5气体吸收计算一

第五节 气体吸收计算

在有害气体治理的吸收操作中，都是将混合气体中少量的可溶部分吸收下来，这些溶质即使全部吸收，进出塔的气体和液体的流量也改变很小，因此塔内的气体和液体的流量都可视为常数，这个特点使吸收的有关计算大为简化。 由于气体吸收多采用塔器，因此，气体吸收计算主要讲述吸收塔的计算。

一、吸收塔的物料衡算与操作线方程

（一）物料衡算

一个处于稳定操作状态下的逆流接触吸收塔。V 、L 、Y 、X 分别代表进出塔的气液流量（kmol/m 2.s ）和浓度（摩尔比），规定塔底为1端（浓端），塔顶为2端（稀端）。

对单位时间内进、出塔的物料A 的量作衡算，可写出下式：

一般情况下，进塔气体的组成与流量是吸收任务规定了的，如果吸收剂的组成与流量已经确定，则V 、Y 1、L 及X 2皆为已知数，又根据吸收任务所规定的A 的吸收率，可以得知气体出塔时应有的浓度Y 2：

式中 A ϕ—A 的吸收效率。

由此，通过全塔物料衡算式：

(2-47) 可以求得塔底吸收液排出的浓度X 1。于是，在填料层底部与顶部两个端面上的液、气组成X 1、Y 1及X 2、Y 2均成为已知数。

（二）吸收塔的操作线方程与操作线

在逆流操作的吸收塔内，气体自下而上，其浓度由Y 1逐渐变到Y 2；液体()()21211221X X L Y Y V LX VY LX VY -=-+=+或()A Y Y ϕ-=112()()2121X X L Y Y V -

=-

浓度自上而下逐渐由X 2变到X 1；设图中截面m-n 处气、液浓度分别为Y 与X ，现对m-n 截面与塔底端作A 的物料衡算：

或 (2-48) 对m-n 截面与塔顶端作A 的物料衡算，又得：

式（2-48）与（2-48a ）是等效的，因由式（2—47）可知：

式（2-48）与式（2-48a ）皆可称作逆流吸收塔的操作线方程，它表明塔内任一截面上气相浓度Y 与液相浓度X 之间成直线关系，直线的斜率为 (称

为液气比)，且此直线通过B （X 1，Y 1）及T （X 2，Y 2）两点。标绘在图2-28中的直线BT 即为逆流吸收塔的操作线，操作线BT 上任何一点A ，代表着塔内相应截面上的液、气浓度X 、Y ，端点B 代表吸收塔底部端面，即塔底的情况，端点T 代表吸收塔顶部端面，即塔顶的情况。

操作线方程与操作线是由物料衡算得来的，无论对于并流或逆流，它与系统的平衡关系、操作温度和压强、以及塔的结构型式均无任何牵连。

在吸收操作时，在塔内任一横截面上，溶质在气相中的实际分压总是高于与其相接触的液相平衡分压，所以吸收塔操作线总是位于平衡线的上方。

二、吸收剂用量的确定

吸收塔的设计中，所处理的气体量V 、两端气体组成Y 2与Y 1以及液体的最初组成X 2一般都已预先确定，设计中则要确定吸收剂的用量。吸附剂的用量来源于适宜的液气比。液气比的大小，直接影响着设备的尺寸与运行费用。

LX

VY LX VY +=+11)(11X V

L Y X V L Y -+=)(22X V L Y X V L Y -+=2221X V L Y X V L Y -=-V L

由图2-29（a ）可知，在V 、Y 1、Y 2、X 2已知的情况下，吸收操作线的一个端点T 已经固定，另一个端点B 则可在Y=Y 1的水平线上滑动。点B 的横坐标将取决于操作线的斜率L/V 。L/V 称为液气比，它反映单位气体处理量所用吸收剂的量。在V 值已定时，若减小吸附剂的用量L ，操作线的斜率就会变小，点B 将沿Y=Y 1的水平线向右移动，其结果可以使出塔吸收剂的浓度增大，而吸收推动力相对减小。若L 减少到恰使B 点移至水平线Y=Y 1与平衡线[或切线如图2-29(b)，若平衡线为凸线时，要从T 点作平衡线的切线。交点B *时，X 1=X 1*，意即塔底流出的吸收液中溶质A 的浓度与刚进塔的混合气体中溶质A 浓度达到平衡，这是理论上吸收液可能达到的最高浓度。但此时的吸收推动力已变为零，这只有在具有无限大的传质面积和无限长的接触时间时才能实现，而这在实际上是不可能的。所以只能作为吸收的一个极限。此时操作线的斜率称为最小液气比，以（L/V ）min 表示；相应的吸收剂用量即为最小吸收剂用量，以L min 表示。

最小液气比可用图解法求出。若平衡线如图2-29所示，则可从B *读出X 1*，用下式计算 ：

若平衡关系符合亨利定律，也可直接用下式计算：

根据生产实践，一般情况下取吸收剂用量为最小吸收剂用量的 1.1～2.0

倍：

L=（1.1～2.0）L min

还应指出，为了保证填料表面能被液体充分润湿，还应考虑到单位截面上单位时内流下的液体量不得小于某一最低允许值（最小喷淋密度），如果按上式计算出来的吸收剂用量不能满足最小喷淋量，则应采用更大的液气比。

[例 2-5] 用洗油吸收焦炉气中的芳烃。吸收塔内的温度为27℃，压强106.7kPa ，焦炉气流量为850m 3/h ，其中所含芳烃的摩尔分率为0.02，要求芳烃回收率不低于95%，进入吸收塔顶的洗油中所含芳烃的摩尔分率为0.005。若取溶剂用量为理论最小用量的1.5倍，求每小时送入吸收塔顶的洗油量及塔底流出的吸收液浓度。

操作条件下的平衡关系可用下式表达：

2121)(X X Y Y V L muin --=*2121

min X X Y Y V L --⋅=*2121min )(X m Y Y Y V L --=X X Y 875.01125.0+=*

解：进入吸收塔惰性气体摩尔流量为：

进塔气体中芳烃浓度（用摩尔比Y 表示）为：

出塔气体中芳烃浓度为：

进塔洗油中芳烃浓度为：

按照已知的平衡关系式，在Y —X 直角坐标系中绘出平衡曲线OE ，如本例题附图所示，再按X 2、Y 2之值在图上确定操作线端点T ，通过T 作平衡线OE 的切线，交水平线Y=0.0204于点B ˊ，读出点B ˊ的横坐标值为：X *=0.176，则：

L 是每小送入塔顶的纯溶剂量，考虑到所含芳烃，则每小时送入塔顶的洗油量应为：

吸收液浓度可依全塔物料衡算式求出：

三、填料塔计算

（一）塔径的计算

吸收塔的塔径可根据园型管道内的流量公式计算，即：

式中D ——塔径，m ；

Vs ——操作条件下混合气体的体积流量，m 3/s ；

u ——空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s 。

在吸收过程中，由于吸收质不断进入液相，故计算塔径时，一般以塔底的气量为依据计算。计算塔径的关键在于适宜的空塔气速，如何确定适宜的空塔()h Kmol V /64.3502.013.1017.106272732734.22850=-⨯⨯+⨯=0204.002.0102.01=-=Y 00102.0)95.01(0204.02=-⨯=Y 00503.0005

.01005.02=-=X h kmol X X Y Y V L 04.400503.0176.0)00102.00204.0(64.35)(221m in =--=--=*h

kmol L L 06.604.45.15.1m in =⨯==h kmol 09.6005.01106.6=-⨯1190.006.6)00102.00204.0(64.3500503.0)(2121=-+=-+=L Y Y V X X u Vs D π4=