吸收(填料塔高度的计算)课件

化化工工单单元元设设备备的的计计算算，按按给给定定条条件件、任任务务和和要要求求的的不不同同，一般可分为一般可分为设计型计算设计型计算和和操作型（校核型）计算操作型（校核型）计算两大类。两大类。设设计计型型计计算算：按按给给定定的的生生产产任任务务和和工工艺艺条条件件来来设设计计满满足足任任务要求的单元设备。务要求的单元设备。操操作作型型计计算算：根根据据已已知知的的设设备备参参数数和和工工艺艺条条件件来来求求算算所所能能完成的任务。完成的任务。两两种种计计算算所所遵遵循循的的基基本本原原理理及及所所用用关关系系式式都都相相同同，只只是是具具体体的的计计算算方方法法和和步步骤骤有有些些不不同同而而已已。本本章章着着重重讨讨论论吸吸收收塔塔的设计型计算，而操作型计算则通过习题加以训练。的设计型计算，而操作型计算则通过习题加以训练。吸吸收收塔塔的的设设计计型型计计算算是是按按给给定定的的生生产产任任务务及及条条件件（已已知知待待分分离离气气体体的的处处理理量量与与组组成成，以以及及要要达达到到的的分分离离要要求求），设设计出能完成此分离任务所需的吸收塔。计出能完成此分离任务所需的吸收塔。吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算设计计算的主要内容与步骤设计计算的主要内容与步骤 计算依据：物系的相平衡关系和传质速率计算依据：物系的相平衡关系和传质速率(1)吸收剂的选择及用量的计算；吸收剂的选择及用量的计算；(2)设备类型的选择；设备类型的选择；(3)塔径计算；塔径计算；(4)填料层高度或塔板数的计算；填料层高度或塔板数的计算；(5)确定塔的高度；确定塔的高度；(6)塔的流体力学计算及校核；塔的流体力学计算及校核；(7)塔的附件设计。塔的附件设计。以以吸吸收收为为例例说说明明填填料料塔塔填填料料层层高高度度的的计计算算方方法法，但但在在实实际际操作中，填料塔和板式塔均为最常用的塔型。操作中，填料塔和板式塔均为最常用的塔型。吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算吸收塔的计算以逆流操作的填料塔为例：以逆流操作的填料塔为例：对对稳稳定定吸吸收收过过程程，单单位位时时间间内内气气相相在在塔塔内内被被吸吸收收的的溶溶质质 A 的的量量必必须须等等于于液相吸收的量。全塔物料衡算为：液相吸收的量。全塔物料衡算为：下标下标“1”1”代表塔内填料层下底截面，代表塔内填料层下底截面，下标下标“2”2”代表填料层上顶截面。代表填料层上顶截面。V 惰性气体惰性气体B的摩尔流率的摩尔流率kmol/s；L 吸收剂吸收剂S的摩尔流率的摩尔流率kmol/s；Y 溶质溶质A在气相中的摩尔比浓度；在气相中的摩尔比浓度；X 溶质溶质A在液相中的摩尔比浓度。在液相中的摩尔比浓度。5.15.15.15.1物料衡算与吸收操作线方程物料衡算与吸收操作线方程物料衡算与吸收操作线方程物料衡算与吸收操作线方程 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算 目目的的：计计算算给给定定吸吸收收任任务务下下所需的吸收剂用量所需的吸收剂用量 L 或吸收剂出口浓度或吸收剂出口浓度 X1 1。V,Y2V,Y1L,X1L,X2V,YL,X物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算 若若 GA 为为吸吸收收塔塔的的传传质质负负荷荷，即即气气体体通通过过填填料料塔塔时时，单单位位时时间间内溶质被吸收剂吸收的量内溶质被吸收剂吸收的量 kmol/s，则则 进进塔塔气气量量 V 和和组组成成 Y1 是是吸吸收收任任务务规规定定的的，进进塔塔吸吸收收剂剂温温度度和和组组成成 X2 一一般般由由工工艺艺条条件件所所确确定定，出出塔塔气气体体组组成成 Y2 则则由由任任务给定的吸收率务给定的吸收率 求出求出 V,Y2V,Y1L,X1L,X2V,YL,X在在填填料料塔塔内内，对对气气体体流流量量与与液液体体流流量量一一定定的的稳稳定定的的吸吸收收操操作，气、液组成沿塔高连续变化；作，气、液组成沿塔高连续变化；在塔的任一截面接触的气、液两相组成是相互制约的；在塔的任一截面接触的气、液两相组成是相互制约的；全全塔塔物物料料衡衡算算式式就就代代表表L、V一一定定，塔塔内内具具有有最最高高气气、液液浓浓度度的的截截面面“1”1”（浓浓端端），或或具具有有最最低低气气、液液浓浓度度的的截截面面“2”2”（稀端）的气、液浓度关系。（稀端）的气、液浓度关系。操作线方程与操作线操作线方程与操作线操作线方程与操作线操作线方程与操作线同同理理，若若在在任任一一截截面面与与塔塔顶顶端端面面间间作作溶溶质质A的物料衡算，有的物料衡算，有 V,Y2V,Y1L,X1L,X2V,YL,X上上两两式式均均称称为为吸吸收收操操作作线线方方程程，代代表表逆逆流流操操作作时时塔塔内内任任一一截截面上的气、液两相组成面上的气、液两相组成 Y 和和 X 之间的关系。之间的关系。（L/V）称为吸收塔操作的称为吸收塔操作的液气比液气比。若若取取填填料料层层任任一一截截面面与与塔塔的的塔塔底底端端面面之之间间的的填填料料层层为为物物料料衡衡算算的的控控制制体体，则则所所得得溶溶质质 A 的物料衡算式为的物料衡算式为 操作线方程与操作线操作线方程与操作线操作线方程与操作线操作线方程与操作线当当 L/V 一一定定，操操作作线线方方程程在在 Y-X 图图上上为为以以液液气气比比 L/V 为为斜斜率率，过过塔塔进进、出出口口的的气气、液液两两相相组组成成点点(Y1，X1)和和(Y2，X2)的的直直线线，称为称为吸收操作线吸收操作线。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*P线线上上任任一一点点的的坐坐标标(Y，X)代代表表了了塔塔内内该该截截面面上上气气、液两相的组成。液两相的组成。操操作作线线上上任任一一点点 P 与与平平衡衡线线间间的的垂垂直直距距离离 (Y-Y*)为为塔塔内内该该截截面面上上以以气气相相为为基基准准的的吸吸收收传传质质推推动动力力；与与平平衡衡线线的的水水平距离平距离 (X*-X)为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。两两线线间间垂垂直直距距离离（Y-Y*）或或水水平平距距离离（X*-X）的的变变化化显显示示了吸收过程推动力沿塔高的变化规律。了吸收过程推动力沿塔高的变化规律。Y-Y*X*-X操作线方程与操作线操作线方程与操作线操作线方程与操作线操作线方程与操作线并流操作线方程并流操作线方程V,Y1V,Y2L,X2L,X1V,YL,X对对气气、液液两两相相并并流流操操作作的的吸吸收收塔塔，取取塔塔内内填填料料层层任任一一截截面面与与塔塔顶顶（浓浓端端）构构成成的的控控制制体体作作物物料料衡衡算算，可可得得并并流流时时的的操作线方程，其斜率为操作线方程，其斜率为（-L/V）。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BYXX*Y*PY-Y*X*-X吸收塔内流向的选择吸收塔内流向的选择吸收塔内流向的选择吸收塔内流向的选择 在在 Y1 至至 Y2 范范围围内内，两两相相逆逆流流时时沿沿塔塔高高均均能能保保持持较较大大的的传传质质推推动动力力，而而两两相相并并流流时时从从塔塔顶顶到到塔塔底底沿沿塔塔高高传传质质推推动力逐渐减小，进、出塔两截面推动力相差较大。动力逐渐减小，进、出塔两截面推动力相差较大。在在气气、液液两两相相进进、出出塔塔浓浓度度相相同同的的情情况况下下，逆逆流流操操作作的的平平均均推推动动力力大大于于并并流流，从从提提高高吸吸收收传传质质速速率率出出发发，逆逆流流优于并流。优于并流。工工业业吸吸收收一一般般多多采采用用逆逆流流，本本章章后后面面的的讨讨论论中中如如无无特特殊殊说明，均为逆流吸收。说明，均为逆流吸收。与与并并流流相相比比，逆逆流流操操作作时时上上升升的的气气体体将将对对借借重重力力往往下下流流动动的的液液体体产产生生曳曳力力，阻阻碍碍液液体体向向下下流流动动，因因而而限限制制了了吸吸收收塔塔所所允允许许的的液液体体流流率率和和气气体体流流率率，这这是是逆逆流流操操作作不不利利的一面。的一面。逆流与并流操作线练习逆流与并流操作线练习Y3 X2X1Y1 Y2X2Y2X3C CD DA AB BY1Y2Y3X1X2X3C CD DA AB B逆流与并流操作线练习逆流与并流操作线练习Y1Y2、Y3Y4X4（X3、X2）X1X2 Y2X4Y1 X3Y3C CD DA AB BY4X1 D DA AB BC CY1X2Y4X1X3Y3X4Y2ACDBY1Y4Y3Y2X2X1X3X4ACDBY1Y4Y3Y2X2X1X3X4ACDBY1Y3Y4Y2X2X1X3X4ACDB吸收剂的选择吸收剂的选择吸收剂的选择吸收剂的选择 选选择择良良好好的的吸吸收收剂剂对对吸吸收收过过程程至至关关重重要要。但但受受多多种种因因素素制制约约，工工业业吸吸收收过过程程吸吸收收剂剂的的选选择择范范围围也也是是很很有有限限的的，一般视具体情况按下列原则选择。一般视具体情况按下列原则选择。(1)对对溶溶质质有有较较大大的的溶溶解解度度。溶溶解解度度，溶溶剂剂用用量量，溶溶剂剂再再生生费费用用；溶溶解解度度，对对一一定定的的液液气气比比，吸吸收收推推动动力力，吸吸收收传传质质速速率率，完完成成一一定定的的传传质质任任务务所所需需设设备备尺尺寸寸；(2)良良好好的的选选择择性性，即即对对待待吸吸收收组组分分的的溶溶解解度度大大，其其余余组组分分溶解度小；溶解度小；(3)稳定不易挥发，以减少溶剂损失；稳定不易挥发，以减少溶剂损失；(4)粘度低，有利于气液接触与分散，提高吸收速率；粘度低，有利于气液接触与分散，提高吸收速率；(5)无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉等。无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉等。3-3 吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定 吸吸收收剂剂用用量量 L 或或液液气气比比 L/V 在在吸吸收收塔塔的的设设计计计计算和塔的操作调节中是一个很重要的参数。算和塔的操作调节中是一个很重要的参数。吸吸收收塔塔的的设设计计计计算算中中，气气体体处处理理量量 V，以以及及进进、出出塔塔组组成成 Y1、Y2 由由设设计计任任务务给给定定，吸吸收收剂剂入入塔塔组组成成 X2 则是由工艺条件决定或设计人员选定。则是由工艺条件决定或设计人员选定。可知吸收剂出塔浓度可知吸收剂出塔浓度 X1 与吸收剂用量与吸收剂用量 L 是相互制约的。是相互制约的。由全塔物料衡算式由全塔物料衡算式 选选取取的的 L/V ，操操作作线线斜斜率率 ，操操作作线线与与平平衡衡线线的的距距离离 ，塔塔内内传传质质推推动动力力 ，完完成成一一定定分分离离任任务务所所需需塔塔高高 ；L/V ，吸吸收收剂剂用用量量 ，吸吸收收剂剂出出塔塔浓浓度度 X1 ，循循环环和和再生费用再生费用 ；若若L/V ，吸吸收收剂剂出出塔塔浓浓度度 X1 ，塔塔内内传传质质推推动动力力 ，完成相同任务所需塔高完成相同任务所需塔高 ，设备费用，设备费用 。吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定 不不同同液液气气比比 L/V 下下的的操操作作线图直观反映了这一关系。线图直观反映了这一关系。YXoY*=f(X)AY1X1X2Y2BL/VY-Y*AX1(L/V)X1,max(L/V)minC最小液气比最小液气比(L/V)min要要达达到到规规定定的的分分离离要要求求，或或完完成成必必需需的的传传质质负负荷荷量量 GA=V(Y1-Y2)，L/V 的减小是有限的。的减小是有限的。当当 L/V 下下降降到到某某一一值值时时，操操作作线线将将与与平平衡衡线线相相交交或或者者相相切切，此此时时对对应应的的 L/V 称称为为最最最最小小小小液液液液气气气气比比比比，用用(L/V)min表表示示，而而对对应的应的 X1 则用则用 X1,max 表示。表示。最小液气比最小液气比最小液气比最小液气比(L/L/V V)minmin随随 L/V 的的减减小小，操操作作线线与与平平衡衡线线是是相相交交还还是是相相切切取取决决于于平平衡线的形状。衡线的形状。YXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1,max=X1*(L/V)minCYXoY*=f(X)Y1X2Y2BX1*(L/V)minCX1,max两线在两线在 Y1 处相交时处相交时，X1,max=X1*；两线在中间某个浓度处相切时两线在中间某个浓度处相切时，X1,maxX1*。最小液气比的计算式：最小液气比的计算式：吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定吸收剂用量的确定 在在最最小小液液气气比比下下操操作作时时，在在塔塔的的某某截截面面上上（塔塔底底或或塔塔内内）气气、液液两两相相达达平平衡衡，传传质质推推动动力力为为零零，完完成成规规定定传传质质任任务务所所需需的的塔塔高高为为无无穷穷大大。对对一一定定高高度度的的塔塔而而言言，在在最最小小液液气气比下操作则不能达到分离要求。比下操作则不能达到分离要求。实实际际液液气气比比应应在在大大于于最最小小液液气气比比的的基基础础上上，兼兼顾顾设设备备费费用用和操作费用两方面因素，按总费用最低的原则来选取。和操作费用两方面因素，按总费用最低的原则来选取。根据生产实践经验，一般取根据生产实践经验，一般取 注注意意：以以上上由由最最小小液液气气比比确确定定吸吸收收剂剂用用量量是是以以热热力力学学平平衡衡为为出出发发点点的的。从从两两相相流流体体力力学学角角度度出出发发，还还必必须须使使填填料料表表面面能能被被液液体体充充分分润润湿湿以以保保证证两两相相均均匀匀分分散散并并有有足足够够的的传传质质面面积积，因因此此所所取取吸吸收收剂剂用用量量 L 值值还还应应不不小小于于所所选选填填料料的的最最低低润润湿湿率率，即即单单位位塔塔截截面面上上、单位时间内的液体流量不得小于某一最低允许值。单位时间内的液体流量不得小于某一最低允许值。在填料塔内，气、液两相传质面积由填充的填料表面提供。在填料塔内，气、液两相传质面积由填充的填料表面提供。传传质质面面积积：若若塔塔的的截截面面积积为为 （m2），填填料料层层高高度度为为 h（m），单单位位体体积积的的填填料料所所提提供供的的表表面面积积为为 a（m2/m3），则该塔所能提供的传质面积则该塔所能提供的传质面积 A（m2）为为 a 为为填填料料的的有有效效比比表表面面积积，是是填填料料的的一一个个重重要要特特性性数数据据，填填料及填料填充方式一定即为定值。料及填料填充方式一定即为定值。塔塔截截面面积积或或塔塔径径：主主要要由由与与填填料料的的流流体体力力学学特特性性相相关关的的空空塔塔气气速速决决定定。塔塔截截面面积积确确定定后后，求求传传质质面面积积就就转转化化为为求求所所需的需的填料层高度。填料层高度。完完成成一一定定吸吸收收任任务务所所需需的的传传质质面面积积，不不仅仅与与传传质质量量和和分分离离程程度度等等由由任任务务规规定定的的指指标标有有关关，还还与与塔塔内内气气液液两两相相流流动动状状况况、相相平平衡衡关关系系、填填料料类类型型以以及及填填充充方方式式等等影影响响相相际际传传质质速速率率的的诸诸多多因因素素紧紧密密相相关关。物物料料衡衡算算方方程程和和传传质质速速率率方方程程是计算填料层高度的基本方程。是计算填料层高度的基本方程。3-4.2 填料层高度填料层高度(低浓度气体低浓度气体)此此传传质质量量也也就就是是在在 dZ 段段内内溶溶质质 A 由由气气相转入液相的量。因此相转入液相的量。因此 若若 dZ 微微元元段段内内传传质质速速率率为为NA，填填料料提提供供的的传传质质面面积积为为 dF=a dZ，则则通通过过传传质质面积面积 dF 溶质溶质 A 的传递量为的传递量为 对对填填料料层层中中高高度度为为 dZ 的的微微分分段段作作物物料料衡衡算算可可得得溶溶质质 A 在在单单位位时时间间内内由由气气相相转转入液相的量入液相的量 dN 填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式 填填料料塔塔内内气气、液液组组成成 Y、X 和和传传质质推推动动力力 Y（或或 X）均均随随塔塔高高变变化化，故故塔塔内内各各截面上的吸收速率也不相同。截面上的吸收速率也不相同。V,Y2V,Y1L,X1L,X2YXZY+dYdZX+dX填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式填料层高度的基本计算式 将以比摩尔分数表示的总的传质速率方程代入，则有将以比摩尔分数表示的总的传质速率方程代入，则有 对上两式沿塔高积分得对上两式沿塔高积分得 在在上上述述推推导导中中，用用相相内内传传质质速速率率方方程程替替代代总总的的传传质质速速率率方方程可得形式完全相同的填料层高度程可得形式完全相同的填料层高度 Z 的计算式。的计算式。若采用若采用 NA=KY(Y-Y*)和和 NA=kX(X*-X)可得：可得：用用其其它它组组成成表表示示法法的的传传质质速速率率方方程程，可可推推得得以以相相应应相相组组成成表示的填料层高度表示的填料层高度 Z 的计算式。的计算式。低浓度气体吸收填料层高度的计算低浓度气体吸收填料层高度的计算低浓度气体吸收填料层高度的计算低浓度气体吸收填料层高度的计算 特特点点：低低浓浓度度气气体体吸吸收收（y110%）因因吸吸收收量量小小，由由此此引引起起的的塔塔内内温温度度和和流流动动状状况况的的改改变变相相应应也也小小，吸吸收收过过程程可可视视为为等等温温过过程程，传传质质系系数数 kY、kX、KY、KX 沿沿塔塔高高变变化化小小，可可取取塔顶和塔底条件下的平均值。填料层高度塔顶和塔底条件下的平均值。填料层高度 Z 的计算式：的计算式：对对高高浓浓度度气气体体，若若在在塔塔内内吸吸收收的的量量并并不不大大（如如高高浓浓度度难难溶溶气气体体吸吸收收），吸吸收收过过程程具具有有低低浓浓度度气气体体吸吸收收的的特特点点，也也可可按低浓度吸收处理。按低浓度吸收处理。体体积积传传质质系系数数：实实际际应应用用中中，常常将将传传质质系系数数与与比比表表面面积积 a 的的乘乘积积（KYa 及及 KXa）作作为为一一个个完完整整的的物物理理量量看看待待，称称为为体体积传质系数或体积吸收系数，单位为积传质系数或体积吸收系数，单位为 kmol/(s.m3)。体体积积传传质质系系数数的的物物理理意意义义：传传质质推推动动力力为为一一个个单单位位时时，单单位时间，单位体积填料层内吸收的溶质摩尔量。位时间，单位体积填料层内吸收的溶质摩尔量。3-4.3 传质单元数和传质单元高度传质单元数和传质单元高度传质单元数的意义：传质单元数的意义：反映了取得一定吸收反映了取得一定吸收效果的难易程度。效果的难易程度。定义：气相总传质单元数气相总传质单元数 当所要求的当所要求的(Y1-Y2)为一定值时，平均吸收推动力为一定值时，平均吸收推动力(Y-Y*)m越大，越大，NOG就越小，所需的填料层高度就越小。就越小，所需的填料层高度就越小。传质单元数的意义：传质单元数的意义：反映了取得一定吸收效果的难易程度。反映了取得一定吸收效果的难易程度。气体流经一段填料，溶质组成变化气体流经一段填料，溶质组成变化(Y1-Y2)等于该段填料平均吸等于该段填料平均吸收推动力收推动力(Y-Y*)m时，该段填料为一个传质单元。时，该段填料为一个传质单元。传质单元高度传质单元高度定义：定义：气相总传质单元高度，气相总传质单元高度，m m。传质单元高度的意义传质单元高度的意义:完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了吸收完成一个传质单元分离效果所需的填料层高度，反映了吸收设备效能的高低。设备效能的高低。传质单元高度影响因素：传质单元高度影响因素：填料性能、流动状况填料性能、流动状况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的关系:传质单元高度变化范围：传质单元高度变化范围：0.11.0m。传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度对气相总传质系数和推动力：对气相总传质系数和推动力：HOG 气相总传质单元高度，气相总传质单元高度，m；NOG 气相总传质单元数，无因次。气相总传质单元数，无因次。HOL 液相总传质单元高度，液相总传质单元高度，m；NOL 液相总传质单元数，无因次。液相总传质单元数，无因次。若令若令 对液相总传质系数和推动力：对液相总传质系数和推动力：若令若令 传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度 定定义义传传质质单单元元高高度度和和传传质质单单元元数数来来表表达达填填料料层层高高度度h，从从计计算算角角度度而而言言，并并无无简简便便之之利利，但但却却有有利利于于对对 Z 的的计计算算式式进进行行分分析析和和理理解。下面以解。下面以NOG 和和 HOG 为例给予说明。为例给予说明。NOG 中中的的 dY 表表示示气气体体通通过过一一微微分分填填料料段段的的气气相相浓浓度度变变化化，(Y-Y*）为该微分段的相际传质推动力。为该微分段的相际传质推动力。气体流经一段填料，溶质组成变化（气体流经一段填料，溶质组成变化（Y Ya a Y Yb b）等于该段填料）等于该段填料平均吸收推动力（平均吸收推动力（Y YY Y*)m m时，该段填料为一个传质单元。时，该段填料为一个传质单元。传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度 传传质质单单元元数数 NOG 或或 NOL 反反映映吸吸收收过过程程的的难难易易程程度度，其其大大小小取取决决于分离任务和整个填料层平均推动力大小两个方面。于分离任务和整个填料层平均推动力大小两个方面。NOG 与与气气相相或或液液相相进进、出出塔塔的的浓浓度度，液液气气比比以以及及物物系系的的平平衡衡关关系系有关，而与设备形式和设备中气、液两相的流动状况等因素无关。有关，而与设备形式和设备中气、液两相的流动状况等因素无关。在在设设备备选选型型前前可可先先计计算算出出过过程程所所需需的的 NOG 或或 NOL。NOG 或或 NOL 值值大大，分分离离任任务务艰艰巨巨，为为避避免免塔塔过过高高应应选选用用传传质质性性能能优优良良的的填填料料。若若 NOG 或或 NOL 值值过过大大，就就应应重重新新考考虑虑所所选选溶溶剂剂或或液液气气比比 L/V 是是否合理。否合理。传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度传质单元数与传质单元高度 总总传传质质单单元元高高度度 HOG 或或 HOL 则则表表示示完完成成一一个个传传质质单单元元分分离离任任务务所所需需的的填填料料层层高高度度，代代表表了了吸吸收收塔塔传传质质性性能能的的高高低低，主主要要与与填填料料的的性能和塔中气、液两相的流动状况有关。性能和塔中气、液两相的流动状况有关。HOG 或或 HOL 值值小小，表表示示设设备备的的性性能能高高，完完成成相相同同传传质质单单元元数数的的吸吸收任务所需塔的高度小。收任务所需塔的高度小。用用传传质质单单元元高高度度 HOG、HOL 或或传传质质系系数数 KYa、KXa 表表征征设设备备的的传传质质性性能能其其实实质质是是相相同同的的。但但随随气气、液液流流率率改改变变 KYa 或或 KXa 的的值值变变化较大，一般流率增加，化较大，一般流率增加，KYa（或或KXa）增大。增大。HOG 或或 HOL 因分子分母同向变化的缘故，其变化幅度就较小。因分子分母同向变化的缘故，其变化幅度就较小。一般吸收设备的传质单元高度在一般吸收设备的传质单元高度在 0.151.5m 范围内。范围内。平衡线为直线时传质单元数的计算平衡线为直线时传质单元数的计算平衡线为直线时传质单元数的计算平衡线为直线时传质单元数的计算对对于于低低浓浓度度的的气气体体吸吸收收，用用总总传传质质单单元元数数计计算算填填料料层层高高度度 Z 时时，可避开界面组成可避开界面组成 Y*和和 xi。若若平平衡衡线线为为直直线线或或在在所所涉涉及及的的浓浓度度范范围围内内为为直直线线段段，直直接接积积分分就就可可得得 NOG 或或 NOL 的的解解析析式式，其其求求解解方方式式主主要要有有对对数数平平均均推推动动力力法法和和吸收因子法吸收因子法。下面以求解。下面以求解 NOG 为例。为例。对数平均推动力法对数平均推动力法对数平均推动力法对数平均推动力法 设平衡线段方程为设平衡线段方程为 逆流吸收操作线方程为逆流吸收操作线方程为 上两式相减得上两式相减得 取微分取微分 对数平均推动力法对数平均推动力法对数平均推动力法对数平均推动力法以以气气相相为为基基准准的的全全塔塔的的对对数平均传质推动力数平均传质推动力上上式式说说明明了了 NOG 的的含含意意：对对低低浓浓度度气气体体吸吸收收是是以以全全塔塔的的对对数数平平均均推推动动力力 Ym 作作为为度度量量单单位位，衡衡量量完完成成分分离离任任务务（Y1-Y2）所所需需的的传传质质单单元元高高度度的的数数目目。若若分分离离程程度度（Y1-Y2）大大或或平平均均推推动动力力 Ym 小，小，NOG 值就大，所需的填料层就高。值就大，所需的填料层就高。2 2）平衡线与操作线平行）平衡线与操作线平行时，时，3 3）当）当 、时，对数平均推时，对数平均推动力可用算术平动力可用算术平均推动力代替。均推动力代替。注意：注意：1 1）平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。）平均推动力法适用于平衡线为直线，逆流、并流吸收皆可。吸收因子法吸收因子法吸收因子法吸收因子法将操作线方程写为将操作线方程写为 代代入入相相平平衡衡方程方程 令令 A=L/(mV)，即即吸吸收收因因子子代代入入 NOG 定定义式并积分义式并积分吸收因子法吸收因子法吸收因子法吸收因子法将将 NOG 表表示示为为两两个个无无因因次次数群数群为为了了计计算算方方便便，将将此此式式绘绘制制成成以以 1/A 为参数的曲线图为参数的曲线图吸吸收收因因子子 L/(mV)是是操操作作线线斜斜率率与与平平衡衡线线斜斜率率的的比比值值。A 值值越越大大，两两线线相相距距越越远远，传传质质推推动动力力越越大大，越有利于吸收过程，越有利于吸收过程，NOG 越小。越小。A 的的倒倒数数(mV)/L 称称为为解解吸吸因因子子S，其其值值越越大大，对对吸吸收收越越不不利利，由由图可知，图可知，NOG 越大。越大。平衡线为直线时传质单元数的计算平衡线为直线时传质单元数的计算平衡线为直线时传质单元数的计算平衡线为直线时传质单元数的计算当当用用（X*-X）作作传传质质推推动动力力时时，对对平平衡衡线线为为直直线线的的情情况况，用用完完全全类似的方法可导出与类似的方法可导出与 NOG 计算式并列的计算式并列的 NOL 计算式计算式 5.5 塔径的计算塔径的计算气体沿塔上升可视为通过一个空管，按流量公式计算塔径气体沿塔上升可视为通过一个空管，按流量公式计算塔径 D D-塔径塔径(m)(m)VsVs-在操作条件下混合气体的体积流量在操作条件下混合气体的体积流量(m/s)(m/s)u u-混合气体的空塔速度（混合气体的空塔速度（m m3 3/s)/s)塔径设计要做多方案比较以求经济上既是优化的，操作上塔径设计要做多方案比较以求经济上既是优化的，操作上也是可行的。一般适宜操作气速通常取泛点气速的也是可行的。一般适宜操作气速通常取泛点气速的50%85%50%85%。算出的塔径还要按压力容器公称直径标准圆整。算出的塔径还要按压力容器公称直径标准圆整。某某生生产产车车间间使使用用一一填填料料塔塔，用用清清水水逆逆流流吸吸收收混混合合气气中中有有害害组组分分A A，已已知知操操作作条条件件下下，气气相相总总传传质质单单元元高高度度为为1.5m1.5m，进进料料混混合合气气组组成成为为0.040.04（组组分分A A的的molmol分分率率，下下同同），出出塔塔尾尾气气组组成成为为0.00530.0053，出出塔塔水水溶溶液液浓浓度度为为0.01280.0128，操操作作条条件件下下的的平平衡衡关系为关系为Y=2.5XY=2.5X（X X、Y Y均为摩尔比），试求：均为摩尔比），试求：1 1）L/V L/V 为为(L/(L/V)V)minmin 的多少倍？的多少倍？2 2）所需填料层高度。）所需填料层高度。3 3）若若气气液液流流量量和和初初始始组组成成均均不不变变，要要求求最最终终的的尾尾气气排排放放浓浓度降至度降至0.00330.0033，求此时所需填料层高度为若干米？，求此时所需填料层高度为若干米？