喷淋塔液气比计算

目前大多设计喷淋塔时，默定熟成的习惯选取液气比2-3L/m³，有时使用方会问选取液气比2-3L/m³的依据是什么。

1）归根结底2-3比值如何计算得来？选取2-3的液气比是否合适？具体取值是2、2.5和3取哪个？是否可以选取大一点处理效果更好，或者小一点节能和节省成本？

2）2-3是吸收剂体积与风量比L/m³还是液相摩尔流率与气相摩尔流率比值？ 

实际生产中，若加大液气比，不但加大了吸收剂的消耗量，而且使输送吸收剂、提浓吸收液的操作费用也加大；反之，若减小液气比，虽然吸收剂用量减少了，但液相推动力也相应减小了。因此，在设计吸收塔时应全面权衡，选择更佳液气比，使总费用zui小，处理效果更佳。为了保证吸收塔始终保持在更佳处理效果，同时也可应对前端进气浓度的波动，因此对于低浓度气体吸收，最适宜的吸收剂用量为Ls=(1.1～2)Lsmin.LSmin为实际计算出的zui小液气比值。

现以丙酮废气为例，使用填料吸收塔进行物理吸收处理，入塔废气量为Q:10000m³/h，浓度1000mg/m³，操作温度为25℃，压力为1个大气压，处理后排气浓度90mg/m³，由于工况废气含有极少量酸性气体(主要为丙酮废气，酸性气体可忽略不计），因此使用2%氢氧化钠碱液进行废气处理。

1.基础数据：

通过查询丙酮分子量M丙酮=58.08g/mol。亨利系数E丙酮=200kpa。

吸收剂为2%NAOH碱液，吸收剂密度为ρ碱液=1020.70，分子量M碱液=18.200.

已知zui小液气比(L_S/G_B)min=Y_1−Y_2/X_1^∗−X_2,

LS=吸收剂流量，GB=惰性气体流量，X_1^∗=理论上吸收液所能达到的zui高浓度。

工业上将混合气中溶质组成不大于10%（体积）的吸收称为低浓度气体吸收，本项目丙酮吸收符合低浓度气体吸收，且溶液为稀溶液，则其气液平衡关系服从亨利定律。则上述公式可演变为：(L_S/G_B)min=Y_1−Y_2/X_1^∗−X_2=Y_1−Y_2/Y_1⁄m−X_2。

m=系统相平衡常数。

2.计算数据：

通过以上信息可求得入塔污染物浓度流量为：                 

Q污入=(10000*1000)/(58.08*1000000)=0.172176kmol/h.

出塔污染物浓度流量为：

Q污出=(10000*90)/(58.08*1000000)=0.015496kmol/h.

入塔气相总流量为：

Q总=(10000/22.4)*(273.15/298.15)*(101325/101325)=408.995352kmol/h.

则，惰性气体的摩尔流量为：

Q惰=408.995352kmol/h-0.172176kmol/h=408.823176kmol/h.

入塔气相摩尔比Y1=混合气体中吸收质与惰性气体的摩尔比=Q污入/Q惰=0.000421.

出塔气相摩尔比Y2=Q污出/Q惰=0.0000379.

入塔吸收剂丙酮浓度X2=0，因初始吸收剂为新鲜NAOH溶液，丙酮含量为0.

根据亨利定律，相平衡常数m=E/P=200kpa/101.325kpa=1.973846。

则zui小液气比：(L_S/G_B)min=Y_1−Y_2/X_1^∗−X_2=Y_1−Y_2/Y_1⁄m−X_2=1.796200。

因此，更适宜的吸收剂用量区间为：

Ls=(1.1～2)Lsmin=1.796200x(1.1～2)=1.975820～3.592400.

根据上述计算，假设选取吸收剂用量为3，则，所需吸收剂流量为：

L摩尔流量=3xQ总=3x408.995352=1226.986057kmol/h

L质量流量=L摩尔流量xM碱液=1226.986057X18.200=22331.1462374kg/h

L体积流量=L质量流量/ρ碱液=22331.1462374/1020.70=21.878266m³/h。

考虑水泵选型，需水量取整并设计一定余量，初步选定水泵流量为L实=23m³/h。

则，实际吸收液选型流量为L实摩尔流量=L实xρ碱液/M碱液=1289.881272kmol/h。

3.验算：

实际操作液气比（流率）N=1289.881272kmol/h/408.995352kmol/h=3.153780。

实际操作液气比N=3.153780在1.975820～3.592400的区间内，取值合理。

4.延伸以体积计算液气比：

实际操作液气比（质量）=23x1000/10000=2.3.在2-3L/m³之间

虽然在2-3L/m³之间，但是不通过以上计算无从得来2.3.

如果按照习惯：

1）取zui小液气比值2的话，则20m³/hX1020.70/18.200/408.995352=2.742448.

2.742448在区间1.975820～3.592400里面，但是没有数据支撑。

2）取中间液气比值2.5的话，则25m³/hX1020.70/18.200/408.995352=3.428060.

3.428060在区间1.975820～3.592400里面，但是稍有不慎就会取值超纲，造成制作成本偏高，竞争力小。

3）取zui大液气比值3的话，则30m³/hX1020.70/18.200/408.995352=4.113672.

4.113672已经超过区间1.975820～3.592400值，造成投资成本以及运行成本增加，同时极易造成液泛现象产生。液泛会导致塔的处理效率下降40%～75%，多花费用，反而起到了相反的作用。

5.归类总结

综上所述，通过以上计算不难看出，计算公式设计以及单位均为摩尔量计算，所谓液气比2-3L/m³的取值，可以作为最后的验算仅供参考，也可作为制作和投资成本匡算，但以此为依据设计取值不太合理，也不太科学。

正常计算液气比上一页就已经计算完毕，也选取出了合理的液气比。比值2.3以及区间范围1.975820～3.592400也是以mol量计算得出，本页换算成体积与风量之比仅供理论说明，因此个人认为液气比一般为液相摩尔流率与气相摩尔流率比值。

也有相关文献以及设计资料指出可以使用L/m³的计算方式来作为大概设计依据，但是

仅限于大型脱硫塔使用，脱硫塔一般风量大，相应水泵一般配备也比较大，流量及扬程区间比较宽泛，液泛和容错空间比较大，后期可根据实际使用情况进行变频调节。

因此对于废气吸收塔来说液气比2-3L/m³的设计仅仅作为匡算大概加工费用以及投资成本。具体液气比还需根据工况自行计算取值才合理。

以上均为个人观点，如果错误，欢迎指正，共同探讨。

参考文献

《大气污染控制工程》第四版            《化工原理》 第四版     

《化工原理课程设计》 第二版           《化工原理课程设计》

《现代塔器技术》 第二版                  《现代填料塔技术指南》

《三废处理工程技术手册》废气卷      《传质分离理论与现代塔器技术》

《挥发性有机物污染控制工程》          《塔的工艺计算》

《塔器》                                            《科氏•格里奇填料选型》

《化工过程模拟-AspenPlus》 第二版 《溶剂手册》