预习任务回顾每组查阅资料选取合适的参数根据吸收任务和操作条

预习任务回顾每组查阅资料，选取合适的参数，根据吸收任务和操作条件下的相平衡关系，计算出所需填料层高度。任务四：填料层高度的确定

任务四：塔径及填料层高度的确定计算填料层高度ZVV,YL,XV，Y2L,X2

V，Y1L，X1

dzX+dX

Y+dY

L1、填料层高度基本计算式

填料层高度的计算实质是吸收过程相际传质面积的计算问题。它涉及到物料衡算、传质速率方程和相平衡方程三个关系式的应用。（一）理论知识总结归纳此传质量也就是在dZ

段内溶质A由气相转入液相的量。因此

若dZ

微元段内传质速率为NA，知道填料提供的传质面积，则通过传质面积dF

溶质A的传递量为

对填料层中高度为dZ

的微分段作物料衡算可得溶质A在单位时间内由气相转入液相的量dGA

填料层高度的基本计算式

填料塔内气、液组成Y、X和传质推动力

Y（或

X）均随塔高变化，故塔内各截面上的吸收速率也不相同。V,Y2V,Y1L,X1L,X2YXZY+dYdZX+dX以比摩尔分数表示的总的传质速率方程为dF=a

dZ对上两式沿塔高积分得填料层高度的基本计算式低浓度气体吸收填料层高度的计算V,Y2V,Y1L,X1L,X2YXZY+dYdZX+dX特点：低浓度气体吸收（y1<10%）因吸收量小，由此引起的塔内温度和流动状况的改变相应也小，吸收过程可视为等温过程，传质系数kY、kX

、KY、KX沿塔高变化小，可取塔顶和塔底条件下的平均值。填料层高度Z的计算式：讨论2.对高浓度气体，若在塔内吸收的量并不大（如高浓度难溶气体吸收），吸收过程具有低浓度气体吸收的特点，也可按低浓度吸收处理。3.体积传质系数：实际应用中，常将传质系数与比表面积a的乘积（Kya

及KXa）作为一个完整的物理量看待，称为体积传质系数或体积吸收系数，单位为kmol/(s.m3)。体积传质系数的物理意义：传质推动力为一个单位时，单位时间，单位体积填料层内吸收的溶质摩尔量。1.在上述推导中，用相内传质速率方程替代总的传质速率方程可得形式完全相同的填料层高度Z的计算式。若采用

NA=kY(Y-Yi)和NA=kX(Xi

-X)可得：用其它组成表示法的传质速率方程，可推得以相应相组成表示的填料层高度Z的计算式。任务四：塔径及填料层高度的确定HOG——气相总传质单元高度（m）；NOG——气相总传质单元数，无因次；

则有：HOL——液相总传质单元高度，m；NOL——液相总传质单元数，无因次。KYa和KXa分别称为气相总体积吸收系数及液相总体积吸收系数，单位为Kmol/(m3·s）。式中

为吸收塔的横截面积，单位为m2。

2、传质单元数和传质单元高度

任务四：塔径及填料层高度的确定传质单元数反映了吸收过程的难易程度与气相或液相进、出塔的浓度，液气比以及物系的平衡关系有关与设备形式和设备中气、液两相的流动状况等因素无关NOG或NOL值越大，完成分离任务难度越大总传质单元高度表示完成一个传质单元分离任务所需的填料层高度代表了吸收塔传质性能的高低与填料的性能和塔中气、液两相的流动状况有关HOG或HOL

越小，表示设备的性能越高任务四：塔径及填料层高度的确定3、传质单元数的计算Y

X

o

AY1X1X2Y2BY1*

Y2*PY-Y*X*-X（1）对数平均推动力法

（适用于平衡线为直线或近似为直线的情况）来源于中值定理三、传质单元数的计算对于低浓度的气体吸收，用总传质单元数计算填料层高度Z时，可避开界面组成yi

和xi。若平衡线为直线或在所涉及的浓度范围内为直线段，直接积分就可得NOG或NOL的解析式，其求解方式主要有对数平均推动力法和吸收因子法。下面以求解NOG为例。1.对数平均推动力法设平衡线段方程为逆流吸收操作线方程为上两式相减得取微分对数平均推动力法以气相为基准的全塔的对数平均传质推动力上式说明了NOG的含意：对低浓度气体吸收是以全塔的对数平均推动力

Ym

作为度量单位，量衡完成分离任务（Y1-Y2）所需的传质单元高度的数目。若分离程度（Y1-Y2）大或平均推动力

Ym

小，NOG值就大，所需的填料层就高。任务四：塔径及填料层高度的确定（2）吸收因数法

（适用于平衡线为直线的情况）式中S=mV/L，即解吸因子式中A=L/（mV），即吸收因子。

A值越大，两线相距越远，传质推动力越大，越有利于吸收过程，NOG越小，设备费用低，但操作费用较高。

A的倒数

(mV)/L称为解吸因子S，其值越大，NOG

越大，对吸收越不利。

吸收因子L/(mV)是操作线斜率与平衡线斜率的比值，无因次。

2.吸收因子法将操作线方程写为代入相平衡方程令A=L/(MV)，即吸收因子代入NOG定义式并积分任务四：塔径及填料层高度的确定

NOG也可由传质单元数计算图查取，见右图。注意只有在的范围内读数才比较准确。

NOL也可用右图查取，所对应的横坐标和参数曲线要

和改为。任务四：塔径及填料层高度的确定Y

X

o

Y*=f(X)

AY1X1X2Y2BY

X

X*Y*PY-Y*X*-X（3）图解积分法（适用于平衡线为曲线的情况）

①在操作线和平衡线上得若干组与Y相应X、Y*，并计算1/(Y-Y*)值；其步骤为：任务四：塔径及填料层高度的确定Y

o

Y1Y21/(Y-Y*)③计算曲线与Y=Y1和Y=Y2下围成的面积，此面积的值即为传质单元数NOG。

②在Y1到Y2的范围内作曲线；任务四：塔径及填料层高度的确定4、传质单元高度的计算HOG：气相总传质单元高度

m；A：吸收因数HL：液相传质单元高度m；HG：气相传质单元高度

m；任务四：塔径及填料层高度的确定C1=1

C2=1

C3=1

δ:液膜厚度，m可查取a：填料的比表面积m2/m3RG：气膜填充系数C=0.6，因混合气体中不含氢气VG：实际气速，m/sVL：液体表面速度，m/s,可查取任务四：塔径及填料层高度的确定RL：气膜填充系数，可查取γL',μL

':T0C时液相的重度和粘度。n的值可查取γL,μL：在200C时液相的重度和粘度。当LW≥0.08

为填料表面效率，可查取Z=HOG·NOG当

LW

≤0.08解：

例

在常压填料吸收塔中，用清水吸收废气中氨气，废气流量为2500m^3/h（标准状态下），其中氨气浓度为0.02（摩尔分率），要求回收率不低于98%，若水用量为3.6m^3/h，操作条件下平衡关系为Y*=1.2X（式中X,Y为摩尔比），气相总传质单元高度为0.7m，试求：（1）塔低、塔顶推动力；全塔对数平均推动力（2）气相总传质单元数（3）填料层高度。

解：

例

在常压填料吸收塔中，用清水吸收废气中氨气，废气流量为2500m3/h（标准状态下），其中氨气浓度为0.02（摩尔分率），要求回收率不低于98%，若水用量为3.6m3/h，操作条件下平衡关系为Y*=1.2X（式中X,Y为摩尔比），气相总传质单元高度为0.7m，试求：（1）塔低、塔顶推动力；全塔对数平均推动力（2）气相总传质单元数（3）填料层高度。

相组成表示法气体状态方程物料衡算方程平均推动力方程高度计算方程（1）查资料，了解板式塔、填料塔的特点及适用范围，根据吸收任务确定塔类型；（2）查