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1、2.4 吸收塔的计算内容:通过物料衡算及操作线方程，确定吸收剂的用量和塔设备的主要尺寸（塔径和塔高）。塔内流体的流向选择填料塔内气液两相可作逆流也可作并流流动。无论逆流或并流, 液体从塔顶进入;当逆流时气体从塔底进入,并流时塔顶进入;在两相进出口浓度相同的情况下，逆流的平衡推动力大于并流。,逆流时下降至塔低的液体与进塔的气体相接触，有利于提高出塔的液体浓度，且减小吸收剂的用量；上升至塔顶的气体与进塔的新鲜吸收剂接触，有利于降低出塔气体的浓度，可提高溶质的吸收率。,逆流操作时向下流的液体受到上升气体的作用,这种曳力过大时会阻碍液体的顺利下流，因而限制了吸收塔所允许的液体和气体流量，这是逆流的缺点
2、。,图7-13 逆流吸收塔操作示意图,吸收过程中，气相中的溶质不断转移到液相中来，使其在气体混合物中的量不断减少，而在溶液中的量不断增多。但气相中惰性气体量和液相中吸收剂的量始终是不变的。,2.4.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程2.4.1.1 物料衡算物料衡算时，以不变的惰性气体流量和吸收剂流量作为计算基准，并用比摩尔比表示气相液相的组成。全塔溶质的减少量等于液相中溶质的增加量V(Y1-Y2)=L(X1-X2),惰性气体的摩尔流量, Kmol/S,吸收剂摩尔流量, Kmol/S,2.4.1.2 吸收塔的操作线方程与操作线以逆流为例:塔内任一截面与塔底作溶质的物料衡算，得操作线方程V(Y1 -
3、 Y) = L(X1 - X),吸收过程操作线,任一截面处气相中溶质的摩尔比，Kmol(溶质)/Kmol(惰性气),任一截面处液相中溶质的比摩尔，比Kmol(溶质)/Kmol(溶剂),并流时:V(Y2-Y1)=L(X1-X2)操作线方程,V,Y2,L,X2,M,N,V,Y1,L,X1,L,X,V,Y,Y,X,Y=F(X),Y2,X2,Y1,X1,平衡线与操作线的交点位置在塔底,最大吸收率为出口气相与吸收液组成相平衡.,2.4.2 吸收剂用量的决定出塔气体摩尔比Y2 的给出形式：如果溶质是有害气体，一般直接规定Y2的值。如果吸收的目的是回收有用物质，则以回收率的形式给出 Y2=Y1(1-)吸收剂
4、用量对操作的影响当气体处理量一定时，V,Y1,Y2及X2已知时,操作线斜率L /V 取决于吸收剂用量的多少。若增大吸收剂用量，则操作线向远离平衡线方向偏移由TB变 TB吸收推动力增大，传质速率增加，在单位时间内吸收同量溶质时设备尺寸可以减小。,溶液浓度变稀，溶剂再生所需设备费和操作费增大。 若减小吸收剂用量则情况正相反。当吸收剂用量减小到使操作线由TB变 TB*，此时传质的推动力为零，所需的相际接触面积为无穷，此时吸收剂用量为最小,用Lmin表示。,吸收塔的最小液气比,Lmin时B*点是平衡线与操作线在Y=Y1处的交点,如果平衡曲线的形状使操作线与平衡线相切,此时最小液气比的计算式中Xmax的
5、数值只能读B，的横坐标,不能由Y* =mX求得.Lmim求出后,应根据生产上的要求,控制一个适宜的L值,即最适宜吸收剂用量： L=（1.12）Lmin .,例2-8：在逆流吸收塔中，用洗油吸收焦炉气中的芳烃。吸收塔压强为105kPa ，温度为300K ，焦炉气流量为1000m3/h ，其中所含芳烃组成为0.02（摩尔分率,下同），回收率为95%，进塔洗油中所含芳烃组成为0.005。若取吸收剂用量为最小用量的1.5倍，试求进入塔顶的洗油摩尔流量及出塔吸收液组成。（操作条件下气液平衡关系为Y*=0.125X ）。解:进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为,进塔气体中芳烃的摩尔比出塔气体中芳烃的摩尔比进塔洗
6、油中芳烃摩尔比,L为每小时进塔纯溶剂用量。由于入塔洗油中含有少量芳烃，则每小时入塔的洗油量应为L=L(1+X2)=7.63kmol/h,2.4.4 填料层高度的计算2.4.4.1 填料层高度的基本计算式,逆流操作填料塔填料层高度,传质速率方程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。对于整个吸收塔，气、液的浓度分布都沿塔高变化，吸收速率也在变化。对微元填料层作组分A衡算微元填料层dZ中的吸收速率方程式,单位体积有效传质面积 a 同体积填料的比表面积s，a与填料的形状、尺寸及充填状况(整砌、乱堆)有关，还受流体物性(m、s等)及流动状况的影响，数值不好测定，所以和传质系数合在一起
7、处理。KYa 、KX a -体积吸收系数，Kmol/m3.s，物理意义为单位推动力下，单位时间、单位体积填料层内吸收的溶质量。,2.4.4.2 传质单元高度与传质单元数=HOG*NOG = HOL *NOL,HOG的物理意义 假设某吸收过程所需填料层高度恰好等于一个传质单元高度,传质单元高度的物理意义如果气体流经一段填料后,气相浓度变化量Y1-Y2 恰好等于该段填料层内以气相浓度差表示的总推动力的平均值(Y-Y*)m则该段填料层的高度就是一个传质单元高度Y1-Y2=(Y-Y*)m,HOG是设备性能的体现，其中的KYa反映传质阻力的大小，填料性能的优劣及润湿情况的好坏，吸收过程的传质阻力越大，填
8、料层的有效比表面积越小，每个传质单元高度所相当的填料层高度就越大。一般变化幅度不大。NOG可认为它所代表需要填料层高度Z相当于气相总传质单元高度HOG的倍数，此倍数称为“气相总传质单元数”。NOG反映传质的难易程度，为减少NOG应设法增大推动力。任务所要求的气体浓度变化越大，过程的平均推动力越小，则意味过程难度越大，所需传质单元数越多。,2.4.4.3 传质单元数的计算 (1)图解积分法 步骤作操作线和相平衡关系曲线；然后在操作线上任取一点，得X，Y；由X可得Y*，计算1/（Y-Y*）按上法取n点，对Y1/（Y-Y*）作图所得函数曲线与Y=Y1，Y=Y2及1/（Y-Y*）=0三条直线之间所包围
9、的面积即气相总传质单元数NOG。,(2) 脱吸因数(S)法 应用前提：在吸收过程涉及的浓度范围内平衡关系可以用线性方程 Y*=mX+b表示。X =X2 + V/L（Y-Y2）,操作线与平衡线斜率之比定义为吸收因数, A= S =1/A 脱吸因数 NOG的数值取决于S与 反映溶质吸收率的高低，在气液进口浓度一定的情况下，要求的吸收率越高，Y2越小, 越大，对应同一S值的NOG越大。,参数S反映推动力的大小。在气液进口浓度及溶质吸收率已知的条件下， 确定,S增大，则液气比减少，出口浓度提高而塔内吸收推动力变小，NOG必然增大。,若要获得最高吸收率，必须采用较大的液体量，使操作线的斜率大于平衡线斜率
10、，即S1才有可能。若要获得最浓的吸收液，必然力求使出塔液体与进塔气体趋近平衡，采用较小的液体量，使操作线斜率小于平衡线斜率.,（3） 对数平均推动力法应用前提：在吸收过程涉及的浓度范围内平衡关系可以用线性方程Y*=mX+b对于都是直线的平衡线和操作线，它们的差值Y=Y-Y* 与Y将呈线性关系(类似传热时的tm)Y-X也成直线关系.,对数平均推动力法求NOG,对数平均推动力可用算术平均推动力代替,注意两者的区别:,例：用一填料塔从一混合气体中逆流吸收所含的苯,混合气体中含苯5%(体积%),其余为空气,要求苯的回收率为90%(以摩尔比表示).吸收塔为常压操作,温度25,入塔混合气体为940标准m3
11、,入塔吸收剂为纯煤油,煤油的耗用量为最小耗用量的1.5倍,已知该系统的平衡关系Y=0.14X,已知气相体积传质系数KYa=0.035kmol/m3s,纯煤油的平均分子量MS=170,塔径D=0.6m。求:(1)吸收剂的耗用量kg/h；(2)溶剂出塔浓度x1；(3)填料层高度Z,Y1=0.0526=(Y1-Y2)/Y1,Y2=0.00526X2=0混合气体体积=940/22.4=41.96kmol/h惰性气体量V=41.96(1-0.05)=39.86kmol/h(L/V)min=m=0.126Lmin=0.126V=5.02kmol/hL=1.5Lmin=7.53kmol/h吸收剂的耗用量=1
12、70*7.53=1280kg/hV(Y1-Y2)=L(X1-X2)39.86(0.0526-0.00526)=7.53X1X1=0.25，x1=X1/(1+X1)=0.2,Z=HOGNOGHOG=V/KYa=1.12mNOG=,S=0.74NOG=4.64Z=5.2m,例:在常压填料吸收塔中，用清水吸收废气中氨气，废气流量为2500m3/h （标准状态下），其中氨气浓度为0.02（摩尔分率），要求回收率不低于98%，若水用量为3.6m3/h ，操作条件下平衡关系为Y* =1.2X （式中X ,Y 为摩尔比），气相总传质单元高度为0.7m ，求:(1)塔低、塔顶推动力；全塔对数平均推动力;(2)
13、气相总传质单元数 ;(3)填料层高度。解:,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。已知送入的空气量为1390kg/h ，混合气体中氨的分压为1.33kPa ，经过吸收后混合气中有99.5%的氨被吸收下来。操作温度为20，压力为101.325kPa 。在操作条件下，平衡关系为Y*=0.75X 。若吸收剂（水）用量为52kmol/h 。已知氨的气相体积吸收总系数KYa =314kmol/(m3.h )。试求:(1) 吸收液的出塔组成;(2)所需填料层高度。（用吸收因数法）。解:,例:一正在操作的逆流吸收塔，进口气体中含溶质浓度为0.05（摩尔分率，下同），吸收剂进口浓度为0.001，实际液气比为4，操作条件下平衡关系为 ，此时出口气相中含溶质为0.005。若实际液气比下降为2.5，其它条件不变，计算时忽略传质单元高度的变化，试求此时出塔气体浓度及出塔液体浓度各为多少？,
