1、返回5.5 吸收塔的计算吸收塔的计算5.5.1 物料衡算与操作线方程物料衡算与操作线方程5.5.2 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定5.5.3 填料层高度的计算填料层高度的计算5.5.4 吸收塔的计算吸收塔的计算返回操作型：操作型：核算；核算；操作条件与吸收结果的关系。操作条件与吸收结果的关系。计算依据：计算依据：物料恒算；物料恒算；相平衡；相平衡；吸收速率方程。吸收速率方程。吸收塔的计算内容：吸收塔的计算内容：设计型：设计型：流向、流程、吸收剂用量、流向、流程、吸收剂用量、吸收剂浓度、塔高、塔径。吸收剂浓度、塔高、塔径。返回5.5.1 物料衡算与操作线方程物料衡算与操作线方程一、物料衡算一、
2、物料衡算定态，假设定态，假设S不挥发，不挥发，B不溶于不溶于S全塔范围内，对全塔范围内，对A作物料衡算作物料衡算：VY1+LX2=VY2+LX1 V（Y1Y2）=L（X1X2）V，Y2V，Y1L，X2L，X2121121Y)(YYVYYYV 返回X1=X2V（Y1Y2）/L二、操作线方程式及操作线二、操作线方程式及操作线1.逆流吸收逆流吸收V，Y2V，Y1L，X2L，X1V，YL，XVY+LX2=VY2+LX)(22XVLYXVLY Y2=Y1（1）A被吸收的百分数，称为回收率或吸收率。被吸收的百分数，称为回收率或吸收率。返回)(21XVLYXVLY 同理：同理：逆流吸收操作线具有如下特点：逆
3、流吸收操作线具有如下特点：XY1Y2X1X2ABVL)(*XfY Y返回（3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系 统的平衡关系、塔型及操作条件统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。无关。（2）操作线通过塔顶（稀端）操作线通过塔顶（稀端）A（X2，Y2）及及塔底塔底 （浓端）（浓端）B（X1，Y1）;（1）定态，）定态，L、V、Y1、X2恒定，操作线在恒定，操作线在XY 坐标上为一直线，斜率为坐标上为一直线，斜率为L/V。L/V为吸收为吸收 操作的操作的液气比液气比；返回（5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线）平衡线与操作线共同决定吸
4、收推动力。操作线 离平衡线愈远吸收的推动力愈大；离平衡线愈远吸收的推动力愈大；（4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平 衡线衡线OE下方。下方。XAB)(*XfYYK.YXX*Y*返回2.并流吸收并流吸收V，Y2V，Y1L，X2L，X1V，YL，XVY+LX=VY2+LX2)(22XVLYXVLY Y1Y2X2X1ABXY逆流与并流的比较：逆流与并流的比较：1）逆流推动力均匀，且）逆流推动力均匀，且并流并流逆流逆流mmYY 2）Y1大，逆流时大，逆流时Y1与与X1在塔在塔 底相遇有利于提高底相遇有利于提高X1；X2小，逆流时小，逆流时Y2与与X2
5、在塔在塔 顶相遇有利于降低顶相遇有利于降低Y2。返回逆流与并流操作线练习逆流与并流操作线练习Y3 X2X1Y1 Y2X2Y2X3C CD DA AB BY1Y2Y3X1X2X3C CD DA AB B返回5.5.2 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定B1Y1Y2ABOEXYX2X1X*1P返回一、最小液气比一、最小液气比最小液气比定义：最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。min VL最小液气比的计算最小
6、液气比的计算1.平衡曲线一般情况平衡曲线一般情况 2*121minVXXYYL X*1与与Y1相平衡的液相组成。相平衡的液相组成。返回平衡关系符合亨利定律时：平衡关系符合亨利定律时：2121minVXmYYYL 2.平衡曲线为凸形曲线情况平衡曲线为凸形曲线情况 2max,121minXXYYVL )(*XfY 1Y2Y2X1Xmax,1X返回二、操作液气比二、操作液气比 设备费设备费,ZY VL 再生费再生费，并不总有效，并不总有效设备费设备费,L ZYVL,)(VL0.21.1 min VL【例【例5-55-5】某矿石焙烧炉排出含】某矿石焙烧炉排出含SOSO2 2的混合气体，的混合气体，除除
7、SOSO2 2外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入填料吸收塔中，用清水洗涤以除去其中的填料吸收塔中，用清水洗涤以除去其中的SOSO2 2。返回吸收塔的操作温度为吸收塔的操作温度为20，压力为，压力为101.3kPa。混合气。混合气的流量为的流量为1000m3/h，其中含，其中含SO2体积百分数为体积百分数为9%，要，要求求SO2的回收率为的回收率为90%。若吸收剂用量为理论最小用。若吸收剂用量为理论最小用量的量的1.2倍，试计算：倍，试计算：（1）吸收剂用量及塔底吸收液的组成）吸收剂用量及塔底吸收液的组成X1；（2）当用含）当用含SO2 0.0003（摩尔比
8、）的水溶液作吸收（摩尔比）的水溶液作吸收剂时，保持二氧化硫回收率不变，吸收剂用量比原情剂时，保持二氧化硫回收率不变，吸收剂用量比原情况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？已知已知101.3kPa，20条件下条件下SO2在水中的平衡数据与在水中的平衡数据与Y1相平衡的液相组成相平衡的液相组成=0.0032 返回5.5.3 填料层高度的计算填料层高度的计算一、传质单元数法一、传质单元数法 1.1.塔高计算基本关系式塔高计算基本关系式单位时间，单位时间，dZ内吸收内吸收A的量：的量：XLYGGdddA 塔截面积，塔截面积，m2;GA A的流率，的流率，kmo
9、l/(m2s)；G 混合气体流率，混合气体流率，kmol/(m2s)；L 吸收剂流率，吸收剂流率，kmol/(m2s)。返回ZYY+dYXX+dXZdZY2X2X1Y1a单位体积填料的有效传单位体积填料的有效传 质面积，质面积，m2。)(*AYYKNY )dZ(ddAAAaNANG dZ)(d*AaYYKGY YGaYYKGYddZ)(d*A 返回*dVdYYYaKZY 1212 *dV)(VdYYYYYYYYYaKYYaKYZ 12 *OGdYYYYYNaKHYVOG 12 *dVYYYYYYaKZ返回填料层高度填料层高度 OGOGHNZ 同理：同理：OLOLHNZ GGHNZ LLHNZ
10、aKLHX OL 12 *OLdXXXXXNakHYVG 12 GdYYiYYYNakLHXL 12iLdXXXXXN返回气相总体积传质系数，气相总体积传质系数，kmol/（m3s）aKYaKX液相总体积传质系数，液相总体积传质系数，kmol/（m3s）填料层高度可用下面的通式计算：填料层高度可用下面的通式计算：Z=传质单元高度传质单元高度传质单元数传质单元数体积传质系数的物理意义：体积传质系数的物理意义：在单位推动力下，单位时间，单位体积填料在单位推动力下，单位时间，单位体积填料层内吸收的溶质量。层内吸收的溶质量。2.2.传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度 返回 12 *dYY
11、YYYYaKVZ以以为例为例（1）传质单元数）传质单元数OLHOLN、液相总传质单元高度液相总传质单元高度、总传质单元数；、总传质单元数；GGHN、气相传质单元高度气相传质单元高度、传质单元数；、传质单元数；LLHN、液相传质单元高度液相传质单元高度、传质单元数。、传质单元数。OGOGHN、气相总传质单元高度气相总传质单元高度、总传质单元数；、总传质单元数；定义定义：气相总传质单元数气相总传质单元数 12 *OGdYYYYYN返回传质单元数的意义：传质单元数的意义：反映了取得一定吸收效果的难易程度。反映了取得一定吸收效果的难易程度。平平均均推推动动力力组组成成变变化化 气体流经一段填料，溶质组
12、成变化（气体流经一段填料，溶质组成变化（Y1 Y2）等于该段填料平均吸收推动力（等于该段填料平均吸收推动力（YY*）m时，该段时，该段填料为一个传质单元。填料为一个传质单元。的意义：的意义：1OG Nm*21 *OG)(d12YYYYYYYNYY 返回（2）传质单元高度）传质单元高度 定义：定义：aKVHY OG气相总传质单元高度，气相总传质单元高度，m。传质单元高度的意义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，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。反映了吸收设备效能的高低。传质单元高度影响因素：传质单元高度影响因素：填料性能、流动状况填料性
13、能、流动状况 体积总传质系数与传质单元高度的关系体积总传质系数与传质单元高度的关系:2.03.0Y8.07.0YVV,V aKaK传质单元高度变化范围：传质单元高度变化范围：0.151.5m。返回各种传质单元高度之间的关系：各种传质单元高度之间的关系：设平衡线斜率为设平衡线斜率为m LGOGHLmVHH GLOLHmVLHH 同理同理：OLOGHLmVH 比较上式：比较上式：XYYkmkK 11LLakmVakVaKVXYY 返回3 3、传质单元数的计算、传质单元数的计算（1 1）对数平均推动力法）对数平均推动力法气液平衡线为直线气液平衡线为直线 bXmY *操作线也为直线操作线也为直线)(1
14、1xVLYXGLY =YY=AY+B Y 212*1*2121)()(Ad)d(YYYYYYYYYYYY 12 *OGdYYYYYN 12 dYYYYYYYYYYYY d12 2121返回OGNOGN OGN212121lnYYYYYY 212121lnYYYYYY m21YYY 2121mlnYYYYY *111YYY *222YYY 返回同理：同理：OLN注意：注意：1）平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流）平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。吸收皆可。=m21XXX 2121mlnXXXXX 1*11XXX 2*22XXX 返回2）平衡线与操作线平行）平衡线与操作线
15、平行时，时，OGN3）当）当 、时，对数平均推动力可时，对数平均推动力可用算术平均推动力用算术平均推动力。（2 2）吸收因数法）吸收因数法平衡线为通过原点的直线平衡线为通过原点的直线，服从亨利定律服从亨利定律 XmY*逆流为例：逆流为例：*22*11*YYYYYY *1121YYYY*2221YYYY 221 YY221 XX返回22)(XYYLVX 12 *OGdYYYYYN 12 dYYmXYY 12 22)(dYYXYYLVmYY OGNLmVS S解吸因数（脱吸因数）解吸因数（脱吸因数）12 22)()1(dYYmXYLmVYLmVY LmVmXYmXYLmVLmVN2221OG1ln
16、11返回2221mXYmXY SmXYmXYSSN2221OG1ln11返回讨论：讨论：m、y1、X2、S一定时：一定时：OG22212NmXYmXYY 注意：图的适用范围为注意：图的适用范围为 20及及S0.75。1）的意义：的意义：反映了反映了A吸收率的高低。吸收率的高低。2）参数）参数S的意义：反映了吸收过程推动力的大小，的意义：反映了吸收过程推动力的大小，其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。OG2221NSmXYmXY，推推动动力力一一定定，S范围在范围在0.70.82221mXYmXY 2221mXYmXY 返回3）,02 X SSSN 1
17、11ln11OG4）OLOGSHH SmXYmXYSSSNSN2221OGOL1ln1mVLA/吸收因数吸收因数 11212221YYmXYmXY AmXYmXYAAN1121OL1ln11返回（3 3）数值积分法）数值积分法平衡线为曲线时，图解积分法步骤如下：平衡线为曲线时，图解积分法步骤如下：1）操作线上任取一点（）操作线上任取一点（X,Y），其推动力为），其推动力为 (Y-Y*)。2）系列）系列Y 作图得曲线。作图得曲线。*1Y Y 3）积分计算）积分计算Y2至至Y1范围内的阴影面积。范围内的阴影面积。12 *OGdYYYYYN返回Y1Y2*1Y Y Y1Y Y22X1XXoE 12 *
18、dYYYYY返回二、等板高度法二、等板高度法理论级理论级:不平衡的气液两相在一段填料层内相互接不平衡的气液两相在一段填料层内相互接 触，离开该段填料的气液两相达到相平衡，触，离开该段填料的气液两相达到相平衡，此段填料为一个此段填料为一个理论级理论级。Z=HETPNT NT完成分离任务，所需的理论级数；完成分离任务，所需的理论级数；HETP等板高度。等板高度。等板高度：等板高度：分离效果达到一个理论级所需的填料分离效果达到一个理论级所需的填料 层高度。层高度。返回5.5.4 吸收塔的计算吸收塔的计算命题：命题：物系、操作条件一定，计算达到指定物系、操作条件一定，计算达到指定 分离要求所需塔高。分
19、离要求所需塔高。分离要求分离要求：残余浓度残余浓度Y2或或溶质的回收率溶质的回收率 一、设计型一、设计型1.1.流向的选择流向的选择 逆流特点：逆流特点：1)逆流推动力大，传质速率快；逆流推动力大，传质速率快；2）吸收液的浓度高；）吸收液的浓度高；3）溶质的吸收率高；）溶质的吸收率高；4）液体受到上升气体的曳力，限制）液体受到上升气体的曳力，限制 了液体流量和气体流量。了液体流量和气体流量。返回2 2、吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度、吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度再生费高再生费高设备费高设备费高，经济上：经济上：技术上：技术上：22*22 XZXXXX3、吸收剂流量的确定、吸收剂流
20、量的确定min)0.21.1(LL 【例【例5-6】空气中含丙酮】空气中含丙酮2%（体积百分数）的混合气以（体积百分数）的混合气以0.024kmol/(m2s)的流率进入一填料塔，今用流率为的流率进入一填料塔，今用流率为0.065kmol/(m2s)的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收率为求丙酮的回收率为98.8%。已知操作压力为。已知操作压力为100 kPa，操作温度下的亨利系数为操作温度下的亨利系数为177 kPa，气相总体积吸收系，气相总体积吸收系数为数为0.0231 kmol/(m3s)，试用解吸因数法求填料层高，试用解吸因数法求填料层高度。度。
21、返回【例【例5-7】在一塔径为】在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为已知空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h，气，气体总压为体总压为101.3kPa，其中氨的分压为，其中氨的分压为1.333 kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度倍，操作温度（293K）下的气液相平衡关系为）下的气液相平衡关系为Y*=0.75X，气相，气相总体积吸收系数为总体积吸收系数为0.088kmol/(m3s)，试求，试求（1）每小时用水量；
22、）每小时用水量；（2）用平均推动力法求出所需填料层高度。）用平均推动力法求出所需填料层高度。返回二、吸收塔的操作型计算二、吸收塔的操作型计算命题：命题：塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的分析和计算分析和计算;吸收塔的核算。吸收塔的核算。1.定性分析定性分析【例【例5-8】在一填料塔中用清水吸收氨空气中】在一填料塔中用清水吸收氨空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则件不变，则Y2、X1何变化？（已知体积传质系何变化？（已知体积传质系数随流量变化关系为数随流量变化关系为 ）8.0VakY 返回定性分
23、析步骤：定性分析步骤：1）根据条件确定根据条件确定HOG、S；2）利用）利用Z=NOGHOG，确定，确定 的变化的变化;3）采用吸收因数法确定采用吸收因数法确定Y2的变化的变化;4）利用全塔物料衡算分析）利用全塔物料衡算分析X1变化。变化。OGN2.定量计算定量计算问题问题：吸收温度降低，：吸收温度降低，Y2、X1、吸收操作线如何变化？吸收操作线如何变化？X2降低，降低，Y2、X1、吸收操作线如何变化？吸收操作线如何变化？吸收压力提高，吸收压力提高，Y2、X1、吸收操作线如何变化？吸收操作线如何变化？返回【例【例5-95-9】某填料吸收塔在】某填料吸收塔在101.3 kPa101.3 kPa，
24、293K293K下用清水下用清水逆流吸收丙酮逆流吸收丙酮空气混合气中的丙酮，操作液气比为空气混合气中的丙酮，操作液气比为2.02.0，丙酮的，丙酮的回收率为回收率为95%95%。已知该吸收为低浓度吸收，。已知该吸收为低浓度吸收，操作条件下气液平衡关系为操作条件下气液平衡关系为 ，吸收过程为，吸收过程为气膜控制气膜控制，气相总体积吸收系数，气相总体积吸收系数 与气体流率的与气体流率的0.80.8次方成正比。（塔截面积为次方成正比。（塔截面积为1 1）（1 1）若气体流量增加）若气体流量增加15%15%，而液体流量及气、液进口，而液体流量及气、液进口组成不变，试求丙酮的回收率有何变化？组成不变，试
25、求丙酮的回收率有何变化？（2 2）若丙酮回收率由）若丙酮回收率由95%95%提高到提高到98%98%，而气体流量，而气体流量，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压力皆不变，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压力皆不变，试求吸收剂用量提高到原来的多少倍。试求吸收剂用量提高到原来的多少倍。xy18.1*aKy返回三、吸收过程的强化三、吸收过程的强化吸收阻力吸收阻力吸收推动力吸收推动力 AN目标：目标：提高吸收过程的推动力；提高吸收过程的推动力；降低吸收过程的阻力。降低吸收过程的阻力。1.1.提高吸收过程的推动力提高吸收过程的推动力（1 1）逆流操作比并流操作的推动力大；）逆流操作比并流操作的推动力
26、大；返回【例【例5-10】在一填料吸收塔内，用含溶质为】在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099（摩尔分数）的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的（摩尔分数）的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的85%，进塔气体中溶质浓度为，进塔气体中溶质浓度为0.091（摩尔分数），（摩尔分数），操作液气比为操作液气比为0.9，已知操作条件下系统的平衡关系，已知操作条件下系统的平衡关系为为 ，试求：，试求：（1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。假设体积传质系数与流动方式无关。假设体积传质系数与流动方式无关。xy86.0 返回（2 2）提高吸收剂的流量；）提高吸收剂的流量；Y1Y2Y2X1X1X2返回2.2.降低吸收过程的传质阻力降低吸收过程的传质阻力（1 1）提高流体流动的湍动程度；）提高流体流动的湍动程度；（2 2）改善填料的性能）改善填料的性能。（3 3）吸收过程为气膜控制时，降低吸收剂入口温度；）吸收过程为气膜控制时，降低吸收剂入口温度；（4 4）降低吸收剂入口溶质的浓度；）降低吸收剂入口溶质的浓度；（5 5）吸收过程为气膜控制时，提高吸收的压力。）吸收过程为气膜控制时，提高吸收的压力。
