闪蒸罐 3－溶剂泵 4－解吸塔
0.6 MPa
脱碳系统吸收液的减压解吸工艺流程
0.1 MPa
8.4 低组成气体吸收的计算 8.5 吸收系数
吸收系数的获取途径
吸收系数是吸收过程计算的关键。吸收系数不 仅与物性、设备类型、填料形状和规格等有关，而 且还与塔内流体流动状况、操作条件密切相关。 实验测定 获取吸收 系数途径
经验公式计算
准数关联式计算
第八章 气体吸收
8.1 吸收过程概述
8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系
适宜液气比 适宜溶剂用量
qn,L 1.1 ~ 2.0 qn ,L,min
第八章 气体吸收
8.4 低组成气体吸收的计算
8.4.1 物料衡算与操作线方程 8.4.2 吸收剂用量的确定 8.4.3 塔径的计算
塔径的计算
工业上的吸收塔通常为圆柱形，故吸收塔的直 径可根据圆形管道内的流量公式计算：
计算进塔气体组成 Y1
qn , L 水流量 出塔气体组成 Y2
出塔液体组成 X1
三、吸收系数的计算
总体积吸收系数KY a 计算公式：
qn ,V Y1 Y2 Z KY a Ym
qn ,V (Y1 Y2 ) qn ,GA KY a Ym Ym
qn ,GA qn ,V (Y1 Y2 ) qn ,L ( X 1 X 2 )
填料有效比表面积 m2/m3
dqn,GA N AdA N A adZ
吸收塔截面积 m2
填料有效比 表面积a
<
填料润湿比 表面积aW
<
填料总比 表面积 at
一、传质单元数法
整理可得 dY KY a dZ Y Y * qn,V 在全塔范围内积分
dX K X a dZ X *X qn, L
8.4 低组成气体吸收的计算 8.5 吸收系数 8.5.1 吸收系数的测定
一、实验装置与流程
实验测定是获得吸收系数的根本途径。实验测
定一般在已知内径和填料层高度的中间实验设备上
或生产装置上进行，用实际操作的物系，选定一定
的操作条件进行实验。
水吸收氨过程吸收系数的测定实验流程
二、测定方法
测定数据： 操作温度 t 操作压力 P 空气流量 qn ,V 氨气流量 qn , A
Y1 Y2
Y Y
1
2
Y1 Y2
一、传质单元数法
可导出 令
N OG Y1 Y2 Y1 ln Y1 Y2 Y2
对数平均 推动力
Y1 Y2 Y1 Y1* Y2 Y2* Ym * Y1 Y Y ln ln 1 1* Y2 Y2 Y2
D
注意
4qV ,V
u
吸收塔直径计算式
计算塔径时，一般应以塔底的气量为依据。 qV ,V 采用操作状态下的数据。 计算塔径时， 计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速u 。
第八章 气体吸收
8.4 低组成气体吸收的计算 8.4.1 物料衡算与操作线方程 8.4.2 吸收剂用量的确定 8.4.3 塔径的计算 8.4.4 吸收塔有效高度的计算
一、传质单元数法
若 或 则 或
1 Y1 2 2 Y2 1 X 1 2 2 X 2
Y1 Y2 Ym 2 X 1 X 2 X m 2
可用算术平均值 代替对数平均值
第八章 气体吸收
8.1 吸收过程概述
8.2 吸收过程的相平衡关系 8.3 吸收过程的速率关系
一、传质单元数法
1. 基本计算公式 填料塔为连续接触 式设备，随着吸收的进 行，沿填料层高度气液 两相的组成均不断变化， 塔内各截面上的吸收速 率并不相同。为解决填 料层高度的计算问题， 需要对微元填料层进行 物料衡算。
微元填料层的物料衡算
一、传质单元数法
在微元填料层内对组分A作物料衡算：
dqn,GA qn,V dY qn, L dX
dY Z KY a Y2 Y Y * qn, L X dX Z K X a X X * X
Y1
1 2
qn,V
填料层高度基 本计算公式
一、传质单元数法
2. 传质单元高度与传质单元数 比较：换热器的换热管长度基本计算公式
L
Wc c pc ndK
t2 t1
dt T t
dT L T2 ndK T t
第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.5.1 吸收系数的测定 8.5.2 吸收系数的经验公式(选读) 8.5.3 吸收系数的准数关联式(选读)
第八章 气体吸收
8.5 吸收系数 8.6 其他吸收与解吸 8.6.1 其他吸收过程(选读) 8.6.2 解吸(脱吸)