返回北京化工大学化工原理电子课件
5.5,吸收塔的计算
5.5.1,物料衡算与操作线方程
5.5.2,吸收剂用量的确定
5.5.3,填料层高度的计算
5.5.4,吸收塔的计算
5.5.5,塔板数的计算返回北京化工大学化工原理电子课件
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
5.5.吸收塔的计算返回北京化工大学化工原理电子课件
5.5.1,物料衡算与操作线方程返回北京化工大学化工原理电子课件
1．物料衡算定态，假设 S不挥发,B不溶于 S
全塔范围内，对 A作物料衡算,
GBYb+LsXa=GBYa+LSXb
GB（ Yb－ Ya） =LS（ Xb－ Xa）
GB,Ya
GB,Yb
LS,Xa
LS,Xb
b
ab
bB
abB
Y
YY
YG
YYG )(?
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Xb=Xa＋ GB（ Yb－ Ya） /LS
2．操作线方程式及操作线
（ 1）逆流吸收
GB,Ya
GB,Yb
LS,Xa
LS,Xb
GB,Y
Ls,XG
BY+LSXa=GBYa+LSX
)(
B
a
S
a
B
S X
G
LYX
G
LY
Ya=Yb（ 1－?）
—— A被吸收的百分率，称为回收率或吸收率。
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)( b
B
S
b
B
S X
G
LYX
G
LY同理：
逆流吸收操作线具有如下特点：
X
Yb
Ya
XbXa
A
B
B
S
G
L
)(* XfY?
Y
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3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件 T,p无关。
2）操作线通过塔顶（稀端） A （ Xa,Ya）及塔底
（浓端） B （ Xb,Yb） ;
1）定态,LS,GB,Yb,Xa恒定，操作线在 X～ Y
坐标上为一直线，斜率为 LS/GB 。 LS/GB为吸收操作的 液气比 ；
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5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大；
4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平衡线 OE下方。
X
A
B
)(* XfY?
Y
K.Y
X X*
Y*
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（ 2）并流吸收
GB,Ya
GB,Yb
LS,Xa
LS,Xb
GB,YLS,X
GBY+LSX=GBYa+ LSXa
)( a
B
S
a
B
S X
G
LYX
G
LY
Ya
Yb
Xa Xb
A
B
X
Y
返回北京化工大学化工原理电子课件逆流与并流的比较：
1）逆流推动力均匀，且并流逆流 mm YY
2） Yb大，逆流时 Yb与 Xb在塔底相迂有利于提高 Xb；
Xa小，逆流时 Ya与 Xa在塔顶相迂有利于降低 Ya。
逆流与并流操作线练习返回北京化工大学化工原理电子课件
Y3
X2
X1 Y1
Y2
X2Y2 X3
C
D
A
B
Y1
Y2
Y3
X1 X2 X3
C
D
A
B
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5.5.2,吸收剂用量的确定返回北京化工大学化工原理电子课件
B1Y
b
Ya
A
B
O
E
X
Y
Xa Xb X*b
P
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1．最小液气比最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，
达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。
m inG
L
B
S
最小液气比的计算
（ 1）平衡曲线一般情况返回北京化工大学化工原理电子课件
a
*
b
ab
m i nB
S
XX
YY
G
L
X*b—— 与 Yb相平衡的液相组成。
平衡关系符合亨利定律时：
a
b
ab
m i nB
S
X
m
Y
YY
G
L
2）平衡曲线为凸形曲线情况返回北京化工大学化工原理电子课件
am ax,b
ab
m i n
S
XX
YY
G
L
B
)(* XfY?
bY
aY
aX bX max,bX
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2．操作液气比
设备费,h,YGL o
B
S?
再生费
，并不总有效设备费
,L S
,h,Y
G
L
o
B
S
)0211(,.GL
B
S
m inB
S
G
L
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【 例 5-5】 某矿石焙烧炉排出含 SO2的混合气体，除
SO2外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入填料吸收塔中，用清水洗涤以除去其中的 SO2。吸收塔的操作温度为 20℃,压力为 101.3kPa。混合气的流量为
1000m3/h，其中含 SO2体积百分数为 9%，要求 SO2的回收率为 90%。若吸收剂用量为理论最小用量的 1.2倍，
试计算：
（ 1）吸收剂用量及塔底吸收液的组成 X1；
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2）当用含 SO20.0003（摩尔比）的水溶液作吸收剂时，
保持二氧化硫回收率不变，吸收剂用量比原情况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？
已知 101.3kPa,20℃ 条件下 SO2在水中的平衡数据,
与 Y1相平衡的液相组成 =0.0032
低浓度吸收的特点：
SB LLGG
xXyY
近似为常数,GL kk
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5.5.3,填料层高度的计算
1．传质单元数法
（ 1）塔高计算基本关系式
xLyGG ddd A
ho
y
y+dy
x
x+dx
h
dh
ya xa
xbyb
单位时间,dh内吸收 A的量：
——塔截面积，㎡ ;
GA—— A的流率,kmol/(㎡ ·s)；
G—— 混合气体流率,kmol/(㎡ ·s)；
L—— 吸收剂流率,kmol/(㎡ ·s)。
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ha)yy(KG *y dd A
yGha)yy(KG *y ddd A
)yy(KN *yA
)ha(NANG ddd AAA
a——单位体积填料的有效传质面积，㎡ 。
*
y yy
y
aK
Gh
dd
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baba yy *yy
y
*
y
o yy
y
aK
G
)yy(aK
yGh
dd
bayy *yy yN OG d
aK
GH
y
OG
填料层高度
OGOG HNh o
bayy *
y
o yy
y
aK
Gh
d
返回北京化工大学化工原理电子课件同理,OLOL HNh o
GG HNh o
LL HNh o
aK
LH
x
OL b
a
x
x * xx
xN
OL
d
ak
GH
y
G?
b
a
y
y iyy
yN
G
d
ak
LH
x
L b
a
x
x i xx
xN d
L
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—— 气相总体积传质系数,kmol/（ m3·s ）aK
y
aKx —— 液相总体积传质系数,kmol/（ m
3·s ）
填料层高度可用下面的通式计算：
Z=传质单元高度 × 传质单元数体积传质系数的物理意义：
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。
（ 2）传质单元数与传质单元高度返回北京化工大学化工原理电子课件
bayy *
y
o yy
y
aK
Gh
d以 为例1）传质单元数
OLH OLN
,— 液相总传质单元高度、总传质单元数
GG HN,
—— 气相传质单元高度,传质单元数
LL HN,
—— 液相传质单元高度,传质单元数
OGOG HN,— 气相总传质单元高度、总传质单元数
定义,气相总传质单元数
bayy *yy yN OG d
返回北京化工大学化工原理电子课件
传质单元数的意义,
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
平均推动力组成变化?
m
OG
d
)yy(
yy
yy
yN
*
aby
y *
b
a
气体流经一段填料，溶质组成变化（ yb － ya）等于该段填料平均吸收推动力（ y－ y*） m时，，该段填料为一个传质单元。
的意义：1OG?N
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2）传质单元高度
定义,
aK
GH
y
OG
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,
返回北京化工大学化工原理电子课件传质单元高度变化范围,0.15～ 1.5m。
各种传质单元高度之间的关系平衡线斜率为 m
yyy k
m
kK
11
L
L
ak
mG
ak
G
aK
G
xyy
LGOG HL
mGHH
20308070 G,..
y
..
y GaKGaK
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GLOL HmV
LHH同理,
OLOG HL
mVH?比较上式：
（ 3）传质单元数的计算
1）对数平均推动力法气液平衡线为直线 bmxy *
操作线也为直线
)xGLy(xGLy bb
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=y－ y＊ =Ay+B y?
ab
a
*
b
*
ab
ab
yy
yyyy
yy
yyA
y
)y
)()(
d
d(
b
a
y
y *yy
yN
OG
d
b
ay y
yy
d
y
y
yy
yyb
a
y
y
ab
ab
d
返回北京化工大学化工原理电子课件
a
b
ab
ab
y
y
yy
yy
Δ
Δln
ΔΔ?
OGN?
OGN
a
b
ab
ab
y
y
ln
yy
yy
OGN
my
yy ab
a
b
ab
y
y
ln
yy
y
Δ
Δ
ΔΔ
Δ m
*bbb yyyΔ
*aaa yyyΔ
返回北京化工大学化工原理电子课件同理：
OLN
mΔ x
xx ab
a
b
ab
x
xln
xx
x
Δ
Δ
ΔΔ
Δ m
b*bb xxxΔ
a*aa xxxΔ
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平衡线与操作线平行 时，
*aa*bb* yyyyyy
OGN?
*
bb
ab
yy
yy
*
aa
ab
yy
yy
当,时，对数平均推动力可用算术平均推动力 。
2ΔΔ?
a
b
y
y
2ΔΔ?
a
b
x
x
注意：
平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。
返回北京化工大学化工原理电子课件
2）吸收因数法平衡线为通过原点的直线,服从亨利定律
mxy *?
aa x)yy(L
Gx
bayy *yy yN OG d
b
a
y
y mxy
y
d
逆流为例：
返回北京化工大学化工原理电子课件
b
a
y
y
aa xyyL
Gmy
y
])([
d?OGN
b
a
y
y
aa mxyL
mGy)
L
mG
y
)(1(
d
L
mG
mxy
mxy
L
mG
L
mG
N
aa
ab1ln
1
1
OG
L
mGS? S——解吸因数（脱吸因数）
返回北京化工大学化工原理电子课件
S
mxy
mxyS
S
N
aa
ab1ln
1
1
OG
返回北京化工大学化工原理电子课件讨论：
m,yb,xa,S一定时：
OGNmxy mxyy
aa
ab
a?
注意：图的适用范围为 >20及 S<0.75。
aa
ab
mxy
mxy
的意义：反映了 A吸收率的高低。
aa
ab
mxy
mxy
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参数 S的意义：反映了吸收过程推动力的大小，
其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。
OGNSmxy mxy
aa
ab,，推动力一定，
S范围在 0.7～ 0.8
1
10
a
b
aa
ab
a y
y
mxy
mxy,x
返回北京化工大学化工原理电子课件
SS
S
N
1
11ln
1
1
OG
Amxy
mxyAln
AN bb
ab1
1
1
OL或
OLOG SHH
Smxy
mxyS
S
SNSN
aa
ab1ln
1OGOL
m
G/LA? —— 吸收因数返回北京化工大学化工原理电子课件
3）数值积分法平衡线曲线时图解积分法步骤如下：
操作线上任取一点（ x,y），其推动力为 (y - y*)。
系列 y～ 作图得曲线。
*yy?
1
积分计算 ya至 yb范围内的阴影面积。
bayy *yy yN OG d
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bayy *yy y d
ybya
*yy?
1y
by
ay
ax bx x
o
E
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2．等板高度法理论级,不平衡的气液两相在一段填料层内相互接触，
离开该段填料的气液两相达到相平衡，此段填料为一个 理论级 。
Z=HETP× NT
NT—— 完成分离任务，所需的理论级数；
HETP—— 等板高度。
等板高度：分离效果达到一个理论级所需的填料层高度。
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5.5.4,吸收塔的计算命题：物系、操作条件一定，计算达到指定分离要求所需塔高。
分离要求,残余浓度 ya或溶质的回收率?
1．设计型
（ 1）流向的选择逆流特点,1) 逆流推动力大，传质速率快；
2）吸收液的浓度高；
3）溶质的吸收率高；
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4）液体受到上升气体的曳力，限制了液体流量和气体流量。
（ 2）吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度再生费高设备费高，经济上：
技术上：
a
oa
*
aa
x
hxx
xx
Δ
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（ 3）吸收剂流量的确定 m i n)0.21.1( LL
返回北京化工大学化工原理电子课件
【 例 5-6】 在一塔径为 0.8m的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为 99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为 1400kg/h，气体总压为 101.3kPa，
其中氨的分压为 1.333 kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的 1.4倍，操作温度（ 293K）下的气液相平衡关系为
y*=0.75x，气相总体积吸收系数为 0.088kmol/m3·s,试求
（ 1）每小时用水量；
（ 2）用平均推动力法求出所需填料层高度。
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【 例 5-7】 空气中含丙酮 2%（体积百分数）的混合气以
0.024kmol/m2·s 的流率进入一填料塔，今用流率为
0.065kmol/m2·s 的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收率为 98.8%。已知操作压力为 100 kPa，操作温度下的亨利系数为 177 kPa，气相总体积吸收系数为
0.0231 kmol/m3·s,试用解吸因数法求填料层高度。
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2．吸收塔的操作型计算命题：塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的分析和计算 ;
吸收塔的核算。
（１）定性分析
【 例 5-8】 在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则
ya,xb何变化？（已知体积传质系数随流量变化关系为 ）
80,y Gak?
返回北京化工大学化工原理电子课件定性分析步骤：
1）根据条件确定 HOG,S；
2）利用 ho=,确定 的变化 ;
3）采用吸收因数法确定 ya的变化 ;
4）利用全塔物料衡算分析 xb变化。
OGOG HN?
OGN
（ 2）定量计算问题,吸收温度降低,ya,xb,吸收操作线如何变化？
xa降低,ya,xb,吸收操作线如何变化？
吸收压力提高,ya,xb,吸收操作线如何变化？
返回北京化工大学化工原理电子课件
【 例 5-9】 某填料吸收塔在 101.3 kPa,293K下用清水逆流吸收丙酮 — 空气混合气中的丙酮，操作液气比为 2.0，
丙酮的 回收率为 95%。已知该吸收为低浓度吸收，操作条件下气液平衡关系为,吸收过程为 气膜控制,
气相总体积吸收系数 与气体流率的 0.8次方成正比。
（塔截面积为 1㎡ ）（ 1）若气体流量增加 15%，而液体流量及气、液进口组成不变，试求丙酮的回收率有何变化？（ 2）若丙酮回收率由 95%提高到 98%，而气体流量，
气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压力皆不变，试求吸收剂用量提高到原来的多少倍。
x.y * 181?
aKy
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3．吸收过程的强化吸收阻力吸收推动力?
AN
目标：提高吸收过程的推动力；
降低吸收过程的阻力。
（ 1）提高吸收过程的推动力返回北京化工大学化工原理电子课件
【 例 5-10】 在一填料吸收塔内，用含溶质为 0.0099
（摩尔分率）的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的 85%，
进塔气体中溶质浓度为 0.091（摩尔分率），操作液气比为 0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为,试求：
（ 1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；
（ 2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。
假设体积传质系数与流动方式无关。
x.y 860
1）逆流操作比并流操作的推动力大；
返回北京化工大学化工原理电子课件
2）提高吸收剂的流量；
yb
ya
ya’
xbxb’xa
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（ 2）降低吸收过程的传质阻力
1）提高流体流动的湍动程度；
2）改善填料的性能。
3）吸收过程为气膜控制时，降低吸收剂入口温度；
4）降低吸收剂入口溶质的浓度；
5）吸收过程为气膜控制时，提高吸收的压力。
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5.5.5,塔板数的计算 y
a=y1 xa=x0
y1
yi x1 1
i
i+1
N
xiyi+1
xi+1yN
xN
yb=yN+1 xb=xN
理论板：气液两相充分接触，
达到平衡的板。
操作关系,yi+1～ xi
操作线方程
)(1 aaii xGLyxGLy
yi～ xi
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1,图解法求 NT
步骤,1）画平衡线 OE，
操作线 AB；
y1
x0 x1
y2
x2
y3
x3
y4
A
B
o
E
2) 从 A点出发画梯级，直到越过 B点。
3）梯级数为理论板数。
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2,解析法 平衡线为直线：
i*i mxy?
逆流吸收操作线,)(
1 aaii xG
Lyx
G
Ly
ayy?1
m
yx a
1 )(12 aa xG
Lyx
G
Ly
)( aaa xGLymyGL
aa A m xy A)(1
m
yx 2
2?
)(23 aa xGLyxGLy
)(1 1
1
1 aa
N
abN mxyA
Amxyy?
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—克列姆塞尔方程—?
S
mxy
mxyS
A
N
aa
ab
T 1lnln
1
比较与?
S
mxy
mxyS
S
N
aa
ab1ln
1
1
OG
AA
A
A
S
N
N
ln
1
ln
1
OG
T
当 A=1时 NT=NOG
A>1时 NT<NOG
A<1时 NT>NOG
5.5,吸收塔的计算
5.5.1,物料衡算与操作线方程
5.5.2,吸收剂用量的确定
5.5.3,填料层高度的计算
5.5.4,吸收塔的计算
5.5.5,塔板数的计算返回北京化工大学化工原理电子课件
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
5.5.吸收塔的计算返回北京化工大学化工原理电子课件
5.5.1,物料衡算与操作线方程返回北京化工大学化工原理电子课件
1．物料衡算定态，假设 S不挥发,B不溶于 S
全塔范围内，对 A作物料衡算,
GBYb+LsXa=GBYa+LSXb
GB（ Yb－ Ya） =LS（ Xb－ Xa）
GB,Ya
GB,Yb
LS,Xa
LS,Xb
b
ab
bB
abB
Y
YY
YG
YYG )(?
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Xb=Xa＋ GB（ Yb－ Ya） /LS
2．操作线方程式及操作线
（ 1）逆流吸收
GB,Ya
GB,Yb
LS,Xa
LS,Xb
GB,Y
Ls,XG
BY+LSXa=GBYa+LSX
)(
B
a
S
a
B
S X
G
LYX
G
LY
Ya=Yb（ 1－?）
—— A被吸收的百分率，称为回收率或吸收率。
返回北京化工大学化工原理电子课件
)( b
B
S
b
B
S X
G
LYX
G
LY同理：
逆流吸收操作线具有如下特点：
X
Yb
Ya
XbXa
A
B
B
S
G
L
)(* XfY?
Y
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3）操作线仅与液气比、浓端及稀端组成有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件 T,p无关。
2）操作线通过塔顶（稀端） A （ Xa,Ya）及塔底
（浓端） B （ Xb,Yb） ;
1）定态,LS,GB,Yb,Xa恒定，操作线在 X～ Y
坐标上为一直线，斜率为 LS/GB 。 LS/GB为吸收操作的 液气比 ；
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5）平衡线与操作线共同决定吸收推动力。操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大；
4）吸收操作线在平衡线的上方，解吸操作线在平衡线 OE下方。
X
A
B
)(* XfY?
Y
K.Y
X X*
Y*
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（ 2）并流吸收
GB,Ya
GB,Yb
LS,Xa
LS,Xb
GB,YLS,X
GBY+LSX=GBYa+ LSXa
)( a
B
S
a
B
S X
G
LYX
G
LY
Ya
Yb
Xa Xb
A
B
X
Y
返回北京化工大学化工原理电子课件逆流与并流的比较：
1）逆流推动力均匀，且并流逆流 mm YY
2） Yb大，逆流时 Yb与 Xb在塔底相迂有利于提高 Xb；
Xa小，逆流时 Ya与 Xa在塔顶相迂有利于降低 Ya。
逆流与并流操作线练习返回北京化工大学化工原理电子课件
Y3
X2
X1 Y1
Y2
X2Y2 X3
C
D
A
B
Y1
Y2
Y3
X1 X2 X3
C
D
A
B
返回北京化工大学化工原理电子课件
5.5.2,吸收剂用量的确定返回北京化工大学化工原理电子课件
B1Y
b
Ya
A
B
O
E
X
Y
Xa Xb X*b
P
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1．最小液气比最小液气比定义：针对一定的分离任务，操作条件和吸收物系一定，塔内某截面吸收推动力为零，
达到分离程度所需塔高无穷大时的液气比。
m inG
L
B
S
最小液气比的计算
（ 1）平衡曲线一般情况返回北京化工大学化工原理电子课件
a
*
b
ab
m i nB
S
XX
YY
G
L
X*b—— 与 Yb相平衡的液相组成。
平衡关系符合亨利定律时：
a
b
ab
m i nB
S
X
m
Y
YY
G
L
2）平衡曲线为凸形曲线情况返回北京化工大学化工原理电子课件
am ax,b
ab
m i n
S
XX
YY
G
L
B
)(* XfY?
bY
aY
aX bX max,bX
返回北京化工大学化工原理电子课件
2．操作液气比
设备费,h,YGL o
B
S?
再生费
，并不总有效设备费
,L S
,h,Y
G
L
o
B
S
)0211(,.GL
B
S
m inB
S
G
L
返回北京化工大学化工原理电子课件
【 例 5-5】 某矿石焙烧炉排出含 SO2的混合气体，除
SO2外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入填料吸收塔中，用清水洗涤以除去其中的 SO2。吸收塔的操作温度为 20℃,压力为 101.3kPa。混合气的流量为
1000m3/h，其中含 SO2体积百分数为 9%，要求 SO2的回收率为 90%。若吸收剂用量为理论最小用量的 1.2倍，
试计算：
（ 1）吸收剂用量及塔底吸收液的组成 X1；
返回北京化工大学化工原理电子课件
2）当用含 SO20.0003（摩尔比）的水溶液作吸收剂时，
保持二氧化硫回收率不变，吸收剂用量比原情况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？
已知 101.3kPa,20℃ 条件下 SO2在水中的平衡数据,
与 Y1相平衡的液相组成 =0.0032
低浓度吸收的特点：
SB LLGG
xXyY
近似为常数,GL kk
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5.5.3,填料层高度的计算
1．传质单元数法
（ 1）塔高计算基本关系式
xLyGG ddd A
ho
y
y+dy
x
x+dx
h
dh
ya xa
xbyb
单位时间,dh内吸收 A的量：
——塔截面积，㎡ ;
GA—— A的流率,kmol/(㎡ ·s)；
G—— 混合气体流率,kmol/(㎡ ·s)；
L—— 吸收剂流率,kmol/(㎡ ·s)。
返回北京化工大学化工原理电子课件
ha)yy(KG *y dd A
yGha)yy(KG *y ddd A
)yy(KN *yA
)ha(NANG ddd AAA
a——单位体积填料的有效传质面积，㎡ 。
*
y yy
y
aK
Gh
dd
返回北京化工大学化工原理电子课件
baba yy *yy
y
*
y
o yy
y
aK
G
)yy(aK
yGh
dd
bayy *yy yN OG d
aK
GH
y
OG
填料层高度
OGOG HNh o
bayy *
y
o yy
y
aK
Gh
d
返回北京化工大学化工原理电子课件同理,OLOL HNh o
GG HNh o
LL HNh o
aK
LH
x
OL b
a
x
x * xx
xN
OL
d
ak
GH
y
G?
b
a
y
y iyy
yN
G
d
ak
LH
x
L b
a
x
x i xx
xN d
L
返回北京化工大学化工原理电子课件
—— 气相总体积传质系数,kmol/（ m3·s ）aK
y
aKx —— 液相总体积传质系数,kmol/（ m
3·s ）
填料层高度可用下面的通式计算：
Z=传质单元高度 × 传质单元数体积传质系数的物理意义：
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。
（ 2）传质单元数与传质单元高度返回北京化工大学化工原理电子课件
bayy *
y
o yy
y
aK
Gh
d以 为例1）传质单元数
OLH OLN
,— 液相总传质单元高度、总传质单元数
GG HN,
—— 气相传质单元高度,传质单元数
LL HN,
—— 液相传质单元高度,传质单元数
OGOG HN,— 气相总传质单元高度、总传质单元数
定义,气相总传质单元数
bayy *yy yN OG d
返回北京化工大学化工原理电子课件
传质单元数的意义,
反映了取得一定吸收效果的难易程度。
平均推动力组成变化?
m
OG
d
)yy(
yy
yy
yN
*
aby
y *
b
a
气体流经一段填料，溶质组成变化（ yb － ya）等于该段填料平均吸收推动力（ y－ y*） m时，，该段填料为一个传质单元。
的意义：1OG?N
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2）传质单元高度
定义,
aK
GH
y
OG
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,
返回北京化工大学化工原理电子课件传质单元高度变化范围,0.15～ 1.5m。
各种传质单元高度之间的关系平衡线斜率为 m
yyy k
m
kK
11
L
L
ak
mG
ak
G
aK
G
xyy
LGOG HL
mGHH
20308070 G,..
y
..
y GaKGaK
返回北京化工大学化工原理电子课件
GLOL HmV
LHH同理,
OLOG HL
mVH?比较上式：
（ 3）传质单元数的计算
1）对数平均推动力法气液平衡线为直线 bmxy *
操作线也为直线
)xGLy(xGLy bb
返回北京化工大学化工原理电子课件
=y－ y＊ =Ay+B y?
ab
a
*
b
*
ab
ab
yy
yyyy
yy
yyA
y
)y
)()(
d
d(
b
a
y
y *yy
yN
OG
d
b
ay y
yy
d
y
y
yy
yyb
a
y
y
ab
ab
d
返回北京化工大学化工原理电子课件
a
b
ab
ab
y
y
yy
yy
Δ
Δln
ΔΔ?
OGN?
OGN
a
b
ab
ab
y
y
ln
yy
yy
OGN
my
yy ab
a
b
ab
y
y
ln
yy
y
Δ
Δ
ΔΔ
Δ m
*bbb yyyΔ
*aaa yyyΔ
返回北京化工大学化工原理电子课件同理：
OLN
mΔ x
xx ab
a
b
ab
x
xln
xx
x
Δ
Δ
ΔΔ
Δ m
b*bb xxxΔ
a*aa xxxΔ
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平衡线与操作线平行 时，
*aa*bb* yyyyyy
OGN?
*
bb
ab
yy
yy
*
aa
ab
yy
yy
当,时，对数平均推动力可用算术平均推动力 。
2ΔΔ?
a
b
y
y
2ΔΔ?
a
b
x
x
注意：
平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。
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2）吸收因数法平衡线为通过原点的直线,服从亨利定律
mxy *?
aa x)yy(L
Gx
bayy *yy yN OG d
b
a
y
y mxy
y
d
逆流为例：
返回北京化工大学化工原理电子课件
b
a
y
y
aa xyyL
Gmy
y
])([
d?OGN
b
a
y
y
aa mxyL
mGy)
L
mG
y
)(1(
d
L
mG
mxy
mxy
L
mG
L
mG
N
aa
ab1ln
1
1
OG
L
mGS? S——解吸因数（脱吸因数）
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S
mxy
mxyS
S
N
aa
ab1ln
1
1
OG
返回北京化工大学化工原理电子课件讨论：
m,yb,xa,S一定时：
OGNmxy mxyy
aa
ab
a?
注意：图的适用范围为 >20及 S<0.75。
aa
ab
mxy
mxy
的意义：反映了 A吸收率的高低。
aa
ab
mxy
mxy
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参数 S的意义：反映了吸收过程推动力的大小，
其值为平衡线斜率与吸收操作线斜率的比值。
OGNSmxy mxy
aa
ab,，推动力一定，
S范围在 0.7～ 0.8
1
10
a
b
aa
ab
a y
y
mxy
mxy,x
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SS
S
N
1
11ln
1
1
OG
Amxy
mxyAln
AN bb
ab1
1
1
OL或
OLOG SHH
Smxy
mxyS
S
SNSN
aa
ab1ln
1OGOL
m
G/LA? —— 吸收因数返回北京化工大学化工原理电子课件
3）数值积分法平衡线曲线时图解积分法步骤如下：
操作线上任取一点（ x,y），其推动力为 (y - y*)。
系列 y～ 作图得曲线。
*yy?
1
积分计算 ya至 yb范围内的阴影面积。
bayy *yy yN OG d
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bayy *yy y d
ybya
*yy?
1y
by
ay
ax bx x
o
E
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2．等板高度法理论级,不平衡的气液两相在一段填料层内相互接触，
离开该段填料的气液两相达到相平衡，此段填料为一个 理论级 。
Z=HETP× NT
NT—— 完成分离任务，所需的理论级数；
HETP—— 等板高度。
等板高度：分离效果达到一个理论级所需的填料层高度。
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5.5.4,吸收塔的计算命题：物系、操作条件一定，计算达到指定分离要求所需塔高。
分离要求,残余浓度 ya或溶质的回收率?
1．设计型
（ 1）流向的选择逆流特点,1) 逆流推动力大，传质速率快；
2）吸收液的浓度高；
3）溶质的吸收率高；
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4）液体受到上升气体的曳力，限制了液体流量和气体流量。
（ 2）吸收剂进口浓度的选择及其最高允许浓度再生费高设备费高，经济上：
技术上：
a
oa
*
aa
x
hxx
xx
Δ
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（ 3）吸收剂流量的确定 m i n)0.21.1( LL
返回北京化工大学化工原理电子课件
【 例 5-6】 在一塔径为 0.8m的填料塔内，用清水逆流吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为 99.5%。已知空气和氨的混合气质量流量为 1400kg/h，气体总压为 101.3kPa，
其中氨的分压为 1.333 kPa。若实际吸收剂用量为最小用量的 1.4倍，操作温度（ 293K）下的气液相平衡关系为
y*=0.75x，气相总体积吸收系数为 0.088kmol/m3·s,试求
（ 1）每小时用水量；
（ 2）用平均推动力法求出所需填料层高度。
返回北京化工大学化工原理电子课件
【 例 5-7】 空气中含丙酮 2%（体积百分数）的混合气以
0.024kmol/m2·s 的流率进入一填料塔，今用流率为
0.065kmol/m2·s 的清水逆流吸收混合气中的丙酮，要求丙酮的回收率为 98.8%。已知操作压力为 100 kPa，操作温度下的亨利系数为 177 kPa，气相总体积吸收系数为
0.0231 kmol/m3·s,试用解吸因数法求填料层高度。
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2．吸收塔的操作型计算命题：塔高一定时，吸收操作条件与吸收效果间的分析和计算 ;
吸收塔的核算。
（１）定性分析
【 例 5-8】 在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则
ya,xb何变化？（已知体积传质系数随流量变化关系为 ）
80,y Gak?
返回北京化工大学化工原理电子课件定性分析步骤：
1）根据条件确定 HOG,S；
2）利用 ho=,确定 的变化 ;
3）采用吸收因数法确定 ya的变化 ;
4）利用全塔物料衡算分析 xb变化。
OGOG HN?
OGN
（ 2）定量计算问题,吸收温度降低,ya,xb,吸收操作线如何变化？
xa降低,ya,xb,吸收操作线如何变化？
吸收压力提高,ya,xb,吸收操作线如何变化？
返回北京化工大学化工原理电子课件
【 例 5-9】 某填料吸收塔在 101.3 kPa,293K下用清水逆流吸收丙酮 — 空气混合气中的丙酮，操作液气比为 2.0，
丙酮的 回收率为 95%。已知该吸收为低浓度吸收，操作条件下气液平衡关系为,吸收过程为 气膜控制,
气相总体积吸收系数 与气体流率的 0.8次方成正比。
（塔截面积为 1㎡ ）（ 1）若气体流量增加 15%，而液体流量及气、液进口组成不变，试求丙酮的回收率有何变化？（ 2）若丙酮回收率由 95%提高到 98%，而气体流量，
气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压力皆不变，试求吸收剂用量提高到原来的多少倍。
x.y * 181?
aKy
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3．吸收过程的强化吸收阻力吸收推动力?
AN
目标：提高吸收过程的推动力；
降低吸收过程的阻力。
（ 1）提高吸收过程的推动力返回北京化工大学化工原理电子课件
【 例 5-10】 在一填料吸收塔内，用含溶质为 0.0099
（摩尔分率）的吸收剂逆流吸收混合气中溶质的 85%，
进塔气体中溶质浓度为 0.091（摩尔分率），操作液气比为 0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为,试求：
（ 1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；
（ 2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力的比。
假设体积传质系数与流动方式无关。
x.y 860
1）逆流操作比并流操作的推动力大；
返回北京化工大学化工原理电子课件
2）提高吸收剂的流量；
yb
ya
ya’
xbxb’xa
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（ 2）降低吸收过程的传质阻力
1）提高流体流动的湍动程度；
2）改善填料的性能。
3）吸收过程为气膜控制时，降低吸收剂入口温度；
4）降低吸收剂入口溶质的浓度；
5）吸收过程为气膜控制时，提高吸收的压力。
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5.5.5,塔板数的计算 y
a=y1 xa=x0
y1
yi x1 1
i
i+1
N
xiyi+1
xi+1yN
xN
yb=yN+1 xb=xN
理论板：气液两相充分接触，
达到平衡的板。
操作关系,yi+1～ xi
操作线方程
)(1 aaii xGLyxGLy
yi～ xi
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1,图解法求 NT
步骤,1）画平衡线 OE，
操作线 AB；
y1
x0 x1
y2
x2
y3
x3
y4
A
B
o
E
2) 从 A点出发画梯级，直到越过 B点。
3）梯级数为理论板数。
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2,解析法 平衡线为直线：
i*i mxy?
逆流吸收操作线,)(
1 aaii xG
Lyx
G
Ly
ayy?1
m
yx a
1 )(12 aa xG
Lyx
G
Ly
)( aaa xGLymyGL
aa A m xy A)(1
m
yx 2
2?
)(23 aa xGLyxGLy
)(1 1
1
1 aa
N
abN mxyA
Amxyy?
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—克列姆塞尔方程—?
S
mxy
mxyS
A
N
aa
ab
T 1lnln
1
比较与?
S
mxy
mxyS
S
N
aa
ab1ln
1
1
OG
AA
A
A
S
N
N
ln
1
ln
1
OG
T
当 A=1时 NT=NOG
A>1时 NT<NOG
A<1时 NT>NOG
