填料层高度计算方法及传质单元数求法

低浓度气体吸收，塔内的混合气体量与液体量变化不大，可认为是在等温下进行;传质总系数KX、KY 也认为是常数。

( 一) 填料层高度的基本计算式

为了使填料吸收塔出口气体达到一定的工艺要求，就需要塔内装填一定高度的填料层能提供足够的气、液两相接触面积。若在塔径已经被确定的前提下，填料层高度则仅取决于完成规定生产任务所需的总吸收面积和每立方米填料层所能提供的气、液接触面。其关系如下:

式中:Z——填料层高度，m;

α——单位体积填料层提供的有效比表面积，m2/m3。

总吸收面积F 可表示为:

塔的吸收负荷可依据全塔物料衡算关系求出，而吸收速率则要依据全塔吸收速率方程求得。在填料塔中任取一段高度的微元填料层，从以气相浓度差( 或液相浓度差) 表示的吸收总速率方程和物料衡算出发，可导出填料层的基本计算式为(www.xing528.com)

KYα( KXα) 表示体积吸收总系数，单位为kmol/( m3·s) 。其物理意义为:在推动力为一个单位的情况下，单位时间单位体积填料层内所吸收的溶质的量。一般通过实验测取，也可根据经验公式计算。

( 二) 传质单元数的求法

计算填料层的高度关键是计算传质单元数。传质单元数的求法有解析法( 适用于相平衡关系服从亨利定律的情况) 、对数平均推动力法( 适用于相平衡关系是直线关系的情况) 、图解积分法( 适用于各种相平衡关系) ，这里以NOG的计算为例，介绍解析法和对数平均推动力法，其他方法可查阅《化学工程手册》。

联立二式积分整理可得:

2.对数平均推动力法 若操作线和相平衡线均为直线，则吸收塔任意一截面上的推动力( Y-Y* ) 对Y 必有直线关系，此时全塔的平均推动力可由数学方法推得为吸收塔填料层上、下两端推动力的对数平均值，其计算式为:

【例3 -4】某蒸馏塔顶出来的气体中含有3.90%( 体积分数) 的H2S，其余为碳氢化合物，可视为惰性组分。用三乙醇胺水溶液吸收H2S，要求吸收率为95%。操作温度为300K，压力为101.3kPa，平衡关系为Y* =2X。进塔吸收剂中不含H2S，吸收剂用量为最小用量的1.4 倍。已知单位塔截面上流过的惰性气体量为0.015kmol/( m2·s) ，气体体积吸收系数KYα 为0.040 kmol/( m3·s) ，求所需的填料层高度。