1、1（三）填料层高度的计算1.基本计算公式填料塔是连续接触设备，气液两相的流率与浓度都是沿填料层高度连续地变化，每通过一个微分段即发生微分变化，因此对填料塔操作的分析，应从填料层的一个微分段着手。参看图 2-31。从上向下计算，填料层高度改变dh，气体浓度改变 dy，液体浓度改变 dx。设塔截面积为 S，对于低浓度气体的吸收，通过任何截面的气体量 VS 与液体量 LS 都可视为不变，故在这个微分段里，单位时间内从气相传入液相的溶质量为 VSdy，也等于 LSdx。设单位体积填料层所提供的有效气液接触面积为 a，则微分段内的有效接触面积为 aSdh，传质速率为 NA，故单位时间从气相传入液相的溶质
2、量为NASadh。即： V S dy = NAS a dh (2-57)式（2-57 ）中的传质速率 NA 可以用第二节所讲的吸收速率方程任何一个来表示，现选用 NA=Ky(y-y*)，代入式（ 2-57） ，得：或dhyKdy)(aVhy2式（2-59 ）中，V 为常数，对于稳定操作的吸收设备 Kya 亦可视为常数，则对（2-59 ）式积分，即得出填料层高度：(2-60) 用同样的方法可以导出：(2-61) 上列各式中：h填料层高度，m；V混合气体通过塔截面的流速，kmol/(m 2s)；L溶液通过塔面的流速，kmol/(m 2s)；a单位体积填料层所提供的传质面积，m 2/m3；Ky、K
3、x传质系数，kmol/(m 2s)；x、y摩尔分率。由于操作中并非所有填料表面都被液体润湿，而润湿的表面上的液体若停滞不动也不能完全有效地参与传质过程，所以上列各式中的 a 总是小于单位体积填料层的总表面积。a 的大小不仅与填料的几何特性有关，而且与气液两相的物理性质、流动情况有关。要直接测量出 a 值非常困难，实验研究中大都是把它与传质系数一并测定的，两者的乘积称为体积传质系数。即kya、k xa、K ya、K xa 等，其单位为 kmol/（m 3s） 。为了研究问题的方便，常将式（2-60）右端作为两部分来考虑，从式（2-60）可以看出，右端是两个量的乘积。V/K ya 的单位为（kmo
4、l/m 2s）/（kmol/m 3s）= m,与高度的单位相同，而 dy/y-y* 是一个没有单位的数。所以，填料层高度等于某个高度乘以一个倍数，于是就把这个高度称作一个传质单元高度，以 HOG 或 HOL 表示；把这个倍数称作传质单元数，以 NOG 或NOL 表示，于是，填料层高度=传质单元高度传质单元数即 h=HOGNOG h=HOLNOL 传质单元高度也有它的物理意义，据前定义，传质单元高度HOG=V/Kya，即对一定流量的气体，传质单元高度取决于传质阻力 1/Ky 及填料状况 a，当传质阻力大且 a 值小时，传质单元高度必然增大，反之，传质单元高度也就变小了。传质单元数反映吸收过程的难
5、度，任务所要求的气体浓度变化越大，过程的平均推动力越小，则意味着过程的难度越大 ，此时所需的传质单元数越12ydaKVh12xdaLh3多。2.传质单元高度的计算计算传质单元高度的关键是求取传质系数，对于传质系数，目前还没有通用的计算方法和计算公式，在进行吸收设备的设计时，获取吸收系数和传质单元高度的根本途径，或通过中间试验装置或对现有生产装置实测等方法比较可靠。除此之处，还可选用适当的经验公式或准数关联式进行计算。3.传质单元数的计算传质单元数与相平衡有关，需根据不同的情况采用不同的计算方法。下面介绍四种方法，这四种方法是根据平衡线为直线或曲线而采用的方法。（1）对数平均推动力法当吸收过程所
6、涉及的浓度范围的平衡线和操作线均为直线，即可采用此法求出传质单元数。此时可取塔顶和塔底推动力的对数平均值作为全塔的气液两相间传质的平均推动力，以 y m 表示：于是，就全塔而言，气相吸收速率方程及物料衡算即可写成：NA=Kyy m (2-65)(2-66)将式（2-65 ）代入（2-66 ）并整理，得：(2-67)将式（2-67 ）与式（2-60 ）相比，根据传质单元数的定义，可得(2-68)同理可得(2-69)当 y 1/y 2 在 0.52.0 之间时，可用算术平均值代替对数平均值进行计算。（2）解析法（脱吸因数法）此方法适用于平衡线为一通过原点的直线，即 y*=mx。将此关系代入NOG
7、表达式，得：(2-70)211ln)()(ymhaVA)(21myKh)(2112 21yOGdNmLx112yOGmxdN4由塔内任一截面与塔顶作物料衡算得：将上式代入（2-70）得令 ，积分得（2-71）当 Y1、Y 2、X 2、V、L、m 已知或可算出时，可直接用上式计算出 NOG。为了使用方便，常将上式进行变换后绘成以 S 为参数的半对数坐标线图。如图 2-32 所示，利用此图可很方便地查出 NOG。这里 S 是平衡线的斜率 m 与操作线斜率 L/V 之比，它反映过程推动力的大小，S 愈大，推动力愈小，即愈不利于吸收而利于解吸，因而称为脱吸因数。从图 2-32 中亦可以看出，当横坐标值
8、一定时，S 愈大，N OG 亦愈大，说明要完成给定的吸收任务，填料层高度愈高。在实际操作中，S0.70.8 为宜，此图在横坐标20，S10。根据经验确定了比值之后，要查出静止床层的空隙率 ，然后根据下式计算出小球的装填个数(2-88)（四）湍球塔压降的计算湍球塔由于使用了较高的操作气速，因此其压降要比一般填料塔稍高，湍球塔的压降可用下式计算：P=P 1+P 2+P 3+P 4 (2-89)式中 P 总压降，P a；P 1支撑板干板压降，P a；P 2球体湍动引起的压降，P a；P 3床层持液量引起的压降，P a；P 4除雾器引起的压降，P a。关于 P 的计算可参考化工手册。oTH302)1(dZDn
