第3章吸收5节填料吸收塔计算

1、5 填料吸收塔的计算填料吸收塔的计算本节重点讨论气液逆流操作时填料本节重点讨论气液逆流操作时填料塔的有关计算。塔的有关计算。 、1Y2Y2XL1X具体内容主要包括对于给定的生产任务（、已知），计算吸收剂用量、塔底完成、塔高、塔径。 V液浓度5.1 吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡算 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。 逆流吸收塔模型原料气：AB吸收剂：S尾气：B(含微量A)溶液：S+AV (kmolB/s)Y1 (kmolA/kmolB)L (kmolS/s)X2 (kmolA/kmolS)L(kmolS/s)X1(kmolA

2、/kmolS)mnYXV (kmolB/s)Y2 (kmolA/kmolB)稳定操作，在两端面间，对溶质 A 作物料衡算VYLXVYLX12212121XXLYYV5.1.1 全塔物料衡算VY1LX2L X1VY22121XXYYVL (2)直接规定出塔气体中吸收质的残余浓度 吸收程度可有两种方式表征吸收程度可有两种方式表征 :（1）用吸收率）用吸收率 表示表示121YYY 质的量进塔气体中原有的吸收的量气相中被吸收的吸收质2Y)1 (12YY操作线方程式 22XXLYYV22)(YXXVLY直线的斜率为(即液气比) VL/5.1.2 操作线方程与操作线操作线方程与操作线 逆流吸收塔中的操作线

3、2X2Y1Y1XBA 斜率 L/V（液气比） XY*YY*=f (X)操作线*X推动力*YYY推动力XXX* 吸收塔的最小液气比Y*=f (X)2X2Y1YB1XAA1X*A*1XVL)(VLmin)(VL5.2 吸吸收收剂剂的的用用量量L*1X1Y是与浓度为的进塔气体平衡的液相浓度，即理论mYX1*1上出塔液体的最大浓度。若符合亨利定律，则2*121minXXYYVL)()(2121XXYYVL处理量V 一定LL/V操作费用设备费用填料层高度动力消耗推动力讨论适宜的液气比:min0 . 22 . 1VLVLmin0 . 22 . 1LL适宜液气比适宜溶剂用量工程设计通常取 根据生产实践经验，

4、取 min7 . 14 . 1VLVL 吸收塔的最小液气比（非正常曲线）LVY YXXm in1212LYYXXVm in1212P96例3-45.3 填料塔直径的计算填料塔直径的计算v在计算填料塔的直径时，主要考虑的是气体在塔内的流速 。气体在塔内的流速通常用空塔气速表示，空塔气速是假定当塔内无填料时气体通过的速度。v正常操作时，通常空塔气速为液泛速度的50%80%vlog层料填干DCBA区泛液区液拦载点泛点plog5.3.1液泛气速液泛气速L如液体流量 （或喷淋密度）固定， pv增大气速压强降 与空塔气速 AB呈阶段性变化：当气速较低时，即 段内 8 . 1vp ；因为这时液体湿润填料的一

5、部分表面，填料的持液量(单位体积填料层上附着的液体体积)较小，液体并未占据多少空间，气相与液相干扰较小，当然这是对传质不利的。 当气速增大到点B 时，填料层的持液量增加了，流通截面积减小，使压强较前增大。开始拦液的B点称为拦液点（或载点），与其相应的气速称为拦液气速（或载点气速）。vlog层料填干DCBA区泛液区液拦载点泛点plog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。fv泛点对应的气速称为泛点对应的气速称为液泛速度液泛速度。要使塔的操作正常及

6、。要使塔的操作正常及压强降不致过大，压强降不致过大，气速必须低于液泛速度气速必须低于液泛速度，但要高于，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，通常以液泛速度可明确定出。液泛速度较易确定，通常以液泛速度 为基础来确定操作的为基础来确定操作的空塔气速空塔气速 。v 影响液泛速度影响液泛速度 的因素很多的因素很多填料的形状、大填

7、料的形状、大小，气、液相的物理性质，气、液相的相对流量等小，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：常用的液泛速度关联式如下：814116. 003275. 1lgLVLLVfVLbgva a32mm33mmfv1smg2smLV0LVLb填料的有效比表面积，单位 填料的空隙率（自由空间），单位为液泛速度，单位为 重力加速度，单位为气体与液体的密度之比； 液体与20 水的粘度之比；液体对气体的质量流量之比；常数，对拉西环为0.022，对弧鞍填料为0.26。5.3.2 塔径的计算塔径的计算 vqDV4 通过塔的实际气量，单位为 ； 选定的空塔气速，单位为 ； 塔的直径1

8、3sm1smVqvD5.4 填料层高度的计算填料层高度的计算5.1 填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式dAYYKdNY)(*LdXVdYdNa塔的横截面积，m2；单位体积填料层提供的有效传质面积，m2m-3。S4/2DSSadHdALdXVdYdNdAYYKdNY)(*SadHdA*YYdYaSKVdHYXXdXaSKLdHX*1212*XXXYYYXXdXaSKLYYdYaSKVHdAXXKdNX)(*aKYaKX、 分别称为气相总分别称为气相总体积吸收系数体积吸收系数、液相总液相总体积吸收系数体积吸收系数，单位均为，单位均为kmolm-3s-1。体积传质系数可以由实验测得，其物理

9、意义体积传质系数可以由实验测得，其物理意义是在推动力为一个单位的情况下，单位时间是在推动力为一个单位的情况下，单位时间里单位体积填料层内吸收的吸收质的量。里单位体积填料层内吸收的吸收质的量。 1212*XXXYYYXXdXaSKLYYdYaSKVHdAYYKdNY)(*SadHdA SdHYYaKSadHYYKdNYY)()(*5.2传质单元高度与传质单元数传质单元高度与传质单元数气相总气相总传质单元高度传质单元高度，单位，单位m 气相总传质单元数气相总传质单元数 12*YYYYYdYaSKVHaSKVHYOG12*YYOGYYdYNOGOGNH液相总液相总传质单元高度传质单元高度，单位，单位

10、m 液相总传质单元数液相总传质单元数 12*XXXXXdXaSKLHaSKLHXOL12*XXOLXXdXNOLOLNHH传质单元传质单元可理解为：当气体经过一段填料层后，当气体经过一段填料层后，其浓度的变化刚好等于该段填料层气相平均总推其浓度的变化刚好等于该段填料层气相平均总推动力时，则称该段填料层为一个传质单元。整个动力时，则称该段填料层为一个传质单元。整个填料层就是由若干这样的传质单元构成。填料层就是由若干这样的传质单元构成。OGOGNHH传质单元高度OGH即为一个传质单元的高度 12*YYOGYYdYNOGOGYYYNHYYdYaSKVH12*只与体系的相平衡及气体进出口的浓度有关，它

11、反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，过程的平均能差，过程的平均推动力推动力小，则表明吸收过程难度小，则表明吸收过程难度大，相应传质单元数就多。大，相应传质单元数就多。OGN与设备的型式及操作条件有关，是吸收设备效能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。吸收过程的传质高低的反映。吸收过程的传质阻力阻力大，填料层的大，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。层高度就大。OGH5.4.3 传质单元数的计算传质单元数的计

12、算*222YYY*111YYY吸收塔顶部的推动力为吸收塔顶部的推动力为吸收塔底部的推动力为吸收塔底部的推动力为*1Y*2Y1X2X、分别为与塔底液相分别为与塔底液相、塔顶液相、塔顶液相平衡的气相浓度。平衡的气相浓度。 2121lnYYYYYm气相气相对数平均推动力对数平均推动力 21YY 与mY当当相差不大时，可取二者的算术平均值作为相差不大时，可取二者的算术平均值作为。 mOGYYYN2121YY21YYYm注意：当时， 例 空气和氨的混合气体，在直径为0.8m 的 填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。已 知进入塔的空气流量为1450kg/h，混合气体中氨的分压为10mmHg,吸收率为99.5。

13、操作温度为20，操作压力为760mmHg，在操作条件下平衡关系为 。若吸收剂（水）的用量是最小吸收剂用量的1.2倍，且已知氨的气相体积吸收总系数 。试求填料层高度。 XY75. 0hmkmolaKY3/314解：依题意 0132. 07601011Ppy0134. 00132. 010132. 01111yyY512107 . 6)995.1 (0134. 0)1 (oYY02X150291450hkmolMqVm74625. 0075. 00134. 0107 . 60134. 052121XmYYYVLM1775.445074625. 02 . 12 . 1hkmolLLM0149. 0775.44)107 . 60134. 0(50