第3章吸收5节填料吸收塔的计算

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↑ 。

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。

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0.001288Pa ·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 ∙⨯=⨯⨯=-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 =228m 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 。

关于填料吸收塔的计算
一、填料吸收塔的选择
1、填料类别选择：根据吸收塔吸收的物质种类，选择合适的填料类别，常用的填料类别有木屑填料、砂填料、树状填料、活性炭填料等。

2、填料形状选择：主要有管纹、柱状、棒状、球状、椭圆形、橄榄形、螺旋形等，选择可以有效提高填料的吸收效率。

一般来说，填料的形状应该根据应用的环境和条件进行选择，有利于吸收、湿式换汽、减少内堵塞等，可以提高吸收塔的运行效率。

3、填料尺寸选择：填料的尺寸应用于容易更换，根据场地空间的垂直面积，选择合适大小的填料，可以使吸收塔的收缩比例适宜，可以使负载分布均匀，有利于增加填料的使用寿命。

4、填料材质选择：根据填料对吸收的物质的耐腐蚀程度，选择一种耐腐蚀的材质，如不锈钢、碳钢、铝、硬质合金等，同时应考虑填料的结构强度。

一般来说，填料材质的耐腐蚀性与结构强度成反比。

1、吸收塔的结构尺寸计算：根据散热塔的工作要求，确定塔的结构形式、形状和尺寸。

一般来说，根据吸收塔的实际空间来确定，若有特殊要求，可根据塔的层数、直径和填料的尺寸，作出相应的更改。

吸收塔的计算1.全塔物料衡算与操作线方程1．全塔物料衡算对逆流操作的填料吸收塔，作全塔溶质组分的物料衡算，可得：吸收塔的分离效果，通常用溶质的回收率来衡量，回收率定义为：吸收过程中，回收率恒低于100％。

一般情况下，进塔混合气的组成和流量是已知的，如果吸收剂的组成和流量已经确定，则V、Y1、L 和X2皆为已知数，又根据吸收任务所规定的回收率，可得知气体出塔时应有的浓度Y2，如此，通过全塔物料衡算便可求得塔底排除的吸收液的浓度X1，于是，在填料层底部和顶部两个端面上液气组成都为已知。

2 吸收操作线方程和操作线在塔底或塔顶与踏中任意截面间列溶质的物料衡算，可整理得：或上两式是等效的，皆称为吸收塔操作线。

该方程在X-Y图上为一直线，称为吸收塔操作线。

操作线位置仅决定于塔顶、塔底两端的气、液相组成，该直线的斜率为液气比L/V。

操作线上任何一点代表塔内任一截面上的气、液相组成已被确定。

吸收过程操作线总是位于平衡曲线的上方，两线相距愈远，表示吸收推动力愈大，有利于吸收过程。

应注意，操作线是由物料衡算决定的，仅与V、L及二相组成有关，而与塔型及压强、温度等无关。

对并流操作的填料吸收塔，或其它组合操作的吸收塔，读者应能依据上述原则作出它们的操作线。

3-2．吸收剂最小用量和适宜用量在极限情况下，操作线和平衡线相交（有特殊平衡线时为相切），此点推动力为零，所需填料层为无限高，对应的吸收剂用量即为最小用量。

该操作线斜率为最小液气比（等）。

因此最小吸，因此最小吸收剂用量可用下式求得：若气液平衡关系服从亨利定律，则式中可由亨利定律算出，否则可由平衡曲线读出。

适宜的吸收剂用量应通过经济衡算确定，但一般在设计中可取经验值，即：应注意，对填料塔选定吸收剂用量时，还应保证能充分润湿填料，一般喷淋密度不应低于5m3/(m2·h)。

可见待设计确定塔径后，还应校验喷淋密度。

3.塔径的计算计算塔径的关键在于确定适宜的空塔气速，其选定方法见“塔设备”章。

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。

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= =0.1629kmol/h kmolKg h Kg /98/96.15混合气体摩尔流量V MV = =446.43 kmol/h kmolm h m /4.22/1000033H 2SO 4气相摩尔分数 y= =0.00036hkmol h kmol /43.446/1629.0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= =1596 mg/ m 3hm h Kg /10000/96.1531596mg/ m 3×（1-η）2≤45mg/ m 3 η≥0.84取η=0.9 Y 1===0.00036 y y -100036.0100036.0-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： =min ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛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 i0三氧化硫的饱和蒸气压依据安托因方程：CT BA 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= =5.67min⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L 3.6/00036.0000036.000036.0-取操作液气比 =1.5 =1.5×5.67=8.51B S G L min⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛B S G L 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 3 W 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 ==0.197L V V LW W ρρ33/1000/205.1/12050/16.68384m Kg m Kg h Kg h Kg 查压降与泛点气速关联图: =0.11LV L Bg G ρρψϕμ2.02取μL =1Pa.s 查表 φ=140m -1 u f ==2.529m/s 133140/205.1/100081.911.0-⨯⨯⨯m m Kg m Kg u=0.6 u f =0.6×2.529 m/s=1.52 m/sD===1.526m u V S π4sm h m /52.1360014.3/1000043⨯⨯⨯圆整取1.6m(1).泛点率校核：u==1.18m/s 23)8.0(14.33600/10000m h m ⨯÷==0.46 (在允许范围内)f u u s m s m /529.2/18.1（2）填料规格核算：==32＞15d D mmmm 501600（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=。

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q n (L )X Y1q n (L )（ 4-41 ）Y X 1q n (V )q n (V )图 4-8逆流吸收的物料衡算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：Y 2q n ( L ) X2Y1q n ( L ) X1（4-42）q n (V )q n (V )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ηY 2Y1(1)（ 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）Y2q n ( L )X2 Y1q n ( L )q n ( V )X 1可知吸收剂出塔浓度X1q n (V )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。

摘要利用不同气体在液体中的溶解度的不同，对混合气体进行吸收纯化，叫做吸收。

填料塔的洗涤吸收以及净化不单应用于化学领域中，在低浓度的净化方面，也能够发挥不小的作用。

此次设计任务是在25r下入塔混合气体，用20r的清水在常压下，利用空气和氨气在水中的溶解度的不同，通过填料塔吸收氨气的单元操作设计，达到塔顶氨气的回收率为98.5%。

根据吸收的相关资料与文献，查得物性数据。

在吸收过程中，采用简单的一步吸收流程，并且对吸收后的水进行再生处理，为了提高吸收效率，吸收流程采用逆流吸收流程，此次吸收塔填料选择的是塑料阶梯环填料，塑料阶梯环填料具有良好的传质性能。

在吸收过程中，选用排管是液体分布器以及盘式液体再分布器；选用栅板作为填料支承装置；丝网压板作为填料压紧装置。

设计过程主要有：填料塔的工艺计算、结构设计以及附属设备及其选型等。

关键词：填料氨吸收塔工艺计算结构设计机械设计ABSTRACTUsing different solubility of different gases in a liquid, the absorption of the mixed gas purification called absorption.Washing packed tower absorption and purification is not only in the chemical field, at low concentrations of purification, but also can play no small role.The design task is to enter the tower at 25 °C mixed gas with water 20 C un der atmospheric pressure, with differe nt solubility in water, air and ammonia, ammonia absorption through the packed column unit operation design, reaching overhead ammonia recovery was 98.5%. Accord ing to in formatio n in the literature absorbed Richard physical data.In the absorption process, using a simple step absorption process, and the water absorpti on of the rege nerati on treatme nt, i n order to in crease the absorpti on efficie ncy and absorpti on processes coun tercurre nt absorpti on process, the choice is plastic absorber packing Ladder ring packing, plastic cascadering filler has good mass transfer performanee. In the absorption process, the selection of a liquid discharge tube pan liquid distributor and redistributor; use as a filler in the grid plate supporting means; a screen latch plate as a filler.The design process are: process calculation packed column, and an cillary equipme nt desig n and selecti on and so on.Keywords: packing ammonia absorption tower design mechanical desig n process calculati on目录绪论 (1)第一节塔设备的发展 (1)第二节吸收技术的概况及其设备 (2)第一章设计条件及设计内容 (4)第一节设计题目 (4)第二节设计方案 (4)第三节吸收操作参数的选择 (5)第四节填料的选择 (5)第二章吸收塔的工艺计算 (8)第一节基础的物性数据 (8)第二节物料衡算 (8)第三节塔径的计算 (10)第四节填料层高度的计算 (13)第五节填料层压降的计算 (16)第三章塔附属设备工艺计算 (18)第一节塔附属高度的计算 (18)第二节填料塔的结构设计 (18)第三节辅助装置及附件 (21)第四章吸收塔的机械计算 (23)第二节材料的选择 .........................23 第一节主要的工艺参数 (23)第三节塔的强度和稳定性校核 (23)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (35)绪论第一节塔设备的发展塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。

吸收过程既可在板式塔内进行，也可在填料塔内进行。

在板式塔中气液逐级接触，而在填料塔中气液则呈连续接触。

本章对于吸收操作的分析和计算主要结合连续接触方式进行。

填料塔内充以某种特定形状的固体填料以构成填料层。

填料层是塔实现气、液接触的主要部位。

填料的主要作用是：①填料层内空隙体积所占比例很大，填料间隙形成不规则的弯曲通道，气体通过时可达到很高的湍动程度；②单位体积填料层内提供很大的固体表面，液体分布于填料表面呈膜状流下，增大了气、液之间的接触面积。

通常填料塔的工艺计算包括如下项目：（1）在选定吸收剂的基础上确定吸收剂的用量；（2）计算塔的主要工艺尺寸，包括塔径和塔的有效高度，对填料塔，有效高度是填料层高度，而对板式塔，则是实际板层数与板间距的乘积。

计算的基本依据是物料衡算，气、液平衡关系及速率关系。

下面的讨论限于如下假设条件：（1）吸收为低浓度等温物理吸收，总吸收系数为常数；（2）惰性组分B在溶剂中完全不溶解，溶剂在操作条件下完全不挥发，惰性气体和吸收剂在整个吸收塔中均为常量；（3）吸收塔中气、液两相逆流流动。

吸收塔的物料衡算与操作线方程式全塔物料衡算图2－12所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：V－惰性气体的流量，kmol（B）／s；L—纯吸收剂的流量，kmol（S）／S；Y 1；、Y2—分别为进出吸收塔气体中溶质物质量的比，kmol（A）／kmol（B）；X 1、X2——分别为出塔及进塔液体中溶质物质量的比，kmol（A）／kmol（S）。

注意，本章中塔底截面一律以下标“l”表示，塔顶截面一律以下标“2”表示。

在全塔范围内作溶质的物料衡算，得：VY1＋LX2＝VY2＋LX1或V（Y1－Y2）＝L（X1－X2）（2－38）一般情况下，进塔混合气体的流量和组成是吸收任务所规定的，若吸收剂的流量与组成已被确定，则V、Y、L及X2。

为已知数，再根据规定的溶质回收率，便可求得气体出塔时的溶质含量，即：Y 2＝Yl（1－фA）（2－39）式中фA为溶质的吸收率或回收率。

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。

第五节吸收塔的计算本节教学要求1、重点掌握的内容：吸收剂用量的确定、传质单元数的计算（平均推动力、吸收因数法）2、熟悉的内容：吸收操作线、吸收操作线的特点、、传质推动力、最小液气比及计算、体积传质系数、传质单元数的定义及物理意义、传质单元高度的定义及物理意义、吸收因数及物理意义、解吸因数、吸收过程的设计（吸收条件的确定）及计算（吸收剂用量、填料层高度的计算、塔径的计算、塔核算）、吸收过程的强化措施；解吸的特点、解吸的计算； 3、了解的内容：传质单元数的计算（图解法）、理论级的计算； 4、难点：吸收过程的操作分析与计算。

工业上通常在塔设备中实现气液传质。

塔设备一般分为⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧连续接触式逐级接触式本章以连续接触操作的填料塔为例，介绍吸收塔的设计型和操作型计算。

吸收塔的设计型计算包括：吸收剂用量、吸收液浓度、塔高和塔径等的设计计算。

吸收塔的操作型计算包括：（1）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；（2）操作条件发生变化，吸收结果将怎样变化等问题。

设计型和操作型计算的依据：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧吸收速率方程物料衡算气液平衡关系一、物料衡算和操作线方程1．物料衡算定态逆流吸收塔的气液流率和组成如图5-13所示，图中符号定义如下：V ——单位时间通过任一塔截面惰性气体的量，kmol/s ； L ——单位时间通过任一塔截面的纯吸收剂的量，kmol/s ； Y ——任一截面上混合气体中溶质的摩尔比， X ——任一截面上吸收剂中溶质的摩尔比。

在定态条件下，假设溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂。

以单位时间为基准，在全塔范围内，对溶质A 作物料衡算得：VY 1+LX 2=VY 2+LX 1或 V （Y 1－Y 2）=L （X 1－X 2）V2V 1图5-13 物料衡算示意图（5-70）溶质回收率定义为：的量混合气体中溶质的量吸收溶质A A =η所以： Y 2=Y 1（1－η） 由式（5-70）可求出塔底排出液中溶质的浓度 X 1=X 2＋V （Y 1－Y 2）/L（5-71）2．吸收操作线方程与操作线图5-15 逆流吸收操作线推导示意图逆流吸收塔内任取mn 截面，在截面mn 与塔顶间对溶质A 进行物料衡算：VY +LX 2=VY 2+LX或 )(22X VL YX V L Y -+= （5-72）若在塔底与塔内任一截面mn 间对溶质A 作物料衡算，则得到11LX VY LX VY +=+或)(11X VL Y X VL Y -+=（5-73） 由全塔物料衡算知，方程（5-72）与（5-73）等价。