對數(shù)平均推動力法計(jì)算并流吸收塔的傳質(zhì)單元數(shù)

張克錚

（遼寧石油化工大學(xué) 石油化工學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

對于填料吸收塔，逆流推動力最大，但逆向流動的氣體會妨礙液體順利下流，進(jìn)而限制了液、氣流率。對于化學(xué)吸收，當(dāng)吸收速率取決于反應(yīng)速率，而不是取決于傳質(zhì)推動力時，可采用并流；此外當(dāng)相平衡常數(shù)極小時，逆流并無多大優(yōu)點(diǎn)，也應(yīng)考慮采用并流。填料塔的傳質(zhì)單元數(shù)NOG及NOL可用多種方法求得。對于低濃度吸收體系，當(dāng)相平衡關(guān)系在操作范圍內(nèi)可近似看成直線時，可用脫吸因數(shù)法或?qū)?shù)平均推動力法計(jì)算。一般教材只列出逆流操作條件下的計(jì)算公式。而并流操作條件下的傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算方法很少介紹[1-6]。下面根據(jù)傳質(zhì)單元數(shù)的定義，推導(dǎo)并流操作下對數(shù)平均推動力法計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)NOG的公式，并對公式的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 公式的推導(dǎo)

圖1為并流吸收塔。當(dāng)平衡關(guān)系和操作關(guān)系都是線性關(guān)系時，則塔內(nèi)任一處的氣相總推動力△Y與該處的氣相組成Y也一定呈線性關(guān)系，見圖2。

圖1 并流塔Fig.1 Double flow tower

圖2 并流吸收△Y-Y關(guān)系Fig.2 The△Y-Y relationship of double flow absorption

將此式代入NOG的定義并積分

△Ym是塔頂與塔底兩端吸收推動力△Y2與△Y1的對數(shù)平均值，稱為對數(shù)平均推動力。這一結(jié)果和逆流吸收氣相總傳質(zhì)單元數(shù)的對數(shù)平均推動力法計(jì)算公式在結(jié)構(gòu)上是相同的。

用同樣的方法可推出

對于采用圖1流程的并流解吸過程也可以得到類似結(jié)果

2 討論分析

由上述可知，只要操作關(guān)系和相平衡關(guān)系都是線性的，則不論是逆流操作的吸收、解吸，還是并流操作的吸收、解吸，對數(shù)平均推動力法計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)的公式在結(jié)構(gòu)是一樣的，即：

這一結(jié)構(gòu)的描述不僅簡單、易記，便于掌握，而且可應(yīng)用于多種情況。唯一需要注意是能夠正確寫出各種情況下的推動力。其實(shí)這并不難，可利用XY坐標(biāo)下的操作線和平衡線示意圖很容易將推動力寫出。對于吸收，操作線在平衡的上方；對于解吸，操作線在平衡線的下方。而操作線與相平衡線的垂直距離和水平距離就是過程的氣相總推動力和液相總推動力。注意這里的推動力要寫成正值。下面以并流操作條件下的吸收過程為例進(jìn)行說明。

首先，根據(jù)并流操作的特點(diǎn)在X-Y坐標(biāo)系中畫出平衡線、操作線示意圖，見圖3。則塔頂和塔底的氣相、液相推動力可表示如下：

圖3 并流吸收推動力計(jì)算Fig.3 The driving force calculation of double flow absorption

3 結(jié)語

根據(jù)傳質(zhì)單元數(shù)的定義，就低濃度體系并流吸收塔傳質(zhì)單元數(shù)的對數(shù)平均推動力法計(jì)算公式進(jìn)行了推導(dǎo)。結(jié)果表明只要操作關(guān)系和相平衡關(guān)系都是線性的，則不論是逆流操作的吸收、解吸，還是并流操作的吸收、解吸，傳質(zhì)單元數(shù)的對數(shù)平均推動力算法的結(jié)構(gòu)是一樣的。該結(jié)構(gòu)簡單、易記，便于掌握。

符號說明

NOG：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)

NOL：液相總傳質(zhì)單元數(shù)

X：溶質(zhì)在液相中的摩爾比

Y：溶質(zhì)在氣相中的摩爾比

X*：與Y平衡的液相組成（摩爾比）

Y*：與X平衡的氣相組成（摩爾比）

下標(biāo)“1、2”分別表示塔底和塔頂

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