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廢氣吸收塔填料計(jì)算方法

更新時(shí)間:2011-04-02      瀏覽次數(shù):9810

 

對(duì)于低濃度的氣體混合物和低濃度的液體而言,例如吸收法凈化污染氣體,由于組分在氣相和液相中的濃度都比較低,則其氣相中的分壓p可假定與摩爾分子比y成正比;其在液相中的濃度C亦可假定與x成正比,即Y=y=P/p;X=x。在此情況下,可以認(rèn)為塔內(nèi)的氣體流率為常數(shù)(即混合氣體的流量與惰性氣體的流量是相等的),這樣就使填料層高度的計(jì)算大為簡(jiǎn)化。
填料塔是逆流連續(xù)式的吸收設(shè)備,氣、液兩相的流率與濃度都沿填料層高度連續(xù)變化,因此可以從填料層的一個(gè)微分段來分析。
如下圖所示,從上而下計(jì)算。當(dāng)填料高度變化dh時(shí),氣體的濃度由YY+dY,同時(shí)液體濃度由XX+dX。設(shè)塔的內(nèi)截面為S,低濃度氣體的吸收,可假定通過塔的任何截面的氣體量G·S不變,故在此微分段,單位時(shí)間從氣相傳入液相的溶質(zhì)的量為G·S·dY,或?yàn)?/span>L·S·dX。假設(shè)單位體積填料層所提供的有效氣液接觸面積為a,則微分段內(nèi)總的有效接觸面積為:a·S·dh
 
 
當(dāng)傳質(zhì)速率為NA時(shí),則單位時(shí)間從氣相傳入液相的溶質(zhì)量為NA·S·a·dh,而NA=KY(Y-Ye,則
G·S·dY=NA·S·a·dh=KY(Y-Ye·S·a·dh
式中G為常數(shù)。假設(shè)KYa亦為常數(shù),則分別列出變數(shù)后,再從塔頂?shù)剿追e分,可得填料層高的計(jì)算式如下:
值得注意的是,在實(shí)際操作中并非全部填料表面都被液體潤濕,而在已潤濕表面上有液體停滯時(shí),也不能*有效地參與傳質(zhì)過程,所以a值總是要小于干填料面積,而且a的大小不僅與填料的幾何特性有關(guān),而且與氣液兩相的流速及物理特性有關(guān),因此在實(shí)驗(yàn)中直接測(cè)出a值是困難的。為此在實(shí)驗(yàn)中常常把a值和傳質(zhì)系數(shù)KY結(jié)合成一個(gè)系數(shù)加以測(cè)定,反應(yīng)出的是塔的單位填充體積傳質(zhì)情況,于是把兩者的乘積KY·a稱之為體積傳質(zhì)系數(shù)(單位:kmol/m3·h),在上式積分時(shí),假定體積傳質(zhì)系數(shù)為常數(shù),不隨塔高變化。
上式表明:填料層高度hG/(KY·a)兩個(gè)量的乘積,其中G/(KY·a)的單位與高度相同,稱為氣相總傳質(zhì)單元高度,而一個(gè)無因次的數(shù),稱為總傳質(zhì)單元數(shù)。令G/(KY·a)=HOG;=NOG。 
                                                         h=HOG·NOG
氣相總傳質(zhì)單元高度和總傳質(zhì)系數(shù)KY是相的。
因?yàn)?/span>                                                   1/KY=1/kY+m/kx
則有                                     G/(KY·a)=G/(kY·a)+G·m/(kx·a)
由上式可見:總傳質(zhì)單元高度與相應(yīng)的體積傳質(zhì)系數(shù)的倒數(shù)成正比,后者相當(dāng)于傳質(zhì)阻力,對(duì)于一定物質(zhì)的吸收,若氣、液流動(dòng)情況相同時(shí),傳質(zhì)單元高度取決于填料的性能,填料的性能好,則每個(gè)傳質(zhì)單元的高度就小。同樣,當(dāng)填料的類型和規(guī)格相同時(shí),總傳質(zhì)單元高度就取決于氣、液流動(dòng)情況。例如KY·a大體上與G0.8成正比,顯然G/(KY·a)就與G0.8成正比。所以從整個(gè)吸收塔來看,即使G變化很大,KY·a變化也很大時(shí),對(duì)傳質(zhì)單元高度的影響是很小的,即填料一定時(shí),其變化范圍不大。常用填料的HOG值大都在0.5~1.5m之間。
關(guān)于總傳質(zhì)單元數(shù)HOG的物理意義可作如下分析,以氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為例,積分符號(hào)中的分子dY為氣相濃度變化值,分母Y-Ye為吸收推動(dòng)力,故使取決于吸收過程中濃度變化與推動(dòng)力大小的一個(gè)數(shù)值,表示要達(dá)到一定吸收效果的難以程度。若吸收分離所要求的濃度變化愈大,平均推動(dòng)力愈小,則氣相總傳質(zhì)單元數(shù)就愈大,表示達(dá)到所要求的吸收效果較難。反之,則表示容易達(dá)到所要求的吸收效果。
L/(KX·a)=HOL,稱為液相總傳質(zhì)單元高度
,稱為液相總傳質(zhì)單元數(shù)
                                                     h=HOL·NOL
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