吸收或解吸塔的计算
(完整版)二氧化碳吸收与解吸实验
二氧化碳汲取与解吸实验一、实验目的1.认识填料汲取塔的构造、性能和特色，练习并掌握填料塔操作方法；经过实验测定数据的办理解析，加深对填料塔流体力学性能基本理论的理解，加深对填料塔传质性能理论的理解。
2.掌握填料汲取塔传质能力和传质效率的测定方法，练习实验数据的办理解析。
二、实验内容1.测定填料层压强降与操作气速的关系，确立在必定液体喷淋量下的液泛气速。
2.固定液相流量和入塔混淆气二氧化碳的浓度，在液泛速度下，取两个相差较大的气相流量，分别丈量塔的传质能力（传质单元数和回收率）和传质效率（传质单元高度和体积汲取总系数）。
3.进行纯水汲取二氧化碳、空气解吸水中二氧化碳的操作练习，同时测定填料塔液侧传质膜系数和总传质系数。
三、实验原理：气体经过填料层的压强降：压强降是塔设计中的重要参数，气体经过填料层压强降的大小决定了塔的动力耗费。
压强降与气、液流量均相关，不同样样液体喷淋量下填料层的压强降 P 与气速u的关系如图一所示：L 3＞ L 2＞ L 1aPk,P32L 0 = 01u , m/s图一填料层的P ～u关系当液体喷淋量 L00 时，干填料的P ～u的关系是直线，如图中的直线0。
当有必定的喷淋量时，P ～u的关系变为折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。
这两个转折点将P ～u关系分为三个区段：既恒持液量区、载液区及液泛区。
传质性能：汲取系数是决定汲取过程速率高低的重要参数，实验测定可获得汲取系数。
关于同样的物系及必定的设施（填料种类与尺寸），汲取系数跟着操作条件及气液接触状况的不同样样而变化。
1.二氧化碳汲取 - 解吸实验依据双膜模型的基本假定，气侧和液侧的汲取质 A 的传质速率方程可分别表达为气膜G A k g A( p A p Ai ) （ 1）液膜G A k l A(C Ai C A ) （2）式中： G A—A组分的传质速率， kmoI s 1；2A —两相接触面积， m；P A—气侧A组分的均匀分压，Pa；P Ai—相界面上A组分的均匀分压，Pa；C A—液侧A组分的均匀浓度， kmol m 3C Ai—相界面上A组分的浓度kmol m 3k g—以分压表达推进力的气侧传质膜系数，kmol m 2s 1Pa 1;k l—以物质的量浓度表达推进力的液侧传质膜系数，m s 1。
吸收(或解吸)塔的计算
h = H OG N OG
对液相总传质系数和推动力： 对液相总传质系数和推动力：
X L dX h= ∫X X X K X a
b a e
若令
HO L =
L K X a
NO L = ∫
Xb
Xa
dX Xe X
h = H OL N OL
液相总传质单元高度， HOL —— 液相总传质单元高度，m； 液相总传质单元数，无因次。 NOL —— 液相总传质单元数，无因次。
L, Xa
VYb + LX a = VYa + LX b
下标“ 代表填料层上顶截面 代表填料层上顶截面； 下标“a”代表填料层上顶截面； 进塔惰性气体流量V和组成Y 进塔惰性气体流量V和组成Yb由吸收 下标“ 代表塔内填料层下底截面 代表塔内填料层下底截面。 下标“b”代表塔内填料层下底截面。 任务规定的，进塔吸收剂温度和组成Xa 任务规定的，进塔吸收剂温度和组成Xa 惰性气体B的摩尔流率kmol/s kmol/s； V —— 惰性气体B的摩尔流率kmol/s 一般由工艺条件确定， 一般由工艺条件确定，吸收剂用量由设 ； 计者给出，出塔气体组成Ya kmol/s； Ya则由任务给 计者给出，出塔气体组成Ya则由任务给 吸收剂S的摩尔流率kmol/s L —— 吸收剂S的摩尔流率kmol/s； 定或由给定的吸收率求出， 吸收率求出 定或由给定的吸收率求出，由上式可求 ； 溶质A在气相中的摩尔比浓度； Y —— 溶质A在气相中的摩尔比浓度 算出吸收剂出口浓度X 算出吸收剂出口浓度Xb。 溶质A在液相中的摩尔比浓度。 X —— 溶质A在液相中的摩尔比浓度。
h = ∫Y
Yb
a
V dY kY a Y Yi L dX k X a X i X
吸收与解吸实验
吸收与解吸实验一、实验目的及任务：1、熟悉填料塔的构造与操作。
2、观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。
3、掌握总传质系数K x a的测定方法并分析影响因素。
4、学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。
二、基本原理：本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数K x a，并进行关联，得到K x a=AL a·V b的关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。
本实验引入了计算机在线数据采集技术，加快了数据记录与处理的速度。
1、填料塔流体力学特性：气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。
在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.8～2的直线（图中aa线）。
当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降也正比于气速的 1.8～2次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。
随气速的增加，出现载点（图图1 填料层压降–空1中c点），持液量开始增大，压降气速线向上弯，斜率变陡（图中cd到液泛点（图中d点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。
2、传质实验：填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。
在填料塔中，两相传质主要是在填料有效湿表面上进行，需要计算完成一定吸收任务所需填料高度，其计算方法有：传质系数法、传质单元法和等板高度法。
本实验是对富氧水进行解吸。
由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。
整理得到相应的传质速率方式为：m p x A x V a K G ∆∙∙=m p A x x V G a K ∆∙=其中 22112211ln )()(e e e e m x x x x x x x x x -----=∆()21x x L G A -= Ω∙=Z V p相关的填料层高度的基本计算式为：OL OL x x e x N H xx dx a K L Z ∙=-Ω∙=⎰12 即 OL OL N Z H /=其中 m x x e OL x x x x x dx N ∆-=-=⎰2112 ， Ω∙=a K L H x OL式中：G A —单位时间内氧的解吸量[Kmol/h] K x a —总体积传质系数[Kmol/m 3•h •Δx]V P —填料层体积[m 3]Δx m —液相对数平均浓度差x 1 —液相进塔时的摩尔分率（塔顶）x e1 —与出塔气相y 1平衡的液相摩尔分率（塔顶） x 2 —液相出塔的摩尔分率（塔底）x e2 —与进塔气相y2平衡的液相摩尔分率（塔底）Z—填料层高度[m]Ω—塔截面积[m2]L—解吸液流量[Kmol/h]H OL—以液相为推动力的传质单元高度N OL—以液相为推动力的传质单元数由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即K x=k x, 由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数K x a，应增大液相的湍动程度。
化工原理 第五章 气体吸收
Y
*
mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Y*=mX
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三、 相平衡关系在吸收中的应用
（一）判断过程进行的方向
* pA pA * pA pA * pA pA
A由气相向液相传质，吸收过程 平衡状态
A由液相向气相传质，解吸过程
*或x* >x或 c * y
dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行
28
理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
25
吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。
单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
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一、 分子扩散与菲克定律
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使
该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，
物系一定， E T 2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
对于理想溶液，亨利常数即为纯溶质的饱和蒸汽压。亨利常数E值较大表示溶解度 较小。一般E值随温度的升高而增大，常压下压力对E值影响不大。
16
（二）亨利定律其它形式
cA 1）p H
体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界
面的垂直距离。
（二）气相传质速率方程
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
∴
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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
（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。
吸收解吸塔的详细设计计算(做CO2吸收塔和解吸塔的同学不用愁了)
教研室主任签名： 年 月 日
-1-
目
录
课程设计的目的及要求……………………………………………… 1 课程设计方案的介绍………………………………………………… 2 吸收塔的基础数据的计算…………………………………………… 3 吸收塔的工艺计算…………………………………………………… 4 吸收塔的主体设备的设计……………………………………………10 吸收塔辅助设备的计算及选型………………………………………10 解吸塔的基础数据的计算……………………………………………11 解吸塔的工艺计算……………………………………………………12 解吸塔的主体设备的设计……………………………………………17 解吸塔辅助设备计算及选型…………………………………………17 吸收塔与解吸塔设计一览表…………………………………………18 设计评述………………………………………………………………19 参考文献………………………………………………………………20
-1-
1 设计方案的介绍
本设计为填料吸收塔，设计中说明吸收剂为洗油，被吸收的气体是含苯的 煤气，且混合气中含苯的摩尔分数为 0.02.除了吸收塔以外，还需其他的辅助设 备构成完整的吸收-脱吸塔。气液采用逆流流动，吸收剂循环再用，所设计的流 程图如 A3 图纸上的图所示。图中左侧为 吸收部分， 混合气由塔底进入吸收塔，其中混合气中的苯被由塔顶淋下的洗油吸 收后，由塔顶送出（风机在图中未画出来） 。富液从富油贮罐由离心泵(J0102)送 往右侧的脱吸部分。 脱吸常用的方法是溶液升温以减小气体溶质的溶解度。故用 换热器使送去的富油和脱吸的贫油相互换热。 换热而升温的富油进入脱吸塔的顶 部，塔底通入过热蒸汽，将富油中的苯逐出，并带出塔顶，一道进入冷凝器，冷 凝后的水和苯在贮罐（F0102）中出现分层现象，然后将其分别引出。回收后的 苯进一步加工。由塔顶到塔底的洗油的含苯量已脱的很低，从脱吸贮罐（F0103） 用离心泵(J0101)打出，经过换热器、冷凝器再进入吸收塔的顶部做吸收用，完成 一个循环。
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
化工原理 吸收塔的计算
解得x1 0.005
Y1e 2 x1 0.01 y2e 0
ym
( y1 - y1e ) - ( y2 - y2e ) ln ( y1 - 2 y1e )
0.005
( y2 - y2e )
NOG
y1 y2 ym
3.6
H NOG HOG 2.88m
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3、解吸（脱吸）
1、解吸方法
高浓端
（1）解吸塔物料衡算式 全塔物料衡算
规定浓度下标： 塔顶 1 ，塔底 2
G( y1 y2 ) L(x1 x2 )
操作线方程
y
y1
L
x G
x1
L G
x
y1
L G
x1
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（2）解吸塔的最小气液比 已知：L 、 x1 、 y2 ， 规定 x2
L G
19
G L min
x1 x2 y1e y2
7
y2
返混
x2
液体局部返混对传质推动力的影响
在一定的液体流量下，当上升气体流速达到一定值时，整个 塔段上同时发生大量液体返混，液体在塔顶被出口气体带出 塔外，即发生了不正常的 液泛 现象。
8
例9-5： 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 尔分数为0.02，出塔含氨摩尔分数为0.001。吸收塔操作 时的总压为101.3kPa，温度为293k，在操作浓度范围内 ， 氨 水 系 统 的 平 衡 方 程 为 y=1.2x ， 总 传 质 系 数 Kya=0.0522kmol/(s.m3)。若塔径为1m ，实际液气比是 最小液气比的1.2倍，求所需塔高为多少？
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》(下)第二章 吸收第六次课
y2
−1
x2 L
此题中： x 2 = 0 , y 1 = 0.05 , V = 1500 22.4 = 67 kmol ⋅ h − 1
φ = 0 .95 , a = 93 m 2 ⋅ m -3 , H = 1 / 5 . 78 m ⋅ kN ⋅ kmol
思路就是由所求目标推至已知条件。 （ 1） 求 x 1
6
三、增大单位吸收传质面积
面积主要由设备来决定，对于填料塔，应该注意： 面积主要由设备来决定，对于填料塔，应该注意： 填料的选型，应尽量选比表面积大的填料。 填料的选型，应尽量选比表面积大的填料。 增大气液分散度，液体喷淋均匀，填料充分润湿， 增大气液分散度，液体喷淋均匀，填料充分润湿， 保证上升气泡和液层充分接触，达到传质目的。 保证上升气泡和液层充分接触，达到传质目的。 采用湍流塔，促使气液充分湍动， 采用湍流塔，促使气液充分湍动，两相接触面不 断更新，扩大了接触面积。 断更新，扩大了接触面积。
用量为最少用量的1.5 倍。该塔在30℃和101.3kN ⋅ m−2 压力下操作，在操作条件下的平衡 关系为 pe = 5.78C kN ⋅ m−2 ，试求： （已知吸收为逆流吸收过程。） （1）出塔溶液浓度 x1 ； （2）用平均推动力法求填料层高度 Z ； （3）用吸收因数法求 Z 。
12
首先列出已知条件，并用公式符号和标准单位表达出来。
4
对于易溶气体， 约等于k 是气膜控制过程; 对于易溶气体，KG约等于kG ,是气膜控制过程; 关键是降低气 膜层的厚度。增加气体总压，增加气流速度， 膜层的厚度。增加气体总压，增加气流速度，增大气相的湍动 程度，则膜分系数增大，KY=P·kG 。但是,气流速度应根据设备 但是, 程度，则膜分系数增大， =P· 大小来考虑,不能超过液流速度。 大小来考虑,不能超过液流速度。 对于难溶气体,K 约等于k 是液膜控制过程: 对于难溶气体,KL约等于kL ,是液膜控制过程: 关键是降低液膜 厚度。提高吸收剂的流速，增大液相的湍流程度， 厚度。提高吸收剂的流速，增大液相的湍流程度，使液膜分系 数增大，KX约等于C·kL 。 数增大， 约等于C 溶解度适中的气体，其吸收速度由两个膜控制，同时增大气相 溶解度适中的气体，其吸收速度由两个膜控制， 和液相流速，增大两相的湍动程度，从而减小两膜的厚度。 和液相流速，增大两相的湍动程度，从而减小两膜的厚度。
吸收与解吸实验
一、实验目的12 3 4二、实验原理㈠、吸收实验根据传质速率方程，在假定Kxa 低浓、难溶等] 条件下推导得出吸收速率方程：Ga=Kxa ·V ·Δx m 则： Kxa=Ga/(V ·Δx m )式中：Kxa ——体积传质系数 [kmolCO 2/m 3hr Ga ——填料塔的吸收量 [Kmol CO 2 V ——填料层的体积 [m 3] Δx m ——填料塔的平均推动力 1、Ga 的计算已知可测出：Vs[m 3/h]、V B [m 3/h]（可由色谱直接读出）Ls[Kmol/h]=Vs ×ρ水/M 水1011'29]/[ρρρρV M V h Kmol G B B B =⋅=⋅=空气 标定情况：T 0=273+20 P 0=101325 测定情况：T 1=273+t1 P 1=101325+ΔP 因此可计算出L S 、G B 。
又由全塔物料衡算：G a =Ls(X 1-X 2)=G B (Y 1-Y 2) 22211111y y Y y y Y -=-=且认为吸收剂自来水中不含CO 2，则X 2=0，则可计算出G a 和X 1 2、Δx m 的计算根据测出的水温可插值求出亨利常数E[atm]，本实验为P=1[atm] 则 m=E/Pmy x m y x x x x x x x x x x x x e e e e m 11221112221212ln ==-=∆-=∆∆∆∆-∆=∆㈡、解吸实验低浓、难溶等] Ga=K Y a ·V 则： K Y a=Ga/(V 式中：K Y a Ga V ΔY m 1、Ga 的计算已知可测出：y 2 ]/[h Kmol G B 标定情况：T 0 测定情况：T 1因此可计算出L S 、G B 。
又由全塔物料衡算：G a =Ls(X 1-X 2)=G B (Y 1-Y 2) 011222111=-=-=y y Y y y Y且认为空气中不含CO 2，则y 2=0；又因为进塔液体中X 1有两种情况，一是直接将吸收后的液体用于解吸，则其浓度即为前吸收计算出来的实际浓度X 1；二是只作解吸实验，可将CO 2用文丘里吸碳器充分溶解在液体中，可近似形成该温度下的饱和浓度，其X 1*可由亨利定律求算出：mm y x 1*1==则可计算出G a 和X 2 2、ΔY m 的计算根据测出的水温可插值求出亨利常数E[atm]，本实验为P=1[atm] 则 m=E/P11221112221212ln x m y x m y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y e e e e m ⋅=⋅=-=∆-=∆∆∆∆-∆=∆根据 e e Y y yy Y 换算成将-=1三、实验装置CO2：钢瓶中的CO2经根部阀、减压阀、针型调节阀，一路经流量计V CO2-1进入吸收塔；另一路经流量计V CO2-2进入文丘里吸碳器与饱和罐中的循环水充分混合可形成饱和CO2水溶液。
5.5. 吸收塔的计算解析
L V min
2、确定操作液气比的分析： 若增大吸收剂用量，操作线的B点将沿水 平线Y=Y1向左移动，如图5-24所示的B、C点。 在此情况下，操作线远离平衡线，吸收的 推动力增大，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。 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，造成输 送及吸收剂再生等操作费用剧增。
解： 按题意进行组成换算： 进塔气体中SO2的组成为：
y1 0.09 Y1 0.099 1 y1 1 0.09
出塔气体中SO2的组成为：
Y2 Y1 (1 ) 0.099 (1 0.09) 0.0099
进吸收塔惰性气体的摩尔流量为
1000 273 V (1 0.09) 37.8kmol/h 22.4 273 20
根据吸收速率定义，dZ段内吸收溶质的量为：
dGA N A dA N A (aΩdZ )
（5-87）
式中：
GA——单位时间吸收溶质的量，kmol/s； NA ——为微元填料层内溶质的传质速率， kmol/m2· s； 将吸收速率方程
N A KY (Y Y )
*
代入式（5-87）得：
dGA KY (Y Y )aΩdZ
1、重点掌握的内容：
吸收剂用量的确定、传质单元数的计算（平 均推动力、吸收因数法）； 2、了解的内容： 传质单元数的计算（图解法）、理论级的 计算；
3、熟悉的内容：
吸收操作线、吸收操作线的特点、、传质推 动力、最小液气比及计算、体积传质系数、传质 单元数的定义及物理意义、传质单元高度的定义 及物理意义、吸收因数及物理意义、解吸因数、 吸收过程的设计（吸收条件的确定）及计算（吸 收剂用量、填料层高度的计算、塔径的计算、塔 核算）、吸收过程的强化措施；解吸的特点、解 吸的计算；
5.4吸收塔的计算
X1 X1 L dX L dX Z X 2 X i X K X a X 2 X * X k X a
HL
NL
HOL
NOL
低浓度气体稳态吸收塔计算填料层高度的基本公式
（二）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ质单元高度与传质单元数
Z H G N G 气相传质单元高度 气相传质单元数 Z H OG N OG 气相总传质单元高度 气相总传质单元数 Z H L N L液相传质单元高度 液相传质单元数 Z H OL N OL液相总传质单元高度 液相总传质单元数
•传质单元数的意义：
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
N OG 1的意义：
气体流经一段填料，溶质组成变化(Y1-Y2)等于该 段填料平均吸收推动力(Y-Y*)m 时，，该段填料为
一个传质单元。
（2）传质单元高度
•定义： H OG
G 气相总传质单元高度，m。 K ya
•传质单元高度的意义:
——塔截面积，㎡;
Y+dY X+dX
G,Y1
X1
GdY GdY dZ kY a(Y1 Yi ) KY a(Y Y * ) LdX LdX dZ k X a( X i X ) K X a( X * X )
kY a, KY a, k X 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。
吸收操作线(operating line)方程 G-通过吸收塔的惰性气体流量，kmol/s L-通过吸收塔的吸收剂流量，kmol/s
稀端
G，Y2 L，X2
G，Y
4.3多组分吸收和解吸的简捷算法
4.3 多组分吸收和解吸的简捷算法简捷算法常用于过程设计的初始阶段，对吸收操作作粗略分析，其结果亦可作为严格算法的初值。
4.3.1吸收因子法模型塔介绍：nn 表示任一板，v ij ，l ij 分别表示组分i 在第j 板上的气、液相摩尔流率Kmol/h , 为简化，略去组分i 下标，仅保留塔板序号j 。
对n 板i 组分作物料衡算：11n n n n l l v v −+−=− （4-15）平衡关系为：n i n i x k y ,,)(⋅=即: v lK V L=(/)l L KV v A v =⋅=⋅ （4-16）式中: ij ij v V V ∑==；ij ij l L L ∑== (kmol/h)定义吸收因子：V K LA ⋅=A 为综合考虑了塔内气液两相流率和平衡关系的一个无因次数。
L/V 大，K 小，A 大，有利于吸收。
注意A ij 为组分i 在j 板上的吸收因子，简记为A j 。
11n n n n l l v v −+−=− (4-15)可改写为：111n n n n n n A v v A v v −−++=+（4-17）n=1时，（4-18）即：（4-19）n=2时，（4-20）逐板向下直到N 板，得：（4-21）为了消去v N ，做全塔物料衡算：011n n l l v v +−=− 011N n n A v l v v +−=−由式(4-16)得n N n l A v =， 代入上式:（4-22）由于式(4-21)等于式(4-22)，得:111231231112312310233411123231011()11()1(1) 1N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N n iiN jj i i j ij iiNji j iv v A A A A A A A A A A v A A A A A A A A A A l A A A A A A A A v A A A A A A A A A Al A A +−−+−−−+−=====−+++=−+++++++−++++=−+∑∏∏∑∏""""""""""211(1)N i Nn j i j iv A =+==+∑∑∏（4-23）上式关联了吸收率，吸收因子和理论板数，称为Horton-Franklin 方程，即：()ij f A N φ=⋅应当指出，该公式在推导中未作任何假设，是普遍适用的。
解吸及计算
传质方向：溶质由液相向气相传递。
返回
5.6.2 解吸方法
1．气提解吸： pA pA* 或 Y Y * 2．减压解吸： p pA pA* 3．加热解吸：t x p*A pA pA* 解吸能耗大，整个吸收过程的能耗主要在解吸。
X2 X1 Y2* Y1
Vmin
L
X2 X1 Y2* Y1
实际载气流量V=（1.1～2.0）Vmin
返回
三、传质单元数法计算解吸塔填料层高度
Z N OL HOL L
HOL K X a
1. 平均推动力法
NOL
X2 dX X1 X X *
N OL
X2 X1 ΔX 2 ΔX1
返回
5.6.3 解吸塔的计算
一、物料衡算与操作线方程
全塔物料衡算：
V(Y2 － Y1)=L(X2 － X1 )
操作线：Y
L V
X
(Y1
L V
X1)
L—吸收液流量，kmol/(m2·s);
V—载气流量，kmol/(m2·s);
V，Y2 L，X2 V，Y L，X
V，Y1 L，X1
返回
Y*=f(X)
5.6 解吸及计算
5.6.1 解吸条件及传质方向 5.6.2 解吸方法 5.6.3 解吸塔的计算
返返回回
解吸过程：溶质从吸收液中分离出的操作， 称为解吸。
解吸目的：获得所需较纯的溶质；溶剂再生 循环使用。
5.6.1 解吸条件及传质方向
条件： pA p＊A 或 Y Y * 或 X X *
ln ΔX 2 ΔX 1
5.6. 解吸及其计算
解:
已知
X 1 0.0005
Y1 0
X 2 0.0255
m 33
V V =1.35 L L min
Y 33 X 2 33 0.0255 0.8419
* 2
（1）
X 2 X 1 0.0255 0.0005 V 0.0297 * 0.8415 0 Y2 Y1 L min
获得所需较纯的溶质；
使溶剂再生返回到吸收塔循环使用， 使分离过程经济合理。
5.6.1.解吸条件及传质方向
1、解吸过程的必要条件：
解吸过程的必要条件及推动力与吸收过程 的相反，解吸的必要条件为气相溶质分压pA或 浓度Y小于液相中溶质的平衡分压pA*或平衡浓 度Y*。即：
。
PA＜ PA* 或Y ＜ Y*
pA pA
*
溶质从液相向气相转移，最后气体溶质从 塔顶带出。
解吸过程的推动力为
pA pA
*
推动力越大，解吸速率越快。 使用载气解吸是在解吸塔中引入与吸收液 不平衡的气相。 通常作为气提载气的气体有： 空气、氮气、二氧化碳、水蒸气等。 根据工艺要求及分离过程的特点，可选用 不同的载气。
2、减压解吸 将加压吸收得到的吸收液进行减压，因 总压降低后气相中溶质分压pA也相应降低， 实现了PA＜ PA*的条件。 解吸的程度取决于解吸操作的压力，如 果是常压吸收，解吸只能在负压条件下进行。 3、加热解吸 将吸收液加热时，减少溶质的溶解度， 吸收液中溶质的平衡分压PA*提高，满足解吸 条件PA＜ PA*有利于溶质从溶剂中分离出来。
V V =1.35 =1.35 0.0297=0.04 L L min
蒸汽用量
V V=1.35 L=0.04 10=0.4kmol/h L min
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
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。
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(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。
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
3.校核计算的主要内容与步骤 (1) 吸收率的计算 (2) 吸收剂用量、组成及操作温度对吸收塔的影响
V, Yb
L, Xb
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
3.操作线方程与操作线
在任一截面与 L( X X a )
Y L L X Ya X a V V
V, Ya
V, Y
L, X V, Yb
操作线方程
L, Xb
例题： 在20℃，1atm下，用清水分离氨-空气的混合气体，混 合气体中氨的分压为1330Pa，经吸收后氨的分压降为 7Pa， 混合气体的处理量为 1020kg/h ，操作条件下平衡关系为 Ye=0.755X 。若适宜的吸收剂用量为最小用量的 2 倍，求所 需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。
V, ya 吸 收 塔 V, yb xb=? xa , L=?
V, Ya
V, Yb
L, Xb
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
2.吸收率的定义：
混合气中溶质A被吸收的量占总量的百分率，称 为溶质的吸收率或回收率，以φ表示，即：
L, Xa
Yb Ya Ya A 1 Yb Yb
V, Ya
Ya Yb (1 A )
已知进料中A的组成为50%（mol%）,要 求气体吸收率为90%，则塔顶尾气中A的组成： A:9% B:7% C: 5% D:3%
由物平可知通过该微元层物质的传递量为：
V, Ya L, Xa
dG A VdY LdX
从物质传递过程角度分析，若 dh 微元段 内传质速率为 NA ，则通过该微元填料层的溶 质A的传递量为
Y X
dh
h
Y+dY X+dX
N AdA N Aadh
所以
L, Xb
dGA VdY LdX N A adh
Yb
C
Ya
o
A
Ye=f(X) X
Xa
Xb’
Xb
Xbe
若吸收剂用量，L/V 吸收剂出塔浓度Xb ，循环和再生费用；
若吸收剂用量 L/V 吸收剂出塔浓度Xb ，设备费用。
L Yb Ya Yb Ya 1.最小液气比(L/V)min Lmin V V min X be X a X be X a
4.计算依据
物系的物料衡算、相平衡关系和传质速率方程式
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
二、物料衡算与吸收操作线方程
1.全塔物料衡算
全塔物料衡算目的：计算吸收剂出口浓度。 对稳定吸收过程，全塔物料衡算为：
L, Xa
VYb LX a VYa LX b
下标“a”代表填料层上顶截面； 进塔惰性气体流量V和组成Yb由吸收 下标“b”代表塔内填料层下底截面。 任务规定的，进塔吸收剂温度和组成 Xa V —— 惰性气体B的摩尔流率kmol/s； 一般由工艺条件确定，吸收剂用量由设 计者给出，出塔气体组成 Ya则由任务给 L —— 吸收剂S的摩尔流率 kmol/s； 定或由给定的吸收率求出，由上式可求 Y —— 溶质A在气相中的摩尔比浓度； 算出吸收剂出口浓度Xb。 X —— 溶质A在液相中的摩尔比浓度。
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
一、 概述
二、 物料衡算和操作线方程
三、 吸收剂用量的决定和最小液气比
四、 低浓度气体吸收塔填料层高度的计算
五、 理论板数的计算
六、 解吸
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
一、 概述 1.吸收塔的计算 设计型计算 吸收塔的计算 操作型（校核型）计算
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
L L Y X Ya X a V V
Y B Yb Y Ya Ye o Xa X Xb Xe X A P
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
对并流操作的吸收塔，其操作线方程可取塔内填料层任一截面与 塔顶（浓端）作物料衡算得到。 并流操作线方程
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
三、 吸收剂用量的确定
由全塔物料衡算式
Xb V Yb Ya X a L
可知吸收剂出塔浓度Xb与吸收剂用量L是相互制约的， 吸收剂用量 L 对出塔浓度 Xb 及吸收过程的影响可通过 Y-X 坐 标图分析 。
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
Y
(L/V)‘ A (L/V) B (L/V)min
2. 吸收剂用量的确定 L↑,操作费用↑，L↑, 设备费用↓； 按总费用最低的原则来选取；
根据生产实践经验，一般取：
L L 1.1 ~ 2.0 V V min
兼顾填料润湿率。
L L 1.1 ~ 2.0 V V min
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
若相平衡线的形状不规则
Y Ye=f(X) (L/V)min
Yb
C
Ya
o
B
Xa
Xb,max Xbe
X
Yb Ya L V min X b ,max X a
Lmin
Yb Ya V X b ,max X a
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
四、低浓度气体吸收填料层高度的计算 1.填料层高度的计算式
V, Ya L, Xa
填料塔的不同截面，Y,X不同；
→传质推动力不同； →传质速率不同； 要确定整个填料塔的传质量，需 采用微积分方法。
V, Yb
L, Xb h
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
任取填料层中高度为dh的微分段
L, Xa
L L Y X Ya X a V V
A P B
Y Ya Y
V, Ya
V, Y
L, X
Yb Ye
V, Yb
L, Xb
o
Xa
X
Xb
Xe
X
第四节 吸收（或解吸)塔的计算
4.吸收塔内流向的选择
逆流操作时，传质推动力变化较小； 并流操作时，传质推动力变化较大； 逆流操作的平均推动力大于并流； 工业吸收一般多采用逆流。