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