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填料吸收塔的计算.

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第3章吸收5节填料吸收塔的计算

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。

第3章吸收5节填料吸收塔的计算

第3章吸收5节填料吸收塔的计算

第3章吸收5节填料吸收塔的计算在化工工艺中，填料吸收塔是一种常见的气液分离设备，广泛应用于化工、生化等领域。

它主要通过将气体经过填料床与液体进行接触，使气体中的一些成分溶解在液体中，从而实现气体的净化、回收等目的。

本文将围绕填料吸收塔的设计与计算展开探讨。

1.填料选择填料是填充在吸收塔内的物质，用于增加气液接触面积，提高吸收效率。

选择合适的填料对于吸收塔的设计至关重要。

常见的填料类型有环形填料、球形填料和片状填料等。

在选择填料时，需要考虑填料的表面积、孔隙率、耐酸碱性以及传质性能等因素。

2.填料高度计算填料高度的确定对于吸收塔的设计至关重要，它直接影响到吸收效率。

填料高度的计算需要考虑气体和液体的传质速率以及填料的传质性能。

传质速率与填料的表面积有关，通常采用比传质速率作为评价指标，其计算公式为：其中，Ka为单位体积填料的传质速率，a为液体相对气体的相对传质面积，La为单位体积填料的有效液膜厚度。

3.填料截面积计算填料截面积的计算是为了确定吸收塔的体积，并进一步确定吸收塔的尺寸。

填料截面积的计算需要考虑气体和液体的流量以及填料的孔隙率。

根据气体和液体的流量，可通过Wichert-Aziz关系式计算填料的总截面积，其公式为：其中，A为填料截面积，QG为气体流量，QL为液体流量，EbG为气体相对液体的空隙比，EbL为液体相对气体的空隙比，Fo为填料性能调整因子。

4.填料液体负荷计算填料液体负荷是指单位截面积填料上液体的流量，其计算需要考虑液体流量以及填料的有效液膜厚度。

填料液体负荷的计算公式为：其中，GM为填料液体负荷，QL为液体流量，A为填料截面积，La为单位体积填料的有效液膜厚度。

5.填料压降计算填料压降是指气体通过填料床时所产生的阻力损失，其计算需要考虑气体的流速、粘度以及填料的压降特性。

常用的填料压降计算公式有Ergun方程、Richardson-Zaki关系式等，其中Ergun方程常用于粒径较大的填料，Richardson-Zaki关系式常用于粒径较小的填料。

填料塔的计算

填料塔的计算

一、 设计方案的确定 (一) 操作条件的确定1．1吸收剂的选择1．2装置流程的确定1．3填料的类型与选择1．4操作温度与压力的确定45℃ 常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算2．1基础物性数据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质量分数为30%MEA 的物性数据7.熔 根据上式计算如下：混合密度是：1013.865KG/M3混合粘度0.001288 Pa ·s暂取CO2在水中的扩散系数表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为M vm =y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347混合气体的平均密度ρvm = =⨯⨯=301314.805.333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m?h)查手册得CO2在空气中的扩散系数为D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数：在水中亨利系数E=2.6⨯105kPa 相平衡常数为m=1.25596.101106.25=⨯=P E 溶解度系数为H=)/(1013.218106.22.997345kPa m kmol E M s ∙⨯=⨯⨯=-ρ 2.2物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即 2121min /X m Y Y Y ）V L （--=对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2121min /X m Y Y Y ）V L （--==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67L=2.67×275.58=735.7986kmol/h∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2)∴X1=0.054581①塔径计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h液相质量流量计算即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/hEckert 通用关联图横坐标为0.011799 查埃克特通用关联图得226.02.0=∙∙L LV F F g u μρρϕφ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φUf=3.964272m/s取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s由=1.839191m圆整塔径，取D=1.9m泛点率校核 u=s m /12.26.0785.03600/15002=⨯ = 4.724397m/s 100522.212.2⨯=F u u ﹪=84.18％(在允许范围内) = 4.724397=70.9%填料规格校核：82425600>==d D =1900/25=76》8 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （L W ）min =0.08m 3/m ·h查塑料阶梯环特性数据表得：型号为DN25的阶梯环的比表面积 a t =228 m 2/m 3U min =(L W )min a t =0.08×228=18.24m 3/m 2·h U=min 251.76.0785.02.998/312121U 。

化工原理填料吸收塔实验计算示例

化工原理填料吸收塔实验计算示例

化工原理填料吸收塔实验计算示例填料吸收塔是一种用于气体吸收液体传质的设备，常见用于工业废气治理和化工生产过程中的废气处理。

本实验将介绍填料吸收塔实验的计算方法，并通过一个示例来进行演示。

实验目的：通过填料吸收塔实验，了解气体吸收液体传质过程，并通过实验数据进行计算和分析。

实验装置：填料吸收塔、气体流量计、液体流量计、pH计、温度计等。

实验步骤：1.将填料吸收塔装置好，并连接气体流量计和液体流量计等仪器。

2.将需要处理的废气通过气体流量计引入填料吸收塔，调节气体流量至设定值。

3.在填料吸收塔内加入吸收液，调节液体流量至设定值。

4.在塔中的适当位置设置取样口，用于采样分析吸收液的成分和性质。

5.连续记录吸收液进口和出口的流量、pH值、温度等数据。

实验计算：1.计算气体的透析系数：透析系数（D）表示气体在液体中的传质速率，一般使用亨利定律来进行计算。

透析系数（D）=φ现值/(y气体-y平衡)其中，φ现值表示气体流量计读数，y气体为吸收塔出口气体中溶解气体的摩尔分数，y平衡为溶解气体平衡时的摩尔分数。

2.计算吸收效率：吸收效率（η）表示填料吸收塔对废气中污染物的去除效率，可以通过水相污染物浓度的变化来计算。

吸收效率（η）=(C入-C出)/C入*100%其中，C入为进口废气中的污染物浓度，C出为出口废气中的污染物浓度。

3.计算传质速率：传质速率（N）表示单位时间内气体传入塔中所溶解的物质的摩尔数。

传质速率（N）=(C入-C出)*V/t其中，C入为进口废气中的污染物浓度，C出为出口废气中的污染物浓度，V为填料吸收塔的体积，t为实验时间。

示例：假设填料吸收塔的气体流量为100 m3/h，液体流量为50 L/h。

进口废气中污染物浓度为1000 mg/m3，出口废气中污染物浓度为50 mg/m3、填料吸收塔的体积为10 m3，实验时间为3小时。

首先，计算透析系数：透析系数（D）=φ现值/(y气体-y平衡)=100/(y气体-y平衡)然后，计算吸收效率：吸收效率（η）=(C入-C出)/C入*100%=(1000-50)/1000*100%=95%最后，计算传质速率：传质速率（N）= (C入 - C出) * V / t = (1000 - 50) * 10 / 3 = 3150 mol/h通过实验计算，我们可以获得填料吸收塔的透析系数、吸收效率和传质速率等重要参数，进一步分析并改善填料吸收塔的工艺条件，提高废气的处理效果。

填料塔的计算

填料塔的计算

一、设计方案的确定(一) 操作条件的确定1．1吸收剂的选择1．2装置流程的确定1．3填料的类型与选择1．4操作温度与压力的确定45℃常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算2．1基础物性数据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质量分数为30%MEA的物性数据7.熔根据上式计算如下：混合密度是：1013.865KG/M3混合粘度0.001288 Pa·s暂取CO2在水中的扩散系数表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h3②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为 M vm =y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347混合气体的平均密度ρvm = =⨯⨯=301314.805.333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m3混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m •h)查手册得CO2在空气中的扩散系数为D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数：在水中亨利系数E=2.6⨯105kPa相平衡常数为m=1.25596.101106.25=⨯=P E 溶解度系数为H=)/(1013.218106.22.997345kPa m kmol E M s∙⨯=⨯⨯=-ρ2.2物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即2121min /X m Y Y Y ）V L（--=对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=02121min /X m Y Y Y ）V L（--==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581①塔径计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量计算即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/h Eckert 通用关联图横坐标为0.011799查埃克特通用关联图得226.02.0=∙∙L LV F F g u μρρϕφ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φs m g u LV F LF /552.21338.112602.99881.9226.0226.02.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯==μϕρφρ Uf=3.964272m/s取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s 由=1.839191m圆整塔径，取D=1.9m 泛点率校核 u=s m /12.26.0785.03600/15002=⨯ = 4.724397m/s100522.212.2⨯=F u u ﹪=84.18％(在允许范围内) =3.352964272/ 4.724397=70.9% 填料规格校核：82425600>==d D =1900/25=76》8 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为（L W ）min =0.08m 3/m ·h 查塑料阶梯环特性数据表得：型号为DN25的阶梯环的比表面积 a t =228 m 2/m 3U min =(L W )min a t =0.08×228=18.24m 3/m 2·h U=min 251.76.0785.02.998/312121U 。

关于填料吸收塔传质单元数的计算

关于填料吸收塔传质单元数的计算

关于填料吸收塔传质单元数的计算
填料吸收塔传质单元数的计算方法一般有以下两种：
1. 布宁汉法(Binnington method)
布宁汉法是一种定量计算填料吸收塔传质效率的方法，其原理是将填料层分成若干个传质单元。

每个传质单元的传质效率可以通过对流传质和分子扩散传质的计算得到。

布宁汉法的计算公式如下：
N = ln(1/(1-ε))/ln(1+(D/2L)(1-ε))
其中，N为传质单元数，ε为填料孔隙率，D为气体分子扩散系数，L为填料厚度。

2. 安卓耳斯基法(Andrasik method)
安卓耳斯基法是一种比较常用的填料吸收塔传质单元数估算方法。

该方法基于流体在填料层中的流动状态和质量传递机理进行估算。

安卓耳斯基法的计算公式如下：
N = (εL/ηP)^(1/3)
其中，N为传质单元数，ε为填料孔隙率，L为填料层高度，η为气体粘度，P为空气密度。

吸收塔的计算

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

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

关于填料吸收塔传质单元数的计算

关于填料吸收塔传质单元数的计算
流 和并 流 过程 的对 比分 析 ， 难发 现 这 一结 构 对 于 不
一
㈦
并流操作吸收和解 吸情况下的传 质单元数计算 也
是成 立 的 。
Ａ Ｙ 是塔顶与塔底两端吸收推动力△ ： ３ 如何快速 、 ｙ与 正确 写出推动力
△ｙ 的对数平均值 ， 称为对数平均推动力 。 同理 可以推出 以液相浓度差为推动力 的传质 单元 数 虽然对数平均推动力法计算传质单元数优 点 很 明显 ， 但不太适合操作型 问题。此外使用时要格 外 注 意正 确写 出各 种情 况下 的推 动力 。其 实这 也 不 难 ， 图解 法很 容 易 将推 动 力 写 出 。下 面 以逆 流操 用
以上两式就 是解 析法（ 或脱 吸因数法 、 吸收因
数法 ） 计算 逆 流 吸 收塔 气 相 和液 相 总 传 质单 元 数 的 公式 。使用 时 只要求 知 道塔 的两 端 ３个 组成 和 吸收
间 内相 平衡 关 系 可用 直 线方 程 Ｙ ｍ ｂ表示 时 ， ＝ Ｘ＋ 可 根据 传 质单 元数 的定 义 导 出
（） ９ Ｘ－ １ ） ２ （ ｌ ０ Ｘ
．
式 中
△ ｙ
Ａ Ｙ ＝ Ａ １ Ａ ２ ｍ Ｙ－ Ｙ
一
．
… ）
．
ｙ ２
△ ｌ ，
‘
【 ２ ２ ｙ 一ｙ ）
．
）
‘ （ ２ ２ Ｊ
：
全 垒 二
Ｙ， 一Ｙ，
（） ３
…
ｄ Ｙ
从上述结果 中我们可以发现一个重要信息 ： 只 要 吸 收 或 解 吸 过 程 的 操 作 关 系 和 相 平衡 关 系都 是 线性 的 ， 则传质单元数的对数平均推动力算法的结 构是 一样 的 ， ： 即

吸收塔的计算

吸收塔的计算
x x . 0 50 . 0 0 5 a b 0 y y 0 . 0 5 2 1 a b G 0 . 0 2 5 9 L 0 . 0 3
h0 NOG HOG 2.88m
例3 某厂吸收塔填料层高度为4m，用水吸收尾气中的 有害组分A，已知平衡关系为y=1.5x，塔顶xa=0， ya=0.004，塔底xb=0.008，yb=0.02，求： (1)气相总传质单元高度； (2)操作液气比为最小液气比的多少倍； (3)由于法定排放浓度ya必须小于0.002，所以拟将填料 层加高，若液气流量不变，传质单元高度的变化亦可 忽略不计，问填料层应加高多少？
解得液相出口摩尔分数 y y G . 0 2 0 . 0 0 1 b a 0 x ( y y ) x 0 . 0 1 3 9 b b a a L L 1 . 3 7 G
②求传质单元数 平均推动力
(y b y b* ) ( ya ya* ) y m y b y b* ln * ya ya (y b mxb ) ( ya mxa ) 1.94 10 3 y b mxb ln ya mxa
技 术 上 ， x ， y ， h a m 0
经 济 上 ， x ， h ， 设 备 费 a 0
x ， 解 析 操 作 费 用 增 加 。 a
例1： 吸收塔高（填料层高）的计算 在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨 —空气混合气 中的氨，混合气流量为 0.025kmol/s, 混合气入塔含氨摩
传质单元数
y y . 0 20 . 0 0 1 b a 0 N 9 . 7 9 O G 3 y 1 . 9 41 0 m
③求传质单元高度
气相流率

吸收塔的计算

吸收塔的计算
吸收塔的计算
9.5.4 吸收塔的设计型计算
1、吸收塔吸收剂用量和填料层高度
1）计算公式 物料衡算式 相平衡方程式 吸收基本方程式
G ( y y ) L x x b a b a
y* mx
G y d y b h H N 0 O G O G y a K a y y y L x d x b h HN 0 O L O L x a x K * x x
G G ( yy ) L xx x yy )x 物料衡算式 b ( b a b a b a a L y y L L b a 1 . 2 1 . 2 G G x x m i n b a G qn H OG G qn已知，A可以计算求取； K y A
解得液相出口摩尔分数 y y G . 0 2 0 . 0 0 1 b a 0 x ( y y ) x 0 . 0 1 3 9 b b a a L L 1 . 3 7 G
②求传质单元数 平均推动力
(y b y b* ) ( ya ya* ) y m y b y b* ln * ya ya (y b mxb ) ( ya mxa ) 1.94 10 3 y b mxb ln ya mxa
2）吸收塔设计型计算的命题 设计要求： （1）达到分离要求最合理的溶剂用量； （2）达到分离要求所需要的塔高（填料层高）； （3）塔径（暂不计算）。 给定条件： yb、G、相平衡关系、分离要求(ya或η) 回收率
ya 1 yb
3）设计条件的选择
(1)流向选择，一般选择逆流操作;
(2)吸收剂进口浓度选择，
L L 1.2 G G min
根据吸收过程基本方程 填料层高度计算式

化工原理填料吸收塔实验计算示例

化工原理填料吸收塔实验计算示例

化工原理填料吸收塔实验计算示例化工原理填料吸收塔实验计算示例吸收过程是化工生产中重要的单元操作之一，其实验研究方法和计算方法对于优化工业生产过程具有重要的意义。

本示例以填料吸收塔实验为例，介绍实验方法和计算方法的具体应用。

一、实验装置和流程本实验装置包括填料吸收塔、循环泵、流量计、温度计、压力计等。

实验流程如下：1.将填料吸收塔置于支架上，连接进出水管路。

2.将循环泵连接进水管路，使水循环流动。

3.通过流量计控制进水量，恒定吸收塔的液位。

4.通过取样管定期取样分析，测定不同时间间隔内溶液中溶质的含量。

5.记录实验数据，分析填料吸收塔的吸收性能。

二、实验数据计算1.填料吸收塔的传质速率方程填料吸收塔的传质速率方程为：dC/dt = KCb - KCa其中，dC/dt表示溶质在溶液中的传递速率，KCb表示溶质在液相主体中的分压，KCa表示溶质在气相中的分压。

2.填料吸收塔的传质单元高度方程填料吸收塔的传质单元高度方程为：Δh = (Δp/ρg) + (v/K) + Σ(ζ/K)其中，Δh表示填料层高度，Δp表示操作压力差，ρ表示溶液密度，g表示重力加速度，v表示液体流速，ζ表示填料的阻力系数，K表示传质系数。

3.填料吸收塔的流量和效率计算流量可由流量计直接读取，效率可由下式计算：eta = (ΔC/Δt) / (KCb - KCa)其中，eta表示填料吸收塔的效率，ΔC/Δt表示溶质的传递速率。

4.填料吸收塔的操作费用计算操作费用包括水费、电费、设备折旧费等，总费用可由下式计算：P = Pw + Pf + Pd其中，Pw表示水的费用，Pf表示电的费用，Pd表示设备的折旧费用。

三、示例计算过程假设在填料吸收塔实验中，溶质为二氧化碳，液相主体中二氧化碳的分压为0.05MPa，气相中二氧化碳的分压为0.0002MPa。

填料吸收塔的效率为90%，流量为50t/h。

水的费用为0.5元/t，电的费用为0.1元/(kW•h)，设备的折旧费用为200元/h。

4-2 填料吸收塔的计算

4-2 填料吸收塔的计算
Y1 Y2 0.099 4.95 10 3 L * 3.76 3 24 .8 10 V min X 1 X 2
根据题意：( L/V ) = 1.2 ( L/V )min = 1.2×3.76 = 4.51
Vmol 273 1000 0.91 36 .6 ( km ol ) 0.01 ( km ol ) h s 273 30 22 .4 P V 0.91 36.6 ( km ol ) 0.01 ( km ol ) h s R T
1．操作中溶液不能全部润湿填料的所有表面； 2．即使润湿了，也有因液体停滞不动等原因而不能有效
地传质 。 所以，a 总是小于填料的比表面积 at，a 与填料性质及 设备有关，又受流体物性和流动状态有关，难以测定。
实际测定时，将KY（或KX）与 a 结合在一起处理，称 气（液）相体积传质总系数，k· mol/m3· s
X 1 X 2 X m X 1 ln X 2
为液相平均推动力。
X 1 2 若 X 2
Y1 2 或 Y2
则用算术平均值代替，即
Y1 Y2 Ym 2
（2）吸收因数法 前提 —— 同对数平均推动力法。
V Y* = mX + b, 和 X (Y Y2 ) X 2 L
L, X2
2. 操作线方程对虚线框内作物料衡算
V (Y1 Y ) L( X 1 X )
V, Y1
L, X1
逆流 吸收操作示意图
L L Y X (Y1 X 1 ) V V
同理
L L Y X (Y2 X 2 ) V V
在YX 相图上，操作线为过点（X1，Y1），(X2，Y2 )、 斜率为L / V 的直线 。

化工原理第五章(吸收塔的计算)

化工原理第五章(吸收塔的计算)
2020/4/3
【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
据
L (G )min
Y1 Y2 Y1 / m X 2
∴
L
0.099 0.00495
2020/4/3
2、填料层高度的基本计算式 【计算依据】 （1）物料衡算式； （2）传质速率方程式。 【操作特点】在填料塔内任一截面上的吸收的推动 力（Y－Y*）均沿塔高连续变化，所以不同截面上 的传质速率各不相同。 【处理方法】不能对全塔进行计算，只可首先对一 微分段计算，得到微分式，然后得到积分式运用于 全塔。
质的摩尔比。
物料衡算示意图
逆流吸收操作线推导示意图
2020/4/3
【假设】溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂（即操作
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 LX2 GY2 LX1
（进入量＝引出量）
或 G(Y1 Y2 ) L(X1 X2 )
2020/4/3
Y Y1 Y Y2 Y*
0
2020/4/3
NA KY (Y Y *) NA KX ( X * X )
Y=f(X)
吸收推动力 X*－X
吸收推动力 Y－Y*
X2
X
X1
X*
X
吸收推动力
二、吸收剂用量与最小液气比
1、最小液气比 【定义】对于一定的分离任务、操作条件和吸收物 系，当塔内某截面吸收推动力为零时（气液两相平 衡Y－Y*＝0），达到分离要求所需塔高为无穷大时 的液气比称为最小液气比，以（L/G）min表示。

吸收塔计算说明

吸收塔计算说明

吸收塔计算说明一．操作条件：操作温度 20℃操作压力 101.325KPa二．填料选型：选用DN50塑料鲍尔环三．物料衡算：混合气体的体积流量 Vs=10000m 3/h硫酸雾质量流量 W H2SO4=42Kg/h ×38%=15.96Kg/h硫酸雾摩尔流量V H2SO4=kmolKg h Kg /98/96.15 =0.1629kmol/h 混合气体摩尔流量V MV =kmolm h m /4.22/1000033 =446.43 kmol/h H 2SO 4气相摩尔分数 y=hkmol h kmol /43.446/1629.0 =0.00036 因酸雾浓度过大，故采用双塔串联逆流吸收。

设吸收率为η 硫酸雾排放限值为45mg/ m 3硫酸雾进塔浓度C 硫酸=hm h Kg /10000/96.153 =1596 mg/ m 31596mg/ m 3×（1-η）2≤45mg/ m 3 η≥0.84取η=0.9 Y 1=yy -1=00036.0100036.0-=0.00036 Y 2=Y 1×(1-η)=0.00036×(1-0.9)=0.000036G B =446.43 kmol/h此过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：m i n ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =2121/X m Y Y Y --m 取值：该体系可近似看作是理想体系，想平衡常数可按下式计算： m=P P i 0三氧化硫的饱和蒸气压依据安托因方程：CT B A P +-=0ln 安托因常数查表有：A=9.05085 B=1735.31 C=236.5计算得 P 0=6.3×105Pam=6.3对于纯溶剂吸收，进塔液相组成X 2=0 min⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =3.6/00036.0000036.000036.0- =5.67 取操作液气比 BS G L =1.5 min ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L =1.5×5.67=8.51 L S = G B ×8.51=446.43 kmol/h ×8.51=3799.12 kmol/hG B （Y 1-Y 2）= L S （X 1-X 2)X 1=0.000038四．塔径计算：混合气体的密度取20℃时空气的密度，查表ρV =1.205 Kg/ m 3W v =ρV ×Vs=1.205 Kg/ m 3×10000m 3/h=12050 Kg/h吸收液体的质量流量：W L =18 Kg/kmol ×3799.12 kmol/h=68384.16 Kg/h 计算 L V V LW W ρρ=33/1000/205.1/12050/16.68384m Kg m Kg h Kg h Kg =0.197 查压降与泛点气速关联图: LV L Bg G ρρψϕμ2.02=0.11取μL =1Pa.s 查表 φ=140m -1 u f =133140/205.1/100081.911.0-⨯⨯⨯m m Kg m Kg =2.529m/s u=0.6 u f =0.6×2.529 m/s=1.52 m/sD=u V S π4=sm h m /52.1360014.3/1000043⨯⨯⨯=1.526m 圆整取1.6m(1).泛点率校核：u=23)8.0(14.33600/10000m h m ⨯÷=1.18m/s f u u =sm s m /529.2/18.1=0.46 (在允许范围内) （2）填料规格核算：d D =mmmm 501600=32＞15 （3）液体喷淋密度校核：液体喷淋密度是指单位时间，单位塔截面积上的喷淋量，计算式为：u=2785.0D L h 。

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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/s
q n (L)—溶剂的摩尔流量 mol/s
Y 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)Y
q 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↑ 。

要达到规定的分离要求，或完成必需的传质负荷量q n (L)/q n (V)的减小是有限的。

当q n (L)/q n (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q n (L)/q n (V) 称为最小液气
比，用[]min n n )V (q /)L (q 表示。

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 []适宜)V (q /)L (q n n =（1.1～2.0）[]min n n )V (q /)L (q
2、最小液气比
由图4-10可知，[]2*121min n n X X Y Y )V (q /)L (q --=
（4-44） 若体系服从亨利定律，*11mX Y =
故有 []2121m i n n n X m
Y Y Y )V (q /)L (q --= （4-44a ） 吸收剂最小用量q n (L)min =2*121n X X Y Y )
V (q -- （4-44b ） 或 2121n m i n n X m
Y Y Y )V (q )L (q --= （4-44c ） 4.5.3 填料层高度的计算
设填料层高度为H 米，空塔截面积为S m 2,填料的有效比表面积为αm 2/m 3，则填料层高度计算式：
⎰-=12Y Y *Y n Y
Y dY S K )V (q H α （4-45） 或 ⎰-=12X X *X n X
X dX S K )V (q H α （4-46） 4.5.4 传质单元高度和传质单元数
⎰-1
2Y Y *Y Y dY 和⎰-12X X *X X dX 分别称气相传质单元数和液相传质单元数，用N OG 和N
OL
表示，S K )V (q Y n α和S
K )L (q X n α分别称气相传质单元高度和液相传质单元高度，用H OG 和H OL 表示 H=H OG N OG (4-47)
H=H OL N OL (4-48)
1、对数平均推动力法
在吸收过程中，由于气液两相在塔内的浓度不断变化，使吸收塔内的各个截面上的吸收推动力（Y-Y*或X*-X ）不同，对于符合亨利定律的体系，气液平衡关系是直线，直接积分就可以得到N OG 、N OL 的解析式，
m
2
1OG Y Y Y N ∆-=
（4-49） 而 *
2
2*1
1*
22*212121m Y Y Y Y ln )
Y Y ()Y Y (Y Y ln Y Y Y -----=
∆∆∆-∆=∆
（4-50） △Y m —以气相表示的全塔对数平均传质推动力。

同理
m
2
1OL X X X N ∆-=
（4-51） 2
*
21
*12*
21*12121m X X X
X ln )
X X ()X X (X X ln X X X -----=∆∆∆-∆=
∆
（4-52） △X m —以液相表示的全塔对数平均传质推动力。

2、图解积分法
当平衡线为曲线不能用较简单确切的函数式表达时，通
常可采用图解积分法求解传质单元数。

图解积分法的关键在于找到若干点与积分变量 Y 相对
应的被积函数的值。

其步骤为
(1)在操作线和平衡线上得若干组与 Y 相应的值
1/(Y-Y *) ；
(2) 在 Y 1 到 Y 2 的范围内作 Y ~*Y Y 1
- 曲线；
(3)计算曲线下阴影面积，此面积的值即为传质单元数 N OG。