5．5吸收塔的计算
本节教学要求
1、重点掌握的内容：吸收剂用量的确定、传质单元数的计算（平均推动力、吸收因数法） 2、熟悉的内容：吸收操作线、吸收操作线的特点、、传质推动力、最小液气比及计算、体积传质系数、传质单元数的定义及物理意义、传质单元高度的定义及物理意义、吸收因数及物理意义、解吸因数、吸收过程的设计（吸收条件的确定）及计算（吸收剂用量、填料层高度的计算、塔径的计算、塔核算）、吸收过程的强化措施；解吸的特点、解吸的计算； 3、了解的内容：传质单元数的计算（图解法）、理论级的计算； 4、难点：吸收过程的操作分析与计算。
??逐级接触式工业上通常在塔设备中实现气液传质。塔设备一般分为?
??连续接触式本章以连续接触操作的填料塔为例，介绍吸收塔的设计型和操作型计算。 吸收塔的设计型计算包括：吸收剂用量、吸收液浓度、塔高和塔径等的设计计算。 吸收塔的操作型计算包括：（1）在物系、塔设备一定的情况下，对指定的生产任务，核算塔
设备是否合用；
（2）操作条件发生变化，吸收结果将怎样变化等问题。
?气液平衡关系?设计型和操作型计算的依据：? ?物料衡算???吸收速率方程 5．5．1物料衡算和操作线方程
1．物料衡算
定态逆流吸收塔的气液流率和组成如图5-13所示，图中符号定义如下：
V——单位时间通过任一塔截面惰性气体的量，kmol/s； L——单位时间通过任一塔截面的纯吸收剂的量，kmol/s； Y——任一截面上混合气体中溶质的摩尔比，
34
V, Y2 L, X2 V, Y1 L, X1 图5-13 物料衡算示意图 X——任一截面上吸收剂中溶质的摩尔比。
在定态条件下，假设溶剂不挥发，惰性气体不溶于溶剂。以单位时间为基准，在全塔范围内，对溶质A作物料衡算得： VY1+LX2=VY2+LX1
或 V（Y1－Y2）=L（X1－X2） （5-70） 溶质回收率定义为：??吸收溶质A的量
混合气体中溶质A的量所以： Y2=Y1（1－?） 由式（5-70）可求出塔底排出液中溶质的浓度
X1=X2＋V（Y1－Y2）/L （5-71）
2．吸收操作线方程与操作线
V, Y2 L, X2 逆流吸收塔内任取mn截面，在截面mn与塔顶间对溶质A进行物料衡算：
V, Y m n L, X V, Y1 L, X1 图5-15 逆流吸收操作 线推导示意图 VY+LX2=VY2+LX
或 Y?LLX?(Y2?X2) （5-72） VV若在塔底与塔内任一截面mn间对溶质A作物料衡算，则得到
VY1?LX?VY?LX1
或 Y?LLX?(Y1?X1) （5-73） VV由全塔物料衡算知，方程（5-72）与（5-73）等价。
操作关系：塔内任一截面上气相组成Y与液相组成X之间的关系。
逆流吸收操作线方程：方程（5-72）与（5-73）称为逆流吸收操作线方程式。 逆流吸收操作线具有如下特点：
（1）当定态连续吸收时，若L、V一定，Y1、X2恒定，则该吸收操作线在X～Y直角坐标图上为一直线，通过塔顶A（X2，Y2）及塔底B（X1， Y1），其斜率为为吸收操作的液气比；
LL，见图5-16。称VV 35
（2）吸收操作线仅与液气比、塔底及塔顶溶质组成有关，与系统的平衡关系、塔型及操作条件T、p无关。
（3）因吸收操作时，Y > Y*或X* > X，故吸收操作线在平衡线Y*?f(X)的上方，操作线离平衡线愈远吸收的推动力愈大；解吸操作时，Y 图5-16 逆流吸收操作线 图5-17 吸收操作线推动力示意图 5．5．2吸收剂用量与最小液气比 1、最小液气比：最小液气比是针对一定的分离任务、操作条件和吸收物系，当塔内某截面 吸收推动力为零时，达到分离程度所需塔高为无穷大时的液气比，以?示。。 2、确定操作液气比的分析：若增大吸收剂用量，操作线的B点将沿水平线Y=Y1向左移动，如图5-18所示的B、C点。在此情况下，操作线远离平衡线，吸收的推动力增大，若欲达到一定吸收效果，则所需的塔高将减小，设备投资也减少。但液气比增加到一定程度后，塔高减小的幅度就不显著，而吸收剂消耗量却过大，造成输送及吸收剂再生等操作费用剧增。考虑吸收剂用量对设备费和操作费两方面的综合影响。应选择适宜的液气比，使设备费和操作费之和最小。根据生产实践经验，通常吸收剂用量为最小用量的1.1～2.0倍，即 ?L??表?V?minL?L?=（1.1～2.0）?? V?V?min 36 3、吸收剂用量的确定： L=（1.1～2.0）Lmin 注意：L值必须保证操作条件时，填料表面被液体充分润湿，即保证单位塔截面上单位时间 内流下的液体量不得小于某一最低允许值。 4、最小液气比的计算： （1）图解法：最小液气比可根据物料衡算采用图解法求得，当平衡曲线符合图5-18所示的 情况时， Y?Y2?L? （5-74） ???1*VX?X??min12（2）解析法：若平衡关系符合亨利定律，则采用下列解析式计算最小液气比 Y?Y2?L? （5-75） ???1YV??min1?X2m注意：如果平衡线出现如图5-18所示的形状，则过点A作平衡线的切线，水平线Y=Y1与切线相交于点D(X1,max,Y1)，则可按下式计算最小液气比 Y1?Y2?L? （5-76） ???VX?X??min1,max2 Y Y X 图5-17 逆流吸收最小回流 X 图5-18 最小回流比计算示意图 【例5-7】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 37
