對數平均推動力法計算并流吸收塔的傳質單元數

2011-02-27 07:00:48張克錚

化學工程師 2011年7期

張克錚

（遼寧石油化工大學石油化工學院，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，進而限制了液、氣流率。對于化學吸收，當吸收速率取決于反應速率，而不是取決于傳質推動力時，可采用并流；此外當相平衡常數極小時，逆流并無多大優點，也應考慮采用并流。填料塔的傳質單元數NOG及NOL可用多種方法求得。對于低濃度吸收體系，當相平衡關系在操作范圍內可近似看成直線時，可用脫吸因數法或對數平均推動力法計算。一般教材只列出逆流操作條件下的計算公式。而并流操作條件下的傳質單元數計算方法很少介紹[1-6]。下面根據傳質單元數的定義，推導并流操作下對數平均推動力法計算傳質單元數NOG的公式，并對公式的特點進行分析。

1 公式的推導

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

圖1 并流塔Fig.1 Double flow tower

圖2 并流吸收△Y-Y關系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的對數平均值，稱為對數平均推動力。這一結果和逆流吸收氣相總傳質單元數的對數平均推動力法計算公式在結構上是相同的。

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果

2 討論分析

由上述可知，只要操作關系和相平衡關系都是線性的，則不論是逆流操作的吸收、解吸，還是并流操作的吸收、解吸，對數平均推動力法計算傳質單元數的公式在結構是一樣的，即：

這一結構的描述不僅簡單、易記，便于掌握，而且可應用于多種情況。唯一需要注意是能夠正確寫出各種情況下的推動力。其實這并不難，可利用XY坐標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行說明。

首先，根據并流操作的特點在X-Y坐標系中畫出平衡線、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：