吸收塔的物料衡算与操作线方程1
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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，
化工原理第7章气体吸收
再看积分号内
y1
y2
dy ： 分子、分母具有相同的单位。 y ye
∴ 积分值为一个无因次量，把它认为相当于气相总传质
单元高度HOG的一个倍数，称它为 “气相总传质单元 数”
用“NOG”表示 即： NOG=
y1
y2
dy y ye
则，总传质总元高度H=单元高度×倍数（单元数）
H=HOGNOG
则
Kya dy dh y ye G
Kxa dx dh xe x L
稳定操作时：L、G、a、A为常数 稀溶液： K x 、K y
y1
也视为常数
∴可对上式进行在全塔范围内积分：
Kya H dy dh y2 y ye G 0 x1 Kxa H dx x2 xe x L 0 dh
取最小吸收剂用量Lmin的1.1～2倍。 L L 即 ≈（1.1～2）（ ）min G G 即 L =（1.1~2）Lmin
Lmin的求取： （1）平衡线如上图所示，则只要从T点连接y=y1 与平衡线的交点B*点即TB*，则TB*线所对应的斜率
L/G即为最小吸收剂用量下的斜率（ L ）min G y y 而( L )min= tgα= y1 y2 Lmin G 1 2 x1e x2 x1e x2 G
K x a ——液相总体积吸收系数，kmol/(m3.s)
二、传质单元高度与传质单元数
G y1 dy 分析式： Z K y a y2 y ye
其中：
G ∴ K ya
G K ya
单位为m，即高度的单位。
称为单元高度，全称“气相总传质单元
高度”。以“HOG”表示 G 即： HOG= K ya
吸收液（即出塔吸收液）中浓度加大（x1加大），则吸
吸收过程的气液相平衡关系
VB (Y1 Y2 ) N A Za K Y Ym Za VB Y1 Y2 Z K Y a Ym N oG Y1 Y2 Ym
（3）图解积分法
适用范围：普遍适用于各种平衡关系
步骤：
N OG
dY Y2 Y Y *
Y1
i 在X--Y作标系中绘出平衡线,与操作线
Y* X m * 1 Y 1 X
Y*=mX
mX Y 1 (1 m) X
*
亨利定律是稀溶液定律,则x很小,1+（1-m）X=1则
二、相平衡与吸收的关系 1、判断过程进行方向
x=0.05 y=0.1 y*=0.94x y*=0.94×0.05=0.047 > y x*=0.1/0.94=0.106 > x x=0.1 y=0.05 y*=0.1×0.94=0.094 > y x*=0.05/0.94=0.053 < x
ii 选点,列表
iii 作Y—1/（Y-Y*）图 iv 求面积
五、吸收塔计算分析
1、等分子反向扩散
D p A1 p A2 NA RTZ
2、一组分通过另一停滞组分的扩散
DP pA1 pA2 NA RTZPBm
（三）液相中的稳定分子扩散
液相中的扩散速度远远小于气相中的扩散速度， 而且发生等分子反向扩散的机会很少，一组分通过 另一停滞组分的较多见。
' D C ' cA1 cA2 NA zcsm
二、传质机理
（一）分子扩散和菲克定律 分子扩散：在一相内部有浓度差的条件下，由于 分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。 菲克定律
J A D AB
dC A dz
吸收塔物料衡算与操作线关系
物料衡算
二、操作线方程
Y
L V
X
Y1
L V
X
1YBiblioteka L VXY2
L V
X2
当 L/V 一定，操作线方程在 Y-X 图上均呈直线， 称为吸收操作线。
Y1
斜率： L 过两点：( X1,Y1), ( X 2 ,Y2 )
V
T
L Y1 Y2 ---液气比 V X1 X2
Y2 X2
B X1
物料衡算
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的摩尔流量kmol/s； L —— 吸收剂S的摩尔流量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。
L, X1
物料衡算
一、 全塔物料衡算（逆流流动）
L, X2
若 GA 为吸收塔的传质负荷，即气体通过填料塔时，单位时间内 溶质被吸收剂吸收的量 kmol/s，则
V, Y
L, X V, Y1
L, X1
逆流操作线方程
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 算的范围，则所得溶质 A 的物料衡算式为
VY LX1 VY1 LX
Y
L V
X
Y1
L V
X
1
同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A的物料衡算，有
Y
L V
X
Y2
L V
X2
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。
吸收技术 ---物料衡算
物料衡算
一、 全塔物料衡算（逆流流动）
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。
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
低浓度气体吸收.
其大小表示了分离任务的难易。
② 传质单元高度（以HOG 为例）
完成一个传质单元分离任务所需的填料层高度。
y j 1 x j 1
HOG
yj yej yj-1 yej-1 x2 xe2 x1
(y-yj)m
yj
xj
说明：
▲
影响传质单元高度的因素：填料性能，流动情况；
▲
其值大小反映了填料层传质动力学性能的优劣。
规定，其用量取决于适宜的液气比。
ye=mx
y1
y2 x2 x1 xe1
qnL/qnG对操作线的影响
最小液气比：
q nL q nG
y1 y 2 y1 y 2 min x e1 x 2 y1 / m x 2
最小溶剂用量 ：
q nL min
y1 y 2 q nG y /m x 2 1
7.4 低浓度气体吸收
通常是指混合气中溶质组成y1 < 10%的吸收过程。
简化假定： ① 气、液两相摩尔流率恒定 （ qnG=qnL=const ）； ② 等温吸收。
qnG , y2
qnL , x2
7.4.1 吸收塔的物料衡算及操作线方程
(1) 物料衡算 全塔物料衡算：
qnG , y
qnL , x
q nG ( y1 y 2 ) q nL ( x1 x 2 )
（2） 传质单元数与传质单元高度
G h K ya
令
y1
y2
dy ( y ye )
——气相总传质单元高度，m —— 气相总传质单元数，无量纲数。
H OG
G K ya
dy ( y ye )
N OG
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
化工原理吸收解析
X2 0
Lmin
G(Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
3.125 0.096 0
869kmol / h
26.7
2020/10/31
L 1.65Lmin 1.65869 1434kmol / h
2）出塔吸收液浓度：
G(Y1 Y2 ) L(X1 X2 )
X1
X2
G(Y1 Y2 L
)
0
3.125 1434
X2 0
m 0.757
Lmin
G(Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 0 0.757
25.8kmol/ h
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol/ h
2020/10/31
三、填料层高度的计算
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：
dY Y
*
Z
dZ
0
G Y1 dY Y2 KY a Y Y *
LdX KX (X * X )adZ
dZ L dX KX a X * X
Z
dZ
X1
L
dX
0
X2 K X a X * X
2020/10/31
低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为
Z G
KY a
Y1 dY Y2 Y Y *
GdY LdX
NAdA NA(adZ )
2020/10/31
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 )
dG KY (Y Y *)adZ dG KX (X * X )adZ
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 )
e05.4低浓度气体吸收
L x1 dx h k x a x2 ( xi x)
（2） 传质单元数与传质单元高度
G h K ya
令
y1
y2
dy ( y ye )
——气相总传质单元高度，m —— 气相总传质单元数，无量纲数。
H OG
G K ya
dy ( y ye )
N OG
y1
y2
所以
h HOG NOG
1 2
同样可以推得以液相传质速率方程表示的计算式：
Ldx K x a( xe x)dh
h
x1 x2
Ldx L x1 dx K x a( xe x) K x a x2 ( xe x)
L x1 dx h K x a x2 ( xe x)
同理，可得：
G y1 dy h k y a y2 ( y yi )
y2 ye 2
x1 xe1
要使φ↑，则塔顶平衡，A＞1.0，一般A=1.4 要使x1↑，则塔底平衡，A＜1.0， 适宜的A值，应优化而定 ② 平衡关系为曲线规律时 ∵ m≠const Kya ≠const ∴ 应采用图解法。
若 m 变化不大，Kya变化不超过10%，则可近似认为 Kya =
(y-yj)m
yj
xj
说明：
▲
影响传质单元高度的因素：填料性能，流动情况；
▲
其值大小反映了填料层传质动力学性能的优劣。
▲
数值变化范围小，一般在0.2 –1.5 m范围内。
k ya G
▲
0.7
G HG G 0.3 k ya
传质单元高度数值由实验测定或用Kya计算得出。
(3) 传质单元数的计算
化工原理吸收
说明：1、 p*、x 、E（亨利系数，压强单位 ）
推导：1m3：
2、适用于 t 一定，理想溶液。E为该 t 下纯溶质p°;
溶质［kmol/m3]
3、用于难溶、较难溶气体（或易溶稀溶液）；
溶剂
4、难溶气体，E为常数；
则
5、E由实验测定，查手册（P78）； 6、E＝f （T），T E （即T CA* ),
等分子反向扩散：NA＝JA 单向扩散： NA＝JA＋总体流动 2、NA计算式 N－总体流动的通量，［A、B总物质量／m2.s］； 其中，A、B的通量各为：
若扩散在气相：
积分:
z
0
解得：
则：
pB2 pB1
故
式中：
1、2两截面上物质B分压的对数平均值，kpa。
－漂流因数，无因次。
说明：①与(2-16)比较,多P/PBm , ②pA (pB )
(3)kG～ky关系 P总压不高时， p=Py 及pi=Pyi
ky= PkG (2-35)
2、液膜吸收速率方程式
yi-溶质A在相界面处的摩尔分率。
ky-气膜吸收系数 ［kmol/(m2.s)] 1／ky为气膜阻力， ＊ 1／ky与（y-yi)相对应。
令
(1)
kL—液膜吸收系数，kmol/(m2.s.kmol/m3)或m/s。
5、 小结 1、两类吸收速率方程式
膜系数相对应的速率式 总系数相对应的速率式
膜吸收速率方程式 总吸收速率方程式
方程式
吸收系数
推动力
膜系数：kG［kmol/(m2.s.kpa)］ kL［kmol/(m2.s.kmol/m3)或m/s。］
ky ［kmol/(m2.s)] Kx［kmol/(m2.s)］
一,吸收塔的物料衡算和操作线方程
第三节 吸收过程的计算一、吸收塔的物料衡算和操作线方程设：稳定流动V —惰性气体的摩尔流量。
kmol/hL —吸收剂的摩尔流量。
kmol/hY 1、X 1—塔底气液组成；Y 2、X 2—塔顶气液组成；1.全塔物料衡算（逆流）气相：Y 1 ↘Y 2 ；吸收质减少量：V （Y 1 -Y 2）。
液相：X 2↗X 1； 吸收质增加量：L （X 1- X 2）。
G A —单位时间内气相向液相转移的吸收质的量kmolA/h ；出塔液组成： 2211)(X Y Y LV X +-= 吸收过程中常以吸收率φ作为分离指标，既气相中被吸收的溶质占气相中原有溶质的百分数。
1211211)(Y Y Y VY Y Y V VY G A -=-==φ 练习题：一填料吸收塔，用来从空气和丙酮蒸气组成的混合气中吸收丙酮，用水作吸收剂。
已知混合气中丙酮蒸气的体积分数为6%，所处理的混合气中空气量为1400m 3/h,操作温度293K ，操作压强101.3kp ，要求丙酮的吸收率达到98%，若吸收剂用量为154kol/h ，求：出塔液的浓度。
（X A ）2．操作线方程与操作线在 m —n 截面与塔底截面之间作组分A 的衡算气相：Y 1 ↘Y ；吸收质减少量：V （Y 1 -Y ）。
液相：X ↗X 1； 吸收质增加量：L （X 1- X ）。
AG X X L Y Y V =-=-)()(2121)1(12φ-=Y Y即： ——吸收操作线方程（逆流） 在m —n 截面与塔顶截面之间作组分A 的衡算得： 操作线意义：塔内任一截面处的气相浓度Y 与液相浓度X 之间的变化关系。
操作线为过B （X 1、Y 1）点，斜率为L/V 的一条直线。
又：XX Y Y X X Y Y V L --=--=112121 操作线过塔底B （X 1、Y 1）及塔顶A （X 2、Y 2）点，斜率为L/V 。
塔底B （X 1、Y 1）→浓端；塔顶A （X 2、Y 2）→稀端L/V ——液气比。
化工原理第五章(吸收塔的计算)
2020/4/3
【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
2020/4/3
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
2020/4/3
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。
【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
2020/4/3
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
2020/4/3
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。
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)。
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气体摩尔流量的比，即处理含单位千摩尔惰性气的原 料气所用的纯吸收剂耗用量大小。液气比对吸收设备 尺寸和操作费用有直接的影响。
吸收塔的最小液气比
当吸收剂用量增大，即操作线的斜率L V 增大，则 操作线向远离平衡线方向偏移，如图8-6中AC线所示， 此时操作线与平衡线间的距离增大，即各截面上吸收 推动力（Y Y ）增大。若在单位时间内吸收同样数量 的溶质时，设备尺寸可以减小，设备费用降低；但是 ，吸收剂消耗量增加，出塔液体中溶质含量降低，吸 收剂再生所需的设备费和操作费均增大。
最小液气比可用图解或计算法求出：
（1）图解法 一般情况下，平衡线如图所示的曲线
，则由图读出与 Y1 相平衡的的数值后，用下式计算最
小液气比：
L V
m in
Y1 Y2 X1 X 2
如果平衡线为图8-6（b）所示的曲线，则应过点作
平衡曲线的切线，由图读出点的横坐标
X
1
的数值，代
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
关系，直线的斜率为L/V。
二、吸收剂用量的确定
1．吸收剂的单位耗用量
由逆流吸收塔的物料衡算可知
L Y1 Y2 V X1 X2
（8-23）
在 V 、Y1 、Y2 、X 2 已知的情况下，吸收塔操作线的一个端点
若减少吸收剂用量， L V 减小，操作线向平衡线 靠近，传质推动力（ Y Y ）必然减小，所需吸收设备 尺寸增大，设备费用增大。当吸收剂用量减小到使操 作线的一个端点与平衡线相交，如图8-6中AD线所示， 在交点处相遇的气液两相组成已相互平衡，此时传质 过程的推动力为零，因而达到此平衡所需的传质面积 为无限大（塔为无限高）。这种极限情况下的吸收剂 用量称为最小吸收剂用量，用Lmin 表示，相应的液气比 称为最小液气比，用 (L V )min 表示。显然，对于一定的 吸收任务，吸收剂的用量存在着一个最低极限，若实 际液气比小于最小液气比时，便不能达到设计规定的 分离要求。
由以上分析可见，吸收剂用量的大小，从设备费 与操作费用两方面影响到生产过程的经济效益，应选 择一个适宜的液气比，使两项费用之和最小。根据实 践经验，一般情况下取操作液气比为最小液气比的1.1 ～2.0倍较为适宜。即；
L (1.1 ~ 2.0) L
V
V min
2．最小液气比的求法
A（ X 2 Y2）已经固定，另一个端点B则在的水平线 Y Y1 上移
动，点B的横坐标取决于操作线的斜率L V ，如图8-6所示。
操作线的斜率称为液气比，是吸收剂与惰性气体摩尔流 量的比，即处理含单位千摩尔惰性气的原料气所用的纯吸 收剂耗用量大小。液气比对吸收设备尺寸和操作费用有直 接的影响。
操作线的斜率称为液气比 ，是吸收剂与惰性 LV
D.y2增大，吸收率不确定
2.对于操作中的吸收塔，下列说法正确的是（ ）
求每小时送入塔内的水量。
溶液浓度(gNH3/100gH2O)
分压Pa 分析：
2 1600
2.5 3 2000 2427
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
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
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
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
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 LX 2 VY2 LX
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol / h 928.8kg / h
随堂习题
1.在逆流吸收塔中，用纯溶剂吸收混合气体中条件不变，则出塔气体组成y2和吸收率的变化为（ ）
A.y2增大，吸收率减小
B.y2减小，吸收率增加
C.y2增大，吸收率不变
0.0133
Y2 (1 0.99)Y1 0.01 0.0133 0.000133 X 2 0 m 0.757
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
入式（8-25）计算最小液气比。
（2）计算法 若平衡线为直线并可表示为 Y mX 时， 则上式可表示为
L V
m in
Y1 Y2
Y1 m
X
2
最小液气比的求法
图解法 •正常的平衡线
L
( V
)
m
in
Y1 Y2
X
* 1
X2
Lmin
V
Y1 Y2
X
* 1
X2
计算法
X 2 /17 0.0212 100 /18
m Y * 0.01604 0.757 X 0.0212
平衡关系为 : Y 0.757 X
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
吸收塔的最小液气比
当吸收剂用量增大，即操作线的斜率L V 增大，则 操作线向远离平衡线方向偏移，如图8-6中AC线所示， 此时操作线与平衡线间的距离增大，即各截面上吸收 推动力（Y Y ）增大。若在单位时间内吸收同样数量 的溶质时，设备尺寸可以减小，设备费用降低；但是 ，吸收剂消耗量增加，出塔液体中溶质含量降低，吸 收剂再生所需的设备费和操作费均增大。
最小液气比可用图解或计算法求出：
（1）图解法 一般情况下，平衡线如图所示的曲线
，则由图读出与 Y1 相平衡的的数值后，用下式计算最
小液气比：
L V
m in
Y1 Y2 X1 X 2
如果平衡线为图8-6（b）所示的曲线，则应过点作
平衡曲线的切线，由图读出点的横坐标
X
1
的数值，代
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
关系，直线的斜率为L/V。
二、吸收剂用量的确定
1．吸收剂的单位耗用量
由逆流吸收塔的物料衡算可知
L Y1 Y2 V X1 X2
（8-23）
在 V 、Y1 、Y2 、X 2 已知的情况下，吸收塔操作线的一个端点
若减少吸收剂用量， L V 减小，操作线向平衡线 靠近，传质推动力（ Y Y ）必然减小，所需吸收设备 尺寸增大，设备费用增大。当吸收剂用量减小到使操 作线的一个端点与平衡线相交，如图8-6中AD线所示， 在交点处相遇的气液两相组成已相互平衡，此时传质 过程的推动力为零，因而达到此平衡所需的传质面积 为无限大（塔为无限高）。这种极限情况下的吸收剂 用量称为最小吸收剂用量，用Lmin 表示，相应的液气比 称为最小液气比，用 (L V )min 表示。显然，对于一定的 吸收任务，吸收剂的用量存在着一个最低极限，若实 际液气比小于最小液气比时，便不能达到设计规定的 分离要求。
由以上分析可见，吸收剂用量的大小，从设备费 与操作费用两方面影响到生产过程的经济效益，应选 择一个适宜的液气比，使两项费用之和最小。根据实 践经验，一般情况下取操作液气比为最小液气比的1.1 ～2.0倍较为适宜。即；
L (1.1 ~ 2.0) L
V
V min
2．最小液气比的求法
A（ X 2 Y2）已经固定，另一个端点B则在的水平线 Y Y1 上移
动，点B的横坐标取决于操作线的斜率L V ，如图8-6所示。
操作线的斜率称为液气比，是吸收剂与惰性气体摩尔流 量的比，即处理含单位千摩尔惰性气的原料气所用的纯吸 收剂耗用量大小。液气比对吸收设备尺寸和操作费用有直 接的影响。
操作线的斜率称为液气比 ，是吸收剂与惰性 LV
D.y2增大，吸收率不确定
2.对于操作中的吸收塔，下列说法正确的是（ ）
求每小时送入塔内的水量。
溶液浓度(gNH3/100gH2O)
分压Pa 分析：
2 1600
2.5 3 2000 2427
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
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
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
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
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 LX 2 VY2 LX
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol / h 928.8kg / h
随堂习题
1.在逆流吸收塔中，用纯溶剂吸收混合气体中条件不变，则出塔气体组成y2和吸收率的变化为（ ）
A.y2增大，吸收率减小
B.y2减小，吸收率增加
C.y2增大，吸收率不变
0.0133
Y2 (1 0.99)Y1 0.01 0.0133 0.000133 X 2 0 m 0.757
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
入式（8-25）计算最小液气比。
（2）计算法 若平衡线为直线并可表示为 Y mX 时， 则上式可表示为
L V
m in
Y1 Y2
Y1 m
X
2
最小液气比的求法
图解法 •正常的平衡线
L
( V
)
m
in
Y1 Y2
X
* 1
X2
Lmin
V
Y1 Y2
X
* 1
X2
计算法
X 2 /17 0.0212 100 /18
m Y * 0.01604 0.757 X 0.0212
平衡关系为 : Y 0.757 X
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