吸收塔的工艺计算教程文件
6.3吸收(或解析)塔的计算解析
x
h0 H OL NOL
G dy H G , NG kya y y i ya
b L dx H L , NL kx a x x xa i
yb
h0 H G NG
h0 H L N L
x
填料层高度 传质单元高度 传质单元数
(1) 传质单元数
G,yb
L,xb
逆流操作的塔
N A K y y y K x x x
dh
气相：Gdy N A adh
Gdy K y a y y dh
G b dy h0 y y K ya y a
y
N A K y y y
h0
G dy dh K a y y y 0 ya
GBY－ 气 相 中A 的 量 L S X－ 液 相 中A 的 量
Lb,xb
2、操作线方程
由前式知，如用y、x浓度表示，操作线方程为：
对塔顶到任一截面作物料衡算：
G y La xa Ga ya Lx
y G y La xa L x a a G G
Ga,ya La,xa
操作线上任意一点代表塔内某一截面上的气、液 相组成的大小。 如用Y、X浓度表示，则操作线方程为：
L,xa
1. 吸收过程基本方程式
对高度dh微元段： 气相：Gdy N A adh
y+dy x+dx
液相：Ldx N Aadh
a－单位体积填料层的有效传质面积，m2/m3 adh-单位体积填料层提供的有效传质体积 G、L－气体、液体的摩尔流率，kmol/m2.s NA－组分A的传质速率，kmol/m2.s
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
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【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
第9章第三节 吸收塔的计算
L xb?
1
0
操作型定性分析举例
10
(1)吸收剂入塔浓度变大
解法一：快速分析
化
xa变大时，传质推动力变小，不利于吸收， ya 变大
工 原
解法二：作图+排除法
理 －
a．假设 ya 不变
Y
yb
B
－ 2
L/G不变 yb 不变、xa变大
原
E
0
作图知，NOG
1 0
Kya 不变， HOG
G K ya
不变。
与h0不变矛盾
七、解吸（脱吸）
30
当 A 1时，
NT NOG
1
NT NOG
化 工 原
当
A
1
时，
(A 1) (Aln A)
ln
1 A1
1
NT NOG
理 －
七、解吸（脱吸）
－ 2
解吸过程：溶质从吸收液中分离出的操作
0 解吸目的：获得所需较纯的溶质；
1
溶剂再生循环使用。
0 解吸条件：pA pA*或 y y* 或 x x* 或cA cA*
1 1 S
ln1
S
yb ya
m xa m xa
S
2
0 1
1
1 0.67
ln1
0.67
0.02 0.36 0.0002 0.0002 0.36 0.0002
0.67
11.98
0
设计型举例
7
or yb ya L xb xa G
xb
化 工 原 理 －
yb yb mxb ya ya mxa
工 原
解法二：作图+排除法
Y
化工原理吸收塔的计算
填料层高度＝传质单元高度×传质单元数
（1）传质单元数（以NOG为例）
•定义：NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
气相总传质单元数
NOG
Y1 dY Y2 Y Y *
Y1 Y2 (Y Y *)m
气相组成变化 平均传质推动力
• 传质单元数的意义：
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
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 Kya
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，
反映了吸收设备效能的高低。
•传质单元高度影响因素：
填料性能、流动状况
四、吸收塔的操作计算 1.吸收过程的强化
Y1
Y*1
Y2
T △Y2
Y*2
O X2
B △Y1
X1
吸收推动力 NA 吸收阻力
目标：提高吸收过程的推动力； 降低吸收过程的阻力。
从L、G、m、X2、Y1、Y2着手。
其它因素： 1）降低吸收剂入口温度； 2）提高吸收的压力； 3）提高流体流动的湍动程度； 4）改善填料的性能。
Y1 dY Y2 Y
NOG
Y1 Y1
Y2 Y2
ln
Y1 Y2
X1
NOG
Y1 Y2 Ym
Ym （Y1 Y2）/ ln Y1 / Y2
注意： •平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流 吸收皆可。 •平衡线与操作线平行时，
Ym Y1 Y2 X m X1 X 2
化工原理课件5.5吸收塔的计算
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北京化工大学化工原理电子课件
4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线OE下方。
5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；
Y
Y
. B Y* f (X)
K
Y* A
X
X* X
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（2）并流吸收
L Y1 Y2 V min X1,max X 2
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2．操作液气比
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L Y , Z , 设 备 费
V
L Y , Z , 设 备 费 ， 并 不 总 有 效
V
L , 再 生 费
L (1.1 2.0) V
L V min
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L
Y1 mX 2 Y2 mX 2
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注意：图的适用范围为 Y1 mX2 Y2 mX 2
>20及S<0.75。
讨论：
•
Y1 mX 2 Y2 mX 2
的意义：反映了A吸收率的高低。
m、Y1、X2、S一定时：
Y2
Y1 Y2
mX 2 mX 2
NOG
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B Y* f (X)
L
V
Y2 A
X2
X1
X 返回
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1）定态，L、V、Y1、X2恒定，操作线在X～Y
坐标上为一直线，斜率为L/V 。 L/V为吸收 操作的液气比；
2）操作线通过塔顶（稀端） A （X2，Y2）及塔底 （浓端） B （X1， Y1）;
关于填料吸收塔的计算教材
1 其中 : KG a 1 / kG a 1 / HkL a 式中 : H 溶解度系数, km ol/(m kPa);
3
塔截面积, m
2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取
kG 0.237(
UV 0.7 V 1 / 3 atDV ) ( ) ( ) at V V DV RT
Y1 Y1 (1 ) 0.0526 (1 0.095) 0.00263
2400 273 V (1 0.05) 93.25kmol / h ⑶ 进塔惰性气相流量： 22.4 273 25
⑷ 该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按
下式计算，即：
DL 1.47 10 cm / s 5.29 10 m / h
2 2
5
6
2. 气相物性数据
⑴ 混合气体的平均摩尔质量：
MVm yi Mi 0.05 64.06 0.95 29 30.75
⑵ 混合气体的平均密度：
Vm
PM Vm 101 .3 30.75 1.257 kg / m3 RT 8.314 298
F F V 0.2 L 0.023 g L
2
F 170m1
u 0.7uF 0.7 1.027 0.719m / s
1.2 塔径的计算及校核
塔径的计算：
D
4Vs
4 2400/ 3600 1.087m 3.14 0.719
单位：mm 举例 圆整间隔
L Y1 Y2 ( )min V Y1 / m X 2
化工原理 吸收(或解析)塔计算
NOG仅与气体的进出口浓度、相平衡关系有关，与塔的结构、 操作条件(G、L)无关，反映分离任务的难易程度。
(2)传质单元高度
H
＝
OG
K
G y a
kmol 单位： m2 • s m
kmol m3 • s
HOG与操作条件G、L、物系的性质、填料几何特性有关，是吸收 设备性能高低的反映。其值由实验确定，一般为0.15~1.5米。
y4
•B
y3
E3
yN1
y2
y1 A
E1
E2
x0 x1
x2
x3
解析法求理论板数
x0
y1
平衡线方程：y=mx
y1
操作线方程：y=y1+L/G(x-x0)
由第一板下的截面到塔顶作物料衡算：
y2
y1
L G
x1
x0
y1 mx1
y2
y1
L G
y1 m
x0
(1
A) y1
Amx0
1
2
x1 y2
x2 y3
xN 2 y N 1
N 11 A A1
N－1
N xN 1 y N
yN 1
xN
y2
x2
吸收
y1
x1
y1
解吸
y2
六、塔板数
• 板式塔与填料塔的区别在于组成沿塔高是阶跃 式而不是连续变化的。
x0
y1
1
x1 y2
2
x2 y3
xN 2 y N 1
N－1
yN
N xN 1
xN
理论板：气液两相在塔板上充分接触， 传质、传热达平衡。
相平衡关系：yn f (xn )
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吸收塔的工艺计算第3章 吸收塔的工艺计算3.1基础物性数据 3.1.1液相物性数据对低浓度吸收过程，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：密度为3998.2/L km m ρ=粘度为 001.0=L μs Pa ⋅=3.6 kg/(m ·h)表面张力为 272.6/940896/L dyn cm kg h ==σ查手册得20C 时氨在水中的扩散系数为 921.76110/D m s -=⨯ 3.1.2气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为0.05170.952928.40/Vm i i M y M kg kmol =∑=⨯+⨯=混合气体的平均密度为3Vm PM 101.32528.4= 1.161 kg/m 8.314298Vm RT ρ⨯==⨯ 25C 时混合气体流量：)/(2.229215.27315.29821003h m =⨯混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得25C 时空气的黏度为:518.1100.065/()v pa s kg m h -=⨯⋅=⋅μ 由手册查得,25C 时氨在空气中的扩散系数为:220.236/0.08496/v D cm s m h ==3.1.3气相平衡数据有手册查得氨气的溶解度系数为30.725/()H kmol kPa m =⋅计算得亨利系数998.276.410.72518.02LSE kPa HM ρ===⨯相平衡常数为76.410.7543101.3E m P === 3.2物料衡算进塔气相摩尔比为：05263.005.0105.01=-=Y出塔气相摩尔比为：003158.0)94.01(05263.0)1(12=-⨯=-=A Y Y ϕ 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：02=X (清水) 惰性气体流量：)/(06.89)05.01(4.222100h kmol V =-⨯= 最小液气比：7090.007543.0/05263.0003158.005263.0/)(21212121min =--=--=--=X m Y Y Y X X Y Y V L 取实际液气比为最小液气比的2倍，则可得吸收剂用量为：)/(287.12606.894180.14180.17090.02)(2min h kmol L VLV L =⨯==⨯== 03876.06584.113)003158.005263.0(06.89)(211=-⨯=-=L Y Y V X V ——单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s; L ——单位时间内通过吸收塔的溶解剂，kmol/s;Y 1、Y 2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，kmol/kmol; X 1、X 2——分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，kmol/kmol;3.3填料塔的工艺尺寸的计算 3.3.1塔径的计算填料塔直径的计算采用式子D =计算塔径关键是确定空塔气速 ,采用泛点气速法确定空塔气速. 泛点气速是填料塔操作气速的上限,填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速才能稳定操作.泛点气速(/)f u m s 的计算可以采用EcKert 通用关联图查图计算,但结果不准确,且不能用于计算机连续计算,因此可采用贝恩-霍根公式计算:气体质量流量：h /kg 2.2661161.12.2292=⨯=V W液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：h kg W L /69.227502.18287.126=⨯=120.20.2583lg[()()]()()t v v F L L L v Lu W A K g W αρρμερρ=- 式中 29.81/g m s = 23114.2/t m m α=30.9271.161/v kg mερ==3998.2/L kg m ρ=0.2041.751.0042275.69/2661.2/L L v A K mpa s W kg h W kg hμ===⋅==代入以上数据解得泛点气速 4.219/F u m s = 取 0.8 3.352/F u u m s == 则塔径0.492D m ==圆整后取 0.5500D m mm == 3.3.2泛点率校核22292.2/36003.244/0.7850.5u m s ==⨯ 3.244100%76.89%4.219F u f u ==⨯= f 在50%-85%之间,所以符合要求.3.3.3填料规格校核 有50010850D d ==> 即符合要求. 3.3.4液体喷淋密度校核对于直径不超过75mm 的散装填料塔,取最小润湿速率为：()()h m m L w ⋅=/08.03min本设计中填料塔的喷淋密度为:32222275.6911.62/()0.785998.20.7850.5h L U m m h D ===⋅⨯⨯ 最小喷淋密度: 32min min ()0.08114.29.136/()w t U L m m h α=⋅=⨯=⋅min U U >说明填料能获得良好的润湿效果.经以上校核可知，填料塔直径选用D=500mm 能较好地满足设计要求。
3.4填料塔填料高度计算 3.4.1传质单元高度计算传质过程的影响因素十分复杂,对于不同的物系、不同的填料及不同的流动状况与操作条件, 传质单元高度迄今为止尚无通用的计算方法和计算公式.目前,在进行设计时多选用一些准数关联式或经验公式进行计算,其中应用较普遍的是修正的恩田(Onde )公式:⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=-2.0205.0221.075.045.1exp 1t L L L L t L L t L L C t w U g U U ασρραμασσαα 查]1[13-5 得233/427680/C dyn cm kg h σ== 液体质量通量为()222275.6911585.8726/0.7850.5L U kg m h ==⋅⨯ 0.050.750.12280.2242768011595.872611595.8726114.21.45940896114.2 3.6998.2 1.27101exp 0.348211595.8726998.2940896114.2w tαα-⎧⎫⎛⎫⨯⎛⎫⎛⎫-⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎝⎭=-=⎨⎬⎛⎫⎪⎪ ⎪⎪⎪⨯⨯⎝⎭⎩⎭230.348239.76/w t m m αα== 气膜吸收系数有下式计算： 气体质量通量为：222292.2 1.16113560.48/()0.7850.5Vkg m h U⨯==⋅⨯()10.7310.7321113560.480.065114.20.084960.237114.20.065 1.1610.084968.3142930.1577V V t V G t V V V U D k c D RT kmol m h KPa μααμρ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⨯⎛⎫⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=⋅⋅⋅液膜吸收系数由下式计算：()210.533120.583390.009511595.8726 3.6 3.6 1.27100.009539.76 3.6998.2 1.761103600998.20.5614/L L L L w L L L L U g k a D m h μμμρρ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=由1.1ψ=w G G k k αα ，查[1] 14-5 得45.1=ψ则 1.1 1.130.157739.76 1.459.4359/()G G w k k kmol m h kPa αα=ψ=⨯⨯=⋅⋅0.40.40.561439.76 1.4525.8980/L L w k k h αα=ψ=⨯⨯=因为76.89%50%Fuu =>,所以必须对G k α和L k α进行校正,校正计算如下: 由 1.419.5(0.5)G G F u k k u αα⎡⎤'=+-⎢⎥⎣⎦, 2.21 2.6(0.5)L L F uk k u αα⎡⎤'=+-⎢⎥⎣⎦得1.4319.5(0.76890.5)9.435923.6898/()G k kmol m h kPa α'⎡⎤=+-⨯=⋅⋅⎣⎦ 2.21 2.6(0.76890.5)25.898029.6420/L k h α'⎡⎤=+-⨯=⎣⎦则气相总传质系数为:31111.2683/()111123.68980.72529.6420G G L k kmol m h kpa k Hk ααα===⋅⋅++''⨯由289.060.397611.2683101.30.7850.5OG G V H m K α===PΩ⨯⨯⨯3.4.2传质单元数的计算*110.75430.038760.02924Y mX ==⨯= *220Y mX ==解吸因数为0.754389.060.5319126.287mV S L ⨯=== 气相总传质单元数为：*12*22110.052630ln (1)ln (10.5319)0.5319 4.3143110.53190.0035180OGY Y N S S S Y Y ⎡⎤--⎡⎤=-+=-+=⎢⎥⎢⎥----⎣⎦⎣⎦ 3.4.3填料层高度的计算由0.3976 4.3143 1.7154OG OG Z H N m =⨯=⨯=得1.4 1.71542.4016Z m '=⨯= 设计取填料层高度为3Z m '=查 16-5[1] 对于阶梯环填料， h/D=8～15, m h 6max ≤ 取8hD=,则 85004000h mm mm =⨯= 计算得填料塔高度为3000mm ，故不需分段。
3.5填料塔附属高度计算塔上部空间高度可取1.5m, 塔底液相停留时间按5min 考虑, 则塔釜所占空间高度为()125602275.690.96810.50.7853600998.2h m ⨯⨯==⨯⨯⨯考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取1.5m,所以塔的附属高度可以取3m. 所以塔高为 336A H m =+=3.6液体分布器计算和再分布器的选择和计算3.6.1液体分布器液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。
工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。
性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：⑴液体分布均匀评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。