吸收塔的计算
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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。
4吸收塔的计算
Y1
V K Y a
dY 因次，理解为 Y2 Y Ye 中dY与Y - Ye单位相同，故积分值无 填料层高度相当于气相 总传质单元高度的倍数 ，称为 “气相总传质单元数” ，N OG： N OG dY Y2 Y Y e
Y1
Z HOG NOG
同理： Z H OL NOL
( Y1 Ye 2 ) 1 ln[ 1 S S] 1 S Y2 Ye2
式中：S=mV/L－脱吸因数，是平衡线斜率m与操作线 斜率L/V的比值，无量纲。
N OG
Y1 Ye 2 1 ln 1 S S 1 S Y2 Ye 2
Y Y1 A T
B
Ye f ( X )
X1
X
2.3.2 吸收剂消耗量的计算 1、吸收剂单位消耗量 由全塔物料衡算式
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
得：
L Y1 Y2 V X1 X 2
式中Y1、Y2、X2，一般由工艺要求确定 X1，由吸收剂用量确定，是操作参数 L/V，称为吸收剂单位消耗量或液气比
2.3.4 填料层高度的计算
有传质单元数法和等板高度法。 2.3.4.1 传质单元数法 1.基本计算式
Z
吸收负荷(k mol / s ) 物料衡算 填料层体积 总传质面积 塔截面积 传质速率(k mol / m 2 s ) 吸收速率方程
总传质面积 (m 2 ) 填料层体积 1m 3填料提供的有效传质面 积(m 2 / m 3 )
Z H OG NOG 〖说明〗 ①.传质单元高度 若吸收过程所需填料层高度恰等于一个气相总传质单元 高度时，即：Z=NOG，则： Y1 dY N OG 1 Y2 Y Y e
V K Y a
dY 因次，理解为 Y2 Y Ye 中dY与Y - Ye单位相同，故积分值无 填料层高度相当于气相 总传质单元高度的倍数 ，称为 “气相总传质单元数” ，N OG： N OG dY Y2 Y Y e
Y1
Z HOG NOG
同理： Z H OL NOL
( Y1 Ye 2 ) 1 ln[ 1 S S] 1 S Y2 Ye2
式中：S=mV/L－脱吸因数，是平衡线斜率m与操作线 斜率L/V的比值，无量纲。
N OG
Y1 Ye 2 1 ln 1 S S 1 S Y2 Ye 2
Y Y1 A T
B
Ye f ( X )
X1
X
2.3.2 吸收剂消耗量的计算 1、吸收剂单位消耗量 由全塔物料衡算式
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
得：
L Y1 Y2 V X1 X 2
式中Y1、Y2、X2，一般由工艺要求确定 X1，由吸收剂用量确定，是操作参数 L/V，称为吸收剂单位消耗量或液气比
2.3.4 填料层高度的计算
有传质单元数法和等板高度法。 2.3.4.1 传质单元数法 1.基本计算式
Z
吸收负荷(k mol / s ) 物料衡算 填料层体积 总传质面积 塔截面积 传质速率(k mol / m 2 s ) 吸收速率方程
总传质面积 (m 2 ) 填料层体积 1m 3填料提供的有效传质面 积(m 2 / m 3 )
Z H OG NOG 〖说明〗 ①.传质单元高度 若吸收过程所需填料层高度恰等于一个气相总传质单元 高度时，即：Z=NOG，则： Y1 dY N OG 1 Y2 Y Y e
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。
吸收塔的计算
V,Y2
L,X2
V,Y1
L,X1
——A被吸收的百分率，称为吸收率（回收率）
4
Y2=Y1（1－）
VB,Y2
LS,X2
二、操作线方程式及操作线 （1）逆流吸收
VY+LX2=VY2+LX
VB,Y VB,Y1
LS,X LS,X1
——逆流吸收操作线方程式
5
同理：
逆流吸收操作线具有如下特点：
Y
Y1
B
Y2 A
22
（2）传质单元高度
• 定义：
气相总传质单元高度，m
• 意义： 完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度；
HOG反映了吸收设备效能的高低
• 影响因素： 填料性能、流动状况，塔结构
23
• 体积总传质系数与传质单元高度的关系 均能反映设备的分离效能，但单位不同，且受流体流量影 响程度不同
气膜控制
HOG变化范围：0.15～1.5m
（1）平衡曲线一般情况 （直或凹线）
与Y1达平衡的液相组成
12
（2）平衡曲线为凸形曲线情况
13
二、操作液气比
总费用最小
喷淋密度>5m3/(m2.h)
塔截面
思考：当填料塔操作L/V<(L/V)min，塔是否能操作？
14
例5-5-1 在填料吸收塔中，用清水吸收含有溶质A的气体混合 物，两相逆流流动。进塔气体初始浓度为5%（体积%），在 操作条件下相平衡关系为Y*=3X，试分别计算液气比为4和2时 的出塔气体的极限浓度及液体出口浓度。
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
.K
Y* A
吸收塔 设计计算
吸收塔设计计算吸收塔是工业生产中常用的设备，用于气体洗涤、脱硫、脱硝、除尘等工艺过程。
其设计计算是确保设备正常运行的重要步骤之一。
下文将从吸收塔的应用、结构分类、设计参数以及计算方法等方面探讨吸收塔的设计计算。
一、吸收塔的应用吸收塔是工业生产中常用的设备，广泛应用于化工、石化、钢铁、电力、印刷、制药等领域，用于将气体中的污染物分离除去。
具体应用包括：1、脱硫：吸收塔可用于烟气中的二氧化硫的脱除。
2、脱硝：吸收塔可用于烟气中的氮氧化物的脱除。
3、除尘：吸收塔可用于烟气中的粉尘颗粒的分离除去。
4、洗涤：吸收塔可用于气体中的酸气、碱气的洗涤处理。
二、吸收塔的结构分类根据结构形式可将吸收塔分为以下几种类型：1、板式吸收塔板式吸收塔是一种以板作为填料的吸收塔，分为横流型、纵流型和斜流型。
吸收塔内置有很多平行的垂直板，气体垂直流过板间空隙，与液体进行旋转接触混合，实现气体进液接触吸收的目的。
板式吸收塔简单易制，可耐受高浓度废气，且维护简单。
2、喷雾吸收塔喷雾吸收塔又称喷淋吸收塔，主要由塔体、喷头等组成。
塔体内装有填料液槽和底部雾化器。
气体经过填料液槽，液体被填料吸附，接触后管道中的液体被喷头雾化，形成雾滴与废气充分接触，从而达到吸附效果。
喷雾吸收塔结构简单，投资少，可以广泛应用。
3、吸附塔吸附塔是一种以吸附剂为填充物的吸收塔。
分为干法吸收和湿法吸收。
吸附塔可用于汽车尾气和工业废气的处理。
吸附塔结构简单，吸附盘式塔种类多样，能够高效地处理各类废气污染物。
三、吸收塔的设计参数1、气体流量气体流量是吸收塔的基本参数之一。
气体流量决定了吸收塔的尺寸和填料数量，它是吸收塔设计的起点。
2、液体流量液体流量是衡量吸收塔性能的重要指标之一。
液体流量要求经过塔体和填料液槽时能够喷淋到填料和气体中，从而实现吸收的目的。
3、气体温度气体温度是影响吸收塔工作效果的因素之一。
高温会导致液体蒸发速度减慢，吸收效果不佳，因此需要保持适宜的气体温度。
第9章第三节 吸收塔的计算
L xb?
1
0
操作型定性分析举例
10
(1)吸收剂入塔浓度变大
解法一：快速分析
化
xa变大时，传质推动力变小，不利于吸收， ya 变大
工 原
解法二：作图+排除法
理 －
a．假设 ya 不变
Y
yb
B
－ 2
L/G不变 yb 不变、xa变大
原
E
0
作图知，NOG
1 0
Kya 不变， HOG
G K ya
不变。
与h0不变矛盾
七、解吸（脱吸）
30
当 A 1时，
NT NOG
1
NT NOG
化 工 原
当
A
1
时，
(A 1) (Aln A)
ln
1 A1
1
NT NOG
理 －
七、解吸（脱吸）
－ 2
解吸过程：溶质从吸收液中分离出的操作
0 解吸目的：获得所需较纯的溶质；
1
溶剂再生循环使用。
0 解吸条件：pA pA*或 y y* 或 x x* 或cA cA*
1 1 S
ln1
S
yb ya
m xa m xa
S
2
0 1
1
1 0.67
ln1
0.67
0.02 0.36 0.0002 0.0002 0.36 0.0002
0.67
11.98
0
设计型举例
7
or yb ya L xb xa G
xb
化 工 原 理 －
yb yb mxb ya ya mxa
工 原
解法二：作图+排除法
Y
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
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
6.3吸收(或解析)塔的计算
五、解
吸
吸收：N A K y y y K x x x
解吸：N A K y
x
y －y K x x
1、解吸的方法：
a.通入惰性气体－气提，即降低y
b.加热使液体升温－提高气液平衡常数m c.降低系统的压力－提高气液平衡常数m 2、解吸塔高的计算: 方法与吸收塔相似，只是推动力与吸收时相反
y L ( x xa ) y a G
Xa
X
Xb
并流吸收塔的操作
并流操作的操作线方程
从塔顶到任一截面作物料衡算：
G,ya L,xa
y ya L ( x xa ) G
G y ya L x xa
ya yb
（塔顶）
A
斜率
L G
y
x
（塔底）
B
G,yb
yb
同样可推出液相:
L b dx h0 K x a x x x a
x
Kya－气相总体积吸收系数，kmol/m3.s Kxa－液相总体积吸收系数，kmol/m3.s 以气相或液相为推动力表示：
N A k y y yi k x xi x
x
G dy h0 y yi kya y a
吸收剂进口浓度的上限
经济上：xa h0 设备费用 但解吸要求高,费用 ,需综合考虑
L L ＝1.1 ~ 2.0 G G min
（3）吸收剂用量的确定：
L ym N OG h 即设备费降低 G 但L 操作费用提高
四、吸收塔的操作型计算
yb
N OG
ya
1 S y Sy
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
化工原理第五章吸收塔的计算
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
2018/10/17
【有关计算】 （1）吸收液的浓度 据
1000 273 G （ 1－0.09）＝37.85(mol / s) 22.4 293
L＝35.5G＝35.5×37.85＝1343(mol/s)＝1.343(kmol/s)
2018/10/17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、吸收塔填料层高度的计算
1、填料塔的高度
封头
【说明】填料
塔的高度主要
塔顶 空间
塔底 空间 裙座
2018/10/17
3、吸收剂用量的确定 【确定原则】应选择适宜的液气比，使设备费和操 作费之和最小。 【确定方法】根据生产实践经验，通常吸收剂用量 为最小用量的1.1～2.0倍，即：
L适宜=（1.1～2.0）Lmin
或
L L （ 1.1 ~ 2.0） G 适宜 G min
【吸收塔的计算内容 】 1、设计型计算
（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
Y Y1 Y Y2
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
2018/10/17
【有关计算】 （1）吸收液的浓度 据
1000 273 G （ 1－0.09）＝37.85(mol / s) 22.4 293
L＝35.5G＝35.5×37.85＝1343(mol/s)＝1.343(kmol/s)
2018/10/17
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、吸收塔填料层高度的计算
1、填料塔的高度
封头
【说明】填料
塔的高度主要
塔顶 空间
塔底 空间 裙座
2018/10/17
3、吸收剂用量的确定 【确定原则】应选择适宜的液气比，使设备费和操 作费之和最小。 【确定方法】根据生产实践经验，通常吸收剂用量 为最小用量的1.1～2.0倍，即：
L适宜=（1.1～2.0）Lmin
或
L L （ 1.1 ~ 2.0） G 适宜 G min
【吸收塔的计算内容 】 1、设计型计算
（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
Y Y1 Y Y2
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
吸收塔的计算
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
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
第二讲 吸收塔的计算
mV 1 L Y dY mV Y2 (mX 2 b) L
Y1
Y2
Y1
Y2
mV 令S L
NOG
Y2
dY 1 S Y SY2 Y2*） （
N OG
* （ ] 1 Y1 d[1 S Y SY2 Y2 ） 1 S Y2 1 S Y SY2 Y2*） （
NOG
Y1 Y2* 1 ln[1 S S] * 1 S Y2 Y2
2. 对数平均推动力法
塔顶推动力：Y2 Y2 -Y2* 塔底推动力：Y1 Y1 -Y1*
塔内任一截面推动力：Y Y -Y * V Y (mX b) Y m[ (Y Y2 ) X 2 ] b L mV mV (1 )Y ( Y2 mX 2 b) L L
X2
X1*
X
(2) 平衡线为凸形
Y Y1 C
(L/V)min B
X2
Y*=f(X)
Y2
o
X1,max X1*
X
？吸收剂用量的确定
L L 1.1 ~ 2.0 V V min
L 1.1~ 2.0 Lmin
在常压填料吸收塔中，用清水逆流吸收混合气中的氨气。已 知入塔混合气体中含有氨气为1%(体积%)，要求氨气的回收
高度为 dZ 的微元填料层
dGA VdY LdX
NA取为定值
dGA =NAdA=NA (adZ )
NA=KY(Y－Y*） NA=KX(X*－X）
dGA VdY K Y Y Y * adZ
dGA LdX K X X * X adZ
填料层高度的基本计算式
Y1
Y2
Y1
Y2
mV 令S L
NOG
Y2
dY 1 S Y SY2 Y2*） （
N OG
* （ ] 1 Y1 d[1 S Y SY2 Y2 ） 1 S Y2 1 S Y SY2 Y2*） （
NOG
Y1 Y2* 1 ln[1 S S] * 1 S Y2 Y2
2. 对数平均推动力法
塔顶推动力：Y2 Y2 -Y2* 塔底推动力：Y1 Y1 -Y1*
塔内任一截面推动力：Y Y -Y * V Y (mX b) Y m[ (Y Y2 ) X 2 ] b L mV mV (1 )Y ( Y2 mX 2 b) L L
X2
X1*
X
(2) 平衡线为凸形
Y Y1 C
(L/V)min B
X2
Y*=f(X)
Y2
o
X1,max X1*
X
？吸收剂用量的确定
L L 1.1 ~ 2.0 V V min
L 1.1~ 2.0 Lmin
在常压填料吸收塔中，用清水逆流吸收混合气中的氨气。已 知入塔混合气体中含有氨气为1%(体积%)，要求氨气的回收
高度为 dZ 的微元填料层
dGA VdY LdX
NA取为定值
dGA =NAdA=NA (adZ )
NA=KY(Y－Y*） NA=KX(X*－X）
dGA VdY K Y Y Y * adZ
dGA LdX K X X * X adZ
填料层高度的基本计算式
5.4吸收塔计算
Y1 Y2 dY d Y Y1 Y2
代入 N OG
N OG
Y1 Y2
dY
Y Y * Y1 Y Y d Y 1 2 Y2 Y Y 1 2 Y
N OG
20
Y1 ln Y2 Y1 Y2 Y1 Y2
N OG
Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 ln Y2
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
26
解吸方法：
（1）气提解吸： pA pA*或 Y Y *
* p y 一定 , p p p （2）减压解吸： A A A
（3）加热解吸：t x不变 p * p p * A A A
（1）对数平均推动力法
N OL X1 X 2 X m
X m X 1 X 2 X 1 ln X 2
* X 1 X 1 X 1
* X 2 X 2 X 2
31
（2）解吸因数法
N OL
* L X1 X 2 L ln 1 * L mG X X mG 2 2 1 mG
内某截面吸收推动力为零，达到指定分离程度所 需塔高无穷大时的液气比。 • 计算 （1）平衡曲线一般情况（直线、凹线） L Y1 Y2 * L Y Y Y mX 2 1 G * Y1 G X X X2 min 1 2 min m
1）对数平均推动力法 相平衡线为直线
Y * mX b
操作线为直线 Y 底：Y1=Y1-Y1* 顶：Y2=Y2-Y2 中：Y=Y-Y*
19
L G
Y1 Y2
代入 N OG
N OG
Y1 Y2
dY
Y Y * Y1 Y Y d Y 1 2 Y2 Y Y 1 2 Y
N OG
20
Y1 ln Y2 Y1 Y2 Y1 Y2
N OG
Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 ln Y2
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
26
解吸方法：
（1）气提解吸： pA pA*或 Y Y *
* p y 一定 , p p p （2）减压解吸： A A A
（3）加热解吸：t x不变 p * p p * A A A
（1）对数平均推动力法
N OL X1 X 2 X m
X m X 1 X 2 X 1 ln X 2
* X 1 X 1 X 1
* X 2 X 2 X 2
31
（2）解吸因数法
N OL
* L X1 X 2 L ln 1 * L mG X X mG 2 2 1 mG
内某截面吸收推动力为零，达到指定分离程度所 需塔高无穷大时的液气比。 • 计算 （1）平衡曲线一般情况（直线、凹线） L Y1 Y2 * L Y Y Y mX 2 1 G * Y1 G X X X2 min 1 2 min m
1）对数平均推动力法 相平衡线为直线
Y * mX b
操作线为直线 Y 底：Y1=Y1-Y1* 顶：Y2=Y2-Y2 中：Y=Y-Y*
19
L G
Y1 Y2
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
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（7-40）便可求出塔底排出的吸收液的组成X1，即
吸收塔的计算
2. 吸收塔的操作线方程式
在稳态操作的情况下，操作线方程可通过对吸收塔 内任一横截面M-N与塔底端面之间进行对溶质A作物料衡 算获得，即
VY+LX1=VY1+LX
吸收塔的计算
式（7-43）和式（7-44）称为逆流吸收塔的操作线方程，两式 可相互转化。它们表明了在吸收塔内任一截面上气相组成Y与液相组 成X的关系。
吸收塔的计算
1. 物料衡算
图7-7所示为一处于稳定操作状态下，逆流操作吸收塔 内气、液两相流量与组成的变化情况。混合气体通过吸收塔 的过程中，可溶组分不断被吸收，故气体的总量沿塔高而变， 液体也因其中不断溶入可溶组分，其量也沿塔高而变。但是， 通过吸收塔的惰性气体量和吸收剂量是不变的。因此，在进 行物料衡算时，以不变的惰性气体流量V和吸收剂量L作为计 算基准。现对全塔作物料衡算，可得
（2）坐标X、Y代表吸收塔内某一截面的液相和气相组成。 （3）当进行吸收操作时，因塔内任一截面处的 Y > Y*或X* > X， 故吸收操作线位于平衡线的上方。反之，如果操作线位于平衡线的下方， 则为解吸操作。 （4）操作线上的任一点A与平衡线之间的垂直距离和水平距离，表 示塔内某一截面的气相和液相传质推动力。操作线离平衡线愈远，吸收 的推动力愈大。
吸收塔的计算
通常，进塔混合气的组成与流量是由吸收任务规定了的，如
果吸收剂的进塔组成和流量确定。同时又规定了吸收率η，则气体
出塔时的组成Y2为
Y2=Y1(1-η)
（7-42）
式中，η为混合气体中被吸收的溶质量V(Y1-Y2)占总的溶质量
VY1的百分率，称为吸收率或回收率。
这样，V、Y1、L、X2及Y2均为已知，再通过全塔物料衡算式
对于一个稳定的吸收过程，由于V、L、Y1、Y2、X2及X1均为定 值，由操作线方程可知，逆流吸收操作线为一斜率为L/V的直线，该 直线通过点B(X1，Y1)及点T(X2，Y2)。图7-8中的直线BT即为逆流吸 收塔的操作线。直线上任意一点A反映了吸收塔内任意截面上气、液 两相组成的关系。将平衡线也标绘在X-Y坐标上，即图中的
化工原理
吸收塔的计算
在工业生产中，吸收操作可以在板式塔也可在填料 塔内进行。在填料塔内气液两相可做逆流流动也可做并流 流动，在两相进出口浓度一定的情况下，逆流的推动力大 于并流。同时，在进行逆流操作时，气体自塔底通入，液 体从塔顶洒下，因此溶液从塔底流出前与刚进入塔的气体 相接触，可使溶液的浓度尽量提高。经吸收后的气体从塔 顶排出前与刚入塔的液体接触，又可使出塔气体中溶质浓 度尽量降低，提高溶质的吸收率。
吸收塔的计算
图7-7 逆流操作吸收塔示意图
吸收塔的计算
VY1+LX2=VY2+LX1 或
（7-40
V（Y1-Y2）=L（X1-X2）
（7-41
式中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吸收剂量，kmol(S)/s；
Y1，Y2——分别为进塔和出塔气相中吸收质的摩尔比； X1，X2——分别为出塔和进塔液相中吸收质的摩尔比。
吸收塔的计算
如图7-9（a）所示，由于Y1、Y2及X2已定，操作线必须从T （X2，Y2）点出发，而另一点B由于X 1不确定，则可在Y=Y1的 直线上左右移动。B点的横坐标将取决于液气比L/V，若V值一定， 则取决于吸收剂用量L的大小。相反若减少溶剂用量则液气比减小， 操作线斜率变小，溶液出口组成X1提高，但吸收操作推动力减小。 当吸收剂用量减小到使操作线与平衡线相交时，如TB*线所示，则 塔底送出的溶液组成达到最大，此时吸收推动力降低为零，表示取 得一定的吸收效果需要的接触面积无限大，实际上这是一种不可能 存在的情况，此时的吸收剂用量最小，用Lmin表示，相应的液气比 称为最小液气比，用(L/V)min表示。
吸收塔的计算
思考题7-5
并流吸收塔操作线方程及操作线形式是怎样的？
吸收塔的计算
二、 吸收剂用量的确定
在进行吸收塔计算时，所处理 的气体量，塔顶与塔底的气体组成， 以及吸收剂的入塔组成都是事先规 定好的，而吸收剂的用量则要设计 者自己通过计算来确定。
吸收塔的计算
1. 最小液气比
图7-8所示的逆流吸收操作线的斜率L/V称 为吸收塔内液气比，其值反映处理单位惰性气 体量所需的吸收剂用量。吸收剂用量取决于适 宜的液气比。吸收操作的液气比和精馏的回流 比相似，直接影响设备的尺寸与操作费用，它 是吸收操作设计时的一个重要参数。
吸收塔的计算
图7-8 逆流吸收操作线
吸收塔的计算
（1）吸收操作线是由物料衡算求得的，仅与气液两相的流量和进、 出塔的组成有关，与气液相平衡关系、操作条件、塔的结构无关。它的 具体位置可由气相的进出组成Y1、Y2和液相的进出组成X1、X2确定。
吸收塔的计算
本节主要讨论生产中使用广泛的气 液两相连续接触式填料塔的有关计算， 其主要内容是在选定吸收剂和填料的基 础上，确定适宜的吸收剂用量和塔设备 的有关主要尺寸。
吸收塔的计算
一、 吸收塔的物料衡算与操作线方程式
吸收塔的设计计算，通常由工艺给定设计条件， 即给定混合气体的处理量、进口组成和出口组成（或 溶质的回收率）都是作为设计条件而规定的。此外， 还应给出所用的溶剂的入塔组成及相关物性与气液相 平衡关系等。
吸收塔的计算
图7-9 吸收塔的最小液气比
吸收塔的计算
最小液气比可用图解法求得，根据Y1从平衡线上读出X*1， 即可利用下式算出最小液气比：
吸收塔的计算
2. 操作液气比的确定
从以上分析可知，在V值一定的情况下，随着液气比的增大，操作 线将远离平衡线，吸收的推动力也逐渐增大，若欲达到一定吸收效果， 则所需的塔高将减小，设备投资也减少。但液气比增加到一定程度后， 塔高减小的幅度就不显著，而吸收剂消耗量却过大，造成吸收剂输送及 再生等操作费用剧增。而如果液气比过小，操作线接近平衡线，溶剂的 消耗减少，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，同时由于液体的喷淋密度不够，塔内的填料不能得到充分 润湿，影响传质效率。因此，在进行吸收塔的设计时，需综合考虑操作 费用和设备费用，选择一合适的液气比。根据生产实践经验，通常吸收 剂用量为最小用量的1.1～2.0倍，即