第十六讲传质单元数的计算
传质单元数
传质单元数
传质单元数是指在传质过程中，物质从一个相态传递到另一个相态所需经过的单位传质步骤或传质单元的数量。
传质单元数的概念通常用于描述液体、气体或固体之间的传质过程，如溶质在溶剂中的扩散、气体的传递和固体表面的吸附等。
传质单元数的具体取决于传质系统的性质和传质机制。
例如，在扩散过程中，传质单元数可以表示扩散物质在传递过程中经过的扩散层或扩散路径的数量。
在气体传递中，传质单元数可以表示气体分子从源位置传递到目标位置所经过的碰撞次数或传递路径的数量。
传质单元数的概念有助于理解和描述传质速率、传质距离以及传质系统的效率和复杂性。
通过分析传质单元数，可以优化传质过程，提高传质效率，并在设计和控制传质操作时进行更准确的预测和计算。
填料层高度=传质单元高度传质单元数
N OG
YY21
(1
S )Y
dY (SY2
Y2* )
1 ln[ (1 S )Y1 (SY2 Y2* ) ] 1 S (1 S )Y2 (SY2 Y2* )
2019/10/27
1 ln[ (1 S )Y1 Y2* SY2* SY2 SY2* ]
34.5kmol空气 / h
Y1
1.333 101.33 1.333
0.0133
Y2 (1 0.99)Y1 0.01 0.0133 0.000133 X 2 0 m 0.757
Lmin
G(Y1 Y2 )
Y1 m
X
2
34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 0 0.757
2019/10/27
y1 mx2 y1 mx1
分析 ：
•横坐标 Y1 Y2* 值的大小，反映了溶质吸收率的高低。 Y2 Y2*
在气液进出口浓度一定的情况下，吸收率愈高，Y2愈小， 横坐标的数值愈大，对应于同一S值的NOG愈大。
•S反映吸收推动力的大小 在气液进出口浓度及溶质吸收率已知的条件下，若增大S
Z HG NG
HG
G k y a
—气膜传质单元高度，m
NG
Y1
Y2
Y
dY Yi
—气膜传质单元数
Z HL NL
HL
L k x a
—液膜传质单元高度，m
NL
X1
X2
dX Xi X
2019/10/27
—液膜传质单元数
关于填料吸收塔传质单元数的计算
关于填料吸收塔传质单元数的计算
填料吸收塔传质单元数的计算方法一般有以下两种：
1. 布宁汉法(Binnington method)
布宁汉法是一种定量计算填料吸收塔传质效率的方法，其原理是将填料层分成若干个传质单元。
每个传质单元的传质效率可以通过对流传质和分子扩散传质的计算得到。
布宁汉法的计算公式如下：
N = ln(1/(1-ε))/ln(1+(D/2L)(1-ε))
其中，N为传质单元数，ε为填料孔隙率，D为气体分子扩散系数，L为填料厚度。
2. 安卓耳斯基法(Andrasik method)
安卓耳斯基法是一种比较常用的填料吸收塔传质单元数估算方法。
该方法基于流体在填料层中的流动状态和质量传递机理进行估算。
安卓耳斯基法的计算公式如下：
N = (εL/ηP)^(1/3)
其中，N为传质单元数，ε为填料孔隙率，L为填料层高度，η为气体粘度，P为空气密度。
15-16学时 一、传质单元数法 《化工传质与分离过程》教学课件-文档资料
S
计算吸 收剂用 量 计算填料 层高度
N OG
计算尾 气浓度
NOG～
Y2
Y1 Y2* Y2 Y2*
关系曲线图
一、传质单元数法
② 对数平均推动力法 由于
* * V Y1 Y2 S m L X1 X 2
X 1 X 2 Y1* Y2* Y Y Y Y 1 2 1 2
所以
Y Y Y 1 S
1 * 1
* Y 2 2
Y1 Y2
Y Y
1
2
Y1 Y2
一、传质单元数法
可导出 N OG 令
Y1 Y2 Y1 ln Y1 Y2 Y2
对数平均 推动力
Y1 Y2 Y1 Y1* Y2 Y2* Ym * Y1 Y Y ln ln 1 1* Y2 Y2 Y2
KY a 气相总体积吸收系数 KX a 液相总体积吸收系数
kmol/(m3· s)
一、传质单元数法
HOG 的物理意义
H OG
KY
1 KY a HOG
N A KY (Y Y *)
N
A HOG 是反映吸收速率大小因数， HOG 越小，吸
收速率越大。
一、传质单元数法
NOG 的物理意义
Z H OG N OG
HOG 一定 NOG
～Z ～
吸收分离的难度
NOG 是反映吸收分离难易程度的因数，NOG 越
大，吸收分离的难度越大。
一、传质单元数法
3. 传质单元数的求法 (1) 解析法 ① 脱吸因数法 设平衡关系为
直线 关系
Y * mX b
由操作线方程，可得 V X X 2 Y Y2 L
气相总传质系数公式
气相总传质系数公式气相总传质系数公式在化学工程和相关领域中可是个相当重要的概念呢！咱先来说说这个气相总传质系数到底是啥。
简单来讲，它就是用来衡量气体在传质过程中效率的一个指标。
就好比你跑马拉松，你的速度就是一个指标，能反映你跑得快慢；气相总传质系数也差不多，能告诉咱气体传质这事儿进行得顺不顺利。
这个公式看起来可能有点复杂，一堆字母和符号，让人头大。
但其实啊，要是把它拆开了慢慢琢磨，也没那么可怕。
比如说，里面涉及到的气体浓度、扩散系数啥的，都有它们各自的作用和意义。
我给你举个例子吧。
记得有一次我去工厂参观，看到一个巨大的反应塔。
工人们正在调试设备，为了提高某种气体的处理效率。
他们就在那研究气相总传质系数，想着怎么调整各种参数来让这个系数变大，从而提高生产效率。
我在旁边看着，心里琢磨着这公式里的每个参数在实际操作中到底是怎么发挥作用的。
那浓度这一项，就好比是一群人排队，人越多（浓度越大），相互之间的影响可能就越大。
扩散系数呢，就像是道路的宽窄，路越宽（扩散系数越大），人们走起来就越顺畅，传质也就更容易进行。
在实际应用中，这个公式可太有用啦！比如说在化工生产中，要设计一个气体吸收装置，就得先算好这个气相总传质系数，才能确定设备的大小、形状还有各种操作条件。
要是算错了，那可就麻烦大了，可能会导致生产效率低下，产品质量不合格，甚至还可能会出现安全问题。
再比如说在环境保护方面，了解气相总传质系数能帮助我们更好地处理废气。
知道了气体之间怎么传递，就能有针对性地采取措施，减少对环境的污染。
总之，气相总传质系数公式虽然看起来有点让人头疼，但只要我们用心去理解，结合实际情况去应用，就能发现它的妙处。
它就像是一把钥匙，能帮我们打开气体传质这个神秘世界的大门，让我们在化学工程和相关领域里走得更稳、更远。
所以啊，同学们，别被这个公式的外表吓到，深入去研究，你会发现其中的乐趣和价值的！。
气相总传质单元数
气相总传质单元数
气相总传质单元数（TotalGasChromatographicUnits,TGCUs是一种以数值表示空气或另一种混合物中某一成分的总浓度的单位。
它以某一标准混合物而定义，在测量过程中，通常使用总气相发泡技术用于分离样品中的成分，以获得有关其各组份分析结果，用于分析混合物中某一组份的含量，然后将这一组份的数值绝对浓度和标准混合物之间的数值浓度进行比较，以获得该组份的总浓度。
气相总传质单元数（T GCUs）计算方法是：计算该组份的绝对浓度，将其值乘以标准混合物绝对浓度的倒数，结果即为该组份的T GCUs。
例如，如果一个样品中的氧浓度为10ppm，与之相比较的标准混合物氧浓度为20ppm，则气相总传质单元数（T GCUs）= 10 x1/20）= 0.5。
气相总传质单元数（T GCUs）可用于测量各种混合物中成分的总浓度，如空气污染物，溶剂和挥发性有机物，硫化氢，氨等。
它可用于环境和工业应用，如在空气污染控制或汽车尾气排放测量中用于测量各种有毒物质的浓度，如二氧化硫，氮氧化物和氧化物的浓度；环境检测样品中的有机污染物；有毒溶剂的排放测量；挥发性有机化合物的排放测量；用于计算室内空气质量；分析建筑新材料中的有害成分等。
气相总传质单元数（T GCUs）是一种十分实用的测量混合物成分总浓度的有效方式，它可以使用户可以快速准确地测量各种混合物中某一成分的总浓度，而无需耗费任何可怕的时间和金钱。
它们为环境
监测和工业领域提供了一种可靠的技术，以确保空气的质量和安全。
第十六讲传质单元数的计算
Yb
Ya A F
M
O Xa
B D
①在x-y坐标图中作平衡线OE及操作线AB；
N ②作辅助线MN，该曲线是操作线AB和平衡线
E
OE间垂直线中点的联线；
C H H′
③从代表塔顶的操作线端点A出发，作水平线交
MN于点F，延长AF至F’，使FF’=AF；
F′
④过点F’作垂线交AB于点C，再从点C作水平线
MN于点H，延长CH至H’使HH’=CH，过点
L KX aΩ
Xb dX Xa Xe − X
∫ h0
=
V′ k y aΩ
yb dy ya y - yi
∫ h = L′ xb dx kxaΩ xa xi − x
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[537]
2. 传质单元高度与传质单元数
∫ h0
=
V KY aΩ
yb dY
= 传质单元高度× 传质单元数
= S ⋅ NOG
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[542]
48
44
N OG
40 36
32
28
24
20
16
12
8
4
0
1
2.0 S=1.0
0.9
0.8 0.7
0.4 0.1
10
100
1000
10000
Yb − m X a Ya − m X a
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[538]
3.传质单元数的计算方法
(2) 解析法（脱吸因数法）
——平衡线与操作线均为直线
Ye = mX
NOG
传质单元高度计算公式
传质单元高度计算公式
传质单元高度是化学工程领域中常用的一个重要指标，它用于描述质量传递过程中液相和气相之间的物质交换情况。
传质单元高度通常指气体通过装置时所需的高度，因此，通过计算传质单元高度可以提高气体分离和净化的效率，提高化学工业生产的经济性。
本文将介绍传质单元高度的计算公式及其应用。
k=CD某T某y/(P某D)
其中，CD是摩擦因数，T是温度，y是组分的摩尔分数，P是压力，D 是组分的扩散系数。
将质量传递系数k带入传质单元高度计算公式，可以得到：
H=(2.303某D/u)某(1/k某A某(y1–y2))
其中，H是传质单元高度，D是扩散系数，u是气体的平均速度，k是质量传递系数，A是传质器的面积，y1和y2是组分的沸点或平衡摩尔分数。
应用范围
传质单元高度的计算还可以应用于许多不同的极端条件下。
例如，在石油和天然气行业中，可以使用该公式来计算油井的传质单元高度，从而设计更有效的采油过程。
此外，传质单元高度的计算还可以应用于食品加工、制药业、电子行业等多个领域。
总结
传质单元高度是化学工程中常用的一个重要指标，该指标可以用来优化气液分离和气态传质过程，并提高工艺流程的效益。
传质单元高度的计
算方法简单易用，常常可以帮助化学工程师预测和调整工艺流程，提高化工产品的质量并降低生产成本。
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作业： P570 — 9, 11
预习：吸收的操作型计算
3.传质单元数的计算方法 (3) 图解积分法
——平衡线与操作线均为曲线
Y
1
Yb
Y - Ye
Ya
Y − Ye
Xa
Xb
X
∫ NOG
=
Yb dY Ya Y −Ye
Y
Ya
Yb
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[538]
3.传质单元数的计算方法
(4)近似梯级图解法（Baker法）
Y
——平衡线为直线或弯曲程度不大的曲线
3.传质单元数的计算方法
(2) 解析法（脱吸因数法）
——平衡线与操作线均为直线
Ye = mX
NOG
=
1 1− S
ln
⎡⎢(1−
⎣
S)
Yb Ya
− mXa − mXa
+
⎤ S⎥
⎦
解吸因数：
S = mV L
NOL
=
1 ln 1− A
⎡⎢(1−
⎣
A)
Yb Yb
− mXa − mXb
+
⎤ A⎥
⎦
吸收因数： A = L mV
Δyia Δyia
Δyib = yb − yib Δyia = ya − yia
( ) N L
=
xb − xa Δxim
Δxim
=
Δxib − Δxia ln Δxib Δxia
Δxib = xib − xb Δxia = xia − xa
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[541]
HG
=
V′ k y aΩ
HL
=
L′ kxaΩ
传质单元数
∫ N OG =
Yb dY Ya Y − Ye
∫ N OL =
Xb dX Xa Xe − X
∫ N G =
yb dy ya y − yi
∫ N L =
xb dx xa xi − x
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[539]
3.传质单元数的计算方法
X + dX
NA ⋅ a ⋅Ω⋅dh = VdY = LdX
Y + dY
Yb X b
a —单位体积填料层中的传质面积（有效比表面积）； Ω—塔截面积。
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[537]
1. 填料层高度基本计算式
∫ h0
=
V KY aΩ
Yb dY Ya Y - Ye
∫ h0
=
= S ⋅ NOG
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[542]
48
44
N OG
40 36
32
28
24
20
16
12
8
4
0
1
2.0 S=1.0
0.9
0.8 0.7
0.4 0.1
10
100
1000
10000
Yb − m X a Ya − m X a
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[538]
ya Y - Ye
传质单元数——反映分离操作的难易 传质单元高度——吸收设备效能高低的反映
填料层高度计算式汇总表
填料层高度
h0 = H OG × N OG h0 = H OL × N OL h0 = H G × N G h0 = H L × N L
传质单元高度
H OG
=
V KY aΩ
H OL
=
L K X aΩ
⎛ L⎞ ⎜⎝ V ⎟⎠min
=
Yb −Ya Xbe − Xa
Yb
Ya
低浓度吸收：
⎛ L′ ⎞ ⎜⎝V′ ⎟⎠min
=
yb − ya xbe − xa
Xa
Xb
X be X
L V
= (1.2 :
2.0)
⎛ ⎜⎝
L V
⎞ ⎟⎠min
第四节 吸收（解吸）塔的计算
三、吸收剂用量的确定[533]
最小液气比下操作线
L KX aΩ
Xb dX Xa Xe − X
∫ h0
=
V′ k y aΩ
yb dy ya y - yi
∫ h = L′ xb dx kxaΩ xa xi − x
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[537]
2. 传质单元高度与传质单元数
∫ h0
=
V KY aΩ
yb dY
= 传质单元高度× 传质单元数
H’作垂线交AB于点D。依此类推画梯级直至
Xb X
达到或超过操作线上代表塔底的端点B为止。 所画梯级数即为气相总传质单元数NOG。
本次课内容及要求
第四节 吸收（解吸）塔的计算
三、吸收剂用量的确定 四、填料层高度的计算
1. 填料层高度基本计算式 2. 传质单元高度与传质单元数 3. 传质单元数的计算方法
Yb
Ya A F
M
O XaB DFra bibliotek①在x-y坐标图中作平衡线OE及操作线AB；
N ②作辅助线MN，该曲线是操作线AB和平衡线
E
OE间垂直线中点的联线；
C H H′
③从代表塔顶的操作线端点A出发，作水平线交
MN于点F，延长AF至F’，使FF’=AF；
F′
④过点F’作垂线交AB于点C，再从点C作水平线
MN于点H，延长CH至H’使HH’=CH，过点
ΔYm
=
ΔYb − ln ΔYb
ΔYa ΔYa
ΔYb =Yb −Ybe ΔYa =Ya −Yae
N OL
=
Xb − Xa ΔX m
NG
=
yb − ya Δyim
ΔX m
=
ΔX b −
ln (ΔX b
ΔX a ΔX a
)
ΔXb =Xbe −Xb
ΔXa =Xae −Xa
( ) Δyim
=
Δyib − ln Δyib
1 y - y∗
∫ NOG =
yb ya
dy y − y*
y
ya
yb
【提问】
传质速率方程、操作线方程
1. 某气体吸收过程的相平衡关系符合亨利定律，相平衡常数m =1， 气膜吸收系数ky=1×10－4 kmol/(m2·s)，液膜吸收系数kx的值为ky值 的 100 倍 ， 由 此 可 判 断 这 一 吸 收 过 程 为 ______ （ 气 膜 、 液 膜 、 双 膜）控制过程，该气体为______（易溶气体、难溶气体），气相总 传质系数为 ______。 （石油大学2008年）
(1) 对数平均推动力法 ——平衡线与操作线均为直线
NOG
= Yb − Ya ΔYm
=
Yb ΔYb
− Ya − ΔYa
ln ΔYb ΔYa
ΔYb =(Y −Ye)b
ΔYa =(Y −Ye)a
对数平均推动力法计算传质单元数汇总表
传质单元数
对数平均推动力
进、出口推动力
( ) N OG
=
Yb − Ya Δ Ym
Y
Yb
Ya Xa
X b X b′ X be X
⎛L ⎜⎝ V
⎞ ⎟⎠min
=
Yb Xb′
− Ya − Xa
第四节 吸收（解吸）塔的计算
四、填料层高度的计算[535]
1. 填料层高度基本计算式
Ya
Xa
假设：① 气液流率为常量；
YX
② 吸收过程等温； ③ 传质系数为常量。
低浓度吸收 可满足此假设
h0
dh
2. 用水吸收氨气，该吸收过程为 阻力控制过程（气相、液相、两 相），下面哪一项是正确的 。 A. 界面液相浓度ci 接近于液相主体浓度cL ； B. 界面气相分压pi 接近于气相主体分压pG。 （石油大学2006年）
第四节 吸收（解吸）塔的计算
三、吸收剂用量的确定[533]
Y 最小液气比下操作线