吸收填料塔高的计算
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填料吸收塔的计算.
4.5 填料吸收塔的计算本节重点：吸收塔的物料衡算、吸收剂用量及填料层高度的计算本节难点：填料吸收塔传质单元数的概念及计算4.5.1 吸收塔中的物料衡算—操作线方程如图，q n (V)—惰性气体的摩尔流量 mol/sq n (L)—溶剂的摩尔流量 mol/sY 1、X 1—塔底气液两相中吸收质的物质的量比Y 2、X 2—塔顶气液两相中吸收质的物质的量比Y 、X —塔内任意截面吸收质的物质的量比从塔内任意截面到塔底对吸收质作物料衡算：q n (L)X+ q n (V)Y 1= q n (L)X 1+ q n (V)Yq n (V)(Y 1-Y)= q n (L)(X 1-X) （4-40）或 1n n 1n n X )V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= （4-41） 该式称为吸收操作线方程，表示吸收过程中，塔内任意截面Y 与X 间的关系。
若对整个塔作物料衡算，则有：1n n 12n n 2X )V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= （4-42） 如图4-9，吸收过程的操作线是经过点（X 1,Y 1）和点（X 2,Y 2）的一条直线，其斜率为q n (L)/q n (V)，操作线上的任一点表示在塔内任一截面上气液相组成的关系。
生产中常以气相被吸收的吸收质的量与气相中原有吸收质的量之比，衡量吸收效果和确定吸收任务，称为吸收率η)1(Y Y 12η-= （4-43）4.5.2 吸收剂用量的计算吸收操作处理气量q n (V)，进出塔气体组成Y 1、Y 2，以及吸收剂进塔组成X 2通常是由生产工艺确定的，而吸收剂用量和塔底溶液浓度是可以变动的，为了完成工艺要求的任务，需计算吸收剂的用量。
1、液气比由全塔物料衡算式（4-42）1n n 12n n 2X )V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= 可知吸收剂出塔浓度 X 1与吸收剂用量q n (L)是相互制约的，选取的q n (L)/q n (V) ↑，操作线斜率 ↑ ，操作线与平衡线的距离 ↑ ，塔内传质推动力 ↑ ，完成一定分离任务所需塔高 ↓；q n (L)/q n (V) ↑，吸收剂用量↑ ，吸收剂出塔浓度 X 1↓ ，循环和再生费用↑ ； 若q n (L)/q n (V) ↓ ，吸收剂出塔浓度 X 1↑ ，塔内传质推动力↓ ，完成相同任务所需塔高↑ ，设备费用↑ 。
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。
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，
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。
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。
吸收塔高计算
填料层高度基本计算式
对截面积为Ω ，高为dz的微元 填料层作物料衡算得:
从气体浓度变化，气体中A的传质量 单位时间传质量=qn,V -dy (kmol/s) 从两方面考虑的单位时间传质量应相等
分析
的单位是 称为传质单元高度，用HOG表示。
的单位是无因数的纯数 称为传质单元数，用NOG表示。来自所以 即：（1）
（2）
（2）代入(1) 下面的关键是求传质单元数
qn,L下降，
也下降，塔底出口浓度x1上升。
最小液气比的表达式 若平衡线是直线，
几何关系图
吸收物料衡算示例
用清水吸收氨-空气混合气中的 氨，混合气NH3的浓度为y1 = 0.05(摩尔分数，下同)，要求出 塔的NH3的浓度下降至y2 = 0.01。 物系的平衡关系，y* = 0.788x。 求此种分离要求的最小液气比。 若取实际液气比是最小液气比 的1.6倍，此时出塔溶液的浓度 为多少?
4 吸收填料层高度计算
吸收塔物料衡算,对吸收塔作物料衡算。 从塔顶-塔底衡算范围得
实际吸收过程中，qn ， V ， q n ，L是变化的， 由于此处讨论的是低浓度吸收，为了简化计 算，此处假定不变。
塔顶 塔底
对全塔画衡算范围得: 此即吸收塔的物料衡算方程，或称为吸收塔操作线方程。
最小液气比 通常，y1，y2 ，x2 ，qn ,V是给定的
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）
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
化工原理吸收塔的计算
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：
稀端
G,Y2
L，X2
LX GY2 LX 2 GY
L Y Y2 G X X2
Y
L G
X
(Y2
L G
X2)
HG
NG
HOG
NOG
Z G Y1 dY G Y1 dY kY a Y2 Y1 Yi KY a Y2 Y Y *
Z L X1 dX L X1 dX kX a X2 X i X K X a X2 X * X
HL
NL
HOL
NOL
低浓度气体吸收塔计算填料层高度的基本公式
L 吸收剂用量 操作费用 , G
吸收塔高,设备费 。
L 吸收剂用量 操作费用 , G
吸收塔低,设备费 。
L G
(1.1 ~
L 2.0)( G )min
三、填料层高度的计算
（一）填料层高度的基本计算式
单位时间，dZ内吸收A的量：
dA adZ N AdA N AadZ GdY LdX
X
)
LdX K X a( X *
X
)
kY a, KY a, kX a, K X a等称为体积传质系数。 （对低浓度气体的吸收时，近似为常数，或取平均值）
对稳态操作的吸收塔，气 液相流量G、L 以及塔的横截面积均为定值。
K ya ——气相总体积传质系数，kmol/（m3·s） Kxa ——液相总体积传质系数，kmol/（m3·s）
一、物料衡算与操作线方程
虚框范围内，对溶质作物料衡算：
稀端
G,Y2
L，X2
LX GY2 LX 2 GY
L Y Y2 G X X2
Y
L G
X
(Y2
L G
X2)
HG
NG
HOG
NOG
Z G Y1 dY G Y1 dY kY a Y2 Y1 Yi KY a Y2 Y Y *
Z L X1 dX L X1 dX kX a X2 X i X K X a X2 X * X
HL
NL
HOL
NOL
低浓度气体吸收塔计算填料层高度的基本公式
L 吸收剂用量 操作费用 , G
吸收塔高,设备费 。
L 吸收剂用量 操作费用 , G
吸收塔低,设备费 。
L G
(1.1 ~
L 2.0)( G )min
三、填料层高度的计算
（一）填料层高度的基本计算式
单位时间，dZ内吸收A的量：
dA adZ N AdA N AadZ GdY LdX
X
)
LdX K X a( X *
X
)
kY a, KY a, kX a, K X a等称为体积传质系数。 （对低浓度气体的吸收时，近似为常数，或取平均值）
对稳态操作的吸收塔，气 液相流量G、L 以及塔的横截面积均为定值。
K ya ——气相总体积传质系数，kmol/（m3·s） Kxa ——液相总体积传质系数，kmol/（m3·s）
第三章-吸收填料塔高度的计算
➢ 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。
逆流与并流操作线练习
Y3 X2
A
X1 Y1
C
Y1 C
Y2
D
B
Y3
L, X2 V, Y2
V, Y
V YL1X V1Y LX
YVLXY1VLX1 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, X V, Y1
L, X1
YVLXY2VLX2
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气比。
h X1 L dX
X2 kXaX*X
用其它组成表示法的传质速率方程，可推得以相应相组成 表示的填料层高度 Z 的计算式。
低浓度气体吸收填料层高度的计算
特点：低浓度气体吸收（y1<10%）因吸收量小，由此引起 的塔内温度和流动状况的改变相应也小，吸收过程可视为
等温过程，传质系数 kY、kX 、KY、KX 沿塔高变化小，可取
(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；
(3) 稳定不易挥发，以减少溶剂损失； (4) 粘度低，有利于气液接触与分散，提高吸收速率； (5) 无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉等。
吸收剂用量的确定
吸收剂用量 L 或液气比 L/V 在吸收塔的设计计算 和塔的操作调节中是一个很重要的参数。
积 dF 溶质 A 的传递量为
Y+dY X+dX
➢ 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。
逆流与并流操作线练习
Y3 X2
A
X1 Y1
C
Y1 C
Y2
D
B
Y3
L, X2 V, Y2
V, Y
V YL1X V1Y LX
YVLXY1VLX1 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, X V, Y1
L, X1
YVLXY2VLX2
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气比。
h X1 L dX
X2 kXaX*X
用其它组成表示法的传质速率方程，可推得以相应相组成 表示的填料层高度 Z 的计算式。
低浓度气体吸收填料层高度的计算
特点：低浓度气体吸收（y1<10%）因吸收量小，由此引起 的塔内温度和流动状况的改变相应也小，吸收过程可视为
等温过程，传质系数 kY、kX 、KY、KX 沿塔高变化小，可取
(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；
(3) 稳定不易挥发，以减少溶剂损失； (4) 粘度低，有利于气液接触与分散，提高吸收速率； (5) 无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉等。
吸收剂用量的确定
吸收剂用量 L 或液气比 L/V 在吸收塔的设计计算 和塔的操作调节中是一个很重要的参数。
积 dF 溶质 A 的传递量为
Y+dY X+dX
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 )
填料吸收塔的计算
4.5填料吸收塔的计算本节重点：吸收塔的物料衡算、吸收剂用量及填料层高度的计算本节难点：填料吸收塔传质单元数的概念及计算 4.5.1 吸收塔中的物料衡算—操作线方程如图， q n(V) —惰性气体的摩尔流量mol/sq n(L) —溶剂的摩尔流量mol/sY 1、 X 1—塔底气液两相中吸收质的物质的量比Y 2、 X 2—塔顶气液两相中吸收质的物质的量比Y 、 X —塔内任意截面吸收质的物质的量比从塔内任意截面到塔底对吸收质作物料衡算：q n(L)X+ q n(V)Y 1= q n(L)X 1+ q n(V)Yq n(V)(Y 1-Y)= q n(L)(X 1-X)（ 4-40 ）或q n (L )X Y1q n (L )（ 4-41 ）Y X 1q n (V )q n (V )图 4-8逆流吸收的物料衡算该式称为吸收操作线方程，表示吸收过程中，塔内任意截面Y与X间的关系。
若对整个塔作物料衡算，则有：Y 2q n ( L ) X2Y1q n ( L ) X1（4-42）q n (V )q n (V )如图4-9，吸收过程的操作线是经过点（X 1,Y 1）和点（ X 2,Y 2）的一条直线，其斜率为q n(L)/q n(V) ，操作线上的任一点表示在塔内任一截面上气液相组成的关系。
生产中常以气相被吸收的吸收质的量与气相中原有吸收质的量之比，衡量吸收效果和确定吸收任务，称为吸收率ηY 2Y1(1)（ 4-43）4.5.2 吸收剂用量的计算吸收操作处理气量q n(V) ，进出塔气体组成 Y 1、Y 2，以及吸收剂进塔组成X 2通常是由生产工艺确定的，而吸收剂用量和塔底溶液浓度是可以变动的，为了完成工艺要求的任务，需计算吸收剂的用量。
1、液气比由全塔物料衡算式（4-42）Y2q n ( L )X2 Y1q n ( L )q n ( V )X 1可知吸收剂出塔浓度X1q n (V )与吸收剂用量q n(L) 是相互制约的，选取的 q n(L)/q n(V)，操作线斜率，操作线与平衡线的距离，塔内传质推动力，完成一定分离任务所需塔高；q n(L)/q n(V) ，吸收剂用量，吸收剂出塔浓度X 1，循环和再生费用；若 q n(L)/q n(V)，吸收剂出塔浓度X 1，塔内传质推动力，完成相同任务所需塔高，设备费用。
6-5 填料层高度计算
dY
d (Y ) Y1 Y2
Y1 Y2
NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
Y1 d (Y ) Y2 Y1 Y2 Y
Y1 Y2
Y1 Y2 Y1 d (Y ) Y1 Y2 ln Y1 Y1 Y2
Y1 Y2 Y2 Y Y1 Y2 Y2 Y1 Y2
ln Y1
令Ym
Y1 ln
dGA VBdY LS dX —（1）
dGA NA(adZ) —（2）
Z
NA KY (Y Y*) KX ( X *X ) —（3）
将（1）式和（3）式代入（2）式，得
Y2 X2
YX
dZ
Y+dYX+dX
VBdY KY (Y Y*)adZ 或 LS dX K X ( X * X )adZ
Y1 dY Y1 Y2
Y2
Ym
塔底：Y1 Y1 Y1*
Y
B
E
Y1 P
Y B’
塔顶：Y2 Y2 Y2*
A
Q
Y2
任意截面：Y Y Y *
A’
0
X
Y与Y成直线关系
Y
(1
mVB LS
)Y
mVBY2 LS
mX
2
d (Y ) Y1 Y2
dY
Y1 Y2
d (Y ) Y1 Y2
dY
Y1 Y2
SY2 SY2
mX 2 mX 2
NOG
1 1 S
ln
(1
S)Y1 SY2 mX 2 mSX 2 (1 S)Y2 SY2 mX 2
mSX
2
1 ln (1 S )Y1 S(Y2 m
Y2 mX 2
1 ln (1 S )(Y1 mX 2 ) S(Y2 mX 2 )
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
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。
6.3吸收(或解析)塔的计算
yb
N OG
ya
dy y y
无因次
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
G H OG＝ K ya
kmol 2 m s m 单位： kmol 3 m s
HOG与操作条件G、L、物系的性质、填料几何特性有关，反映吸收设 备性能的高低。其值由实验确定，一般为0.15—1.5米。
xa xb
并流操作的操作线
L,xb
并流操作的塔
3.吸收剂用量的确定与最小液气比
Yb
B
Yb
Ya
A
Ya
X b max Xb Xa LS Y X X a Ya GB
Xa
X bX b max
最小液气比
Yb Ya Yb Ya LS G X X Xb Xa B min b max a
(1) 操作型问题的命题 第一类：已知塔高h0、L、G、xa、yb，相平衡关系,Kya、Kxa，求：
气液的出口浓度ya、xb。
第二类：已知h0、G、ya、yb，相平衡关系，Kya、Kxa，求：吸收 剂用量L及其出口浓度xb。
(2) 计算方法：仍利用物料衡算式、相平衡关系、吸收过程的基本方
程，但往往这些方程是非线性的，有时需试差。
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
化工原理下 第10章 吸收3—填料层高度的计算
四、填料层高度的计算[539]
3.传质单元数的计算方法
(1) 对数平均推动力法 ——平衡线与操作线均为直线
NOG
Yb Ya Ym
Yb Yb
Ya Ya
ln Yb Ya
Yb (Y Ye)b
Ya (Y Ye)a
对数平均推动力法计算传质单元数汇总表
传质单元数
对数平均推动力
四、填料层高度的计算[537]
2. 传质单元高度与传质单元数
h0
V KY a
yb dY
传质单元高度 传质单元数
ya Y - Ye
传质单元数——反映分离操作的难易 传质单元高度——吸收设备效能高低的反映
填料层高度计算式汇总表
填料层高度
h0 H OG N OG h0 H OL N OL h0 H G N G h0 H L N L
yim
yib ln yib
yia yia
yib yb yib yia ya yia
N L
xb xa xim
xim
xib xia ln xib xia
xib xib xb xia xia xa
第四节 吸收（解吸）塔的计算
传质单元高度
H OG
V KY a
H OL
L K X a
HG
V k y a
HL
L kxa
传质单元数
N OG
Yb dY Ya Y Ye
N OL
Xb dX Xa Xe X
N G
yb dy ya y yi
N L
3.传质单元数的计算方法
(1) 对数平均推动力法 ——平衡线与操作线均为直线
NOG
Yb Ya Ym
Yb Yb
Ya Ya
ln Yb Ya
Yb (Y Ye)b
Ya (Y Ye)a
对数平均推动力法计算传质单元数汇总表
传质单元数
对数平均推动力
四、填料层高度的计算[537]
2. 传质单元高度与传质单元数
h0
V KY a
yb dY
传质单元高度 传质单元数
ya Y - Ye
传质单元数——反映分离操作的难易 传质单元高度——吸收设备效能高低的反映
填料层高度计算式汇总表
填料层高度
h0 H OG N OG h0 H OL N OL h0 H G N G h0 H L N L
yim
yib ln yib
yia yia
yib yb yib yia ya yia
N L
xb xa xim
xim
xib xia ln xib xia
xib xib xb xia xia xa
第四节 吸收（解吸）塔的计算
传质单元高度
H OG
V KY a
H OL
L K X a
HG
V k y a
HL
L kxa
传质单元数
N OG
Yb dY Ya Y Ye
N OL
Xb dX Xa Xe X
N G
yb dy ya y yi
N L
4-2 填料吸收塔的计算
Y1 Y2 0.099 4.95 10 3 L * 3.76 3 24 .8 10 V min X 1 X 2
根据题意：( L/V ) = 1.2 ( L/V )min = 1.2×3.76 = 4.51
Vmol 273 1000 0.91 36 .6 ( km ol ) 0.01 ( km ol ) h s 273 30 22 .4 P V 0.91 36.6 ( km ol ) 0.01 ( km ol ) h s R T
1．操作中溶液不能全部润湿填料的所有表面； 2．即使润湿了，也有因液体停滞不动等原因而不能有效
地传质 。 所以，a 总是小于填料的比表面积 at，a 与填料性质及 设备有关，又受流体物性和流动状态有关，难以测定。
实际测定时，将KY（或KX）与 a 结合在一起处理，称 气（液）相体积传质总系数，k· mol/m3· s
X 1 X 2 X m X 1 ln X 2
为液相平均推动力。
X 1 2 若 X 2
Y1 2 或 Y2
则用算术平均值代替，即
Y1 Y2 Ym 2
（2）吸收因数法 前提 —— 同对数平均推动力法。
V Y* = mX + b, 和 X (Y Y2 ) X 2 L
L, X2
2. 操作线方程对虚线框内作物料衡算
V (Y1 Y ) L( X 1 X )
V, Y1
L, X1
逆流 吸收操作示意图
L L Y X (Y1 X 1 ) V V
同理
L L Y X (Y2 X 2 ) V V
在YX 相图上，操作线为过点（X1，Y1），(X2，Y2 )、 斜率为L / V 的直线 。
根据题意：( L/V ) = 1.2 ( L/V )min = 1.2×3.76 = 4.51
Vmol 273 1000 0.91 36 .6 ( km ol ) 0.01 ( km ol ) h s 273 30 22 .4 P V 0.91 36.6 ( km ol ) 0.01 ( km ol ) h s R T
1．操作中溶液不能全部润湿填料的所有表面； 2．即使润湿了，也有因液体停滞不动等原因而不能有效
地传质 。 所以，a 总是小于填料的比表面积 at，a 与填料性质及 设备有关，又受流体物性和流动状态有关，难以测定。
实际测定时，将KY（或KX）与 a 结合在一起处理，称 气（液）相体积传质总系数，k· mol/m3· s
X 1 X 2 X m X 1 ln X 2
为液相平均推动力。
X 1 2 若 X 2
Y1 2 或 Y2
则用算术平均值代替，即
Y1 Y2 Ym 2
（2）吸收因数法 前提 —— 同对数平均推动力法。
V Y* = mX + b, 和 X (Y Y2 ) X 2 L
L, X2
2. 操作线方程对虚线框内作物料衡算
V (Y1 Y ) L( X 1 X )
V, Y1
L, X1
逆流 吸收操作示意图
L L Y X (Y1 X 1 ) V V
同理
L L Y X (Y2 X 2 ) V V
在YX 相图上，操作线为过点（X1，Y1），(X2，Y2 )、 斜率为L / V 的直线 。
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L V
X1
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, X2 V, Y2
V, Y
L, X V, Y1
L, X1
Yቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。 （L/V）称为吸收塔操作的液气比。
操作线方程与操作线
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。
吸收塔的设计计算中，气体处理量 V，以及进、出
塔组成 Y1、Y2 由设计任务给定，吸收剂入塔组成 X2
则是由工艺条件决定或设计人员选定。
由全塔物料衡算式
X1
V L
Y1
Y2
X
2
可知吸收剂出塔浓度 X1 与吸收剂用量 L 是相互制约的。
➢ 选取的 L/V ，操作线斜率 ，操作线与平衡线的距离 ，塔内传质推动力 ，完成一定分离任务所需塔高 ；
(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；
(3) 稳定不易挥发，以减少溶剂损失； (4) 粘度低，有利于气液接触与分散，提高吸收速率； (5) 无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉等。
吸收剂用量的确定
吸收剂用量 L 或液气比 L/V 在吸收塔的设计计算和
塔的操作调节中是一个很重要的参数。
V, Y2 V, Y
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, X
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
V, Y1
相吸收的量。全塔物料衡算为：
VY1 LX 2 VY2 LX1
L, X1
物料衡算 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
Y4
Y1 B X1
D Y3 X3
Y1 B
X1
D Y3
X3
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。
(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；
➢ 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。
逆流与并流操作线练习
Y3 X2
A
X1 Y1
C
Y1 C
Y2
D
B
Y3
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。
Y
当 L/V 一定，操作线方程
在 Y-X 图 上 为 以 液 气 比 Y1
L/V 为斜率，过塔进、出
口的气、液两相组成点(Y1， Y
X1)和(Y2，X2)的直线，称
为吸收操作线。
Y2
线上任一点的坐标(Y，X) Y*
代表了塔内该截面上气、 o
液两相的组成。
Y*=f(X) A
P X*-X
B
Y- Y*
X2
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, X2
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；
➢ L/V ，吸收剂用量 ，吸收剂出塔浓度 X1 ，循环和 再生费用 ；
➢ 若L/V ，吸收剂出塔浓度 X1 ，塔内传质推动力 ， 完成相同任务所需塔高 ，设备费用 。
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
VY LX1 VY1 LX
Y
L V
X
Y1
L, X2 V, Y2
GA V (Y1 Y2 ) L( X1 X2 )
V, Y
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
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；
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。
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）。
并流操作线方程
Y
L V
X
Y1
L V
X1
L, X1 V, Y1
V, Y
L, X
Y
A
Y*=f(X)
Y1 P X*-X
Y
Y2
Y- Y*
B
V, Y2 L, X2
Y*
o
X1
A
B
D
Y2 X3 X2
Y2
X1 X2
X3
逆流与并流操作线练习
X2
X4
Y1
A Y2 C
Y4
Y2、
Y3
Y1
B
D
Y4
X1
Y3 X3
B AD C
X4（X3、X2）X1
X2
X4
A Y2 C
Y4
X2
X4
A Y2 C
Y4
Y1 B
X1
Y3 D
X3
Y1 B
X1
D Y3 X3
X2
X4
A Y2 C
Y4
X2 A
Y2
X4 C