第3章吸收5節(jié)填料吸收塔的計(jì)算

§5填料吸收塔的計(jì)算本節(jié)重點(diǎn)討論氣液逆流操作時(shí)填料塔的有關(guān)計(jì)算。

、具體內(nèi)容主要包括對(duì)于給定的生產(chǎn)任務(wù)（、、已知），計(jì)算吸收劑用量、塔底完成、塔高、塔徑。

液濃度5.1吸收塔的物料衡算在進(jìn)行物料衡算時(shí)，以不變的惰性組分流量和吸收劑流量作為計(jì)算基準(zhǔn)，并用摩爾比表示氣相和液相的組成將很方便。逆流吸收塔模型原料氣：A＋B吸收劑：S尾氣：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/kmolS)mnYXV(kmolB/s)Y2(kmolA/kmolB)穩(wěn)定操作，在兩端面間，對(duì)溶質(zhì)

A

作物料衡算5.1.1全塔物料衡算VY1LX2LX1VY2

(2)直接規(guī)定出塔氣體中吸收質(zhì)的殘余濃度吸收程度可有兩種方式表征:（1）用吸收率表示操作線方程式

直線的斜率為(即液氣比)

5.1.2操作線方程與操作線

逆流吸收塔中的操作線

斜率L/V（液氣比）Y*=f(X)操作線推動(dòng)力推動(dòng)力

吸收塔的最小液氣比Y*=f(X)5.2吸收劑的用量L是與濃度為的進(jìn)塔氣體平衡的液相濃度，即理論上出塔液體的最大濃度。若符合亨利定律，則處理量V一定L～L/V～操作費(fèi)用～設(shè)備費(fèi)用填料層高度～動(dòng)力消耗推動(dòng)力討論適宜的液氣比:適宜液氣比適宜溶劑用量工程設(shè)計(jì)通常取

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取

吸收塔的最小液氣比（非正常曲線）P96例3-45.3填料塔直徑的計(jì)算在計(jì)算填料塔的直徑時(shí)，主要考慮的是氣體在塔內(nèi)的流速。氣體在塔內(nèi)的流速通常用空塔氣速表示，空塔氣速是假定當(dāng)塔內(nèi)無(wú)填料時(shí)氣體通過(guò)的速度。正常操作時(shí)，通常空塔氣速為液泛速度的50%~80%5.3.1液泛氣速如液體流量

（或噴淋密度）固定，增大氣速壓強(qiáng)降與空塔氣速呈階段性變化：當(dāng)氣速較低時(shí)，即段內(nèi)；因?yàn)檫@時(shí)液體濕潤(rùn)填料的一部分表面，填料的持液量(單位體積填料層上附著的液體體積)較小，液體并未占據(jù)多少空間，氣相與液相干擾較小，當(dāng)然這是對(duì)傳質(zhì)不利的。當(dāng)氣速增大到點(diǎn)B時(shí)，填料層的持液量增加了，流通截面積減小，使壓強(qiáng)較前增大。開(kāi)始攔液的B點(diǎn)稱為攔液點(diǎn)（或載點(diǎn)），與其相應(yīng)的氣速稱為攔液氣速（或載點(diǎn)氣速）。當(dāng)氣速增大到C點(diǎn)時(shí)，液體充滿了整個(gè)空隙，氣體的壓強(qiáng)降幾乎是垂直上升。同時(shí)填料層頂部開(kāi)始出現(xiàn)泡沫層，進(jìn)而充滿整個(gè)塔，氣體以氣泡狀通過(guò)液體，這種現(xiàn)象稱為液泛現(xiàn)象。把開(kāi)始出現(xiàn)此現(xiàn)象的點(diǎn)稱為泛點(diǎn)。泛點(diǎn)對(duì)應(yīng)的氣速稱為液泛速度。要使塔的操作正常及壓強(qiáng)降不致過(guò)大，氣速必須低于液泛速度，但要高于載點(diǎn)氣速。由于，從低持液量到載點(diǎn)的轉(zhuǎn)變不十分明顯，無(wú)法目測(cè)，即載點(diǎn)及載點(diǎn)氣速難以明確定出。而液泛現(xiàn)象十分明顯，可以目測(cè)，即液泛點(diǎn)及液泛氣速可明確定出。液泛速度較易確定，通常以液泛速度為基礎(chǔ)來(lái)確定操作的空塔氣速。

影響液泛速度的因素很多——填料的形狀、大小，氣、液相的物理性質(zhì)，氣、液相的相對(duì)流量等常用的液泛速度關(guān)聯(lián)式如下：

——填料的有效比表面積，單位

——填料的空隙率（自由空間），單位為——液泛速度，單位為

——重力加速度，單位為——?dú)怏w與液體的密度之比；

——液體與20水的粘度之比；——液體對(duì)氣體的質(zhì)量流量之比；——常數(shù)，對(duì)拉西環(huán)為0.022，對(duì)弧鞍填料為0.26。5.3.2塔徑的計(jì)算

——通過(guò)塔的實(shí)際氣量，單位為；

——選定的空塔氣速，單位為；

——塔的直徑5.4填料層高度的計(jì)算

5.４.1填料層高度的基本計(jì)算式——塔的橫截面積，m2；——單位體積填料層提供的有效傳質(zhì)面積，m2·m-3。、分別稱為氣相總體積吸收系數(shù)、液相總體積吸收系數(shù)，單位均為kmol·m-3·s-1。體積傳質(zhì)系數(shù)可以由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，其物理意義是在推動(dòng)力為一個(gè)單位的情況下，單位時(shí)間里單位體積填料層內(nèi)吸收的吸收質(zhì)的量。

5.４.2傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元高度，單位m

氣相總傳質(zhì)單元數(shù)

液相總傳質(zhì)單元高度，單位m

液相總傳質(zhì)單元數(shù)

傳質(zhì)單元可理解為：當(dāng)氣體經(jīng)過(guò)一段填料層后，其濃度的變化剛好等于該段填料層氣相平均總推動(dòng)力時(shí)，則稱該段填料層為一個(gè)傳質(zhì)單元。整個(gè)填料層就是由若干這樣的傳質(zhì)單元構(gòu)成。傳質(zhì)單元高度即為一個(gè)傳質(zhì)單元的高度

只與體系的相平衡及氣體進(jìn)出口的濃度有關(guān)，它反映了吸收過(guò)程的難易程度。分離要求高或吸收劑性能差，過(guò)程的平均推動(dòng)力小，則表明吸收過(guò)程難度大，相應(yīng)傳質(zhì)單元數(shù)就多。與設(shè)備的型式及操作條件有關(guān)，是吸收設(shè)備效能高低的反映。吸收過(guò)程的傳質(zhì)阻力大，填料層的有效比表面積小，則一個(gè)傳質(zhì)單元所相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨染痛蟆?.4.3傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算吸收塔頂部的推動(dòng)力為吸收塔底部的推動(dòng)力為、分別為與塔底液相、塔頂液相平衡的氣相濃度。

氣相對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力

當(dāng)相差不大時(shí)，可取二者的算術(shù)平均值作為。

注意：當(dāng)時(shí)，例

空氣和氨的混合氣體，在直徑為0.8m

的填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。已知進(jìn)入塔的空氣流量為1450kg/h，混合氣體中氨的分壓為10mmHg,吸收率為99.5℅。操作溫度為20℃，操作壓力為760mmHg，在操作條件下平衡關(guān)系為