吸收塔的计算

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
第六章 吸收
第四节 吸收塔的计算
吸收塔的设计计算，一般的已知条件是： 1 ） 气 体 混 合 物 中 溶 质 A 的 组 成 （ mol 分 率 ） 以 及 流 量 kmol/(m2.s) 2）吸收剂的种类及T、P下的相平衡关系； 3）出塔的气体组成 需要计算： 1）吸收剂的用量kmol/(m2.s)； 2）塔的工艺尺寸，塔径和填料层高度
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
及Z
L K X a
X1
X2
X
dX *
X
KY a, KX a 气相总体积吸收系数及液相总体积吸收系数
物理意义在：推动力为一个单位的情况下，单位时间单
位体积填料层内吸收的溶质量。
2、传质单元高度与传质单元数
1）传质单元高度与传质单元数的概念
V 的单位
[kmol / s]
[m]
KY a
[kmol / m3 s][m2 ]
Y2 Y1(1 A )
2、吸收塔的操作线方程式与操作线
在 m—n截面与塔底截面之间作组分A的衡算
VY LX1 VY1 LX
Y
L V
X
(Y1
L V
X1)
——逆流吸收塔操作线方程
在m—n截面与塔顶截面之间作组分A的衡算
VY LX2 VY2 LX
Y
L V
X
(Y2
L V
X2)
——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
m Y * 0.01604 0.757 X 0.0212
平衡关系为: Y 0.757X
2）最小吸收剂用量：
Lmin
V
Y1 Y1 m
Y2 X2
其中：V
1000 29
34.5kmol空气/ h
Y1
1.333 101.33 1.333
0.0133
Y2 (1 0.99)Y1 0.01 0.0133 0.000133 X 2 0 m 0.757
关系，直线的斜率为L/V。
并流吸收塔的操作线：
Y
L V
X
(L V
X1
Y1)
Y
L V
X
(L V
X2
Y2 )
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。
二、吸收剂用量的确定
Y1 液气比
B
L/V
(L V
)
m
in
B* 最小 液气比
L V
(1.1 ~
2.0)( L V
)
min
溶液浓度(gNH3/100gH2O) 2
分压Pa
1600
2.5 3 2000 2427
分析：
求水量
吸收剂用量L 已知L/Lmin 求Lmin
平衡常数
解：
1）平衡关系
Y*
y* 1 y*
1
p* p*
1.6 103
101.33103 1.6 103
0.01604
X 2 /17 0.0212 100 /18
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
Lmin
V (Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 0
0.757
25.8kmol/ h
3）每小时用水量
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol/ h 928.8kg / h
三、塔径的计算
D 4VS
u
u —空塔气速
四、填料层高度的计算
称为“气相总传质单元高度” ，用HOG 表示
HOG
V KY a
NOG
Y1
Y2
Y
dY Y*
——气相总传质单元数
Z HOGNOG
Z HOLNOL
HOL —液相总传质单元高度，m
； HOL
L K xa
NOL
—液相总传质单元数，无因次
；
NOL
X1
X2
X
dX *
X
依此类推，可以写出通式：
填料层高度=传质单元高度传质单元数
VdY KY (Y Y *)adz
Y
dY Y
*
KY a V
dZ
LdX K X (X * X )adz
dX X* X
K X a dZ L
Y1
Y2
Y
dY Y
*
KY a V
0Z
dZ
X1
X2
dX X* X
K
X a L
0Z
dZ
低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为
Z
V KY a
Y1
Y2
Y
dY Y*
Y
dY Y
*
1
Y1
Y2
Y
dY Y
*
Y1
Y2
(Y
dY Y *)mபைடு நூலகம்
1
NOG
(Y
1 Y *)m
Y1
Y2
dY
Y1 Y2 (Y Y *)m
1
(Y Y )m Y1 Y2
气体流经一段填料层前后的浓度变化恰等于此段填料层内 以气相浓度差表示的总推动力的的平均值时，那么，这段 填料层的高度就是一个气相总传质单元高度。
Y1 m
X2
Lmin
V
Y1 Y2
Y1 m
X
2
例：空气与氨的混合气体，总压为101.33kPa，其中氨的分 压为1333Pa，用20℃的水吸收混合气中的氨，要求氨的回 收率为99%，每小时的处理量为1000kg空气。物系的平衡关 系列于本例附表中，若吸收剂用量取最小用量的2倍，试
求每小时送入塔内的水量。
一、吸收塔的物料衡算与操作线方程
1、物料衡算
目的 ： 确定各物流之间的量的关系 以及设备中任意位置两物料 组成之间的关系。
对单位时间内进出吸收塔的A的物 质量作衡算
VY1 LX 2 VY2 LX1
V (Y1 Y2 ) L(X1 X 2 )
Y1
L V
X1
Y2
L V
X2
吸收率 A 混合气中溶质A 被吸收的百分率
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