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： 一一单位时间通过任一塔截面惰性气体的量，kmol/s: L一一单位时间通过任一塔截面的纯吸收剂的量，kmol/s: 一任一截面上混合气体中溶质的摩尔比， 图513物料衡算示意图
34 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。 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 逐级接触式 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。 设计型和操作型计算的依据： 吸收速率方程 物料衡算 气液平衡关系 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， V, Y2 L, X2 V, Y1 L, X1 图 5-13 物料衡算示意图
X一—一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： VYI+LX=VY+LX V(Y-2)=L(X-X) (5-70) 溶质回收率定义为：刀=混合气 收溶质A的量 中溶质A的量 所以： Y=y(1-n) 由式(5-0)可求出塔底排出液中溶质的浓度 Xi=X+V(Yi-Y)/L (5-71) 2。吸收操作线方程与操作线 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： VY+LX2=VY2+LX 或 (5-72) 若在塔底与塔内任一截面m间对溶质A作物料衡算，则 Tx 得到 VY+LY=VY+LX 图5-15逆流吸收操作 线推导示意图 或 Y=x+化-x) (5-73) 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，K、名恒定，则该吸收操作线在X~Y直角坐标图 上为-直线，通过塔顶A(出，5及塔底B(G化，)，其斜率为二，见图5-16，二称 为吸收操作的液气比
35 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： 混合气体中溶质 的量 吸收溶质 的量 A A = 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 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： VY+LX2=VY2+LX 或 ( ) 2 X2 V L X Y V L Y = + − （5-72） 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 ( ) 1 X1 V L X Y V L Y = + − （5-73） 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 V L ，见图 5-16。 V L 称 为吸收操作的液气比； V, Y2 L, X2 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
(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>了或X>X,故吸收操作线在平衡线Y=fX)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，<了或X<X,故解吸操作线在平衡线的下 方。 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 吸收动力为时达到分离想度所需塔高为无为大时的液气比，以月来 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=Y向左移动， 如图518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，设各投资也减少。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
36 （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<Y *或 X * <X，故解吸操作线在平衡线的下 方。 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 min V L 表 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 V L =（1.1～2.0） min V L 图 5-16 逆流吸收操作线 图 5-17 吸收操作线推动力示意图
3、吸收剂用量的确定：L=(1.1~2.0)Lm 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518所示的 情况时， (5-74) (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-Y (5-75) 注意：如果平衡线出现如图518所示的形状，则过点A作平衡线的切线，水平线=Y与切 线相交于点DXm,),则可按下式计算最小液气比 Y-Y (5-76) Y"=fX) X 图57逆流吸收最小回流 图58最小回流比计算示意图 【例5-7】某矿石培烧炉排出含S02的混合气体，除S02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$02。吸收塔的操作温度为20℃，压力为
37 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， 2 * 1 1 2 min X X Y Y V L − − = （5-74） （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 2 1 1 2 min X m Y Y Y V L − − = （5-75） 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 1,max 2 1 2 min X X Y Y V L − − = （5-76） 【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 Y X 图 5-17 逆流吸收最小回流 X Y 图 5-18 最小回流比计算示意图
101.3张Pa。混合气的流量为1000m3h,其中含S02体积百分数为9%，要求S02的回收率为 90%。若吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算： (1)吸收剂用量及塔底吸收液的组成X: (2)当用含S00.0003(摩尔比)的水溶液作吸收剂时，保持二氧化硫回收率不变，吸收 剂用量比原情况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？己知101.3张Pa,20℃条件下S02 在水中的平衡数据如表5-8所示。 表5-8S02气液平衡组成表 SO,溶液浓度X 气相中S02平衡浓度y SO,溶液浓度X 气相中S02平衡浓度y 0.0000562 0.00066 0.00084 0.019 0.00014 0.00158 0.0014 0.035 0.00028 0.0042 0.00197 0.054 0.00042 0.0077 0.0028 0.084 0.00056 0.0113 0.0042 0.138 解：按题意进行组成换算： 进塔气体中$02的组成为 0.09 =0.099 出塔气体中s02的组成为y3=Y(1-)=0.099×(1-0.09)=0.0099 273 由表5-8中X~y数据，采用内差法得到与气相进口组成Y1相平衡的液相组成X=0.0032。 (1) Lan=r1-k=378009-0099.1052mh Xi-X2 0.0032 实际吸收剂用量L=1.2Lmm=1.2×1052=1263 kmol/h 塔底吸收液的组成X1由全塔物料衡算求得： 37.80.099-0.0099) X=X+Ψ(Y-Y)L=0+ =0.00267 1263 (2)吸收率不变，即出塔气体中S02的组成Y2不变，Y、=0.0099,而X=0.0003 所以 L.=r-长=378009-00o9)-1161ammh Xi-X2 0.0032-0.0003
38 101.3kPa。混合气的流量为 1000m3 /h，其中含 SO2 体积百分数为 9%，要求 SO2 的回收率为 90%。若吸收剂用量为理论最小用量的 1.2 倍，试计算： （1）吸收剂用量及塔底吸收液的组成 X1； （2）当用含 SO20.0003（摩尔比）的水溶液作吸收剂时，保持二氧化硫回收率不变，吸收 剂用量比原情况增加还是减少？塔底吸收液组成变为多少？已知 101.3kPa，20℃条件下 SO2 在水中的平衡数据如表 5-8 所示。 表 5-8 SO2 气液平衡组成表 SO2 溶液浓度 X 气相中 SO2 平衡浓度 Y SO2 溶液浓度 X 气相中 SO2 平衡浓度 Y 0.0000562 0.00066 0.00084 0.019 0.00014 0.00158 0.0014 0.035 0.00028 0.0042 0.00197 0.054 0.00042 0.0077 0.0028 0.084 0.00056 0.0113 0.0042 0.138 解： 按题意进行组成换算： 进塔气体中 SO2 的组成为 0.099 1 0.09 0.09 1 1 1 1 = − = − = y y Y 出塔气体中 SO2 的组成为 Y2 = Y1 (1−) = 0.099(1− 0.09) = 0.0099 进吸收塔惰性气体的摩尔流量为 V= (1 0.90) 37.8kmol/h 273 20 273 22.4 1000 − = + 由表 5-8 中 X～Y 数据，采用内差法得到与气相进口组成 Y1 相平衡的液相组成 * X1 =0.0032。 （1） 1052kmol/h 0.0032 37.8(0.099 0.0099) 2 * 1 1 2 min = − = − − = X X Y Y L V 实际吸收剂用量 L=1.2Lmin=1.2×1052=1263kmol/h 塔底吸收液的组成 X1 由全塔物料衡算求得： X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0+ 0.00267 1263 37.8(0.099 0.0099) = − （2）吸收率不变，即出塔气体中 SO2 的组成 Y2 不变， Y2 = 0.0099 ，而 X2=0.0003 所以 1161kmol/h 0.0032 0.0003 37.8(0.099 0.0099) 2 * 1 1 2 min = − − = − − = X X Y Y L V
实际吸收剂用量L=1.2Lmm=1.2×1161=1394 kmol/h 塔底吸收液的组成X由全塔物料衡算求得： X=K+W0-2)L=0003+37.8009-0099=00027 1394 由该题计算结果可见，当保持溶质回收率不变，吸收剂所含溶质溶解度越低，所需溶 剂量越小，塔底吸收液浓度越低。 5.5.3吸收塔填料层高度的计算 填料层高度的计算通常采用传质单元数法，它又称传质速率模型法，该法依据传质速率、 物料衡算和相平衡关系来计算填料层高度。 1.塔高计算基本关系式 在填料塔内任一截面上的气液两相组成和吸收的推动力均沿塔高连续变化，所以不同萄 面上的传质速率各不相同。从分析填料层内某一微元忆内的溶质吸收过程入手。 在图5-20所示的填料层内，厚度为d2微元的传质面积 Yi L.X: d4=a2dZ,其中a为单位体积填料所具有的相际传质面积， mm:2为填料塔的塔截面积，m?。定态吸收时，由物料衡 算可知，气相中溶质减少的量等于液相中溶质增加的量，即单 位时间由气相转移到液相溶质A的量可用下式表达： dG =VdY =LdY (5-77) 根据吸收速率定义，dZ段内吸收溶质的量为： dG NadA=N (aQdZ) (5-78) 图5-20填料层高度计算图 式中 GA 一单位时间吸收溶质的量，kmos: 一一为微元填料层内溶质的传质速率，kmol/m2·s 将吸收速率方程NA=K,(Y-Y)代入上式得 dG Ky(Y-Y')adz (5-79) 将式(5-77)与(5-79)联立得： v dy dZ= Kyagy-Y' (5-80)
39 实际吸收剂用量 L=1.2Lmin=1.2×1161=1394kmol/h 塔底吸收液的组成 X1 由全塔物料衡算求得： X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0.0003+ 0.0027 1394 37.8(0.099 0.0099) = − 由该题计算结果可见，当保持溶质回收率不变，吸收剂所含溶质溶解度越低，所需溶 剂量越小，塔底吸收液浓度越低。 5．5．3 吸收塔填料层高度的计算 填料层高度的计算通常采用传质单元数法，它又称传质速率模型法，该法依据传质速率、 物料衡算和相平衡关系来计算填料层高度。 1．塔高计算基本关系式 在填料塔内任一截面上的气液两相组成和吸收的推动力均沿塔高连续变化，所以不同截 面上的传质速率各不相同。从分析填料层内某一微元 dZ 内的溶质吸收过程入手。 在图 5-20 所示的填料层内，厚度为 dZ 微元的传质面积 dA=a Ω dZ，其中 a 为单位体积填料所具有的相际传质面积， m2 /m3； Ω 为填料塔的塔截面积，m2。定态吸收时，由物料衡 算可知，气相中溶质减少的量等于液相中溶质增加的量，即单 位时间由气相转移到液相溶质 A 的量可用下式表达： dGA =VdY = LdX （5-77） 根据吸收速率定义，dZ 段内吸收溶质的量为： d d ( d ) GA = NA A = NA aΩ Z （5-78） 式中 GA——单位时间吸收溶质的量，kmol/s； NA——为微元填料层内溶质的传质速率，kmol/m2·s； 将吸收速率方程 ( ) * NA = KY Y −Y 代入上式得 dG KY (Y Y )aΩdZ * A = − (5-79) 将式(5-77)与(5-79)联立得： * d d Y Y Y K aΩ V Z Y − = （5-80） 图 5-20 填料层高度计算图
当吸收塔定态操作时，V、L、,皆不随时间而变化，也不随截面位置变化。对于低 浓度吸收，在全塔范围内气液相的物性变化都较小，通常K,、Kx可视为常数，将式(5-80) 积分得 z-kw, V dy (5-81) 一低浓度定态吸收填料层高度计算基本公式。 体积传质系数：▣值与填料的类型、形状、尺寸、填充情况有关，还随流体物性、流动状 况而变化。其数值不易直接测定，通常将它与传质系数的乘积作为一个物 理量，称为体积传质系数。如K,a为气相总体积传质系数，单位为kmol (m3s)。 体积传质系数的物理意义：在单位推动力下，单位时间，单位体积填料层内吸收的溶质量。 注意：在低浓度吸收的情况下，体积传质系数在全塔范围内为常数，可取平均值。 2.传质单元数与传质单元高度 （①)气相总传质单元离度定义：式(581)中K,42的单位为m,故将】 ,ae称为气相 总传质单元高度，以HoG表示，即 Hoo=Kya (5-82) dy 2)气相总传质单元数定义：式（5-81)中定积分店y二是一无因次的数值，工程上 以NoG表示，称为气相总传质单元数。即 =部 (5-83) 因此，填料层高度Z=NoG·HG (5-84) (3)填料层高度计算通式： 左传质单元高度X传质单元数 若式(5-78)用液相总传质系数及气、液相传质系数对应的吸收速率方程计算，可得： Z=Nou·Hou (5-85) Z=NGHG (5-86)
40 当吸收塔定态操作时，V、L、Ω、a 皆不随时间而变化，也不随截面位置变化。对于低 浓度吸收，在全塔范围内气液相的物性变化都较小，通常 KY、KX 可视为常数，将式(5-80) 积分得 − = − = 1 2 1 2 * * d ( ) d Y Y Y Y Y Y Y Y Y K aΩ V K aΩ Y Y V Y Z （5-81） ————————低浓度定态吸收填料层高度计算基本公式。 体积传质系数： a 值与填料的类型、形状、尺寸、填充情况有关，还随流体物性、流动状 况而变化。其数值不易直接测定，通常将它与传质系数的乘积作为一个物 理量，称为体积传质系数。如 KY a 为气相总体积传质系数，单位为 kmol/ （m3·s）。 体积传质系数的物理意义：在单位推动力下，单位时间，单位体积填料层内吸收的溶质量。 注意：在低浓度吸收的情况下，体积传质系数在全塔范围内为常数，可取平均值。 2．传质单元数与传质单元高度 （1）气相总传质单元高度定义：式（5-81）中 K aΩ V Y 的单位为 m，故将 K aΩ V Y 称为气相 总传质单元高度，以 HOG 表示，即 K aΩ V H Y OG = （5-82） （2）气相总传质单元数定义：式（5-81）中定积分 − 1 2 * Y d Y Y Y Y 是一无因次的数值，工程上 以 NOG 表示，称为气相总传质单元数。即 − = 1 2 OG * Y d Y Y Y Y N (5-83) 因此，填料层高度 Z NOG HOG = （5-84） （3）填料层高度计算通式： Z=传质单元高度×传质单元数 若式（5-78）用液相总传质系数及气、液相传质系数对应的吸收速率方程计算，可得： Z NOL HOL = （5-85） Z NG HG = （5-86）
Z=N·H (5.87) 式中 。a。无产一分别为液相传质单元高度及 气相、液相传质单元高度，m: dx 单元数及气相、液相传质单元数。 (4)传质单元数意义 NG、NoL、NG、NL计算式中的分子为气相或液相组成变化，即分离效果（分离 要求)：分母为吸收过程的推动力。若吸收要求愈高，吸收的推动力愈小，传质单元数就愈 大。所以传质单元数反映了吸收过程的难易程度。当吸收要求一定时，欲减少传质单元数， 则应设法增大吸收推动力。 (5)传质单元的意义 以NG为例，由积分中值定理得知： Noo-Y-Y-(-Y') dy Y-Y 当气体流经一段填料，其气相中溶质组成变化(一%)等于该段填料平均吸收推动 力(Y-P)m,即NG=1时，该段填料为一个传质单元。 (6)传质单元高度意义 以HoG为例，由式(5-84)看出，NoG=1时，Z=HoG。故传质单元高度的物理意 V 义为完成-个传质单元分离效果所需的填科层高度。因在H。K,心中，K,a为传质 阻力，体积传质系数K,☑与填料性能和填料润湿情况有关。故传质单元高度的数值反映了 吸收设备传质效能的高低，HG愈小，吸收设备传质效能愈高，完成一定分离任务所需填 料层高度愈小。HG与物系性质、操作条件、及传质设备结构参数有关。为减少填料层高 度，应减少传质阻力，降低传质单元高度。 (7)体积总传质系数与传质单元高度的关系
41 Z NL HL = （5-87） 式中 K aΩ L H X OL = 、 k aΩ V H Y G = 、 k aΩ L H X L = ——分别为液相总传质单元高度及 气相、液相传质单元高度，m； − = 1 2 OL * X X X X dX N 、 − = 1 2 G Y d Y Y Yi Y N 、 − = 1 2 d L X X Xi X X N ——分别为液相总传质 单元数及气相、液相传质单元数。 （4）传质单元数意义 NOG 、 N OL 、 NG 、 NL 计算式中的分子为气相或液相组成变化，即分离效果（分离 要求）；分母为吸收过程的推动力。若吸收要求愈高，吸收的推动力愈小，传质单元数就愈 大。所以传质单元数反映了吸收过程的难易程度。当吸收要求一定时，欲减少传质单元数， 则应设法增大吸收推动力。 （5）传质单元的意义 以 NOG 为例，由积分中值定理得知： m * 1 2 OG * ( ) 1 d 2 Y Y Y Y Y Y Y N Y Y − − = − = 当气体流经一段填料，其气相中溶质组成变化（Ya－ Yb）等于该段填料平均吸收推动 力（Y－Y *）m，即 NOG = 1 时，该段填料为一个传质单元。 （6）传质单元高度意义 以 HOG 为例，由式（5-84）看出， NOG = 1 时， Z = HOG 。故传质单元高度的物理意 义为完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度。因在 K aΩ V H Y OG = 中， K aY 1 为传质 阻力，体积传质系数 KY a 与填料性能和填料润湿情况有关。故传质单元高度的数值反映了 吸收设备传质效能的高低，HOG 愈小，吸收设备传质效能愈高，完成一定分离任务所需填 料层高度愈小。 HOG 与物系性质、操作条件、及传质设备结构参数有关。为减少填料层高 度，应减少传质阻力，降低传质单元高度。 （7）体积总传质系数与传质单元高度的关系
体积总传质系数与传质单元高度同样反映了设各分离效能，但体积总传质系数随流体流 量的变化较大，通常K,acG7-8,而传质单元高度受流体流量变化的影响很小。 xG,通常He的变化在01515如范围内，具体数值通过实验确定， Hoo=K a 故工程上常采用传质单元高度反映设备的分离效能。 (8)各种传质单元高度之间的关系 学黄线季为味将名一方号各理治剂 V mV L K,a0kagkyaL Ac=A+Y具 (5-88) 同理由式不Km 1 1一导出 ha=从+导 (5-89) 式(5-88)与(5-89)比较得 Hot Hoo 其种Y为解吸因数，其例数二为吸收因数。 吸收因数的意义：为吸收操作线的斜率与平衡线斜率的比。 3.传质单元数的计算 根据物系平衡关系的不同，传质单元数的求解有以下几种方法 (1)对数平均推动力法 (5-90) 式中 4y=4出-4y h △Y. △Y=X- AY:=Y-Y
42 体积总传质系数与传质单元高度同样反映了设备分离效能，但体积总传质系数随流体流 量的变化较大，通常 0.7 0.8 Kya G − ，而传质单元高度受流体流量变化的影响很小， 0.3 0.2 y OG G K a G H − = ，通常 HOG 的变化在 0.15～1.5m 范围内，具体数值通过实验确定， 故工程上常采用传质单元高度反映设备的分离效能。 （8）各种传质单元高度之间的关系 当气液平衡线斜率为 m 时，将式 Y Y X k m K k = + 1 1 各项乘以 aΩ V 得 L L k aΩ mV k aΩ V K aΩ V Y Y X = + OG G HL L mV H = H + （5-88） 同理由式 X X mkY K k 1 1 1 = + 导出 OL L HG mV L H = H + （5-89） 式（5-88）与（5-89）比较得 OL HOG L mV H = 其中 L mV 为解吸因数，其倒数 mV L 为吸收因数， 吸收因数的意义：为吸收操作线的斜率与平衡线斜率的比。 3．传质单元数的计算 根据物系平衡关系的不同，传质单元数的求解有以下几种方法： （1）对数平均推动力法 当气液平衡线为直线时， = − = 1 2 OG * Y d Y Y Y Y N m 1 2 Y Y Y − （5-90） 式中 2 1 1 2 m ln Y Y Y Y Y − = * Y1 = Y1 −Y1 * Y2 = Y2 −Y2
一一与X相平衡的气相组成： 一一与龙相平衡的气相组成。 △Y。一一塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数平均值，称为对数平均推动力。 同理液相总传质单元数的计算式 (5-91 式中 4X,=X-X1 4W2=X;-X2 X一一一与Y相平衡的液相组成： X一一与相平衡的液相组成 注挂。0当兴<2、之<2时，对做平均推动力河用年术手均推动力代，产生的 误差小于4%，这是工程允许的： (2)当平衡线与操作线平行，即=1时，Y-Y=乃-X=乃2-乃为常数，对式 (5-83)积分得： Y-Y,Y-Y, N-- (2)吸收因数法 若气液平衡关系在吸收过程所涉及的组成范围内服从亨利定律，即平衡线为通过原点的 直线，根据传质单元数的定义式(5-86)可导出其解析式。 Y2-mX2 (5-92)
43 * Y1 ——与 X1 相平衡的气相组成； * Y2 ——与 X2 相平衡的气相组成。 Ym——塔顶与塔底两截面上吸收推动力的对数平均值，称为对数平均推动力。 同理液相总传质单元数的计算式 N OL 2 1 1 2 1 2 ln X X X X X X − − = = m 1 2 X X X − （5-91） 式中 2 1 1 2 m ln X X X X X − = X1 X1 X1 * = − X2 X2 X2 * = − * X1 ———与 Y1 相平衡的液相组成； * X 2 ——与 Y2 相平衡的液相组成。 注意：（1）当 2 2 1 Y Y 、 2 2 1 X X 时，对数平均推动力可用算术平均推动力替代，产生的 误差小于 4%，这是工程允许的； （2）当平衡线与操作线平行，即 S=1 时， * 2 2 * 1 1 * Y −Y = Y −Y = Y −Y 为常数，对式 （5-83）积分得： NOG = − − = * 1 1 1 2 Y Y Y Y * 2 2 1 2 Y Y Y Y − − （2）吸收因数法 若气液平衡关系在吸收过程所涉及的组成范围内服从亨利定律，即平衡线为通过原点的 直线，根据传质单元数的定义式（5-86）可导出其解析式。 ( ) + − − − − = S Y mX Y mX S S N 2 2 1 2 OG ln 1 1 1 (5-92)