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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/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↑ 。
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 。
化工原理填料塔吸收实验（二氧化碳）计算示例一、实验目的二、基本原理三、实验装置与流程四、实验步骤与注意事项五、实验数据记录与处理1.实验数据记录2.数据处理当进气流量'G=23/m h，水的流量'L=400/L h时，式中，m：为相平衡常数；E：亨利系数，Pa，根据液相温度测定值由附录查表得51.57210PaP：总压，pa，绝对压力。
P=106.325Pa式中，塔径D=100mm，T操作为气温，P操作为总压；T标准，P标准为标准情况下。
将wt%换算成mol%，2x =0式中，塔高Z=2m ，液相总传质系数2/2830.856/6.011470.945932/()xa OL K L H kmol h m ===⋅气相总传质系数：1. 结果总表六、 思考题1. 本实验中，为什么塔底要液封？液封高度如何计算？答：防止塔内气体外漏，防止塔外气体进入塔内；利用塔内正负压与大气压的差值计算。
2. 测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义？答：可以通过流体力学性能来判断填料塔的一系列性能。
3. 测定xa K 有什么工程意义？答：由xa K 可以确定传质单元高度，从而可找出填料层高度。
4. 为什么2CO 吸收过程属于液膜控制？答：易容气体的吸收是气膜控制，吸收时的阻力主要在气相，反之事液膜控制，对于CO，溶解度低，应属于液膜控2制。
5.当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？答：液体温度。
因为亨利定律一般适用于稀溶液，如难容气体的溶解，这种溶解的传质过程应属于液膜控制，液体的影响比较大，故选择液体温度。
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。
化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计
(1)
化工原理课程设计——水吸收氨填料吸收塔设计
一、选择填料
本设计所选用的填料为塔形环状填料，其主要优点在于能够提高氨气
与水接触的时间和接触面积，从而提高吸收效率。
其次，填料的表面
积大，对氨气的吸附强度较高。
二、计算填料高度
根据质量平衡公式，吸收塔中氨气的质量=进入氨气的质量-出口氨气
的质量-吸收氨气的质量。
结合我们所设计的填料种类和工艺流程，可
以得到计算填料高度的公式：
θ=（W/N） ln [(C0-C)/(Co-Ct)]
其中，W是空气中氨气的质量流量，单位为kg/h；N是塔形环状填料每立方米的比表面积，单位为m²/m³；C0是氨气从入口口进入吸收器的
浓度，单位为mg/Nm³；Ct是出口处氨气的平均浓度，单位为mg/Nm³；
C是入口处水的浓度，单位为mg/L。
三、塔的直径
根据经验公式可得：填料在瞬间液晶表面液流速等于液降的经验公式。
v=1.2/(μ)½ (ΔP/ρ) ¼
其中，v是液体在塔体内部的平均流速，单位为m/s；μ是液体的粘度，单位为Pa*s；ΔP是液体在塔体内产生的液降，单位为Pa；ρ是液体
的密度，单位为kg/m³。
四、结论
经过以上各个方面的计算和分析，我们得到了适合本工艺流程，并且
具有高效的填料塔高度及塔直径，使本工艺流程吸收效率达到最优化
程度。
我们所选用的填料塔设计方案具有成本低、效率高及运行稳定
等特点，非常符合实际工序的需要。
化工原理
填料塔吸收实验（二氧化碳）
计算示例
一、实验目的 二、基本原理
三、实验装置与流程 四、实验步骤与注意事项 五、实验数据记录与处理
2. 数据处理
当进气流量'G =23/m h ，水的流量'L =400/L h 时， 1.
/m E P =
式中，
m ：为相平衡常数；
E ：亨利系数，Pa ，根据液相温度测定值由附录查表得51.57210⨯Pa P ：总压，pa ，绝对压力。
P=106.325Pa
51.57210/106.3251551.44m =⨯=
2.
2
'(
)/()22.44
i T P G G D T P π=⨯⨯标准操作操作标准 式中，
塔径D=100mm ，T 操作为气温，P 操作为总压；T 标准，P 标准为标准情况下。
2273106.325(
)/(0.00785)22.4(27330)101.325
G =⨯⨯+
210.754/()kmol h m =⋅
3.
2'/1000(
)/()4
i L L D M ρπ
⨯=水
水
2400/10001000
(
)/(0.00785)
18
2830.856/()L kmol h m ⨯==⋅ 4. /G 2830.856/(1551.4410.754)0.1697A L m ==⨯=
5.
1212()()G y y L x x -=-
将wt%换算成mol%，
1 3.6298/44
100% 2.4223%3.6298/4496.3702/29
y mol =⨯=+
2 3.4611/44
100% 2.3084%3.4611/4496.5389/29y mol =⨯=+
2x =0
121()G y y x L -=
410.754(2.4223 2.3084)
4.326102830.856
-⨯-==⨯
6.
1211
4
1
ln[(1)]11 2.4223
ln[(10.1697)0.1697]10.0.1697 2.42231551.44 4.32610
OL y mx N A A A y mx --=-+--=
-+--⨯⨯0.33272261= 7. 1
5.8297S A
==
1222
1
ln[(1)]11 2.4223
ln[(1 5.8297) 5.8297]1 5.8297 2.30840.055634414
OG y mx N S S S y mx -=-+--=
-+-=
8.
OL OL Z H N =
式中，塔高Z=2m ，
/2/0.33272261 6.011OL OL H Z N m ===
液相总传质系数
2/2830.856/6.011470.945932/()xa OL K L H kmol h m ===⋅
9.
OG OG Z H N =
/2/0.0556*******.949OG OG H Z N m ===
气相总传质系数：
2/10.754/35.9490.29914601/()ya OG K G H kmol h m ===⋅
六、思考题
1. 本实验中，为什么塔底要液封？液封高度如何计算？
答：防止塔内气体外漏，防止塔外气体进入塔内；利用塔内正负压与大气压的差值计算。
2. 测定填料塔的流体力学性能有什么工程意义？
答：可以通过流体力学性能来判断填料塔的一系列性能。
3. 测定xa K 有什么工程意义？
答：由xa K 可以确定传质单元高度，从而可找出填料层高度。
4. 为什么2CO 吸收过程属于液膜控制？
答：易容气体的吸收是气膜控制，吸收时的阻力主要在气相，反之事液膜控制，对于2CO ，溶解度低，应属于液膜控制。
5. 当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？
答：液体温度。
因为亨利定律一般适用于稀溶液，如难容气体的溶解，这种溶解的传质过程应属于液膜控制，液体的影响比较大，故选择液体温度。
