青海大学吸收课件第2章第3节吸收塔计算

倍，试求每小时送入塔内的水量。
溶液浓度(gNH3/100gH2O) 2 2.5 3
分压Pa
1600 2000 2427
分析：
求水量 解：
吸收剂用量L
已知L/Lmin
求Lmin
平衡常数
1) 平衡关系
Y*

1
y* y*

1
p* p*
1.6 103 101.33103 1.6103
0.01604
第二章 吸收
第三节 吸收塔的计算
一、吸收塔的物料衡算与操作线方程 二、吸收剂用量的确定 三、塔径的计算 四、填料层高度的计算 五、吸收系数
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概述：
第三节 吸收塔的计算
化工单元设备的计算，按给定条件、任务和要求的不同， 一般可分为设计型计算和操作型（校核型）计算两大类。
设计型计算：按给定的生产任务和工艺条件来设计满足任务 要求的单元设备，即吸收塔。
kmol(A)/kmol(S) 。
V, Y1Байду номын сангаас
对稳定吸收过程，单位时间内气相在塔内被 吸收的溶质A的量必须等于液相吸收的量。 通过对全塔A物质量作物料衡算，可得：
L, X2 V, Y
L, X L, X1
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V1Y L2 X V2Y L1X
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
能达到分离要求。
实际液气比应在大于最小液气比的基础上，兼顾设备费用和操
作费用两方面因素，按总费用最低的原则来选取。
根据生产实践经验，一般取 L1.1~2.0L
V
Vmin
注意：以上由最小液气比确定吸收剂用量是以热力学平衡为出发
点的。从两相流体力学角度出发，还必须使填料表面能
被液体充分润湿以保证两相均匀分散并有足够的传质面
填料填加在塔内形成填料层，填料层有两个特点：一是空 隙体积所占比例相当大，便于气体在其内部迂回曲折通过 并提高湍动程度，二是单位体积内有很大的固体表面积。 液体沿固体壁面呈膜状流下，因而填料塔内的气液接触面 比空塔内大得多。
塔内气液流动方式一般呈逆流，气体自塔底通入，液体从 塔顶洒下，推动力较大，吸收速率大；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，减 少吸收剂用量。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，提高吸
随 L/V 的减小，操作线与平衡线是相交还是相切取决于平衡 线的形状。
Y
Y*=f(X)
Y1
C
(L/V)min
Y
Y*=f(X)
Y1
(L/V)min C
B
Y2
B
Y2
o
X2
X1,max=X1* X
o
X2
X1,max X1* X
两线在 Y1 处相交时，X1,max=X1*=Y1/m；
两线在中间某个浓度处相切时， X1<X1* 。
积，因此所取吸收剂用量 L 值还应不小于所选填料的最
低润湿率，即单位塔截面上、单位时间内的液体流量不
得小于某一最低允许值。
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例：空气与氨的混合气体，总压为101.33kPa，其中氨的分压为1333Pa，用
20℃的水吸收混合气中的氨，要求氨的回收率为99%，每小时的处理量为
1000kg空气。物系的平衡关系列于本例附表中，若吸收剂用量取最小用量的2
L, X1 V, Y1
V, Y
L, X
Y
T
Y*=f(X)
Y1 P X*-X
Y
Y2
Y- Y*
B
V, Y2
Y*
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L, X2
o
X1
X
X2
X* X
（三）吸收塔内物料流向的选择
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。
务所需塔高 ，设备费用，但操作费用 。
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经济核算
吸收剂用量的确定
不同液气比 L/V 下的操作线图直 观反映了这一关系。
当 L/V 下降到某一值时，操作
线将与平衡线相交或者相切，
此时对应的 L/V 称为最小液气 比，用(L/V)min表示，而对应的 X1则用 X1,max 表示。
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。
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并流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
YV LXY1V LX1
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X 2 /17 0.0212
100 /18
m Y * 0.01604 0.757 X 0.0212
平衡关系为:Y 0.757X
2) 最小吸收剂用量：
Lmin
V
Y1 Y2
Y1 m

X2
其中： V 1000 34.5kmol空气 / h
29
Y1
X2
X1
X
X1’
X1,max
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,设备费用 ；但操作
费用;
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
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 液体产生一曳力，阻碍液体向下流动，因而限制了吸收塔所
2019/9/13 允许的液体流率和气体流率，这是逆流操作不利的一面。
二、 吸收剂用量的确定
Y
L/V
(L/V)’
A
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；V,
全塔物料衡算式就代表L、V一定，塔内具有最高气、
Y1
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。
L, X2 V, Y
L, X L, X1
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（二）吸收塔的操作线方程与操作线
最小液气比的计算式：
L Y1Y2 Vmin X1,maxX2
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LminV
Y1Y2 X1,maxX2
吸收剂用量的确定
在最小液气比下操作时，在塔的某截面上（塔底或塔内）气、
液两相达平衡，传质推动力为零，完成规定传质任务所需的塔
高为无穷大。对一定高度的塔而言，在最小液气比下操作则不
精馏塔的操作线方程
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
V YL1 X V1Y LX
YVLXY1VLX1
L, X2 V, Y2
V, Y
L, X
同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A的 V, Y1 物料衡算，有
YVLXY2VLX2 V1Y L2 X V2Y L1X
要达到规定的分离要求，或完 成必需的传质负荷量
GA=V(Y1-Y2)，L/V 的减小是有
限的。
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Y
L/V
(L/V)’
A
A’
(L/V)min
Y1
C
Y2
B
Y- Y* Y*=f(X)
X
o
X2
X1
X1’
X1,max
Y
Y1
(L/V)min C
B
Y2
Y*=f(X)
o
X2
X1,max X1*
X
最小液气比(L/V)min的求解

1.333 101.33 1.333

0.0133
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Y2 (1 0.99)Y1 0.010.0133 0.000133
X2 0 m 0.757
Lmin

V (Y1 Y2 )
Y1 m

X2

34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 0 0.757
25.8kmol / h
3) 每小时用水量
L 2Lmin 225.8 51.6kmol/ h 928.8kg / h
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一、 吸收塔的物料衡算与操作线方程
（一）物料衡算
•已知：气体的处理量V、进口浓度Y1和出口浓度Y2 （或溶质的回收率ψ A）
•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。
•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，通过塔 的惰性气体量和溶剂量是不变的。
L, X1
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。
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逆流操作线方程与操作线
Y YVLXY1VLX1 YVLXY2VLX2 Y1
当L/V一定，操作线方程在Y-X图上以
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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。