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化工原理第五章(吸收塔的计算)

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化工原理王志魁第五版-吸收最新版本

化工原理王志魁第五版-吸收最新版本


1/17/2020
24
5. 吸收
获取对流传质系数的方法
（1）数学模型法（仅适用于极少数情形） （2）量纲分析指导下的经验法
分析主要影响因素，归纳为若干无量纲数。
强制对流时，满足基本关系 Sh = f (Re, Sc)

Sc
DAB DAB
Sh kcL D AB
Re uL
假定其数学表达式，通过实验回归拟合参数。
11
5. 吸收
分子扩散的两种简单情形
等分子反方向扩散
隔板两侧A、B总浓度相等 (密度相等)：
ccA 1cB 1cA 2cB 2
cA1
JA
cB1
cA1 cA2
cA2
JB
cB2
cB1 cB2
拿去隔板，A、B发生速率相等、方向相反的净扩散：
JA JB
NAJA，NBJB
NANB 等分子反方向扩散
NM
15
5. 吸收
（3）单项扩散的传质速率方程
1 NA 1 yA JA
JA

D
dcA dz
NARTD pyAddyzA
D p dyA RT dz
分离变量： N A dzR D T pd yy A AR D T pd( yy A A )
积分：
提交
3
5. 吸收
5.3 吸收过程的传质速率
吸收过程中相际的传质包括3个串联步骤：
1. 从气相主体到气液界面气相一侧 2. 在相界面上溶解并进入其液相一侧 3. 从界面液相一侧到液相主体 总传质速率由速率最慢步骤（控制步骤）决定。
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4
5. 吸收
5.3 吸收过程的传质速率
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：N OG
N OG
Y1
dY Y Y
*
Y2
气相总传质单元数
气相组成变化 平均传质推动力

Y1
dY Y Y
*

Y1 Y2 (Y Y ) m
*
Y2
• 传质单元数的意义： 反映了取得一定吸收效果的难易程度。
第四节
吸收塔的计算
吸收塔的计算内容：
• 设计型：流向、流程、吸收剂用量、吸收剂
浓度、塔高、塔径。
• 操作型：核算、操作条件与吸收结果的关系。
• 计算依据：物料恒算、相平衡、吸收速率方程。
一、物料衡算与操作线方程
虚框范围内，对溶质作物料衡算：
LX GY2 LX 2 GY L G Y Y Y2 X X2 L G X (Y2 L G
* mG Y1 Y2 mG ln 1 * mG L Y2 Y2 L 1 L
S
mG L
—解吸因数（脱吸因数）
影响NOG的因素：
L、G、m、X2、Y1、Y2
(1) L、G、m
L , G , m m不变, L G 推动力Ym N OG m 平衡线斜率 远离操作线 推动力Ym N OG L mG N OG
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 K ya
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，
化工原理 第五章 气体吸收

化工原理 第五章 气体吸收


Y
*
mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Y*=mX
20
三、 相平衡关系在吸收中的应用
（一）判断过程进行的方向
* pA pA * pA pA * pA pA
A由气相向液相传质，吸收过程 平衡状态
A由液相向气相传质，解吸过程
*或x* >x或 c * y
dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行
28
理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
25
吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。
单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
26
一、 分子扩散与菲克定律
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使
该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，
物系一定， E T 2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
对于理想溶液，亨利常数即为纯溶质的饱和蒸汽压。亨利常数E值较大表示溶解度 较小。一般E值随温度的升高而增大，常压下压力对E值影响不大。
16
（二）亨利定律其它形式
cA 1）p H
体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界
面的垂直距离。
（二）气相传质速率方程
化工原理5-5

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，
吸收塔的计算

吸收塔的计算


（7-40）便可求出塔底排出的吸收液的组成X1，即
吸收塔的计算
2. 吸收塔的操作线方程式
在稳态操作的情况下，操作线方程可通过对吸收塔 内任一横截面M-N与塔底端面之间进行对溶质A作物料衡 算获得，即
VY+LX1=VY1+LX
吸收塔的计算
式（7-43）和式（7-44）称为逆流吸收塔的操作线方程，两式 可相互转化。它们表明了在吸收塔内任一截面上气相组成Y与液相组 成X的关系。
吸收塔的计算
1. 物料衡算
图7-7所示为一处于稳定操作状态下，逆流操作吸收塔 内气、液两相流量与组成的变化情况。混合气体通过吸收塔 的过程中，可溶组分不断被吸收，故气体的总量沿塔高而变， 液体也因其中不断溶入可溶组分，其量也沿塔高而变。但是， 通过吸收塔的惰性气体量和吸收剂量是不变的。因此，在进 行物料衡算时，以不变的惰性气体流量V和吸收剂量L作为计 算基准。现对全塔作物料衡算，可得
（2）坐标X、Y代表吸收塔内某一截面的液相和气相组成。 （3）当进行吸收操作时，因塔内任一截面处的 Y > Y*或X* > X， 故吸收操作线位于平衡线的上方。反之，如果操作线位于平衡线的下方， 则为解吸操作。 （4）操作线上的任一点A与平衡线之间的垂直距离和水平距离，表 示塔内某一截面的气相和液相传质推动力。操作线离平衡线愈远，吸收 的推动力愈大。
吸收塔的计算
通常，进塔混合气的组成与流量是由吸收任务规定了的，如
果吸收剂的进塔组成和流量确定。同时又规定了吸收率η，则气体
出塔时的组成Y2为
Y2=Y1(1-η)
（7-42）
式中，η为混合气体中被吸收的溶质量V(Y1-Y2)占总的溶质量
VY1的百分率，称为吸收率或回收率。
化工原理第五章吸收题说课讲解

化工原理第五章吸收题说课讲解

化⼯原理第五章吸收题说课讲解化⼯原理第五章吸收题六吸收浓度换算2.1甲醇15%(质量)的⽔溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的:(1)摩尔分率; (2)摩尔⽐; (3)质量⽐; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。

分⼦扩散2.2 估算1atm及293K下氯化氢⽓体(HCl)在(1)空⽓,(2)⽔(极稀盐酸)中的扩散系数。

2.3⼀⼩管充以丙酮,液⾯距管⼝1.1cm,20℃空⽓以⼀定速度吹过管⼝,经5 ⼩时后液⾯下降到离管⼝2.05cm,⼤⽓压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空⽓中的扩散系数。

2.4 浅盘内盛⽔。

⽔深5mm,在1atm⼜298K下靠分⼦扩散逐渐蒸发到⼤⽓中。

假定传质阻⼒相当于3mm厚的静⽌⽓层,⽓层外的⽔蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。

2.5 ⼀填料塔在常压和295K下操作，⽤⽔除去含氨混合⽓体中的氨。

在塔内某处，氨在⽓相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。

液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A= 10 - 4[kmol/m2·S],⽓相扩散系数D G=0.24[cm2/s],求⽓膜的当量厚度。

相平衡与亨利定律2.6 温度为10℃的常压空⽓与⽔接触，氧在空⽓中的体积百分率为21%，求达到平衡时氧在⽔中的最⼤浓度, （以[g/m3]、摩尔分率表⽰）及溶解度系数。

以[g/m3·atm]及[kmol/m3·Pa]表⽰。

2.7 当系统服从亨利定律时，对同⼀温度和液相浓度，如果总压增⼤⼀倍则与之平衡的⽓相浓度(或分压) (A)Y增⼤⼀倍; (B)P增⼤⼀倍;(C)Y减⼩⼀倍; (D)P减⼩⼀倍。

2.8 25℃及1atm下,含CO220%,空⽓80%(体积%)的⽓体1m3，与1m3的清⽔在容积2m3的密闭容器中接触进⾏传质,试问⽓液达到平衡后,(1)CO2在⽔中的最终浓度及剩余⽓体的总压为多少?(2)刚开始接触时的总传质推动⼒ΔP,Δx各为多少？⽓液达到平衡时的总传质推动⼒⼜为多少？仅供学习与交流，如有侵权请联系⽹站删除谢谢1362.9 在填料塔中⽤清⽔吸收⽓体中所含的丙酮蒸⽓,操作温度20℃,压⼒1atm。

化工原理第四版课件(第五章吸收)

化工原理第四版课件(第五章吸收)

第五章：吸收 概述气液相平衡吸收过程的传质速率吸收塔的计算填料塔第一节：概述一、吸收吸收的定义：吸收是利用气态均相混合物中各组分在吸收剂中溶解度的差异来实现分离的单元操作。

吸收的目的：I.回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品II.除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理III.除去工业放空尾气中的有害气体，以免环境污染。

二、工业吸收了解工业生产中吸收及解吸过程、所需条件和典型设备例子工业上从合成氨原料混合气体中回收CO2乙醇胺脱硫法•需要解决的问题1.选择合适的溶剂2.提供适当的传质设备3.溶剂的再生三、溶剂的选择1.对溶质较大的溶解度；2.良好的选择性；3.温度变化的敏感性；4.蒸汽压要低；5.良好的化学稳定性；6.较低的黏度且不易生泡；7.廉价、无毒、易得、不易燃烧等经济和安全条件。

四、吸收的分类按有无化学反应：物理吸收和化学吸收按溶质气体的浓度：低浓度和高浓度吸收按溶质气体组分的数目：单组分和多组分吸收按有无热效应：等温和非等温吸收本章只讨论低浓度、单组分、等温的物理吸收过程。

五、吸收操作的经济性（费用）气液两相流经设备的能量损耗；溶剂的挥发及变质损失；溶剂的再生费用。

√六、吸收设备第二节：气液相平衡一、平衡溶解度恒温、恒压下，相互接触的气液两相的浓度不变时，气液两相之间的浓度关系。

气液两相组成的浓度分别用物质的摩尔分数来表示，即y= n i /Σn y 、x= n i /Σn x：气液两相中惰性组分的量不变,溶质与惰性组分摩尔比。

yy Y −=1xx X −=11.气体的溶解度气体在溶液中的溶解平衡是一个动态平衡，该平衡的存在是有条件的；平衡时气相中溶质的分压——平衡分压（或饱和分压），液相中溶质的浓度——平衡浓度（或饱和浓度），也即是气体在溶液中的溶解度；气体的溶解度是一定条件下吸收进行的极限程度；温度和压力对吸收操作有重要的影响；加压和降温对吸收有利；升温和降压对解吸有利。

化工原理王志魁第五版习题解答：第五章 吸收

化工原理王志魁第五版习题解答：第五章 吸收

第五章吸收气液相平衡【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =⨯，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。

解总压.101325 p kPa=空气中2O 的压力分数.021A p p ==／体积分数空气中2O 的分压*..021101325 A p kPa =⨯亨利系数 .6331310E kPa=⨯(1)利用亨利定律*A p Ex =计算与气相分压..021101325A p kPa =⨯相平衡的液相组成为*. ..A p x kmol O kmol E ⨯===⨯⨯-6260．2110132564210 ／331310溶液此为1kmol 水溶液中最大可能溶解.6264210kmol O -⨯因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol 水溶液≈1kmol 水=18kg 水10℃，水的密度.39997kg m ρ=／故1kmol 水溶液≈.3189997m ／水即.3189997m 水中最大可能溶解.664210kmol -⨯氧故31m 水中最大可能溶解的氧量为 (6426421099973571018)kmol O --⨯⨯=⨯ (4222)357103211410O 114O kg g --⨯⨯=⨯=(2)利用亨利定律*A A c p H =计算()...5369997== 167610／33131018s s H kmol m kPa EM ρ-≈⨯⋅⨯⨯31m 水中最大可能溶解的氧量为*(..)(.).5432021101325 16761035710A A c p H kmol O m --==⨯⨯=⨯／溶液 (4222)357103211410114kg O g O --⨯⨯=⨯=【5-9】CO 2分压力为50kPa 的混合气体，分别与CO 2浓度为./3001kmol m 的水溶液和CO 2浓度为.3005kmol m ／的水溶液接触。

化工原理吸收解析

化工原理吸收解析


X2 0
Lmin
G(Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
3.125 0.096 0
869kmol / h
26.7
2020/10/31
L 1.65Lmin 1.65869 1434kmol / h
2）出塔吸收液浓度：
G(Y1 Y2 ) L(X1 X2 )
X1
X2
G(Y1 Y2 L
)
0
3.125 1434
X2 0
m 0.757
Lmin
G(Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 0 0.757
25.8kmol/ h
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol/ h
2020/10/31
三、填料层高度的计算
1、填料层高度的基本计算式
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：
dY Y
*
Z
dZ
0
G Y1 dY Y2 KY a Y Y *
LdX KX (X * X )adZ
dZ L dX KX a X * X
Z
dZ
X1
L
dX
0
X2 K X a X * X
2020/10/31
低浓度气体吸收时填料层的基本关系式为
Z G
KY a
Y1 dY Y2 Y Y *
GdY LdX
NAdA NA(adZ )
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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 KY (Y Y *)adZ dG KX (X * X )adZ
化工原理课件第五章 吸收

化工原理课件第五章 吸收


η=
被吸收的溶质量 进塔气体的溶质量
Y1 Y 2 Y1
Y2=Y1(1-η)
qn,v Y1 Y2 条件所规定
X2 一般为吸收工艺
qn ,l ,m qn,v
Y1 Y2 X1* X 2
Y1 Y2
Y1 m
X
2
qn,l=（1.1～1.5）qn,l,m
2020/7/16
16
5-14 填料层高度的计算
溶解度随温度和溶质气体的分压不同而不同，平衡时溶质在 气相中的分压称为平衡分压。溶质组分在两相中的组成服从 相平衡关系。
加压和降温有利于吸收操作，反之，升温和减压对解吸有利。 但加压、减压费用太高一般不采用。
2020/7/16
6
５－２ 亨利定律
亨利定律
当总压不高（一般小于500KPa）时，在一定温度下，稀溶液上 方气相中溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下 的关系：
一、 填料层高度的基本计算式
填料层高度计算涉及物料衡算、传质 速率和相平衡关系。我们前面介绍的 所有传质速率方程都适用于稳定操作 的吸收塔中的"某一横截面",而不能用 于全塔。
该微元内，吸收质的传递量dG为：
dG qn,vdY qn,ldX
由吸收速率方程可知，该微元内，气相
和液相吸收质的变化量dG为：
在相内（气相或液相）传质方式包括分子扩散和湍流扩散。
分子扩散：当流体内部某一组分存在浓度差时，因微观的分 子热运动使组分从浓度高处传递到较低处，这种现象称为分 子扩散。
湍流扩散：当流体流动或搅拌时，由于流体质点的宏观运动
（湍流），使组分从浓度高处向低处移动，这种现象称为湍
流扩散。在湍流状态下，流体内部产生旋涡，故又称为涡流
化工原理答案第五章吸收

化工原理答案第五章吸收

第五章 吸收相组成的换算【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？解 摩尔分数//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。

溶液中NH 3的量为 /311017n kmol -=⨯ 溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中NH 3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 //1170010610018X ==．或 ..00105001061100105x X x ===--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。

吸收率的定义为122111Y Y Y Y Y η-===-被吸收的溶质量原料气中溶质量解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)01111101y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 ()...211109011100111Y Y η=-=-⨯=（）摩尔分数 (22200111)=0010981100111Y y Y ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。

此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。

化工原理第五章吸收

化⼯原理第五章吸收第五章吸收第⼀节概述当⽓体混合物与适当的液体接触，⽓体中的⼀个或⼏个组分溶解于液体中，⽽不能溶解的组分仍留在⽓体中，使⽓体混合物得到了分离，吸收( absorption)操作就是利⽤⽓体混合物中各组分在液体中的溶解度不同束分离⽓体混合物的。

吸收操作所⽤的液体称为吸收剂或溶剂( solvcnt)；混合⽓中，被溶解的组分称为溶质( solute)或吸收质；不被溶解的组分称为惰性⽓体(inert gas)或载体；所得到的溶液称为吸收液，其成分⾜溶剂与溶质；排出的⽓体称为吸收尾⽓，如果吸收剂的挥发度很⼩，则其中主要成分为惰性⽓体以及残留的溶质。

⼀、吸收操作的应⽤吸收操作在⼯业⽣产中得到⼴泛应⽤，其⽬的有下列⼏项。

①制取液体产品。

例如⽤⽔吸收⼆氧化氮，制取硝酸；⽤硫酸吸收SO3，制取发烟硫酸等。

②回收混合⽓中有⽤组分。

例如⽤液态烃吸收⽯油裂解⽓中的⼄烯和丙烯；⽤硫酸吸收焦炉⽓中的氨。

③除去⼯艺⽓体中有害组分，以净化⽓体。

例如⽤⽔或⼄醇胺除去合成氨原料⽓中的C02。

④除去⼯业放卒尾⽓rti的有害组分。

例如除去尾⽓中的H2S、SO2等，以免⼤⽓污染。

随着⼯业的发展，要求⼯业尾⽓中有害组分的含量越来越少。

⼆、吸收设备吸收设备有多种类型，最常⽤的有填料塔与板式塔，如图5-1所⽰。

填料塔中装有诸如瓷环之类的填料，⽓液接触在填料中进⾏。

板式塔中安装有筛孔塔板，⽓液两相在塔板⼀E⿎泡进⾏接触。

混合⽓体从塔底引⼊吸收塔，向1流动；吸收剂从塔顶引⼊，向下流动。

吸收液从塔底引⼩，吸收尾⽓从塔顶引出。

填料塔与板式塔的计算⽅法不同，本章将介绍填料塔的计算。

板式塔的计算⽅法将在下⼀章介绍。

三、吸收过程的分类(1)物理吸收与化学吸收若溶质与吸收剂之间没有化学反应，⽽只靠溶质在吸收剂中的物理溶解度，则被吸收时称为物理吸收。

若溶质靠化学反应与吸收剂相结合，则被吸收时称为化学吸收。

物理吸收时，溶质在溶液上⽅的分压⼒较⼤，⽽且吸收过程最后只能进⾏到溶质在⽓相的分压，⼒略⾼于溶质在溶液上⽅的平衡分压为⽌化学吸收时，若为不可逆反腑，溶液上⽅的溶质平衡分压⼒极⼩，可以充分吸收；若为可逆反应⼀溶液上⽅存在明挂的溶质平衡分压⼒，但⽐物理吸收时⼩很多。

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。

吸收塔的计算 化工原理


m G
L
L
S mG L
S——解吸因数（脱吸因数）
NOG
1 1 S
ln1 S
yb ya
m xa m xa
S
注意：图的适用范围为
yb m xa ya m xa
>20及S<0.75。
讨论：
•
yb m xa ya m xa
的意义：反映了A吸收率的高低。
m、yb、xa、S一定时：
ya
2）传质单元高度
•定义：
G HOG K ya
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
•体积总传质系数与传质单元高度的关系:
Kya
G0.70.8 ,
G Kya
G0.30.2
传质单元高度变化范围：0.15～1.5m。
y
L G
x
(
yb
L G
xb
)
y =y－y＊=Ay+B
d(y ) A yb ya ( y y* )b ( y y* )a
dy
yb ya
yb ya
NOG
yb dy ya y y*
yb dy
ya y
yb yb ya dy
ya yb ya y
NOG
yb ya ln Δ yb Δ yb Δ ya Δ ya
同理：
Y
LS GB
X
(Yb
LS GB
Xb)
逆流吸收操作线具有如下特点：
Y
Yb
B
LS
Y* f (X)

化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解

义 不 同 ， YA * 与 YA 不 同 。 2 yA=nA/nT YA=yA/yB=nA/nB xA=n`A/n`T XA=xA/xS=n`A/nS 3 溶解度 mA—g(A)/100g(S)
xA、CA、XA与mA的关系： xA= n`A/ n`T= (mA/MA)/( mA/MA+100/MS) 4 长期X放A=置n`的A 吸/ n收S=体(系m是A/平M衡A)体/(1系0，0/在MS平) 衡体系中引入气 体或C溶A=液n,`平A/衡VT将= 被[ρ破T（坏溶,液可）能×再m吸A/收(1(0p0A>+pm*AA或)]/xMA<Ax*A) , km也o可l/能m解3 吸(pA<p*A 或 xA>x*A)。
例5-3：含NH320%(yA1)的NH3-空气混合气体100m3, 用水恒温吸收至混合体中含氨5%(yA2),求NH3被吸收 的体积。
解：由于吸收前后混合气体总体积变化，以吸收前 混合气体总体积100m3为基准计算：
VNH3吸收=VNH3前-VNH3后 吸收前：VNH3前=V总前*20 %(yA1)=100*20% = 20 m3 吸收后：VNH3后=V总后(无法求得)*5% (yA2) 而: VB =V空气=100-20 =80 m3 (吸收前后VB不变)
C*A= H pA
即
C
* A
∝
pA
CA—液相A的物质的量浓度(实际浓度)— kmol/m3 （ CA = nA /V ）.
C*A—液相A的平衡浓度(与分压为pA的气相平 衡)
H—溶解度系数—kmol/(m3*Pa) or kmol/(m3*atm), H↑, CA*↑,即吸收体系的溶解度系数越大，气体越易溶。
传热过程
吸收过程

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。

化工原理第五章(吸收塔的计算)


X
X
吸收推动力
2019/1/16
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。
FA N A A KY A(Y Y )
逆流吸收塔内的吸收推动力
2019/1/16
【逆流吸收操作线方程的有关讨论】
L L L L Y X (Y1 X 1 ) Y X (Y2 X 2 ) G G G G
G, Y2 L, X2
（1）【作用】表明了塔内任
一截面上气相组成Y与液相组
成X之间的关系。 【问题】与Y*=mX有何不同？
G,
Y
m
L, X
1m3/s。要求SO2的回收率为95%，吸收剂用量
为最小吸收剂用量的120%。求吸收后吸收液
的浓度和吸收用水*=31.13X
2019/1/16
【解】已知 y1＝0.09 η＝95％＝0.95
∴
y1 0.09 Y1 0.099 1 y1 1 0.09
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
∴
2019/1/16
（4）吸收操作时，Y > Y*或X* > X，故吸收操作线在
平衡线Y*＝f(X)的上方，操作线离平衡线愈远吸收的
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Y－Y*=0
最小液气比下的操作线
2011-6-12
2、操作液气比对吸收操作的影响 、 （1）增大吸收剂用量对吸收操作的影响 ） 【设备费用降低 】增大吸收剂用量 设备费用降低 增大吸收剂用量，操作线的斜率 增大吸收剂用量 变大，操作线往上抬。在此情况下，操作线远离平 操作线远离平 衡线，吸收的推动力增大，若欲达到一定吸收效果 衡线，吸收的推动力增大 ，则所需的塔高将减小，设备费用 设备费用会减少。 设备费用 【操作费用增加 】吸收剂用量增加到一定程度后， 操作费用增加 塔高减小的幅度就不显著，而吸收剂消耗量却过大 ，造成输送及吸收剂再生等操作费用 操作费用剧增。 操作费用
Y1 Y2
Y1 −Y2 L = G min Y1 − X 2 m
X2
X1*
2011-6-12
【例】用清水在常压塔内吸收含SO2 9%(mol) 例 的气体。温度为20℃，逆流操作，处理量为 1m3/s。要求SO2的回收率 回收率为95%，吸收剂用量 回收率 吸收剂用量 为最小吸收剂用量的120%。求吸收后吸收液 为最小吸收剂用量 的浓度和吸收用水量。已知操作条件下的气液 平衡关系为Y*=31.13X
第五章
第四节 吸收塔的计算
一、物料衡算与操作线方程 二、吸收剂用量的确定 三、填料层高度的计算
吸 收
2011-6-12
【吸收塔的计算内容 】 吸收塔的计算内容 1、设计型计算 、 （1）吸收塔的塔径 塔径； 塔径 （2）吸收塔的塔高 塔高等。 塔高 2、操作型计算 、 （1）吸收剂的用量 用量； 用量 （2）吸收液的浓度 浓度； 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 塔设备是否合用。 塔设备是否合用
2011-6-12
2、填料层高度的基本计算式 、 【计算依据 计算依据】 计算依据 （1）物料衡算式； （2）传质速率方程式。 【操作特点 操作特点】在填料塔内任一截面上的吸收的推动 操作特点 力（Y－Y*）均沿塔高连续变化，所以不同截面上 不同截面上 的传质速率各不相同。 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 【处理方法 处理方法 微分段计算，得到微分式 微分式，然后得到积分式 积分式运用于 微分式 积分式 全塔。
2011-6-12
G, Y2
L, X2
G,
Y
m
L, X
n
G， 1 Y
L, X1
物料衡算示意图
【假设 假设】溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂（即操作 假设 操作 过程中L、 为常数 为常数）。以单位时间为基准，在全塔 过程中 、G为常数 范围内，对溶质A作物料衡算得：
G, Y2 L, X2
GY + LX2 = GY2 + LX1 1
2011-6-12
三、吸收塔填料层高度的计算
1、填料塔的高度 、
封头
【说明 说明】填料 说明 塔的高度主要 决定于填料层 填料层 高度。 高度
塔顶 空间 塔底 空间 裙座
2011-6-12
H＝Hd十Z十(n—1)Hf十Hb ＝ 十
H——塔高(从A到B，不包括封头、裙 座高)，m； Z——填料层高．m； Hf——装置液体再分布器的空间高，m ； Hd——塔顶空间高(不包括封头部分)， m，一般取Hd=0.8～1.4m； Hb——塔底空间高(不包括封头部分)， m，一般取Hb=1.2～1.5m； n——填料层分层数
2011-6-12
若在塔底与塔内任一截面 间对溶质A作物料衡 塔底与塔内任一截面mn间 塔底与塔内任一截面 算，则得到：
G, Y2 L, X2
GY + LX = GY + LX1 1
G, Y
或
L L Y = X + (Y1 − X1 ) G G
m
L, X
n
【吸收操作线方程式的作用 吸收操作线方程式的作用】 吸收操作线方程式的作用 表明了塔内任一截面上气相组 任一截面上气相组 与液相组成X之间的关系 成Y与液相组成 之间的关系 与液相组成 之间的关系。
进入量＝ （进入量＝引出量 进入量 引出量） 或
G(Y −Y2 ) = L(X1 − X2 ) 1
——全塔的物料衡算式 全塔的物料衡算式
G Y1 , L, X1
衡算 意图 示 物料
2011-6-12
【有关计算 有关计算】 有关计算 【吸收液的浓度 吸收液的浓度】 吸收液的浓度 【溶质的回收率 溶质的回收率】 溶质的回收率 定义】 η = 【定义 定义
G X1 = X2 + (Y −Y2 ) 1 L
G, Y2 L, X2
被吸 收的溶质 量 进塔气体中的 溶质量
G(Y1 −Y2 ) Y1 −Y2 = 【计算公式 η = 计算公式】 计算公式 GY Y1 1
பைடு நூலகம்
Y2 =Y (1−η) 1
2011-6-12
G Y1 ,
L, X1
——塔底、塔顶组成与回收率之间的关系 塔底、 塔底
斜率＝（ 斜率＝（L/G）min ＝（ ） 操作线 平衡线
Y1 −Y2 L = * G min X1 − X2
2011-6-12
【方法二 方法二】操作线与平衡线相切，则： 方法二 （1）过点（X2，Y2） 过点（ 过点 作平衡线的切线； 作平衡线的切线 （2）水平线Y＝Y1与切 线相交于点（X1,max， Y1），则可按下式计 算最小液气比：
可解得吸收液的浓度 X1=0.00265 吸收液的浓度为 吸收液的浓度 ∵
1000 273 G= × × 1 0.09 （－ ）＝ .85(mol / s) 37 22.4 293
故吸收用水量 吸收用水量为： 吸收用水量 L＝35.5G＝35.5×37.85＝1343(mol/s)＝1.343(kmol/s)
2011-6-12
Y Y1 Y Y2
L L Y = X + (Y1 − X1 ) G G
塔底
Y=f(X)
G, Y2 L, X2
G, Y
m
L, X
n
塔顶
斜率＝ 斜率＝L/G
G，Y1 L, X1
0
X2
X
X1
X
吸收操作线
2011-6-12
（2）吸收操作线仅与液气比、塔底及塔顶溶质组成 有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无 有关 无 关。 （3）吸收操作时，Y > Y*或X* > X，故吸收操作线在 吸收操作线在 平衡线Y*＝f(X)的上方 的上方，操作线离平衡线愈远吸收的 平衡线 的上方 推动力愈大； （4）对于解吸操作 解吸操作，Y<Y*或X*<X，故解吸操作线在 解吸操作 平衡线的下方 下方。 下方
2011-6-12
【解】已知 y1＝0.09 η＝95％＝0.95 解 ∴
y1 0.09 Y1 = = = 0.099 1− y1 1− 0.09
Y2＝(1－η)Y1＝(1－0.95)×0.099＝0.00495 据 Y*＝31.13X 知： m＝31.13 31.13X m 31.13 据
Y1 −Y2 L ( )min = G Y1 / m − X 2
2011-6-12
Hd
Hf
Hb
【填料塔高度的近似计算 填料塔高度的近似计算】 填料塔高度的近似计算 【说明 说明】由于液体再分布器、喷淋装置、支承装置 说明 、捕沫器等的结构不同时其高度不同，当一时无法 近似计算塔高： 准确确定时，也可采用下式近似计算 近似计算
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。
L适宜=（1.1～2.0）Lmin
或
L L （ ） = 1.1 ~ 2.0 G 适宜 G min
2011-6-12
费 用
总费用
操作费
设备费
L适宜=（1.1~2.0）Lmin （ ） L适宜
2011-6-12
L
4、最小液气比的确定 、 （1）图解法 ） 【方法一 方法一】（1）在 方法一 X-Y图上分别画出平 平 衡线与操作线 衡线 操作线； 操作线 （2）根据交点坐标 交点坐标 值计算：
2011-6-12
G，Y1
L, X1
流吸 操 线 收 作 推导 意 示 图 逆
【逆流吸收操作线方程的有关讨论的特点 逆流吸收操作线方程的有关讨论的特点】 逆流吸收操作线方程的有关讨论的特点
L L Y = X + (Y1 − X1 ) G G
（1）当定态连续吸收时，若L、G一定，Y1、X1恒定 ，则该吸收操作线在X～Y直角坐标图上为一直线 直角坐标图上为一直线， 直角坐标图上为一直线 通过塔顶 塔顶A（X2，Y2）及塔底 塔底B（X1， Y1），其斜率 塔顶 塔底 为L/G。 【定义 定义】L/G 称为吸收操作的液气比 液气比。 定义 液气比
2011-6-12
【特点 特点】任一截面上的吸收的 特点 推动力均沿塔高连续变化。 推动力
2011-6-12
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 面惰性气体 惰性气体的量，kmol/s； 惰性气体 L——单位时间通过任一塔截 面的纯吸收剂 纯吸收剂的量，kmol/s； 纯吸收剂 Y——任一截面上混合气体中 混合气体中 溶质的摩尔比， X——任一截面上吸收剂中 吸收剂中溶 吸收剂中 质的摩尔比。
2011-6-12
3、吸收剂用量的确定 、 【确定原则 确定原则】应选择适宜的液气比 使设备费和操 适宜的液气比，使设备费和操 确定原则 适宜的液气比 作费之和最小。 作费之和最小 【确定方法 确定方法】根据生产实践经验，通常吸收剂用量 确定方法 通常吸收剂用量 为最小用量的1.1～2.0倍，即： 为最小用量的 ～ 倍