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废气吸收塔填料计算方法
2020.2.2
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。
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NA时，则单位时间从气相传入液相的溶质量为NA·S·a·dh，而NA=KY(Y-Ye)，则
G·S·dY=NA·S·a·dh=KY(Y-Ye)·S·a·dh
式中G为常数。假设KY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，也不能完全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KY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KY·a称之为体积传质系数(单位：kmol/m3·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/(KY·a)和两个量的乘积，其中G/(KY·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/(KY·a)=HOG；=NOG。
则h=HOG·NOG
气相总传质单元高度和总传质系数KY是相联系的。
因为1/KY=1/kY+m/kx
则有G/(KY·a)=G/(kY·a)+G·m/(kx·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KY·a大体上与G0.8成正比，显然G/(KY·a)就与G0.8成正比。所以从整个吸收塔来看，即使G变化很大，KY·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HOG值大都在0.5~1.5m之间。
关于总传质单元数HOG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-Ye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/(KX·a)=HOL，称为液相总传质单元高度
，称为液相总传质单元数
则h=HOL·NOL
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