化工原理填料吸收塔实验计算示例
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↑ 。
填料吸收塔实验
填料吸收塔实验【实验目的】1. 了解填料吸收塔的结构和流体力学性能。
2. 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。
【实验内容】1 •测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。
2•采用水吸收二氧化碳，空气解吸水中二氧化碳，测定填料塔的液侧传质膜系数和总传质系数。
【实验原理】1 •气体通过填料层的压强降压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。
压强降与气液流 量有关，不同喷淋量下的填料层的压强降△ P 与气速u 的关系如图6-1-1所示：L 3> L 2 > L 1图6-1-1填料层的△ P 〜u 关系当无液体喷淋即喷淋量 L o =O 时，干填料的△ P 〜u 的关系是直线，如图中的直线0。
当有一定的喷淋量时，△ P 〜u 的关系变成折线，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：恒持液量区、载液区与液泛区。
2 •传质性能吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，而实验测定是获取吸收系数的根本途径。
对于相同的 物系及一定的设备(填料类型与尺寸)，吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。
(1)膜系数和总传质系数根据双膜模型的基本假设，气相侧和液相侧的吸收质A 的传质速率方程可分别表达为L o =arK Hr△气膜G A = k g A( P A - p Ai)(6-1-7) 液膜 G A 二 k i A(C Ai - C A )式中：G A — A 组分的传质速率，kmoI s J ； 2A —两相接触面积，m ；P A —气侧A 组分的平均分压，Pa ; P Ai —相界面上A 组分的平均分压，Pa ； C A —液侧A 组分的平均浓度，kmol m C Ai —相界面上A 组分的浓度kmol m "k g —以分压表达推动力的气侧传质膜系数，kmol m^ s J Pa图6-1-2双膜模型的浓度分布图图6-1-3填料塔的物料衡算图以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为m s'。
化工原理吸收塔的计算
（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，
化工原理下2-4吸收计算
Z＝H OG N OG
设填料高度恰等于一个传质单元高度
Z＝HY *） Y2 Y Y * 平均推动力（Y Y *）代入 m Y1 dY 则：N OG＝ 1 * Y2 (Y Y ) m Y1 Y1 Y2 1 即：N OG＝ * Y2 dY (Y Y * )m ＝1 (Y Y ) m
④计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速u。
7
2.3.4 填料层高度的计算 （传质单元数法）
1. 基本计算公式 填料塔为连续接触 式设备，随着吸收的进 行，沿填料层高度气液 两相的组成均不断变化， 塔内各截面上的吸收速 率并不相同。为解决填 料层高度的计算问题， 需要对微元填料层进行 物料衡算。
微元填料层的物料衡算
直线
Y2* X2 X1
传质推动力（Ｙ－Ｙ＊）沿塔变化呈线性变化，仿传 热平均温差计算公式： (Y1 Y1* ) (Y2 Y2* ) 对数平均推动力：Yｍ (Y1 Y1* ) ln (Y2 Y2* )
N OG＝
Y1
Y2
dY Y1 Y2 ＝ * Y-Y Ym
X1
同理：对数平均推动力确定NOL
纯溶剂 吸收
m(Y1 Y2 ) L mA Y1 V min
注意：平衡线上凸时，应利用切点坐标求取最小 液气比。
Y1 YM Y2
M
YM Y2 L V min X M X 2
X2
XM X1
2、适宜的液气比
处理量V 一定 动力 消耗
推动 力 根据生产实践经验，取 L L 11 ~ 2.0 . V min V
回顾：吸收塔全塔物料衡算与操作线方程 L L Y X (Y2 X 2 ) L, X 2 V ,Y2 V V L L Y X (Y1 X 1 ) V V
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。
化工原理实验实验报告
篇一：化工原理实验报告吸收实验姓名专业月实验内容吸收实验指导教师一、实验名称：吸收实验二、实验目的：1.学习填料塔的操作；2. 测定填料塔体积吸收系数kya.三、实验原理：对填料吸收塔的要求，既希望它的传质效率高，又希望它的压降低以省能耗。
但两者往往是矛盾的，故面对一台吸收塔应摸索它的适宜操作条件。
（一）、空塔气速与填料层压降关系气体通过填料层压降△p与填料特性及气、液流量大小等有关，常通过实验测定。
若以空塔气速uo[m/s]为横坐标，单位填料层压降?p[mmh20/m]为纵坐标，在z?p~uo关系z双对数坐标纸上标绘如图2-2-7-1所示。
当液体喷淋量l0=0时，可知为一直线，其斜率约1.0—2，当喷淋量为l1时，?p~uo为一折线，若喷淋量越大，z?p值较小时为恒持z折线位置越向左移动，图中l2＞l1。
每条折线分为三个区段，液区，?p?p?p~uo关系曲线斜率与干塔的相同。
值为中间时叫截液区，~uo曲zzz?p值较大时叫液泛区，z线斜率大于2，持液区与截液区之间的转折点叫截点a。
姓名专业月实验内容指导教师?p~uo曲线斜率大于10，截液区与液泛区之间的转折点叫泛点b。
在液泛区塔已z无法操作。
塔的最适宜操作条件是在截点与泛点之间，此时塔效率最高。
图2-2-7-1 填料塔层的?p~uo关系图 z图2-2-7-2 吸收塔物料衡算（二）、吸收系数与吸收效率本实验用水吸收空气与氨混合气体中的氨，氨易溶于水，故此操作属气膜控制。
若气相中氨的浓度较小，则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律，吸收姓名专业月实验内容指导教师平均推动力可用对数平均浓度差法进行计算。
其吸收速率方程可用下式表示： na?kya???h??ym（1）式中：na——被吸收的氨量[kmolnh3/h]；?——塔的截面积[m2]h——填料层高度[m]?ym——气相对数平均推动力kya——气相体积吸收系数[kmolnh3/m3·h]被吸收氨量的计算，对全塔进行物料衡算（见图2-2-7-2）：na?v(y1?y2)?l(x1?x2) （2）式中：v——空气的流量[kmol空气/h]l——吸收剂（水）的流量[kmolh20/h]y1——塔底气相浓度[kmolnh3/kmol空气]y2——塔顶气相浓度[kmolnh3/kmol空气]x1，x2——分别为塔底、塔顶液相浓度[kmolnh3/kmolh20]由式（1）和式（2）联解得：kya?v(y1?y2)（3） ??h??ym为求得kya必须先求出y1、y2和?ym之值。
关于填料吸收塔的计算
ln
(1
0.752)
0.0526 0 0.00263 0
0.0752
7.026
2.1 气相总传质单元高度的计算
H OG
V KY a
V KGaP
其中:
KGa
1/
kGa
1 1/
HkLa
式中: H 溶解度系数, kmol /(m3 kPa);
塔截面积, m2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取
1.257kg / m3
⑶ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃空气
的粘度为： v 1.81 105 Pa s 0.065kg /(m h)
⑷ 查手册得SO2在空气中的扩散系数为：
DV 0.108 cm2 / s 0.039 m2 / h
3. 气液相平衡数据
⑴ 由手册查得：常压下20℃时SO2在水中的亨利系数：
at
L
at L L Lat
L Lat
修正的恩田公式只适用于u≤0.5uF的情况，当u≥0.5uF时， 需按p144的公式进行校正
本例题计算过程略，计算的填料层高度为Z=6m. 对于散装填料，一般推荐的分段高度为：
填料类型 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍
h/D 2.5 5~8 5~10 8~15 8~15
1. 液相物性数据
对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取 纯水的物性数据。由手册查得，20℃时水的有关 物性数据如下：
⑴ 密度： L 998 .2kg / m3 ⑵ 粘度： L 0.01Pa s 3.6kg /(m h) ⑶ 表面张力： L 72.6dyn / cm 940896 kg / h2
对于规整填料，其最小喷淋密度可从有关填料手册 中查得，设计中，通常取Umin=0.2
4吸收塔的计算
V K Y a
dY 因次，理解为 Y2 Y Ye 中dY与Y - Ye单位相同，故积分值无 填料层高度相当于气相 总传质单元高度的倍数 ，称为 “气相总传质单元数” ，N OG： N OG dY Y2 Y Y e
Y1
Z HOG NOG
同理： Z H OL NOL
( Y1 Ye 2 ) 1 ln[ 1 S S] 1 S Y2 Ye2
式中：S=mV/L－脱吸因数，是平衡线斜率m与操作线 斜率L/V的比值，无量纲。
N OG
Y1 Ye 2 1 ln 1 S S 1 S Y2 Ye 2
Y Y1 A T
B
Ye f ( X )
X1
X
2.3.2 吸收剂消耗量的计算 1、吸收剂单位消耗量 由全塔物料衡算式
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
得：
L Y1 Y2 V X1 X 2
式中Y1、Y2、X2，一般由工艺要求确定 X1，由吸收剂用量确定，是操作参数 L/V，称为吸收剂单位消耗量或液气比
2.3.4 填料层高度的计算
有传质单元数法和等板高度法。 2.3.4.1 传质单元数法 1.基本计算式
Z
吸收负荷(k mol / s ) 物料衡算 填料层体积 总传质面积 塔截面积 传质速率(k mol / m 2 s ) 吸收速率方程
总传质面积 (m 2 ) 填料层体积 1m 3填料提供的有效传质面 积(m 2 / m 3 )
Z H OG NOG 〖说明〗 ①.传质单元高度 若吸收过程所需填料层高度恰等于一个气相总传质单元 高度时，即：Z=NOG，则： Y1 dY N OG 1 Y2 Y Y e
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化工原理
填料塔吸收实验（二氧化碳）
计算示例
一、
实验目的 二、
基本原理 三、
实验装置与流程 四、
实验步骤与注意事项 五、
实验数据记录与处理
2. 数据处理 当进气流量'G =23/m h ，水的流量'L =400/L h 时， 式中，
m ：为相平衡常数；
E ：亨利系数，
Pa ，根据液相温度测定值由附录查表得51.57210⨯Pa P ：总压，pa ，绝对压力。
P=106.325Pa
式中，
塔径D=100mm ，T 操作为气温，P 操作为总压；T 标准，P 标准为标准情况下。
将wt%换算成mol%，
2x =0
式中，塔高Z=2m ，
液相总传质系数
2/2830.856/6.011470.945932/()xa OL K L H kmol h m ===⋅ 气相总传质系数：
六、思考题
1.本实验中，为什么塔底要液封？液封高度如何计算？
答：防止塔内气体外漏，防止塔外气体进入塔内；利用塔内正负压与
大气压的差值计算。
2.测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义？
答：可以通过流体力学性能来判断填料塔的一系列性能。
K有什么工程意义？
3.测定
xa
K可以确定传质单元高度，从而可找出填料层高度。
答：由
xa
CO吸收过程属于液膜控制？
4.为什么
2
答：易容气体的吸收是气膜控制，吸收时的阻力主要在气相，反之事
CO，溶解度低，应属于液膜控制。
液膜控制，对于
2
5.当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？
答：液体温度。
因为亨利定律一般适用于稀溶液，如难容气体的溶解，
这种溶解的传质过程应属于液膜控制，液体的影响比较大，故选择液
体温度。