板式吸收塔理论塔板数的计算

板式吸收塔理论塔板数的计算
14404806 龙益如
通常在吸收操作中，大多采用填料塔。

然而，填料式吸收塔不是在所有情况下均适用，仅在处理量较小，塔径在600毫米以下时（文献得知），采用填料塔比较经济。

当塔径较大时，可能出现严重的壁流和沟流现象，导致吸收效率下降。

故，处理量较大时，采用板式吸收塔。

另外，填料塔不能像板式塔一样设置人孔进行检修和清洗，故此方面依旧板式塔更优。

下面进行板式吸收塔的理论塔板数的计算，主要参照板式精馏塔采用逐级计算法和图解法，另外由查阅文献介绍解析法等其他方法。

方法一：
首先，我们假定板式吸收塔中每一块塔板均为理想板，即塔板上的液相组成是均匀的，且离开该板的气液两相处于平衡状态，即所谓理论板。

同时，在气相中采用惰性组分的摩尔比为基准，在液相中采用吸收剂的摩尔比为基准，且满足吸收过程中惰性组分吸收剂的流量均可视为恒定，即各板上升的惰性组分的摩尔流量V均相等，各板下降的吸收剂的摩尔流量L均相等。

基于以上讨论，参照板式精馏塔的处理方式，进行计算：
如图所示，在全塔范围内对溶质进行物料衡算得
VY b+LX a=VY a+LX b(1-1)
V(Y b−Y a)=L(X b−X a)(1-2)
在吸收塔的任意两板间（i和i+1）分别与塔顶或者塔底的范围内，对溶质A进行物料衡算得
VY i+1+LX a=VY a+LX i
移项，得
Y i+1=L
V X i+(Y a−L
V
X a)(1-3)
即为板式吸收塔的操作线方程。

由以上部分计算对比教材上填料式吸收塔的计算可知，此部分两者的处理方法基本相同。

故，后续部分计算直接采用书上已有公式。

其中，Y a=Y b(1−φA) (1-4)而最小液气比
（L
V ）
min
=Y b−Y a
Y b
m
−X a
(1-5)
又实际液气比为
L V =（1.1~1.2）（L
V
）
min
（1-6）图1-1
一般情况下，进行吸收操作时，处理量V、进塔气体组成Y b、出塔气体组成Y a以及进塔吸收剂组成X a均为设计时已经确定的量，故式1-2、1-5、1-6可求得出塔吸收液组成X b。

从塔顶开始进行逐板计算：
由平衡线方程 Y=mX (1-7)
X1=Y a
m
由操作线方程: Y2=L
V X1+(Y a−L
V
X a)
由平衡线方程：X2=Y2
m
由操作线方程： Y 3=L V X 2+(Y a −L
V X a )
由此计算，直到X i ≥X b 为止，则理论塔板数为：
N =i −1 (1-8)
方法二：图解法
首先，在X~Y 坐标中绘出平衡线Y =mX 和操作线
Y i+1=L V X i +(Y a −L
V X a )。

从操作线的稀端端点出发，做水平线与平衡线相交，过交点做垂线与操作线相交，得一梯级，再过该点作水平线与操作线相交，如此反复进行下去，得到若干梯级，直到达到或者超过X b 为止。

则，不越过X b 的梯级总数为完成指定分离任务所需的理论板数。

方法三：解析法
此方法主要参考相关文献，并利用到了Knemser 方程： 操作线方程：
相平衡方程：
对于第一块塔板：
对于第二块板：
…………
以此类推，第N 块板：
除此之外，还有移轴法等等，但都与逐板计算 先关，区别在于可能采用了一些简便的计算方法。

y N+1 y 1 x N 1 2 N-1 N X 0。