对数平均推动力法计算并流吸收塔的传质单元数

张克铮

（辽宁石油化工大学 石油化工学院，辽宁 抚顺 113001）

对于填料吸收塔，逆流推动力最大，但逆向流动的气体会妨碍液体顺利下流，进而限制了液、气流率。对于化学吸收，当吸收速率取决于反应速率，而不是取决于传质推动力时，可采用并流；此外当相平衡常数极小时，逆流并无多大优点，也应考虑采用并流。填料塔的传质单元数NOG及NOL可用多种方法求得。对于低浓度吸收体系，当相平衡关系在操作范围内可近似看成直线时，可用脱吸因数法或对数平均推动力法计算。一般教材只列出逆流操作条件下的计算公式。而并流操作条件下的传质单元数计算方法很少介绍[1-6]。下面根据传质单元数的定义，推导并流操作下对数平均推动力法计算传质单元数NOG的公式，并对公式的特点进行分析。

1 公式的推导

图1为并流吸收塔。当平衡关系和操作关系都是线性关系时，则塔内任一处的气相总推动力△Y与该处的气相组成Y也一定呈线性关系，见图2。

图1 并流塔Fig.1 Double flow tower

图2 并流吸收△Y-Y关系Fig.2 The△Y-Y relationship of double flow absorption

将此式代入NOG的定义并积分

△Ym是塔顶与塔底两端吸收推动力△Y2与△Y1的对数平均值，称为对数平均推动力。这一结果和逆流吸收气相总传质单元数的对数平均推动力法计算公式在结构上是相同的。

用同样的方法可推出

对于采用图1流程的并流解吸过程也可以得到类似结果

2 讨论分析

由上述可知，只要操作关系和相平衡关系都是线性的，则不论是逆流操作的吸收、解吸，还是并流操作的吸收、解吸，对数平均推动力法计算传质单元数的公式在结构是一样的，即：

这一结构的描述不仅简单、易记，便于掌握，而且可应用于多种情况。唯一需要注意是能够正确写出各种情况下的推动力。其实这并不难，可利用XY坐标下的操作线和平衡线示意图很容易将推动力写出。对于吸收，操作线在平衡的上方；对于解吸，操作线在平衡线的下方。而操作线与相平衡线的垂直距离和水平距离就是过程的气相总推动力和液相总推动力。注意这里的推动力要写成正值。下面以并流操作条件下的吸收过程为例进行说明。

首先，根据并流操作的特点在X-Y坐标系中画出平衡线、操作线示意图，见图3。则塔顶和塔底的气相、液相推动力可表示如下：

图3 并流吸收推动力计算Fig.3 The driving force calculation of double flow absorption

3 结语

根据传质单元数的定义，就低浓度体系并流吸收塔传质单元数的对数平均推动力法计算公式进行了推导。结果表明只要操作关系和相平衡关系都是线性的，则不论是逆流操作的吸收、解吸，还是并流操作的吸收、解吸，传质单元数的对数平均推动力算法的结构是一样的。该结构简单、易记，便于掌握。

符号说明

NOG：气相总传质单元数

NOL：液相总传质单元数

X：溶质在液相中的摩尔比

Y：溶质在气相中的摩尔比

X*：与Y平衡的液相组成（摩尔比）

Y*：与X平衡的气相组成（摩尔比）

下标“1、2”分别表示塔底和塔顶

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