如何确定传质单元高度或传质系数？

计算填料层高度需知道传质系数或传质单元高度,如果已知操作条件完全相同的实测总传质单元高度或总传质系数的值,则使用此实测值最为可靠和方便,如没有也无法实验测定,则可选用关联式。这些关联式原则上适用于多数吸收体系及多种填料类型和操作条件。实际上不完全这样,各研究者所提出的关联式,所得到的结果往往不能一致,原因是对影响传质系数的各种因素及影响大小至今还未研究透彻。例如,流体在填料表面分布是否均匀,气体通过填料层是否短路或发生返混,这些都对传质系数有很大影响,但这些因素在关联式中不易确切反映出来。因此设计时拟采用多个关联式进行计算,选用比较合适的计算结果。

3.6.3.1　传质系数关联式

目前,在进行设计时,多选用一些准数关联式或经验公式进行计算,其中应用最普遍的是修正的恩田(Onda)公式。

气相传质系数

液相传质系数

式中,ψ为填料的形状系数,量纲一;aw为填料润湿比表面积,m2/m3。

填料润湿比表面积采用下式计算:

式中,kG为气膜传质系数,kmol/(m2·h·kPa);kL为液膜传质系数,m/h;aw为填料润湿比表面积,m2/m3;a为填料比表面积,m2/m3;WG为气相质量流率,kg/(m2·h);WL为液相质量流率,kg/(m2·h);T为气体温度,K;R为气体常数,8.314 m3·kPa/(kmol·K);g为重力加速度,1.27×108 m/h;DG,DL分别为溶质在气相和液相中的扩散系数,m2/h;μL,μG分别为液体和气体黏度,kg/(m·h)[1 Pa·s=3 600 kg/(m·h)];ρL,ρG分别为液体和气体的密度,kg/m3;σL为液体表面张力,kg/h2(1 dyn/cm=12 960 kg/h2);σc为填料材质的临界表面张力,kg/h2。

不同填料材质的临界表面张力σc的数值见表3-4,几种填料的形状系数ψ见表3-5。

表3-4　不同填料材质的临界表面张力σc

　注:*经亲水处理。

表3-5　几种填料的形状系数

依据以上各式,分别求得kG、kL和aw后,即可以求得传质过程的体积传质系数kGa和kLa。(www.xing528.com)

修正的的恩田公式只适用于u≤0.5uf的情况,当u＞0.5uf时需要按下式校正:

再由下式计算

式中,H′=,单位为kmol/(kPa·m3),与亨利定律H互为倒数。

式中,G的单位为kmol/(m2·h);KGa的单位为kmol/(m3·h·kPa);p的单位为kPa。

为安全起见,填料层实际高度一般为工艺计算高度的1.2～1.5倍。

3.6.3.2实验数据

由于以上关联式都是在一定条件下获得的实验结果,且大都不适用于目前的高空隙率填料,因而通过实验室或生产装置所测得的传质性能数据具有重要的参考价值。表3-6和表3-7列出了一些这样的数据,供设计时参考。

表3-6　一些散装填料的传质性能

续表

表3-7　一些规整填料的性能

　*是液相传质单元高度;△是每米填料气相传质单元数;Δ是传质单元高度。