废气吸收塔填料计算方法

对于低浓度的气体混合物和低浓度的液体而言，例如吸收法净化污染气体，由于组分在气相和液相中的浓度都比较低，则其气相中的分压 p 可假定与摩尔分子比 y 成正比；其在液相中的浓度 C 亦可假定与 x 成正比，即 Y=y=P/p ； X=x 。在此情况下，可以认为塔内的气体流率为常数（即混合气体的流量与惰性气体的流量是相等的），这样就使填料层高度的计算大为简化。

填料塔是逆流连续式的吸收设备，气、液两相的流率与浓度都沿填料层高度连续变化，因此可以从填料层的一个微分段来分析。

如下图所示，从上而下计算。当填料高度变化 dh 时，气体的浓度由 Y → Y+dY ，同时液体浓度由 X → X+dX 。设塔的内截面为 S ，低浓度气体的吸收，可假定通过塔的任何截面的气体量 G · S 不变，故在此微分段，单位时间从气相传入液相的溶质的量为 G · S · dY ，或为 L · S · dX 。假设单位体积填料层所提供的有效气液接触面积为 a ，则微分段内总的有效接触面积为： a · S · dh 。

当传质速率为 N _A 时，则单位时间从气相传入液相的溶质量为 N _A · S · a · dh ，而 N _A =KY（Y-Y _e ） ，则

G · S · dY=N _A · S · a · dh=K _Y （Y-Y _e ） · S · a · dh

式中 G 为常数。假设 K _Y 和 a 亦为常数，则分别列出变数后，再从塔顶到塔底积分，可得填料层高的计算式如下：

值得注意的是，在实际操作中并非全部填料表面都被液体润湿，而在已润湿表面上有液体停滞时，也不能*有效地参与传质过程，所以 a 值总是要小于干填料面积，而且 a 的大小不仅与填料的几何特性有关，而且与气液两相的流速及物理特性有关，因此在实验中直接测出 a 值是困难的。为此在实验中常常把 a 值和传质系数 K _Y 结合成一个系数加以测定，反应出的是塔的单位填充体积传质情况，于是把两者的乘积 K _Y · a 称之为体积传质系数（单位： kmol/m ³ · h ），在上式积分时，假定体积传质系数为常数，不随塔高变化。

上式表明：填料层高度 h 是 G/（K _Y · a） 和 两个量的乘积，其中 G/（K _Y · a） 的单位与高度相同，称为气相总传质单元高度，而 一个无因次的数，称为总传质单元数。令 G/（K _Y · a）=H _OG ； =N _OG 。

则                                                          h=H _OG · N _OG

气相总传质单元高度和总传质系数 KY 是相的。

因为                                                    1/K _Y =1/k _Y +m/k _x

则有                                      G/（K _Y · a）=G/（k _Y · a）+G · m/（k _x · a）

由上式可见：总传质单元高度与相应的体积传质系数的倒数成正比，后者相当于传质阻力，对于一定物质的吸收，若气、液流动情况相同时，传质单元高度取决于填料的性能，填料的性能好，则每个传质单元的高度就小。同样，当填料的类型和规格相同时，总传质单元高度就取决于气、液流动情况。例如 K _Y · a 大体上与 G ^0.8 成正比，显然 G/（K _Y · a） 就与 G ^0.8 成正比。所以从整个吸收塔来看，即使 G 变化很大， K _Y · a 变化也很大时，对传质单元高度的影响是很小的，即填料一定时，其变化范围不大。常用填料的 H _OG 值大都在 0.5~1.5m 之间。

关于总传质单元数 H _OG 的物理意义可作如下分析，以气相总传质单元数 为例，积分符号中的分子 dY 为气相浓度变化值，分母 Y-Y _e 为吸收推动力，故 使取决于吸收过程中浓度变化与推动力大小的一个数值，表示要达到一定吸收效果的难以程度。若吸收分离所要求的浓度变化愈大，平均推动力愈小，则气相总传质单元数就愈大，表示达到所要求的吸收效果较难。反之，则表示容易达到所要求的吸收效果。

令 L/（K _X · a）=H _OL ，称为液相总传质单元高度

，称为液相总传质单元数

则                                                      h=H _OL · N _OL