吸收填料塔高的計算PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 吸收填料塔高的計算吸收填料塔高的計算 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)氣相在塔內(nèi)被吸收的溶質(zhì)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) A 的量必須等于液相吸收的量。全塔物料衡算為：的量必須等于液相吸收的量。全塔物料衡算為： 下標(biāo)下標(biāo)“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(biāo)下標(biāo)“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)

2、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(wù)下所需的吸收劑用量計算給定吸收任務(wù)下所需的吸收劑用量 L 或吸收劑出口濃度或吸收劑出口濃度 X1 1。 1221 LXVYLXVY V, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 V, Y L, X 第1頁/共34頁 若若 GA 為吸收塔的傳質(zhì)負(fù)荷，即氣體通過填料塔時，單位時間內(nèi)溶質(zhì)被吸收劑吸收的量為吸收塔的傳質(zhì)負(fù)荷，即氣體通過填料塔時，單位時間內(nèi)溶質(zhì)被吸收劑吸收的量 kmol/s，則，則 進(jìn)塔氣量進(jìn)塔氣量 V 和組成和組成 Y1 是吸收任務(wù)規(guī)定的，進(jìn)塔吸收劑溫度和組成是吸收任務(wù)規(guī)定的，進(jìn)塔吸收劑溫度和組成 X2 一般

3、由工藝條件所確定，出塔氣體組成一般由工藝條件所確定，出塔氣體組成 Y2 則由任務(wù)給定的吸收率則由任務(wù)給定的吸收率 求出求出 )()( 2121 XXLYYVGA )1( 12 YY V, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 V , Y L, X 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；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； 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、液濃度的截面一定，塔

4、內(nèi)具有最高氣、液濃度的截面“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。 第2頁/共34頁 22 X V L YX V L Y 11 X V L YX V L Y LXVYLXVY 11 同理，若在任一截面與塔頂端面間作溶質(zhì)同理，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, Y2 V, Y1 L, X1 L, X2 V , Y L, 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)任一截面上的氣、液兩相組成，代表逆流操作時塔內(nèi)任一截面上的氣、液兩相

5、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的填料層為物料衡算的控制體，則所得溶質(zhì)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，則所得溶質(zhì) A 的物料衡算式為的物料衡算式為 第3頁/共34頁 當(dāng)當(dāng) L/V 一定，操作線方程在一定，操作線方程在 Y-X 圖上為以液氣比圖上為以液氣比 L/V 為斜率，過塔進(jìn)、出口的氣、液兩相組成點(diǎn)為斜率，過塔進(jìn)、出口的氣、液兩相組成點(diǎn)(Y1，X1)和和(Y2，X2)的直線，稱為的直線，稱為吸收操作線吸收操作線。 Y X o Y*=f(X) A Y1 X

6、1X2 Y2 B Y X X * Y * P 線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)(Y，X)代表了塔內(nèi)該截面上氣、液兩相的組成。代表了塔內(nèi)該截面上氣、液兩相的組成。 操作線上任一點(diǎn)操作線上任一點(diǎn) 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)該截面上以氣相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推動力；與平衡線的水平距離為塔內(nèi)該截面上以氣相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推動力；與平衡線的水平距離 (X*-X) 為該截面上以液相為基準(zhǔn)的吸收傳質(zhì)推動力。為該截面上以液相為基準(zhǔn)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）的變化顯示了吸收過程推動力沿塔高的變化規(guī)律。的變化顯示

7、了吸收過程推動力沿塔高的變化規(guī)律。 Y- Y* X*-X 第4頁/共34頁 并流操作線方程并流操作線方程 V, Y1 V, Y2 L, X2 L, X1 V , Y L, 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，可得并流時的操作線方程，其斜率為（-L/V）。 11 X V L YX V L Y Y X o Y*=f(X) A Y1 X1X2 Y2 B Y X X * Y * P Y- Y* X*-X 第5頁/共34頁 在在

8、Y1 至至 Y2 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)推動力逐漸減小，進(jìn)、出塔兩截面推動力相差較大。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)推動力逐漸減小，進(jìn)、出塔兩截面推動力相差較大。 在氣、液兩相進(jìn)、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)，逆流優(yōu)于并流。在氣、液兩相進(jìn)、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)，逆流優(yōu)于并流。 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。工業(yè)吸收一般多采用逆流，本章后面的討論

9、中如無特殊說明，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，這是逆流操作不利的一面。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。 第6頁/共34頁 逆流與并流操作線練習(xí)逆流與并流操作線練習(xí) Y3 X 2 X 1 Y1 Y2 X 2 Y2 X 3 C C D D A A B B Y1 Y2 Y3 X1 X2X3 C C D D A A B B 第7頁/共34頁 逆流與并流操作線練習(xí)逆流與并流

10、操作線練習(xí) Y1 Y2、 、 Y3 Y4 X4（ （X3、X2）X1 X2 Y2 X4 Y1 X3 Y3 C C D D A A B B Y4 X1 D D A A B B C C 第8頁/共34頁 Y1 X2 Y4 X1 X3 Y3 X4 Y2 AC D B Y1 Y4 Y3 Y2 X2 X1 X3 X4 AC D B Y1 Y4 Y3 Y2 X2 X1 X3 X4 AC D B Y1 Y3 Y4 Y2 X2 X1 X3 X4 AC D B 第9頁/共34頁 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，一般視具體情況按下列原則選擇。選擇良好

11、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，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。溶解度對溶質(zhì)有較大的溶解度。溶解度 ，溶劑用量，溶劑用量 ，溶劑再生費(fèi)用，溶劑再生費(fèi)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(wù)所需設(shè)備尺寸，完成一定的傳質(zhì)任務(wù)所需設(shè)備尺寸 ； (2) 良好的選擇性，即對待吸收組分的溶解度大，其余組分溶解度小；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； (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

12、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、不易燃、價廉等。 3-3 吸收劑用量的確定吸收劑用量的確定 第10頁/共34頁 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(shè)計計算和塔的操作調(diào)節(jié)中是一個很重要的參數(shù)。在吸收塔的設(shè)計計算和塔的操作調(diào)節(jié)中是一個很重要的參數(shù)。 吸收塔的設(shè)計計算中，氣體處理量吸收塔的設(shè)計計算中，氣體處理量 V，以及進(jìn)、出塔組成，以及進(jìn)、出塔組成 Y1、Y2 由設(shè)計任務(wù)給定，吸收劑入塔組成由設(shè)計任務(wù)給定，吸收劑入塔組成 X2 則是由工藝條

13、件決定或設(shè)計人員選定。則是由工藝條件決定或設(shè)計人員選定。 2211 XYY L V X 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(wù)所需塔高，完成一定分離任務(wù)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)和再生費(fèi)用，循環(huán)和再生費(fèi)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

14、質(zhì)推動力 ，完成相同任務(wù)所需塔高，完成相同任務(wù)所需塔高 ，設(shè)備費(fèi)用，設(shè)備費(fèi)用 。 第11頁/共34頁 不同液氣比不同液氣比 L/V 下的操作線圖直觀反映了這一關(guān)系。下的操作線圖直觀反映了這一關(guān)系。 Y X o Y*=f(X) A Y1 X1X2 Y2 B L/V Y- Y* A X1 (L/V) X1,ma x (L/V)mi n C 最小液氣比最小液氣比( (L/V)min 要達(dá)到規(guī)定的分離要求，或完成必需的傳質(zhì)負(fù)荷量要達(dá)到規(guī)定的分離要求，或完成必需的傳質(zhì)負(fù)荷量 GA=V(Y1-Y2)，L/V 的減小是有限的。的減小是有限的。 當(dāng)當(dāng) L/V 下降到某一值時，操作線將與平衡線相交或者相切，此時

15、對應(yīng)的下降到某一值時，操作線將與平衡線相交或者相切，此時對應(yīng)的 L/V 稱為稱為，用，用(L/V)min表示，而對應(yīng)的表示，而對應(yīng)的 X1 則用則用 X1,max 表示。表示。 第12頁/共34頁 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衡線的形狀。的減小，操作線與平衡線是相交還是相切取決于平衡線的形狀。 Y Xo Y*=f(X) Y1 X2 Y2 B X1,max=X1* (L/V)mi n C Y Xo Y*=f(X) Y1 X2 Y2 B X1* (L/V)mi n C X1,ma x 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

16、相切時，兩線在中間某個濃度處相切時， X1,maxX1* 。 2max, 1 21 min XX YY V L 2max, 1 21 min XX YY VL 最小液氣比的計算式：最小液氣比的計算式： 第13頁/共34頁 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(dá)平衡，傳質(zhì)推動力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)任務(wù)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(dá)到分離要求。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(dá)平衡，傳質(zhì)推動力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)任務(wù)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(dá)到分離要求。 實際液氣比應(yīng)在大于最

17、小液氣比的基礎(chǔ)上，兼顧設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用兩方面因素，按總費(fèi)用最低的原則來選取。實際液氣比應(yīng)在大于最小液氣比的基礎(chǔ)上，兼顧設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用兩方面因素，按總費(fèi)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 min 0 . 21 . 1 V L V L 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(xué)平衡熱力學(xué)平衡為出發(fā)點(diǎn)的。從為出發(fā)點(diǎn)的。從兩相流體力學(xué)角度兩相流體力學(xué)角度出發(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有足夠的傳質(zhì)面積，因此所取吸收劑用量出發(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有足夠的傳質(zhì)面

18、積，因此所取吸收劑用量 L 值還應(yīng)不小于所選填料的值還應(yīng)不小于所選填料的最低潤濕率，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。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。 第14頁/共34頁 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

19、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。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。 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(xué)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)化為求所需的主要由與填料的流體力學(xué)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)化為求所需的填料層高度。填料層高度。 完成一定吸收任務(wù)所需的傳質(zhì)面積，不僅與傳質(zhì)量和分離程度等由任務(wù)規(guī)定的指標(biāo)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)速率的諸多因素緊密相關(guān)。完成一定吸收任務(wù)所需的傳質(zhì)面積，不

20、僅與傳質(zhì)量和分離程度等由任務(wù)規(guī)定的指標(biāo)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)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) 第15頁/共34頁 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 由氣相轉(zhuǎn)入液相的量。因此由氣相轉(zhuǎn)入液相的量。因此 dd AA NAN 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，填料提供的傳質(zhì)面積為，填料提供的傳質(zhì)面積為 dF=a dZ，則通過傳質(zhì)面

21、積則通過傳質(zhì)面積 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 的微分段作物料衡算可得溶質(zhì)的微分段作物料衡算可得溶質(zhì) A 在單位時間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的量在單位時間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)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)各截面上的吸收速率也不相同。）均隨塔高變化，故塔內(nèi)各截面上的吸收速率也不相同。 ddd A NV YN aZddd A NL XN ah V, Y2 V, Y1L, X1 L, X2 YX Z Y+dY dZ X+dX 第16頁/共34頁 將以

22、比摩爾分?jǐn)?shù)表示的總的傳質(zhì)速率方程代入，則有將以比摩爾分?jǐn)?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(dǎo)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在上述推導(dǎo)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 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： * dd Y V YKYYah * dd X L XKXX ah 1 2 * d Y Y Y VY h K aYY 1 2 * d X X X LX h K aXX 1 2 d * Y Y Y

23、VY h k aYY 1 2 d * X X X LX h k aXX 用其它組成表示法的傳質(zhì)速率方程，可推得以相應(yīng)相組成表示的填料層高度用其它組成表示法的傳質(zhì)速率方程，可推得以相應(yīng)相組成表示的填料層高度 Z 的計算式。的計算式。 第17頁/共34頁 特點(diǎn)：特點(diǎn)：低濃度氣體吸收（低濃度氣體吸收（y110%）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(yīng)也小，吸收過程可視為等溫過程，傳質(zhì)系數(shù)）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(yīng)也小，吸收過程可視為等溫過程，傳質(zhì)系數(shù) kY、kX 、KY、KX 沿塔高變化小，可取塔頂和塔底條件下的平均值。填料層高度沿塔高變化小，可取塔頂和塔底條件

24、下的平均值。填料層高度 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（如高濃度難溶氣體吸收），吸收過程具有低濃度氣體吸收的特點(diǎn)，也可按低濃度吸收處理。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(diǎn)，也可按低濃度吸收處理。 體積傳質(zhì)系數(shù)：體積傳質(zhì)系數(shù)：實際應(yīng)用中，常將傳質(zhì)系數(shù)與比表面積實際應(yīng)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，稱為體積傳質(zhì)系數(shù)或體積吸收系數(shù)，單位為）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 kmol/(s.m3) 。 體積傳質(zhì)系數(shù)

25、的物理意義：體積傳質(zhì)系數(shù)的物理意義：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。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。 1 2 * d Y Y Y VY h K aYY 1 2 * d X X X LX h K aXX 第18頁/共34頁 定義：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 1 2 * Y Y OG YY dY N 平均傳質(zhì)推動力 氣相組成變化 mYY YY YY dY N Y Y OG )( * 21 * 1 2 當(dāng)所要求的當(dāng)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*)m越大，越大，NOG就越

26、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。 第19頁/共34頁 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：1 OG N 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收推動力等于該段填料平均吸收推動力(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。 第20頁/共34頁 定義：定義： aK G H y OG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

27、映了吸收設(shè)備效能的高低。完成一個傳質(zhì)單元分離效果所需的填料層高度，反映了吸收設(shè)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 . 0 OG 8 . 0 G H,G aK GaK Y Y 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。 第21頁/共34頁 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

28、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)單元數(shù)，無因次。 aK V H Y G O 1 2 * d Y Y G O YY Y N OGOG hHN aK L H X L O 1 2 * d X X L O XX X N OLOL hHN 1 2 * d Y Y Y VY h K 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： 1 2 * d X X X LX h K aXX 若令若令 第22頁/共34頁 m Y Y m OG YY YY dY YY N )()( 1 * 21 * 1 2 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

29、達(dá)填料層高度來表達(dá)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(jìn)行分析和理的計算式進(jìn)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 OGm NYYYY時時，有有當(dāng)當(dāng) 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

30、力（均吸收推動力（Y YY Y * *) )m 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。 的意義：的意義：1 OG N 第23頁/共34頁 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，其大小取決 于分離任務(wù)和整個填料層平均推動力大小兩個方面。于分離任務(wù)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(jìn)、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(jìn)、出塔的濃度，液氣比以及物系的平衡關(guān)系 有關(guān)，而與設(shè)備形式和設(shè)備中氣、液兩相的流動狀況等因素?zé)o有關(guān)，而與設(shè)備形式和設(shè)備中氣、液兩相的流動狀況等因素?zé)o 關(guān)。關(guān)。

31、 在設(shè)備選型前可先計算出過程所需的在設(shè)備選型前可先計算出過程所需的 NOG 或或 NOL。NOG 或或 NOL 值大，分離任務(wù)艱巨，為避免塔過高應(yīng)選用傳質(zhì)性能優(yōu)良的填值大，分離任務(wù)艱巨，為避免塔過高應(yīng)選用傳質(zhì)性能優(yōu)良的填 料。若料。若 NOG 或或 NOL 值過大，就應(yīng)重新考慮所選溶劑或液氣比值過大，就應(yīng)重新考慮所選溶劑或液氣比 L/V 是否合理。是否合理。 1 2 * d Y Y G O YY Y N 1 2 * d X X L O XX X N 第24頁/共34頁 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(wù)表示完成一個傳質(zhì)單元分離任務(wù) 所需的填料層

32、高度，代表了吸收塔傳質(zhì)性能的高低所需的填料層高度，代表了吸收塔傳質(zhì)性能的高低，主要與填，主要與填 料的性能和塔中氣、液兩相的流動狀況有關(guān)。料的性能和塔中氣、液兩相的流動狀況有關(guān)。 HOG 或或 HOL 值小，表示設(shè)備的性能高，完成相同傳質(zhì)單元數(shù)的吸值小，表示設(shè)備的性能高，完成相同傳質(zhì)單元數(shù)的吸 收任務(wù)所需塔的高度小。收任務(wù)所需塔的高度小。 用傳質(zhì)單元高度用傳質(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(shè)備的傳表征設(shè)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 的值的值 變化較大，一般流率增加，變化較大，

33、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(shè)備的傳質(zhì)單元高度在一般吸收設(shè)備的傳質(zhì)單元高度在 0.151.5m 范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 aK V H Y G O aK L H X L O 第25頁/共34頁 第26頁/共34頁 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，直接積分若平衡線為直線或在所涉及的濃度

34、范圍內(nèi)為直線段，直接積分 就可得就可得 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)平均推動對數(shù)平均推動 力法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(shè)平衡線段方程為設(shè)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 * 22 YX V L X V L Y BYX V L Xm V L YY 22 * 上兩式相減得上兩式相減得 取微分取微分 X V L Ydd Xm V L YYdd * * d 1 1 dYY LVm Y 第27頁/共34頁 * 22 * 11 * * * ln 1 1 1 1 * 11

35、* 22 1 2YY YY LVmYY YY LVmYY Y N YY YY Y Y OG dd 21 21 YY XX L V 21 * 2 * 1 XX YY m 21 * 22 * 11 21 * 2 * 1 11 YY YYYY YY YY L Vm 以氣相為基準(zhǔn)的全塔的對以氣相為基準(zhǔn)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(wù)作為度量單位，衡量完成分離任務(wù)（Y1-Y2）所所 需的傳質(zhì)單元高度的數(shù)目。若分離程度需的傳質(zhì)單

36、元高度的數(shù)目。若分離程度（Y1-Y2）大或平均推動大或平均推動 力力 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。 m Y Y OG Y YY YY YY YYYY YY YY Y N 21 * 22 * 11 * 22 * 11 21 * ln 1 2 d * 22 * 11 * 22 * 11 ln YY YY YYYY Ym 第28頁/共34頁 2 2）平衡線與操作線平行）平衡線與操作線平行時，時， OG N 3 3）當(dāng)）當(dāng) 、 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。 * 2211 YYYYYY * 11 21

37、 YY YY * 22 21 YY YY 2 2 1 Y Y 2 2 1 X X 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。 第29頁/共34頁 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 AYY YY A A NOG 11 1ln 1 1 1 * 22 * 21 為了計算方便，將此式繪制成為了計算方便，將此式繪制成 以以 1/A 為參數(shù)的曲線圖為參數(shù)的曲線圖 吸收因子吸收因子 L/(mV) 是操作線斜率是操作線斜率 與平衡線斜率的比值。與平衡線斜率的比值。A 值越值越 大，兩線相距越遠(yuǎn)，傳質(zhì)推動大，兩線相距越遠(yuǎn)，傳質(zhì)推動 力越大，越有利于吸收過程，