第三章吸收(填料塔高度的計算)

1、化工單元設備的計算，按給定條件、任務和要求的不同，化工單元設備的計算，按給定條件、任務和要求的不同，一般可分為一般可分為設計型計算設計型計算和和操作型（校核型）計算操作型（校核型）計算兩大類。兩大類。設計型計算：設計型計算：按給定的生產(chǎn)任務和工藝條件來設計滿足任按給定的生產(chǎn)任務和工藝條件來設計滿足任務要求的單元設備。務要求的單元設備。操作型計算操作型計算：根據(jù)已知的設備參數(shù)和工藝條件來求算所能根據(jù)已知的設備參數(shù)和工藝條件來求算所能完成的任務。完成的任務。兩種計算所遵循的基本原理及所用關(guān)系式都相同，只是具兩種計算所遵循的基本原理及所用關(guān)系式都相同，只是具體的計算方法和步驟有些不同而已。本章著重討

2、論吸收塔體的計算方法和步驟有些不同而已。本章著重討論吸收塔的設計型計算，而操作型計算則通過習題加以訓練。的設計型計算，而操作型計算則通過習題加以訓練。 吸收塔的設計型計算吸收塔的設計型計算是按給定的生產(chǎn)任務及條件（已知待是按給定的生產(chǎn)任務及條件（已知待分離氣體的處理量與組成，以及要達到的分離要求），設分離氣體的處理量與組成，以及要達到的分離要求），設計出能完成此分離任務所需的吸收塔。計出能完成此分離任務所需的吸收塔。設計計算的主要內(nèi)容與步驟設計計算的主要內(nèi)容與步驟 計算依據(jù)：物系的相平衡關(guān)系和傳質(zhì)速率計算依據(jù)：物系的相平衡關(guān)系和傳質(zhì)速率(1) 吸收劑的選擇及用量的計算；吸收劑的選擇及用量的計算

3、；(2) 設備類型的選擇；設備類型的選擇；(3) 塔徑計算；塔徑計算；(4) 填料層高度或塔板數(shù)的計算；填料層高度或塔板數(shù)的計算；(5) 確定塔的高度；確定塔的高度；(6) 塔的流體力學計算及校核；塔的流體力學計算及校核；(7) 塔的附件設計。塔的附件設計。 以吸收為例說明填料塔填料層高度的計算方法，但在實際以吸收為例說明填料塔填料層高度的計算方法，但在實際操作中，填料塔和板式塔均為最常用的塔型。操作中，填料塔和板式塔均為最常用的塔型。 以逆流操作的填料塔為例：以逆流操作的填料塔為例：對穩(wěn)定吸收過程，單位時間內(nèi)氣相在對穩(wěn)定吸收過程，單位時間內(nèi)氣相在塔內(nèi)被吸收的溶質(zhì)塔內(nèi)被吸收的溶質(zhì) A 的量必須

4、等于液的量必須等于液相吸收的量。全塔物料衡算為：相吸收的量。全塔物料衡算為： 下標下標“1”1”代表塔內(nèi)填料層下底截面，代表塔內(nèi)填料層下底截面，下標下標“2”2”代表填料層上頂截面。代表填料層上頂截面。V 惰性氣體惰性氣體B的摩爾流率的摩爾流率kmol/s；L 吸收劑吸收劑S的摩爾流率的摩爾流率kmol/s；Y 溶質(zhì)溶質(zhì)A在氣相中的摩爾比濃度；在氣相中的摩爾比濃度； X 溶質(zhì)溶質(zhì)A在液相中的摩爾比濃度。在液相中的摩爾比濃度。 目的：目的：計算給定吸收任務下所需的吸收計算給定吸收任務下所需的吸收劑用量劑用量 L 或吸收劑出口濃度或吸收劑出口濃度 X1 1。1221LXVYLXVY V, Y2V,

5、 Y1L, X1L, X2V, YL, X 若若 GA 為吸收塔的傳質(zhì)負荷，即為吸收塔的傳質(zhì)負荷，即氣體通過填料塔時，單位時間內(nèi)溶質(zhì)被吸氣體通過填料塔時，單位時間內(nèi)溶質(zhì)被吸收劑吸收的量收劑吸收的量 kmol/s，則，則 進塔氣量進塔氣量 V 和組成和組成 Y1 是吸收任務規(guī)定的，是吸收任務規(guī)定的，進塔吸收劑溫度和組成進塔吸收劑溫度和組成 X2 一般由工藝條一般由工藝條件所確定，出塔氣體組成件所確定，出塔氣體組成 Y2 則由任務給則由任務給定的吸收率定的吸收率 求出求出 )()(2121XXLYYVGA )1(12 YYV, Y2V, Y1L, X1L, X2V, YL, X在填料塔內(nèi)，對氣體流

6、量與液體流量一定的穩(wěn)定的吸收操在填料塔內(nèi)，對氣體流量與液體流量一定的穩(wěn)定的吸收操作，氣、液組成沿塔高連續(xù)變化；作，氣、液組成沿塔高連續(xù)變化；在塔的任一截面接觸的氣、液兩相組成是相互制約的；在塔的任一截面接觸的氣、液兩相組成是相互制約的；全塔物料衡算式就代表全塔物料衡算式就代表L、V一定，塔內(nèi)具有最高氣、液濃一定，塔內(nèi)具有最高氣、液濃度的截面度的截面“1”1”（濃端），或具有最低氣、液濃度的截面（濃端），或具有最低氣、液濃度的截面“2”2”（稀端）的氣、液濃度關(guān)系。（稀端）的氣、液濃度關(guān)系。 22XVLYXVLY 11XVLYXVLYLXVYLXVY 11同理，若在任一截面與塔頂端面間作溶質(zhì)同理

7、，若在任一截面與塔頂端面間作溶質(zhì)A的物料衡算，有的物料衡算，有 V, Y2V, Y1L, X1L, X2V, YL, X上兩式均稱為上兩式均稱為吸收操作線方程吸收操作線方程，代表逆流操作時塔內(nèi)任一截，代表逆流操作時塔內(nèi)任一截面上的氣、液兩相組成面上的氣、液兩相組成 Y 和和 X 之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。（L/V）稱為吸收塔操作的稱為吸收塔操作的液氣比液氣比。若取填料層任一截面與塔的塔底端面之間若取填料層任一截面與塔的塔底端面之間的填料層為物料衡算的控制體，則所得溶的填料層為物料衡算的控制體，則所得溶質(zhì)質(zhì) A 的物料衡算式為的物料衡算式為 當當 L/V 一定，操作線方程一定，操作線方程在在 Y-

8、X 圖上為以液氣比圖上為以液氣比 L/V 為斜率，過塔進、出為斜率，過塔進、出口的氣、液兩相組成點口的氣、液兩相組成點(Y1，X1)和和(Y2，X2)的直線，稱的直線，稱為為吸收操作線吸收操作線。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*P線上任一點的坐標線上任一點的坐標(Y，X)代表了塔內(nèi)該截面上氣、代表了塔內(nèi)該截面上氣、液兩相的組成。液兩相的組成。操作線上任一點操作線上任一點 P 與平衡線間的垂直距離與平衡線間的垂直距離 (Y-Y*) 為塔內(nèi)該為塔內(nèi)該截面上以氣相為基準的吸收傳質(zhì)推動力；與平衡線的水平截面上以氣相為基準的吸收傳質(zhì)推動力；與平衡線的水平距離距離 (X*-X) 為該截

9、面上以液相為基準的吸收傳質(zhì)推動力。為該截面上以液相為基準的吸收傳質(zhì)推動力。兩線間垂直距離兩線間垂直距離（Y-Y*）或水平距離或水平距離（X*-X）的變化顯示了的變化顯示了吸收過程推動力沿塔高的變化規(guī)律。吸收過程推動力沿塔高的變化規(guī)律。 Y- Y*X*-X并流操作線方程并流操作線方程V, Y1V, Y2L, X2L, X1V, YL, X對氣、液兩相對氣、液兩相并流操作并流操作的吸收塔，取塔內(nèi)填料層任一截面的吸收塔，取塔內(nèi)填料層任一截面與塔頂（濃端）構(gòu)成的控制體作物料衡算，可得并流時的與塔頂（濃端）構(gòu)成的控制體作物料衡算，可得并流時的操作線方程，其斜率為操作線方程，其斜率為（-L/V）。 11X

10、VLYXVLYYXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY- Y*X*-X 在在 Y1 至至 Y2 范圍內(nèi)，兩相逆流時沿塔高均能保持較大的范圍內(nèi)，兩相逆流時沿塔高均能保持較大的傳質(zhì)推動力，而兩相并流時從塔頂?shù)剿籽厮邆髻|(zhì)推傳質(zhì)推動力，而兩相并流時從塔頂?shù)剿籽厮邆髻|(zhì)推動力逐漸減小，進、出塔兩截面推動力相差較大。動力逐漸減小，進、出塔兩截面推動力相差較大。 在氣、液兩相進、出塔濃度相同的情況下，逆流操作的在氣、液兩相進、出塔濃度相同的情況下，逆流操作的平均推動力大于并流，從提高吸收傳質(zhì)速率出發(fā)，逆流平均推動力大于并流，從提高吸收傳質(zhì)速率出發(fā)，逆流優(yōu)于并流。優(yōu)于并流。 工業(yè)吸收一般

11、多采用逆流，本章后面的討論中如無特殊工業(yè)吸收一般多采用逆流，本章后面的討論中如無特殊說明，均為逆流吸收。說明，均為逆流吸收。 與并流相比，逆流操作時上升的氣體將對借重力往下流與并流相比，逆流操作時上升的氣體將對借重力往下流動的液體產(chǎn)生曳力，阻礙液體向下流動，因而限制了吸動的液體產(chǎn)生曳力，阻礙液體向下流動，因而限制了吸收塔所允許的液體流率和氣體流率，這是逆流操作不利收塔所允許的液體流率和氣體流率，這是逆流操作不利的一面。的一面。 逆流與并流操作線練習逆流與并流操作線練習Y3 X2X1Y1 Y2X2Y2X3C CD DA AB BY1Y2Y3X1X2X3C CD DA AB B逆流與并流操作線練習

12、逆流與并流操作線練習Y1Y2、Y3Y4X4（X3、X2）X1X2 Y2X4Y1 X3Y3C CD DA AB BY4X1 D DA AB BC CY1X2Y4X1X3Y3X4Y2ACDBY1Y4Y3Y2X2X1X3X4ACDBY1Y4Y3Y2X2X1X3X4ACDBY1Y3Y4Y2X2X1X3X4ACDB 選擇良好的吸收劑對吸收過程至關(guān)重要。但受多種因選擇良好的吸收劑對吸收過程至關(guān)重要。但受多種因素制約，工業(yè)吸收過程吸收劑的選擇范圍也是很有限的，素制約，工業(yè)吸收過程吸收劑的選擇范圍也是很有限的，一般視具體情況按下列原則選擇。一般視具體情況按下列原則選擇。 (1) 對溶質(zhì)有較大的溶解度。溶解度對

13、溶質(zhì)有較大的溶解度。溶解度 ，溶劑用量，溶劑用量 ，溶劑再，溶劑再生費用生費用 ；溶解度；溶解度 ，對一定的液氣比，吸收推動力，對一定的液氣比，吸收推動力 ，吸收傳質(zhì)速率吸收傳質(zhì)速率 ，完成一定的傳質(zhì)任務所需設備尺寸，完成一定的傳質(zhì)任務所需設備尺寸 ；(2) 良好的選擇性，即對待吸收組分的溶解度大，其余組分良好的選擇性，即對待吸收組分的溶解度大，其余組分溶解度小；溶解度小；(3) 穩(wěn)定不易揮發(fā)，以減少溶劑損失；穩(wěn)定不易揮發(fā)，以減少溶劑損失；(4) 粘度低，有利于氣液接觸與分散，提高吸收速率；粘度低，有利于氣液接觸與分散，提高吸收速率；(5) 無毒、腐蝕性小、不易燃、價廉等。無毒、腐蝕性小、不易

14、燃、價廉等。3-3 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定 吸收劑用量吸收劑用量 L 或液氣比或液氣比 L/V 在吸收塔的設計計算在吸收塔的設計計算和塔的操作調(diào)節(jié)中是一個很重要的參數(shù)。和塔的操作調(diào)節(jié)中是一個很重要的參數(shù)。 吸收塔的設計計算中，氣體處理量吸收塔的設計計算中，氣體處理量 V，以及進、出，以及進、出塔組成塔組成 Y1、Y2 由設計任務給定，吸收劑入塔組成由設計任務給定，吸收劑入塔組成 X2 則是由工藝條件決定或設計人員選定。則是由工藝條件決定或設計人員選定。 2211XYYLVX 可知吸收劑出塔濃度可知吸收劑出塔濃度 X1 與吸收劑用量與吸收劑用量 L 是相互制約的。是相互制約的。由全塔物

15、料衡算式由全塔物料衡算式 選取的選取的 L/V ，操作線斜率，操作線斜率 ，操作線與平衡線的距離，操作線與平衡線的距離 ，塔內(nèi)傳質(zhì)推動力，塔內(nèi)傳質(zhì)推動力 ，完成一定分離任務所需塔高，完成一定分離任務所需塔高 ； L/V ，吸收劑用量，吸收劑用量 ，吸收劑出塔濃度，吸收劑出塔濃度 X1 ，循環(huán)和，循環(huán)和再生費用再生費用 ； 若若L/V ，吸收劑出塔濃度，吸收劑出塔濃度 X1 ，塔內(nèi)傳質(zhì)推動力，塔內(nèi)傳質(zhì)推動力 ，完成相同任務所需塔高完成相同任務所需塔高 ，設備費用，設備費用 。不同液氣比不同液氣比 L/V 下的操作線下的操作線圖直觀反映了這一關(guān)系。圖直觀反映了這一關(guān)系。YXoY*=f(X)AY1X

16、1X2Y2BL/VY- Y*AX1(L/V)X1,max(L/V)minC最小液氣比最小液氣比( (L/V)min要達到規(guī)定的分離要求，或完成必需的傳質(zhì)負荷量要達到規(guī)定的分離要求，或完成必需的傳質(zhì)負荷量 GA=V(Y1-Y2)，L/V 的減小是有限的。的減小是有限的。當當 L/V 下降到某一值時，操作線將與平衡線相交或者相切，下降到某一值時，操作線將與平衡線相交或者相切，此時對應的此時對應的 L/V 稱為稱為，用，用(L/V)min表示，而對應表示，而對應的的 X1 則用則用 X1,max 表示。表示。隨隨 L/V 的減小，操作線與平衡線是相交還是相切取決于平的減小，操作線與平衡線是相交還是相

17、切取決于平衡線的形狀。衡線的形狀。YXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1,max=X1*(L/V)minCYXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1*(L/V)minCX1,max兩線在兩線在 Y1 處相交時，處相交時，X1,max=X1*；兩線在中間某個濃度處相切時，兩線在中間某個濃度處相切時， X1,maxX1* 。 2max, 121minXXYYVL 2max, 121minXXYYVL 最小液氣比的計算式：最小液氣比的計算式：在最小液氣比下操作時，在塔的某截面上（塔底或塔內(nèi)）在最小液氣比下操作時，在塔的某截面上（塔底或塔內(nèi)）氣、液兩相達平衡，傳質(zhì)推動力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)任務氣、液兩相達平

18、衡，傳質(zhì)推動力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)任務所需的塔高為無窮大。對一定高度的塔而言，在最小液氣所需的塔高為無窮大。對一定高度的塔而言，在最小液氣比下操作則不能達到分離要求。比下操作則不能達到分離要求。 實際液氣比應在大于最小液氣比的基礎上，兼顧設備費用實際液氣比應在大于最小液氣比的基礎上，兼顧設備費用和操作費用兩方面因素，按總費用最低的原則來選取。和操作費用兩方面因素，按總費用最低的原則來選取。根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，一般取根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，一般取 min0 . 21 . 1 VLVL注意：注意：以上由最小液氣比確定吸收劑用量是以以上由最小液氣比確定吸收劑用量是以熱力學平衡熱力學平衡為出發(fā)點的。從為出發(fā)點的

19、。從兩相流體力學角度兩相流體力學角度出發(fā)，還必須使出發(fā)，還必須使填料表面能被液體充分潤濕以保證兩相均勻分散并填料表面能被液體充分潤濕以保證兩相均勻分散并有足夠的傳質(zhì)面積，因此所取吸收劑用量有足夠的傳質(zhì)面積，因此所取吸收劑用量 L 值還應值還應不小于所選填料的不小于所選填料的最低潤濕率，即單位塔截面上、最低潤濕率，即單位塔截面上、單位時間內(nèi)的液體流量不得小于某一最低允許值。單位時間內(nèi)的液體流量不得小于某一最低允許值。 在填料塔內(nèi)，氣、液兩相傳質(zhì)面積由填充的填料表面提供。在填料塔內(nèi)，氣、液兩相傳質(zhì)面積由填充的填料表面提供。傳質(zhì)面積：傳質(zhì)面積：若塔的截面積為若塔的截面積為 （m2），填料層高度為，填

20、料層高度為 h（m），單位體積的填料所提供的表面積為，單位體積的填料所提供的表面積為 a（m2/m3），則該塔所能提供的傳質(zhì)面積則該塔所能提供的傳質(zhì)面積 A（m2）為為 a 為填料的有效比表面積，是填料的一個重要特性數(shù)據(jù)，填為填料的有效比表面積，是填料的一個重要特性數(shù)據(jù)，填料及填料填充方式一定即為定值。料及填料填充方式一定即為定值。塔截面積或塔徑：塔截面積或塔徑：主要由與填料的流體力學特性相關(guān)的空主要由與填料的流體力學特性相關(guān)的空塔氣速決定。塔截面積確定后，求傳質(zhì)面積就轉(zhuǎn)化為求所塔氣速決定。塔截面積確定后，求傳質(zhì)面積就轉(zhuǎn)化為求所需的需的填料層高度。填料層高度。 完成一定吸收任務所需的傳質(zhì)面積，

21、不僅與傳質(zhì)量和分離完成一定吸收任務所需的傳質(zhì)面積，不僅與傳質(zhì)量和分離程度等由任務規(guī)定的指標有關(guān)，還與塔內(nèi)氣液兩相流動狀程度等由任務規(guī)定的指標有關(guān)，還與塔內(nèi)氣液兩相流動狀況、相平衡關(guān)系、填料類型以及填充方式等影響相際傳質(zhì)況、相平衡關(guān)系、填料類型以及填充方式等影響相際傳質(zhì)速率的諸多因素緊密相關(guān)。速率的諸多因素緊密相關(guān)。物料衡算方程物料衡算方程和和傳質(zhì)速率方程傳質(zhì)速率方程是計算填料層高度的基本方程。是計算填料層高度的基本方程。ZaF 3-4.2 填料層高度填料層高度(低濃度氣體低濃度氣體)此傳質(zhì)量也就是在此傳質(zhì)量也就是在 dZ 段內(nèi)溶質(zhì)段內(nèi)溶質(zhì) A 由氣由氣相轉(zhuǎn)入液相的量。因此相轉(zhuǎn)入液相的量。因此

22、ddAANAN ah若若 dZ 微元段內(nèi)傳質(zhì)速率為微元段內(nèi)傳質(zhì)速率為NA，填料提供，填料提供的傳質(zhì)面積為的傳質(zhì)面積為 dF=a dZ，則通過傳質(zhì)面則通過傳質(zhì)面積積 dF 溶質(zhì)溶質(zhì) A 的傳遞量為的傳遞量為 dddNV YL X對填料層中高度為對填料層中高度為 dZ 的微分段作物料的微分段作物料衡算可得溶質(zhì)衡算可得溶質(zhì) A 在單位時間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)在單位時間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的量入液相的量 dN 填料塔內(nèi)氣、液組成填料塔內(nèi)氣、液組成 Y、X 和傳質(zhì)推動力和傳質(zhì)推動力 Y（或（或 X）均隨塔高變化，故塔內(nèi)各截）均隨塔高變化，故塔內(nèi)各截面上的吸收速率也不相同。面上的吸收速率也不相同。dddANV YN a

23、ZdddANL XN ahV, Y2V, Y1L, X1L, X2YXZY+dYdZX+dX將以比摩爾分數(shù)表示的總的傳質(zhì)速率方程代入，則有將以比摩爾分數(shù)表示的總的傳質(zhì)速率方程代入，則有 對上兩式沿塔高積分得對上兩式沿塔高積分得 在上述推導中，用相內(nèi)傳質(zhì)速率方程替代總的傳質(zhì)速率方在上述推導中，用相內(nèi)傳質(zhì)速率方程替代總的傳質(zhì)速率方程可得形式完全相同的填料層高度程可得形式完全相同的填料層高度 Z 的計算式。的計算式。若采用若采用 NA=KY(Y-Y*) 和和 NA=kX(X* - X) 可得：可得：*ddYV YKYYah*ddXL XKXX ah12*dYYYVYhK aYY12*dXXXLXhK

24、 aXX12d*YYYVYhk aYY12d*XXXLXhk aXX用其它組成表示法的傳質(zhì)速率方程，可推得以相應相組成用其它組成表示法的傳質(zhì)速率方程，可推得以相應相組成表示的填料層高度表示的填料層高度 Z 的計算式。的計算式。 特點：特點：低濃度氣體吸收（低濃度氣體吸收（y110%）因吸收量小，由此引起）因吸收量小，由此引起的塔內(nèi)溫度和流動狀況的改變相應也小，吸收過程可視為的塔內(nèi)溫度和流動狀況的改變相應也小，吸收過程可視為等溫過程，傳質(zhì)系數(shù)等溫過程，傳質(zhì)系數(shù) kY、kX 、KY、KX 沿塔高變化小，可取沿塔高變化小，可取塔頂和塔底條件下的平均值。填料層高度塔頂和塔底條件下的平均值。填料層高度

25、Z 的計算式：的計算式： 對高濃度氣體，若在塔內(nèi)吸收的量并不大（如高濃度難溶對高濃度氣體，若在塔內(nèi)吸收的量并不大（如高濃度難溶氣體吸收），吸收過程具有低濃度氣體吸收的特點，也可氣體吸收），吸收過程具有低濃度氣體吸收的特點，也可按低濃度吸收處理。按低濃度吸收處理。體積傳質(zhì)系數(shù)：體積傳質(zhì)系數(shù)：實際應用中，常將傳質(zhì)系數(shù)與比表面積實際應用中，常將傳質(zhì)系數(shù)與比表面積 a 的乘積（的乘積（KYa 及及 KXa）作為一個完整的物理量看待，稱為體）作為一個完整的物理量看待，稱為體積傳質(zhì)系數(shù)或體積吸收系數(shù)，單位為積傳質(zhì)系數(shù)或體積吸收系數(shù)，單位為 kmol/(s.m3) 。體積傳質(zhì)系數(shù)的物理意義：體積傳質(zhì)系數(shù)的物

26、理意義：傳質(zhì)推動力為一個單位時，單傳質(zhì)推動力為一個單位時，單位時間，單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)摩爾量。位時間，單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)摩爾量。 12*dYYYVYhK aYY12*dXXXLXhK aXX3-4.3 傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度 傳質(zhì)單元數(shù)的意義：傳質(zhì)單元數(shù)的意義：反映了取得一定吸收反映了取得一定吸收效果的難易程度。效果的難易程度。定義：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 12*YYOGYYdYN平均傳質(zhì)推動力氣相組成變化mYYYYYYdYNYYOG)(*21*12當所要求的當所要求的(Y1-Y2)為一定值時，平均吸收推動力為一定值時，平均吸收推動力(Y-Y

27、*)m越大，越大，NOG就越小，所需的填料層高度就越小。就越小，所需的填料層高度就越小。傳質(zhì)單元數(shù)的意義：傳質(zhì)單元數(shù)的意義：反映了取得一定吸收效果的難易程度。反映了取得一定吸收效果的難易程度。的意義：1OGN氣體流經(jīng)一段填料，溶質(zhì)組成變化氣體流經(jīng)一段填料，溶質(zhì)組成變化(Y1-Y2)等于該段填料平均吸等于該段填料平均吸收推動力收推動力(Y-Y*)m時，該段填料為一個傳質(zhì)單元。時，該段填料為一個傳質(zhì)單元。傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元高度定義：定義：aKGHyOG氣相總傳質(zhì)單元高度，氣相總傳質(zhì)單元高度，m m。 傳質(zhì)單元高度的意義傳質(zhì)單元高度的意義:完成一個傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度，反映了吸收完成一

28、個傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度，反映了吸收設備效能的高低。設備效能的高低。傳質(zhì)單元高度影響因素：傳質(zhì)單元高度影響因素：填料性能、流動狀況填料性能、流動狀況體積總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度的關(guān)系體積總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度的關(guān)系:2 . 0OG8 . 0GH,GaKGaKYY傳質(zhì)單元高度變化范圍：傳質(zhì)單元高度變化范圍：0.11.0m。對氣相總傳質(zhì)系數(shù)和推動力：對氣相總傳質(zhì)系數(shù)和推動力：HOG 氣相總傳質(zhì)單元高度，氣相總傳質(zhì)單元高度，m；NOG 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。氣相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。 HOL 液相總傳質(zhì)單元高度，液相總傳質(zhì)單元高度，m；NOL 液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。液相總傳質(zhì)單元

29、數(shù)，無因次。 aKVHYGO 12*dYYGOYYYNOGOGhHN aKLHXLO 12*dXXLOXXXNOLOLhHN12*dYYYVYhK aYY若令若令 對液相總傳質(zhì)系數(shù)和推動力：對液相總傳質(zhì)系數(shù)和推動力：12*dXXXLXhK aXX若令若令 mYYmOGYYYYdYYYN)()(1*21*12 定義定義傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元高度和和傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù)來表達填料層高度來表達填料層高度h，從計算角，從計算角度而言，并無簡便之利，但卻有利于對度而言，并無簡便之利，但卻有利于對 Z 的計算式進行分析和理的計算式進行分析和理解。下面以解。下面以NOG 和和 HOG 為例給予說明。為例給予說

30、明。 NOG 中的中的 dY 表示氣體通過一微分填料段的氣相濃度變化，表示氣體通過一微分填料段的氣相濃度變化，(Y-Y*）為該微分段的相際傳質(zhì)推動力。為該微分段的相際傳質(zhì)推動力。1)(21 OGmNYYYY時時，有有當當 氣體流經(jīng)一段填料，溶質(zhì)組成變化（氣體流經(jīng)一段填料，溶質(zhì)組成變化（Y Ya a Y Yb b）等于該段填料平）等于該段填料平均吸收推動力（均吸收推動力（Y YY Y * *) )mm時，該段填料為一個傳質(zhì)單元。時，該段填料為一個傳質(zhì)單元。 的意義：的意義：1OG N傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元數(shù) NOG 或或 NOL 反映吸收過程的難易程度反映吸收過程的難易程度，其大小取決于，其大小取決

31、于分離任務和整個填料層平均推動力大小兩個方面。分離任務和整個填料層平均推動力大小兩個方面。NOG 與氣相或液相進、出塔的濃度，液氣比以及物系的平衡關(guān)系與氣相或液相進、出塔的濃度，液氣比以及物系的平衡關(guān)系有關(guān)，而與設備形式和設備中氣、液兩相的流動狀況等因素無關(guān)。有關(guān)，而與設備形式和設備中氣、液兩相的流動狀況等因素無關(guān)。在設備選型前可先計算出過程所需的在設備選型前可先計算出過程所需的 NOG 或或 NOL。NOG 或或 NOL 值值大，分離任務艱巨，為避免塔過高應選用傳質(zhì)性能優(yōu)良的填料。大，分離任務艱巨，為避免塔過高應選用傳質(zhì)性能優(yōu)良的填料。若若 NOG 或或 NOL 值過大，就應重新考慮所選溶劑

32、或液氣比值過大，就應重新考慮所選溶劑或液氣比 L/V 是是否合理。否合理。 12*dYYGOYYYN 12*dXXLOXXXN總傳質(zhì)單元高度總傳質(zhì)單元高度 HOG 或或 HOL 則則表示完成一個傳質(zhì)單元分離任務所表示完成一個傳質(zhì)單元分離任務所需的填料層高度，代表了吸收塔傳質(zhì)性能的高低需的填料層高度，代表了吸收塔傳質(zhì)性能的高低，主要與填料的，主要與填料的性能和塔中氣、液兩相的流動狀況有關(guān)。性能和塔中氣、液兩相的流動狀況有關(guān)。HOG 或或 HOL 值小，表示設備的性能高，完成相同傳質(zhì)單元數(shù)的吸值小，表示設備的性能高，完成相同傳質(zhì)單元數(shù)的吸收任務所需塔的高度小。收任務所需塔的高度小。 用傳質(zhì)單元高度

33、用傳質(zhì)單元高度 HOG、HOL 或傳質(zhì)系數(shù)或傳質(zhì)系數(shù) KYa、KXa 表征設備的傳表征設備的傳質(zhì)性能其實質(zhì)是相同的。但隨氣、液流率改變質(zhì)性能其實質(zhì)是相同的。但隨氣、液流率改變 KYa 或或 KXa 的值變的值變化較大，一般流率增加，化較大，一般流率增加，KYa（或（或KXa）增大。）增大。HOG 或或 HOL 因分子分母同向變化的緣故，其變化幅度就較小。因分子分母同向變化的緣故，其變化幅度就較小。一般吸收設備的傳質(zhì)單元高度在一般吸收設備的傳質(zhì)單元高度在 0.151.5m 范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 aKVHYGO aKLHXLO對于低濃度的氣體吸收，用總傳質(zhì)單元數(shù)計算填料層高度對于低濃度的氣體吸收，用總

34、傳質(zhì)單元數(shù)計算填料層高度 Z 時，時，可避開界面組成可避開界面組成 Y* 和和 xi。若平衡線為直線或在所涉及的濃度范圍內(nèi)為直線段，直接積分就若平衡線為直線或在所涉及的濃度范圍內(nèi)為直線段，直接積分就可得可得 NOG 或或 NOL 的解析式，其求解方式主要有的解析式，其求解方式主要有對數(shù)平均推動力法對數(shù)平均推動力法和和吸收因子法吸收因子法。下面以求解。下面以求解 NOG 為例。為例。 設平衡線段方程為設平衡線段方程為 逆流吸收操作線方程為逆流吸收操作線方程為 BmXY * 22YXVLXVLY BYXVLXmVLYY22*上兩式相減得上兩式相減得 取微分取微分 XVLYdd XmVLYYdd*

35、*d11dYYLVmY *22*11*ln1111*11*2212YYYYLVmYYYYLVmYYYNYYYYYYOG dd2121YYXXLV 21*2*1XXYYm 21*22*1121*2*111YYYYYYYYYYLVm 以氣相為基準的全塔的對以氣相為基準的全塔的對數(shù)平均傳質(zhì)推動力數(shù)平均傳質(zhì)推動力上式說明了上式說明了 NOG 的含意：對低濃度氣體吸收是以全塔的對數(shù)平的含意：對低濃度氣體吸收是以全塔的對數(shù)平均推動力均推動力 Ym 作為度量單位，衡量完成分離任務作為度量單位，衡量完成分離任務（Y1-Y2）所需所需的傳質(zhì)單元高度的數(shù)目。若分離程度的傳質(zhì)單元高度的數(shù)目。若分離程度（Y1-Y2）

36、大或平均推動力大或平均推動力 Ym 小，小，NOG 值就大，所需的填料層就高。值就大，所需的填料層就高。 mYYOGYYYYYYYYYYYYYYYYN 21*22*11*22*1121*ln12d *22*11*22*11lnYYYYYYYYYm 2 2）平衡線與操作線平行）平衡線與操作線平行時，時，OGN3 3）當）當 、 時，對數(shù)平均推動力可用算術(shù)平時，對數(shù)平均推動力可用算術(shù)平均推動力代替。均推動力代替。*2211YYYYYY *1121YYYY*2221YYYY 221 YY221 XX注意：注意：1 1）平均推動力法適用于平衡線為直線，逆流、并流吸收皆可。）平均推動力法適用于平衡線為直線，逆流、并流吸收皆可。將操作線方程寫為將操作線方程寫為 代入相平衡代入相平衡方程方程 LmVYYYYLmVLmV*22*211ln11令令 A=L/(mV)，即即吸收因子吸收因子代入代入 NOG 定定義式并積分義式并積分 AYYYYAA111ln111*22*21 1212*22*1YYYYOGYYLmVYLmVYYYYNdd22XYYLVX將將 NOG 表示為兩個無因次表示為兩個無因次數(shù)群數(shù)群 AYYYYAANOG111ln111*22*21為了計算方便，將此式繪制成為了計算方便