化工吸收塔的物料衡算与操作线方程
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化工原理第7章气体吸收
再看积分号内
y1
y2
dy ： 分子、分母具有相同的单位。 y ye
∴ 积分值为一个无因次量，把它认为相当于气相总传质
单元高度HOG的一个倍数，称它为 “气相总传质单元 数”
用“NOG”表示 即： NOG=
y1
y2
dy y ye
则，总传质总元高度H=单元高度×倍数（单元数）
H=HOGNOG
则
Kya dy dh y ye G
Kxa dx dh xe x L
稳定操作时：L、G、a、A为常数 稀溶液： K x 、K y
y1
也视为常数
∴可对上式进行在全塔范围内积分：
Kya H dy dh y2 y ye G 0 x1 Kxa H dx x2 xe x L 0 dh
取最小吸收剂用量Lmin的1.1～2倍。 L L 即 ≈（1.1～2）（ ）min G G 即 L =（1.1~2）Lmin
Lmin的求取： （1）平衡线如上图所示，则只要从T点连接y=y1 与平衡线的交点B*点即TB*，则TB*线所对应的斜率
L/G即为最小吸收剂用量下的斜率（ L ）min G y y 而( L )min= tgα= y1 y2 Lmin G 1 2 x1e x2 x1e x2 G
K x a ——液相总体积吸收系数，kmol/(m3.s)
二、传质单元高度与传质单元数
G y1 dy 分析式： Z K y a y2 y ye
其中：
G ∴ K ya
G K ya
单位为m，即高度的单位。
称为单元高度，全称“气相总传质单元
高度”。以“HOG”表示 G 即： HOG= K ya
吸收液（即出塔吸收液）中浓度加大（x1加大），则吸
吸收 2
5
p 4.0 0.039 P 101 .33 x 0.01 x 0.01 1 1 y
2.3
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、理论板层数的计算
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。 操作型计算：根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能 完成的任务。 两种计算所遵循的基本原理及所用关系式都相同，只是具 体的计算方法和步骤有些不同而已。本章着重讨论吸收塔 的设计型计算，而操作型计算则通过习题加以训练。
一、吸收塔的物料衡算与操作线方程
1.物料衡算
目的 ： 确定各物流之间的量的关系 以及设备中任意位置两物料
组成之间的关系。
对单位时间内进出吸收塔的A的物
质量作衡算
VY1 LX 2 VY2 LX 1
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
L L Y1 X 1 Y2 X 2 V V
4 2 4
1 5 2 故：K Y＝ ＝2.756 10 k mol /(m s ) 4 3.629 10
由计算结果可知，气膜阻力为3.602 10 4 (m 2 s ) / k mol，液膜阻力 为2.716 10 2 (m 2 s ) / k mol，液膜阻力只占总阻力的0.7%，故该过 程可视为气膜阻力控制。
2.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 L L 1.1 ~ 2.0 V V min 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。
p 4.0 0.039 P 101 .33 x 0.01 x 0.01 1 1 y
2.3
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、理论板层数的计算
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。 操作型计算：根据已知的设备参数和工艺条件来求算所能 完成的任务。 两种计算所遵循的基本原理及所用关系式都相同，只是具 体的计算方法和步骤有些不同而已。本章着重讨论吸收塔 的设计型计算，而操作型计算则通过习题加以训练。
一、吸收塔的物料衡算与操作线方程
1.物料衡算
目的 ： 确定各物流之间的量的关系 以及设备中任意位置两物料
组成之间的关系。
对单位时间内进出吸收塔的A的物
质量作衡算
VY1 LX 2 VY2 LX 1
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
L L Y1 X 1 Y2 X 2 V V
4 2 4
1 5 2 故：K Y＝ ＝2.756 10 k mol /(m s ) 4 3.629 10
由计算结果可知，气膜阻力为3.602 10 4 (m 2 s ) / k mol，液膜阻力 为2.716 10 2 (m 2 s ) / k mol，液膜阻力只占总阻力的0.7%，故该过 程可视为气膜阻力控制。
2.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 L L 1.1 ~ 2.0 V V min 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。
化工原理5-5
X m
X1
2
Y1 在使用平均推动力法时应注意，当 2 Y2
X 1 X 2 X 1 ln X 2
X1 X 2 dX * X X X m
X 1 X X 1
* 1
X 2 X X 2
* 2
X 1 、 2 X 2
时，对数平均推动力可用算术平均推动力替代，产生的 误差小于4%；当平衡线与操作线平行时，
1 1 ln (1 0.658) 0.658 5.89 1 0.658 1 0.95
Z N OG H OG 5.89 0.8 4.71m
返回
12．用SO2含量为1.1×10-3(摩尔分数)的水溶液吸收含SO2 为0.09（摩尔分数）的混合气中的SO2 。已知进塔吸收剂 流量为 37800kg/h，混合气流量为100kmol/h，要求SO2 的 吸 收 率 为 80% 。 在 吸 收 操 作 条 件 下 ， 系 统 的 平 衡 关 系 为 Y * 17.8 X ，求气相总传质单元数。
Y1 Y2 L V min Y1 X 2 m Y1 Y2 L V min X 1,max X 2
分析 例
B
D
A
X1,max X * 返回
体积传质系数的物理意义为：在单位推动力下，单位时间，单位 体积填料层内吸收的溶质量。
K Y a为气相总体积传质系数， 单位为kmol/（m · s）。
需要指出的是，L值必须保证操作条件时，填料表面被液体充 分润湿，即保证单位塔截面上单位时间内流下的液体量不得小于某 一最低允许值。 最小液气比的计算：
Y1 Y2 L * V min X 1 X 2
若平衡关系符合亨利定律，
X1
2
Y1 在使用平均推动力法时应注意，当 2 Y2
X 1 X 2 X 1 ln X 2
X1 X 2 dX * X X X m
X 1 X X 1
* 1
X 2 X X 2
* 2
X 1 、 2 X 2
时，对数平均推动力可用算术平均推动力替代，产生的 误差小于4%；当平衡线与操作线平行时，
1 1 ln (1 0.658) 0.658 5.89 1 0.658 1 0.95
Z N OG H OG 5.89 0.8 4.71m
返回
12．用SO2含量为1.1×10-3(摩尔分数)的水溶液吸收含SO2 为0.09（摩尔分数）的混合气中的SO2 。已知进塔吸收剂 流量为 37800kg/h，混合气流量为100kmol/h，要求SO2 的 吸 收 率 为 80% 。 在 吸 收 操 作 条 件 下 ， 系 统 的 平 衡 关 系 为 Y * 17.8 X ，求气相总传质单元数。
Y1 Y2 L V min Y1 X 2 m Y1 Y2 L V min X 1,max X 2
分析 例
B
D
A
X1,max X * 返回
体积传质系数的物理意义为：在单位推动力下，单位时间，单位 体积填料层内吸收的溶质量。
K Y a为气相总体积传质系数， 单位为kmol/（m · s）。
需要指出的是，L值必须保证操作条件时，填料表面被液体充 分润湿，即保证单位塔截面上单位时间内流下的液体量不得小于某 一最低允许值。 最小液气比的计算：
Y1 Y2 L * V min X 1 X 2
若平衡关系符合亨利定律，
吸收塔的物料衡算与操作线方程1
气体摩尔流量的比，即处理含单位千摩尔惰性气的原 料气所用的纯吸收剂耗用量大小。液气比对吸收设备 尺寸和操作费用有直接的影响。
吸收塔的最小液气比
当吸收剂用量增大，即操作线的斜率L V 增大，则 操作线向远离平衡线方向偏移，如图8-6中AC线所示， 此时操作线与平衡线间的距离增大，即各截面上吸收 推动力（Y Y ）增大。若在单位时间内吸收同样数量 的溶质时，设备尺寸可以减小，设备费用降低；但是 ，吸收剂消耗量增加，出塔液体中溶质含量降低，吸 收剂再生所需的设备费和操作费均增大。
最小液气比可用图解或计算法求出：
（1）图解法 一般情况下，平衡线如图所示的曲线
，则由图读出与 Y1 相平衡的的数值后，用下式计算最
小液气比：
L V
m in
Y1 Y2 X1 X 2
如果平衡线为图8-6（b）所示的曲线，则应过点作
平衡曲线的切线，由图读出点的横坐标
X
1
的数值，代
Y
L V
X
(Y2
L V
X2)
——逆流吸收塔操作线方程 表明 ：塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线
关系，直线的斜率为L/V。
二、吸收剂用量的确定
1．吸收剂的单位耗用量
由逆流吸收塔的物料衡算可知
L Y1 Y2 V X1 X2
（8-23）
在 V 、Y1 、Y2 、X 2 已知的情况下，吸收塔操作线的一个端点
若减少吸收剂用量， L V 减小，操作线向平衡线 靠近，传质推动力（ Y Y ）必然减小，所需吸收设备 尺寸增大，设备费用增大。当吸收剂用量减小到使操 作线的一个端点与平衡线相交，如图8-6中AD线所示， 在交点处相遇的气液两相组成已相互平衡，此时传质 过程的推动力为零，因而达到此平衡所需的传质面积 为无限大（塔为无限高）。这种极限情况下的吸收剂 用量称为最小吸收剂用量，用Lmin 表示，相应的液气比 称为最小液气比，用 (L V )min 表示。显然，对于一定的 吸收任务，吸收剂的用量存在着一个最低极限，若实 际液气比小于最小液气比时，便不能达到设计规定的 分离要求。
吸收塔的最小液气比
当吸收剂用量增大，即操作线的斜率L V 增大，则 操作线向远离平衡线方向偏移，如图8-6中AC线所示， 此时操作线与平衡线间的距离增大，即各截面上吸收 推动力（Y Y ）增大。若在单位时间内吸收同样数量 的溶质时，设备尺寸可以减小，设备费用降低；但是 ，吸收剂消耗量增加，出塔液体中溶质含量降低，吸 收剂再生所需的设备费和操作费均增大。
最小液气比可用图解或计算法求出：
（1）图解法 一般情况下，平衡线如图所示的曲线
，则由图读出与 Y1 相平衡的的数值后，用下式计算最
小液气比：
L V
m in
Y1 Y2 X1 X 2
如果平衡线为图8-6（b）所示的曲线，则应过点作
平衡曲线的切线，由图读出点的横坐标
X
1
的数值，代
Y
L V
X
(Y2
L V
X2)
——逆流吸收塔操作线方程 表明 ：塔内任一截面的气相浓度Y与液相浓度X之间成直线
关系，直线的斜率为L/V。
二、吸收剂用量的确定
1．吸收剂的单位耗用量
由逆流吸收塔的物料衡算可知
L Y1 Y2 V X1 X2
（8-23）
在 V 、Y1 、Y2 、X 2 已知的情况下，吸收塔操作线的一个端点
若减少吸收剂用量， L V 减小，操作线向平衡线 靠近，传质推动力（ Y Y ）必然减小，所需吸收设备 尺寸增大，设备费用增大。当吸收剂用量减小到使操 作线的一个端点与平衡线相交，如图8-6中AD线所示， 在交点处相遇的气液两相组成已相互平衡，此时传质 过程的推动力为零，因而达到此平衡所需的传质面积 为无限大（塔为无限高）。这种极限情况下的吸收剂 用量称为最小吸收剂用量，用Lmin 表示，相应的液气比 称为最小液气比，用 (L V )min 表示。显然，对于一定的 吸收任务，吸收剂的用量存在着一个最低极限，若实 际液气比小于最小液气比时，便不能达到设计规定的 分离要求。
化工原理课件(十一五)课件第六章第四节物料衡算和操作线方程
（5）过热蒸气进料
q Cm' p (Ts tF ) < 0 rm
总物料衡算
液相分率 q L' L
F
V ’ ＝L’－W
L’=V’+W ①
L' L
q
②
F
L，=L+qF
V'=V+(q－1)F
提馏段物料衡算
q的引入，使提馏段上升蒸汽及下降液体流量的计算容易了。
联想恒摩尔流假设中V与V’，L与L’不 一定相等，那么什么情况下相等？
IL≈IL'
代入②式并 与①联立
V,IV
L,IL
V’, IV’ L’, IL’
（V－V'） IV =F IF－(L'－L) IL
IV I F L' L
IV IL
F
=q
q L' L F
液相分率
热状况
q
IV IV
IF IL
将1kmol原料变成饱和蒸汽所需热量 1kmol原料的汽化潜热
参数
三、q 线方程（进料方程）
Vy=Lx+DxD ① V'y=L'x－WxW ②
进料板连接着精馏段与提 馏段，因此组成相同，下 标省略！
① － ②：
1.0
（V'－V）y=(L'－L)x－(DxD+WxW)
q=1 q>1
a
0<q<1
（q－1)F y=q F x－F xF
y q x xF q 1 q 1 ——q线方程
W V'
xW
y
1.0
因为 L’=V’+W
而L’、 V’受进料温度状 况的影响，所以在学习 下面内容之前，无法分
吸收塔的计算
m，一般取Hb=1.2～1.5m；
Hb
n——填料层分层数
2020/10/22
【填料塔高度的近似计算】
【说明】由于液体再分布器、喷淋装置、支承装置、捕沫器等的结构不同时其高 度不同，当一时无法准确确定时，也可采用下式近似计算塔高：
H=1.2Z+Hd+Hb
Hd——塔顶空间高(不包括封头部分)，m； Hb——塔底空间高(不包括封头部分)，m。
∵
G 1000 273 （1－0.09）＝37.85(mol / s)
22.4 293
故吸收用水量为： L＝35.5G＝35.5×37.85＝1343(mol/s)＝1.343(kmol/s)
2020/10/22
三、吸收塔填料层高度的计算
1、填料塔的高度
【说明】填料塔的高度 主要决定于填料层高度。
（2） HOG愈小，吸收设备的传质阻力愈小，传质效能愈高，完成一定分离任务所 需填料层高度愈小。
2020/10/22
【体积传质系数（ KY a ）——参数归并法】
（1）有效比表面积（a）与填料的类型、形状、尺寸、填充情况有关，还随流体 物性、流动状况而变化，其数值不易直接测定； （2）通常将a与传质系数（KY）的乘积合并为一个物理量KY a （ 单位kmol/m3·s）， 称为体积传质系数，通过实验测定其数值； （3）在低浓度吸收的情况下，体积传质系数在全塔范围内为常数，或可取平均值。
2020/10/22
【解】已知 y1＝0.09 η＝95％＝0.95
∴
Y1
y1 1 y1
0.09 1 0.09
0.099
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495 据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13
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
化工吸收塔的物料衡算与操作线方程PPT课件
2020/7/17
18
二、吸收剂用量的确定
Y1 液气比
B
L/V
(
L V
)
min
B*
最小 液气比
2020/7/17
VL(1.1~2.0)(VL)min
19
最小液气比的求法
图解法 •正常的平衡线
2020/7/17
20
(VL)min
Y1Y2 X1* X2
LminV
Y1 Y2 X1* X2
•平衡线为上凸形时
pi Ci
气相主体
传质方向 液相主体
相 总
pi
传
质 推
p
动
力
液相分传 质推动力
气相分传 质推动力
CL
G
L
z
距离
O
c ci c c
双膜模型
NA
pA pAi 1
cAi cA 1
pA
1
p
A
c
A
1
cA
kG2020/7/17kL
KG
KL
传质推动力的图示
增加气相分压或减小溶质在液相中的浓度
5
2． 关 于 传 质 阻 力
2020/7/17
24
X 2/17 0.0212 100/18
或根据平衡数据求平均值
m Y * 0.01604 0.757 X 0.0212
平衡关 :Y系 0.7为 5X7 2）最小吸收剂用量：
Lmin
V
Y1 Y2
Y1 m
X
2
2020/7/17
25
X 2/17 0.0212 100/18
V YL1 X V1Y LX
B
2020/7/17
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*
LdX K X ( X * X )adz
dY KY a dZ * V Y Y KY a Z Y1 dY Y2 0 dZ * V Y Y
2013-7-10
K X a dX dZ * L X X
X1 X 2
K X a Z dX 0 dZ * L X X
上节内容复习
NA = 单相的分吸收（传质）推动力×分传质系数 = 双相的总吸收（传质）推动力×总传质系数 与膜系数相对应的吸收速率式 吸收速率方程 与总系数对应的速率式
用一相主体与界面的浓 度差表示推动力 用一相主体的浓度与其平 衡浓度之差表示推动力
2013-7-10
1、气膜吸收速率方程式
N A k G ( p pi ), N A k y ( y yi ), N A kY (Y Yi )
并流吸收塔的操作线：
L L Y X ( X 1 Y1 ) V V
L L Y X ( X 2 Y2 ) V V
2013-7-10
二、吸收剂用量的确定
Y1 L/V 液气比
L ( ) min V
B
B* 最小 液气比
L L (1.1 ~ 2.0)( ) min V V
2013-7-10
组成
pi
传质方向
Ci
气相主体 液相主体
C
故
1 1 K L kL
1 1 K x kx
p
组成
ZL
ZG z
距离
气膜
双膜模型
液膜
双膜控制（中等溶解度体系）
气膜阻力和液膜阻力均不 可忽略，称其为双膜控制。
如用水吸收SO2
2013-7-10
pi
传质方向
ci
气相主体 液相主体
c ZG ZL z
距离
双膜模型
低浓度气体பைடு நூலகம்收时填料层的基本关系式为
L dX X1 V Y1 dY 及Z X 2 * Z Y2 K X a X X KY a Y Y *
三、适宜的液气比
1、经济核算：设备费和操作费
2、经验值：
L L (1.1 ~ 2)( ) min V V
2013-7-10
四、塔径的计算
D 4VS u
u为空塔气速，m/s， Vs为混合气体的体积流量，m3/s。
Vs由塔底到塔顶逐渐减少，一般取全塔中最大的体积流量
2013-7-10
五
填料层高度（对低浓度气体的计算）
D 4 A aV aZ a
4
Z
为此考虑：
微元填料层高度dZ
微元体积ΩdZ
相界面面积aΩdZ
气相传入到液相的溶质量为NAaΩdZ 单位时间传递的溶质量为NAaΩdZ
2013-7-10
物料衡算
对组分A作物料衡算
单位时间内由气相转入液相的
A的物质量为：
dGA VdY LdX
dGA N AdA N A (adZ )
2013-7-10
微元填料层内的吸收速率方程式为：
N A KY (Y Y * )及N A K X ( X * X )
dG A K Y (Y Y * )adz
dG A K X ( X * X )adz
VdY KY (Y Y )adz
最小液气比的求法
图解法
•正常的平衡线
Y1 Y2 L ( ) min * V X1 X 2
Lmin V
Y1 Y2
* X1
X2
2013-7-10
•平衡线为上凸形时
Y1 Y2 L ( ) min V X 1 X 2
Lmin
Y1 Y2 V X X
1
2
2013-7-10
c c A A 1 KL
传质推动力的图示
增加气相分压或减小溶质在液相中的浓度
2．关于传质阻力
1）溶解度很大时的易溶气体 气膜控制（易溶体系）： H很大，m值很小 1 1 1 m kG Hk L ky kx
p p* p pi y y* y yi
气膜 液膜
p* pi
X2 0
Lmin
m 0.757
V (Y1 Y2 ) 34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 Y1 0 X2 0.757 m
25.8kmol/ h
2013-7-10
3）每小时用水量
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol/ h 928.8kg / h
传质方向
p
组成
pi ci
气相主体 液相主体
1 故 1 K y ky
1 1 K G kG
c ZG ZL z
距离
1 1 m Ky ky kx
2013-7-10
1 1 1 K G kG Hk L
双膜模型
液膜控制（难溶体系）：
p
气膜
液膜
1 1 kx mk y
1 H kL kG
• 操作线通过物料衡算确定，仅与L、V及两相组成有 关，而与塔型及压强、温度等无关
2013-7-10
• 吸收操作线总是位于平衡线的上方， 操作线位于 平衡线下方，则应进行脱吸过程 • 任一截面上的传质推动力为该截面上一相的组成 与另一相的平衡组成之差，为操作线与平衡线的 垂直距离和水平距离，相距越远，推动力越大。
一、物料衡算与操作线方程
第二章
吸收
二、吸收剂用量的确定 三、塔径的计算
第三节 吸收塔的计算
四、填料层高度的计算
五、理论板层数的计算
六、吸收的操作型计算
2013-7-10
研究逆流操作的填料塔
吸收塔逆流操作的优点
1、可获得较大的平均推动力，提高吸收速率。 2、塔底液体与刚进塔的混气接触，有利于提高出塔吸收 液的浓度，从而减少吸收剂用量 3、塔顶气体与刚进塔的吸收剂接触，有利于降低出塔气 体浓度，提高溶质吸收率。
2、液膜吸收速率方程式
N A k L (ci c), N A k x ( xi x), N A k X ( X i X )
3、总吸收速率方程式
N A K G ( p p* ), N A KY (Y Y * ), N A K y ( y y* )
N A K L (c* c), N A K X ( X * X ), N A K X ( x* x)
2013-7-10
吸收塔的设计计算，一般的已知条件是：
1 ） 气 体 混 合 物 中 溶 质 A 的 组 成 （ mol 分 率 ） 以 及 流 量 kmol/(m2.s)
2）吸收剂的种类及T、P下的相平衡关系
3）出塔的气体组成 （分离要求已定）
2013-7-10
• 计算：
1、操作型：
对已有吸收塔的操作条件和吸收效果间的关系进行分析计算 1）给定操作条件，求吸收效果，即气液两相出口浓度 2）给定吸收效果，确定操作条件
2013-7-10
所以填料层高度的计算将涉及到物料衡算、传质速率与相平衡三种关系式的应用
但是： N A KY (Y Y *)
NA KX (X *X )
只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的 速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。 塔内各界面上的吸收速率并不相同。
另外： A（气液接触面积）难于测定
Y1 Y2 V Y1 X2 m
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倍，试
2013-7-10
求每小时送入塔内的水量。 溶液浓度(gNH3/100gH2O) 分压Pa 分析： 2 1600 2.5 2000 3 2427
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
L L Y1 X 1 Y2 X 2 V V
吸收剂浓度X1的确定 吸收率 A 混合气中溶质A 被吸收的百分率 物料衡算方程
浓端
A
Y1 Y2 Y1 V X 1 X 2 Y1 A L
Y2 Y1 (1 A )
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* 1.6 10 3 p* 0.01604 Y* * * 3 3 p p 101.33 10 1.6 10 1 y
2013-7-10
2 / 17 0.0212 X 100 / 18
操作点
P p
气 相 总 传 质 推 动 力
液相总传 质推动力
E
P
pi
pG
组成
pi
传质方向
p
液相分传 质推动力 气相分传 质推动力
Ci
气相主体 液相主体
G
L
距离
CL z
O
c
c i c
c
双膜模型
p p c c N A A Ai Ai A p A p A 1 1 1 kG kL 2013-7-10 K G
平衡关系为 : Y 0.757 X
2）最小吸收剂用量：
Lmin
Y1 Y2 V Y1 X2 m
2013-7-10
其中：
1000 V 34.5kmol空气 / h 29
1.333 Y1 0.0133 101.33 1.333
Y2 (1 0.99)Y1 0.01 0.0133 0.000133
Ga,ya La,xa
如何衡算？
V,y
LdX K X ( X * X )adz
dY KY a dZ * V Y Y KY a Z Y1 dY Y2 0 dZ * V Y Y
2013-7-10
K X a dX dZ * L X X
X1 X 2
K X a Z dX 0 dZ * L X X
上节内容复习
NA = 单相的分吸收（传质）推动力×分传质系数 = 双相的总吸收（传质）推动力×总传质系数 与膜系数相对应的吸收速率式 吸收速率方程 与总系数对应的速率式
用一相主体与界面的浓 度差表示推动力 用一相主体的浓度与其平 衡浓度之差表示推动力
2013-7-10
1、气膜吸收速率方程式
N A k G ( p pi ), N A k y ( y yi ), N A kY (Y Yi )
并流吸收塔的操作线：
L L Y X ( X 1 Y1 ) V V
L L Y X ( X 2 Y2 ) V V
2013-7-10
二、吸收剂用量的确定
Y1 L/V 液气比
L ( ) min V
B
B* 最小 液气比
L L (1.1 ~ 2.0)( ) min V V
2013-7-10
组成
pi
传质方向
Ci
气相主体 液相主体
C
故
1 1 K L kL
1 1 K x kx
p
组成
ZL
ZG z
距离
气膜
双膜模型
液膜
双膜控制（中等溶解度体系）
气膜阻力和液膜阻力均不 可忽略，称其为双膜控制。
如用水吸收SO2
2013-7-10
pi
传质方向
ci
气相主体 液相主体
c ZG ZL z
距离
双膜模型
低浓度气体பைடு நூலகம்收时填料层的基本关系式为
L dX X1 V Y1 dY 及Z X 2 * Z Y2 K X a X X KY a Y Y *
三、适宜的液气比
1、经济核算：设备费和操作费
2、经验值：
L L (1.1 ~ 2)( ) min V V
2013-7-10
四、塔径的计算
D 4VS u
u为空塔气速，m/s， Vs为混合气体的体积流量，m3/s。
Vs由塔底到塔顶逐渐减少，一般取全塔中最大的体积流量
2013-7-10
五
填料层高度（对低浓度气体的计算）
D 4 A aV aZ a
4
Z
为此考虑：
微元填料层高度dZ
微元体积ΩdZ
相界面面积aΩdZ
气相传入到液相的溶质量为NAaΩdZ 单位时间传递的溶质量为NAaΩdZ
2013-7-10
物料衡算
对组分A作物料衡算
单位时间内由气相转入液相的
A的物质量为：
dGA VdY LdX
dGA N AdA N A (adZ )
2013-7-10
微元填料层内的吸收速率方程式为：
N A KY (Y Y * )及N A K X ( X * X )
dG A K Y (Y Y * )adz
dG A K X ( X * X )adz
VdY KY (Y Y )adz
最小液气比的求法
图解法
•正常的平衡线
Y1 Y2 L ( ) min * V X1 X 2
Lmin V
Y1 Y2
* X1
X2
2013-7-10
•平衡线为上凸形时
Y1 Y2 L ( ) min V X 1 X 2
Lmin
Y1 Y2 V X X
1
2
2013-7-10
c c A A 1 KL
传质推动力的图示
增加气相分压或减小溶质在液相中的浓度
2．关于传质阻力
1）溶解度很大时的易溶气体 气膜控制（易溶体系）： H很大，m值很小 1 1 1 m kG Hk L ky kx
p p* p pi y y* y yi
气膜 液膜
p* pi
X2 0
Lmin
m 0.757
V (Y1 Y2 ) 34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 Y1 0 X2 0.757 m
25.8kmol/ h
2013-7-10
3）每小时用水量
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol/ h 928.8kg / h
传质方向
p
组成
pi ci
气相主体 液相主体
1 故 1 K y ky
1 1 K G kG
c ZG ZL z
距离
1 1 m Ky ky kx
2013-7-10
1 1 1 K G kG Hk L
双膜模型
液膜控制（难溶体系）：
p
气膜
液膜
1 1 kx mk y
1 H kL kG
• 操作线通过物料衡算确定，仅与L、V及两相组成有 关，而与塔型及压强、温度等无关
2013-7-10
• 吸收操作线总是位于平衡线的上方， 操作线位于 平衡线下方，则应进行脱吸过程 • 任一截面上的传质推动力为该截面上一相的组成 与另一相的平衡组成之差，为操作线与平衡线的 垂直距离和水平距离，相距越远，推动力越大。
一、物料衡算与操作线方程
第二章
吸收
二、吸收剂用量的确定 三、塔径的计算
第三节 吸收塔的计算
四、填料层高度的计算
五、理论板层数的计算
六、吸收的操作型计算
2013-7-10
研究逆流操作的填料塔
吸收塔逆流操作的优点
1、可获得较大的平均推动力，提高吸收速率。 2、塔底液体与刚进塔的混气接触，有利于提高出塔吸收 液的浓度，从而减少吸收剂用量 3、塔顶气体与刚进塔的吸收剂接触，有利于降低出塔气 体浓度，提高溶质吸收率。
2、液膜吸收速率方程式
N A k L (ci c), N A k x ( xi x), N A k X ( X i X )
3、总吸收速率方程式
N A K G ( p p* ), N A KY (Y Y * ), N A K y ( y y* )
N A K L (c* c), N A K X ( X * X ), N A K X ( x* x)
2013-7-10
吸收塔的设计计算，一般的已知条件是：
1 ） 气 体 混 合 物 中 溶 质 A 的 组 成 （ mol 分 率 ） 以 及 流 量 kmol/(m2.s)
2）吸收剂的种类及T、P下的相平衡关系
3）出塔的气体组成 （分离要求已定）
2013-7-10
• 计算：
1、操作型：
对已有吸收塔的操作条件和吸收效果间的关系进行分析计算 1）给定操作条件，求吸收效果，即气液两相出口浓度 2）给定吸收效果，确定操作条件
2013-7-10
所以填料层高度的计算将涉及到物料衡算、传质速率与相平衡三种关系式的应用
但是： N A KY (Y Y *)
NA KX (X *X )
只适合于描述稳态操作的吸收塔内任一横截面上的 速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。 塔内各界面上的吸收速率并不相同。
另外： A（气液接触面积）难于测定
Y1 Y2 V Y1 X2 m
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倍，试
2013-7-10
求每小时送入塔内的水量。 溶液浓度(gNH3/100gH2O) 分压Pa 分析： 2 1600 2.5 2000 3 2427
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
L L Y1 X 1 Y2 X 2 V V
吸收剂浓度X1的确定 吸收率 A 混合气中溶质A 被吸收的百分率 物料衡算方程
浓端
A
Y1 Y2 Y1 V X 1 X 2 Y1 A L
Y2 Y1 (1 A )
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* 1.6 10 3 p* 0.01604 Y* * * 3 3 p p 101.33 10 1.6 10 1 y
2013-7-10
2 / 17 0.0212 X 100 / 18
操作点
P p
气 相 总 传 质 推 动 力
液相总传 质推动力
E
P
pi
pG
组成
pi
传质方向
p
液相分传 质推动力 气相分传 质推动力
Ci
气相主体 液相主体
G
L
距离
CL z
O
c
c i c
c
双膜模型
p p c c N A A Ai Ai A p A p A 1 1 1 kG kL 2013-7-10 K G
平衡关系为 : Y 0.757 X
2）最小吸收剂用量：
Lmin
Y1 Y2 V Y1 X2 m
2013-7-10
其中：
1000 V 34.5kmol空气 / h 29
1.333 Y1 0.0133 101.33 1.333
Y2 (1 0.99)Y1 0.01 0.0133 0.000133
Ga,ya La,xa
如何衡算？
V,y