2.3吸收塔的計算在此以逆流操作的填料塔為例，介紹選定吸收劑后吸收塔的計算。吸收塔的工藝計算包括：⑴確定吸收劑的用量；⑵計算塔徑；⑶填料塔中填料的有效高度或板式塔的板數。2.3.1吸收塔的物料衡算與操作線方程一、物料衡算1、作全塔物料衡算圖；2、選擇研究范圍，定基準；3、標注各有關物理量；4、進行物料衡算；VY1VY2YLX2LX1X選kmol劑/h為基準VY1VY2YLX2LX1X對吸收質衡算操作線方程式對全塔進行吸收質衡算得：操作線為一條直線且操作線通過（X1，Y1）（X2，Y2）兩點；直線斜率為L/VY1X1Y2X2L/VED討論：①操作線決定于氣液兩相流量V及L，塔底和任一截面的兩相組成；②操作線與相平衡關系、吸收塔的型式、相接觸方式以及溫度、壓力等無關。〖說明〗操作線方程反映在塔的任一截面上，上升氣相組成與下降液相組成之間的關系。XY1Y2X1X2TBYAB點代表塔底組成，T點代表塔頂組成，A點代表塔內任一截面的氣、液組成。從A點引一垂線，與平衡線交與一點，兩點之間垂直距離代表以氣相表示的推動力(Y-Ye)；從A點引一水平線，與平衡線交與一點，兩點之間水平距離代表以液相表示的推動力(Xe-X)；吸收過程的操作線位于平衡線上方，若位于下方，則為解吸過程。操作線離平衡線愈遠吸收的推動力愈大；1、吸收劑單位消耗量2.3.2吸收劑消耗量的計算由全塔物料衡算式得：式中Y1、Y2、X2，一般由工藝要求確定X1，由吸收劑用量確定，是操作參數L/V，稱為吸收劑單位消耗量或液氣比液氣比L/V的物理意義：處理單位惰性氣體所需的吸收劑量。2、最小吸收劑消耗量（L/V）小一般情況Y1、Y2、X1、V一定時，L↓Y1X1Y2X2ED

L/V↓

E點向右移

操作線與平衡線距離減小，吸收推動力降低。

E點移至E’點時，推動力降低為0。E’

此時的液相量L為最小吸收劑用量。X*若此時溶液服從亨利定律（Y=mX）3、吸收劑單位消耗量的確定過大，操作費用增加；過小，填料塔增高，設備費用增加。在實際操作中，一般選擇操作液氣比為最小液氣比的1.2~2倍2.3.3塔徑的計算根據圓形管路流量公式計算。式中：VS－操作條件下混和氣體的流量，m3/s。以入塔氣流量計（逆流：塔底，并流：塔頂）。利用上式關鍵在于空塔氣速u的確定，u的確定取決于塔的類型、操作條件、物系等因素，將在第4章介紹。例題【例】在逆流吸收塔中，用洗油吸收焦爐氣中的芳烴。吸收塔壓強為105kPa

，溫度為300K，焦爐氣流量為1000m3/h，其中所含芳烴組成為0.02（摩爾分率,下同），吸收率為95%，進塔洗油中所含芳烴組成為0.005。若取吸收劑用量為最小用量的1.5倍，試求進入塔頂的洗油摩爾流量及出塔吸收液組成。（操作條件下氣液平衡關系為Y*=0.125X）進入吸收塔的惰性氣體摩爾流量為：進塔氣組成：出塔氣組成：吸收劑組成：由于入塔洗油中含有少量芳烴，則入塔的洗油量為：L′=L(1+X2)=7.59×(1+0.0053)=7.63kmol/h2.3.4

填料層高度的計算有傳質單元數法和等板高度法。所以填料層高度計算涉及物料衡算、傳質速率和相平衡關系。我們前面介紹的所有傳質速率方程都適用于穩定操作的吸收塔中的"某一橫截面",而不能用于全塔。對于整個吸收塔，氣、液的濃度分布都沿塔高變化，吸收速率也在變化。所以要在全塔范圍應用吸收速率關系式，就要采用微分方法，然后積分得到填料層的總高度。2.3.4.1傳質單元數法1.基本計算式單位時間，dZ內吸收A的量：X+dX微元填料層內，因氣液組成變化極小，可認為吸收速率NA為定值。微元填料層內，吸收速率方程式：積分上兩式有效傳質面積a<同體積填料的比表面積，a與填料的形狀、尺寸及充填狀況(整砌、亂堆)有關，還受流體物性(m、s等)及流動狀況的影響，很難直接測定，所以和吸收系數合在一起，作為一個完整的物理量看待，其乘機稱為體積吸收系數。KYa－氣相總體積吸收系數，kmol/(m3.s)；KXa－液相總體積吸收系數，kmol/(m3.s)。〖說明〗KYa物理意義：單位推動力、單位時間、單位體積填料層內吸收溶質A的物質的量。2.傳質單元高度和傳質單元數同理：填料層高度可用下面的通式計算：

Z=傳質單元高度×傳質單元數〖說明〗①.傳質單元高度若吸收過程所需填料層高度恰等于一個氣相總傳質單元高度時，即：Z=NOG，則：整個填料層內，(Y-Ye)雖為變量，但總可以找到一個平均值(Y-Ye)m，代替積分式中的(Y-Ye)，而不改變積分值，即：(Y1-Y2)=(Y-Ye)m。HOG的物理意義：氣體流經一段填料，溶質組成變化(Y1-Y2)等于該段填料層平均推動力(Y-Ye)m時，該段填料層高度就是一個氣相總傳質高度。HOG的指導意義：反映了傳質阻力的大小、填料性能的優劣及潤濕情況的好壞。KY↓(阻力↑)，a↓→HOG↑②.傳質單元數NOG的指導意義：反映了取得一定吸收效果的難易程度。dY↑，(Y-Ye)↓→NOG↑（難↑）3.傳質單元數的計算以逆流為例。①脫吸因數法適用情況：平衡關系符合線性關系。式中：S=mV/L－脫吸因數，是平衡線斜率m與操作線斜率L/V的比值，無量綱。以S為參數，在半對數坐標上標繪NOG~(Y1-Ye2)/(Y2-Ye2)關系。橫標(Y1-Ye2)/(Y2-Ye2)：反映吸收率的大小。參數S：反映吸收推動力的大小。XY1Y2X1X2TBYAY1Y2X1X2TBYX脫吸因數S不同時對生產過程的指導意義：希望得到高的吸收率：力圖使Y2→Ye2方法時增大液體量，改變操作線方程，從而使L/V>m，即：在S<1時才有可能。希望得到高組成的吸收液：力圖使X1→Xe1方法時增大液體量，改變操作線方程，從而使L/V<m，即：在S>1時才有可能。一般S=0.7~0.8時，可兼顧上述兩種情況。同理：此式常用于解吸操作的計算②對數平均推動力法適用情況：平衡關系符合線性關系。YY1Y2X1X2TBYXΔY1ΔY2Y1Y2ΔYY同理：〖說明〗對數平均推動力法適用于平衡線為直線，逆流、并流吸收皆可。平衡線與操作線平行時，③梯級圖解法適用情況：平衡關系為直線或彎曲率不大的曲線。圖解步驟：在Y~X圖上繪出TB線及OE線；TBYXFF’OE在TB及OE線之間畫出若干(Y-Ye)的中點聯成的曲線MN；從塔頂T出發，作水平線交MN于F，延長TF至F’，使TF=FF’，從F’出發，重復繪制梯級過程，直至達到或超過塔底B點為止；NOG＝梯級數(非整數)MN適用情況：平衡關系符合曲線且無具體函數關系步驟：根據已知條件在Y~X圖上作出平衡線和操作線。在Y1與Y2之間任選若干個Y值，從圖中讀出相應的Ye值，并計算值。在直角坐標系中以作圖得曲線。曲線與Y=Y1、Y=Y2及恒軸所包圍的面積即為NOG。④圖解積分法OEBTY1Y2⑤數值積分法適用情況：平衡關系符合曲線且已知函數關系圖解積分法雖為一種理論上嚴格的方法，但計算起來特別繁瑣。可采用數值積分法進行計算，例如采用辛普森(Simpson)數值積分法。其方法是：在Y1和Y2之間作偶數等分，對每一個Yi值計算出對應的f(Yi)，并令Y0=Y2(塔頂氣相組成)，Yn=Y1(塔底氣相組成)，然后按下式進行求解：此外可采用龍貝格方法、高斯積分法等。

2.3.4.2等板高度法設填料層由N級組成，吸收劑從塔頂進入第I級，逐級向下流動，最后從塔底第N級流出；原料氣從塔底進入第N級，逐級向上流動，最后從塔頂第1級排出。在每一級上，氣液兩相的組成達到平衡，溶質組成由氣相向液相轉移。若離開某一級時，氣液兩相的組成達到平衡，則稱該級為一個理論級，或稱為一層理論板，NT。等板高度：分離效果達到一個理論級所需的填料層高度。Z=HETP×NTNT——完成分離任務，所需的理論級數；HETP——等板高度，由實驗測定或經驗公式計算。Y2=YIX2=X0YIYiXIIii+1NXiYi+1Xi+1YNXNY1=YN+1X1=XNY1X0X1Y2X2Y3X3Y4T

BoE1.圖解法求NT步驟：畫平衡線OE，操作線TB；從T點出發畫梯級，直到越過