預(yù)習(xí)任務(wù)回顧每組查閱資料，選取合適的參數(shù)，根據(jù)吸收任務(wù)和操作條件下的相平衡關(guān)系，計(jì)算出所需填料層高度。任務(wù)四：填料層高度的確定

任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定計(jì)算填料層高度ZVV,YL,XV，Y2L,X2

V，Y1L，X1

dzX+dX

Y+dY

L1、填料層高度基本計(jì)算式

填料層高度的計(jì)算實(shí)質(zhì)是吸收過(guò)程相際傳質(zhì)面積的計(jì)算問(wèn)題。它涉及到物料衡算、傳質(zhì)速率方程和相平衡方程三個(gè)關(guān)系式的應(yīng)用。（一）理論知識(shí)總結(jié)歸納此傳質(zhì)量也就是在dZ

段內(nèi)溶質(zhì)A由氣相轉(zhuǎn)入液相的量。因此

若dZ

微元段內(nèi)傳質(zhì)速率為NA，知道填料提供的傳質(zhì)面積，則通過(guò)傳質(zhì)面積dF

溶質(zhì)A的傳遞量為

對(duì)填料層中高度為dZ

的微分段作物料衡算可得溶質(zhì)A在單位時(shí)間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的量dGA

填料層高度的基本計(jì)算式

填料塔內(nèi)氣、液組成Y、X和傳質(zhì)推動(dòng)力

Y（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。V,Y2V,Y1L,X1L,X2YXZY+dYdZX+dX以比摩爾分?jǐn)?shù)表示的總的傳質(zhì)速率方程為dF=a

dZ對(duì)上兩式沿塔高積分得填料層高度的基本計(jì)算式低濃度氣體吸收填料層高度的計(jì)算V,Y2V,Y1L,X1L,X2YXZY+dYdZX+dX特點(diǎn)：低濃度氣體吸收（y1<10%）因吸收量小，由此引起的塔內(nèi)溫度和流動(dòng)狀況的改變相應(yīng)也小，吸收過(guò)程可視為等溫過(guò)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Z的計(jì)算式：討論2.對(duì)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(guò)程具有低濃度氣體吸收的特點(diǎn)，也可按低濃度吸收處理。3.體積傳質(zhì)系數(shù)：實(shí)際應(yīng)用中，常將傳質(zhì)系數(shù)與比表面積a的乘積（Kya

及KXa）作為一個(gè)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)的物理意義：傳質(zhì)推動(dòng)力為一個(gè)單位時(shí)，單位時(shí)間，單位體積填料層內(nèi)吸收的溶質(zhì)摩爾量。1.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(jì)算式。若采用

NA=kY(Y-Yi)和NA=kX(Xi

-X)可得：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(jì)算式。任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定HOG——?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度（m）；NOG——?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元數(shù)，無(wú)因次；

則有：HOL——液相總傳質(zhì)單元高度，m；NOL——液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無(wú)因次。KYa和KXa分別稱為氣相總體積吸收系數(shù)及液相總體積吸收系數(shù)，單位為Kmol/(m3·s）。式中

為吸收塔的橫截面積，單位為m2。

2、傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度

任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定傳質(zhì)單元數(shù)反映了吸收過(guò)程的難易程度與氣相或液相進(jìn)、出塔的濃度，液氣比以及物系的平衡關(guān)系有關(guān)與設(shè)備形式和設(shè)備中氣、液兩相的流動(dòng)狀況等因素?zé)o關(guān)NOG或NOL值越大，完成分離任務(wù)難度越大總傳質(zhì)單元高度表示完成一個(gè)傳質(zhì)單元分離任務(wù)所需的填料層高度代表了吸收塔傳質(zhì)性能的高低與填料的性能和塔中氣、液兩相的流動(dòng)狀況有關(guān)HOG或HOL

越小，表示設(shè)備的性能越高任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定3、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算Y

X

o

AY1X1X2Y2BY1*

Y2*PY-Y*X*-X（1）對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法

（適用于平衡線為直線或近似為直線的情況）來(lái)源于中值定理三、傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算對(duì)于低濃度的氣體吸收，用總傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算填料層高度Z時(shí)，可避開(kāi)界面組成yi

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，直接積分就可得NOG或NOL的解析式，其求解方式主要有對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法和吸收因子法。下面以求解NOG為例。1.對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法設(shè)平衡線段方程為逆流吸收操作線方程為上兩式相減得取微分對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法以氣相為基準(zhǔn)的全塔的對(duì)數(shù)平均傳質(zhì)推動(dòng)力上式說(shuō)明了NOG的含意：對(duì)低濃度氣體吸收是以全塔的對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力

Ym

作為度量單位，量衡完成分離任務(wù)（Y1-Y2）所需的傳質(zhì)單元高度的數(shù)目。若分離程度（Y1-Y2）大或平均推動(dòng)力

Ym

小，NOG值就大，所需的填料層就高。任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定（2）吸收因數(shù)法

（適用于平衡線為直線的情況）式中S=mV/L，即解吸因子式中A=L/（mV），即吸收因子。

A值越大，兩線相距越遠(yuǎn)，傳質(zhì)推動(dòng)力越大，越有利于吸收過(guò)程，NOG越小，設(shè)備費(fèi)用低，但操作費(fèi)用較高。

A的倒數(shù)

(mV)/L稱為解吸因子S，其值越大，NOG

越大，對(duì)吸收越不利。

吸收因子L/(mV)是操作線斜率與平衡線斜率的比值，無(wú)因次。

2.吸收因子法將操作線方程寫(xiě)為代入相平衡方程令A(yù)=L/(MV)，即吸收因子代入NOG定義式并積分任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定

NOG也可由傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算圖查取，見(jiàn)右圖。注意只有在的范圍內(nèi)讀數(shù)才比較準(zhǔn)確。

NOL也可用右圖查取，所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)和參數(shù)曲線要

和改為。任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定Y

X

o

Y*=f(X)

AY1X1X2Y2BY

X

X*Y*PY-Y*X*-X（3）圖解積分法（適用于平衡線為曲線的情況）

①在操作線和平衡線上得若干組與Y相應(yīng)X、Y*，并計(jì)算1/(Y-Y*)值；其步驟為：任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定Y

o

Y1Y21/(Y-Y*)③計(jì)算曲線與Y=Y1和Y=Y2下圍成的面積，此面積的值即為傳質(zhì)單元數(shù)NOG。

②在Y1到Y(jié)2的范圍內(nèi)作曲線；任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定4、傳質(zhì)單元高度的計(jì)算HOG：氣相總傳質(zhì)單元高度

m；A：吸收因數(shù)HL：液相傳質(zhì)單元高度m；HG：氣相傳質(zhì)單元高度

m；任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定C1=1

C2=1

C3=1

δ:液膜厚度，m可查取a：填料的比表面積m2/m3RG：氣膜填充系數(shù)C=0.6，因混合氣體中不含氫氣VG：實(shí)際氣速，m/sVL：液體表面速度，m/s,可查取任務(wù)四：塔徑及填料層高度的確定RL：氣膜填充系數(shù)，可查取γL',μL

':T0C時(shí)液相的重度和粘度。n的值可查取γL,μL：在200C時(shí)液相的重度和粘度。當(dāng)LW≥0.08

為填料表面效率，可查取Z=HOG·NOG當(dāng)

LW

≤0.08解：

例

在常壓填料吸收塔中，用清水吸收廢氣中氨氣，廢氣流量為2500m^3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），其中氨氣濃度為0.02（摩爾分率），要求回收率不低于98%，若水用量為3.6m^3/h，操作條件下平衡關(guān)系為Y*=1.2X（式中X,Y為摩爾比），氣相總傳質(zhì)單元高度為0.7m，試求：（1）塔低、塔頂推動(dòng)力；全塔對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力（2）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)（3）填料層高度。

解：

例

在常壓填料吸收塔中，用清水吸收廢氣中氨氣，廢氣流量為2500m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），其中氨氣濃度為0.02（摩爾分率），要求回收率不低于98%，若水用量為3.6m3/h，操作條件下平衡關(guān)系為Y*=1.2X（式中X,Y為摩爾比），氣相總傳質(zhì)單元高度為0.7m，試求：（1）塔低、塔頂推動(dòng)力；全塔對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力（2）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)（3）填料層高度。

相組成表示法氣體狀態(tài)方程物料衡算方程平均推動(dòng)力方程高度計(jì)算方程（1）查資料，了解板式塔、填料塔的特點(diǎn)及適用范圍，根據(jù)吸收任務(wù)確定塔類型；（2）查