1、用气膜控制理论结合传质系数的经验数据或关联式进行化学吸收填料塔设计计算有如下优点:

1)在所需数据上,不需要溶质在液相中的扩散数据以及气液平衡数据;PDS脱硫剂

2)可以利用适于物理吸收的Ka·a值,而且计算结果比较安全,因为化学吸收的气液有效接触面积及传质系数比物理吸收都有提高。

3)由于计算公式少,步骤少,便于编制CAD软件。

PDS脱硫剂

2、计算公式

2.1填料层高度计算公式

根据双膜控制理论,假定:(a)本文所论及的不可逆快速化学吸收为气膜控制;(b)界面处溶质的气相浓度yi接近于0;(c)低浓度气体吸收,则可以推导出下面的公式(推导过程参见化工原理教材,这里从略)。

h0=

式中:h0   — 填料层高度,m;

GB — 塔底进气流率,kmol/㎡·s

KG — 气相传质系数,kmol/㎡·s·kpa

a  — 单位体积填料层的有效传质面积,㎡/m3

p  — 总压,kpa

yb — 塔底气相溶质的摩尔分率

ya — 塔底气相溶质的摩尔分率

由式(1)可以看出,只要通过有关的关联式求出KGa,就可以根据其它已知条件求出h0

2.2、气相传质系数的准数关联式

此式由恩田等人提出经天津大学修正。

     

2)式中:KG—气相传质系数,kmol/㎡·S·kpa

R-----普适气体常数,8.314JmolK

T-----绝对温度,k

a1----单位体积填料层的总表面积,m/m

D-----气体在空气中的扩散示数,m/s

-----示数

G-----气体的空塔质量流速,kg/m.s

-----气体的粘度,Pa.s

Scc==/( D)

-----气体的密度,kg/m

d-----填料名义尺寸,m

2.3  有效传质面积的准数关联式

=1-exp           (3)

此式也是由思田等人提出。

式中:

a-------单位体积填料层的有效传质面积,m/m

a------单位体积填料层的总表面积,m/m

-------填料材料的临界表面张力,N/km

L------液体的空塔质量流速,kg/m

------液体粘度,Pa.s

------液体密度,kg/m

g--------重力加速度,m/s

3.设计实例

  湿法脱硫过程为典型的气膜控制化学吸收,用Na2CO3水溶液在河北品臣脱硫催化剂作用下吸收硫化氢气体。在硫化氢气体的体积分率为0.1%,采用直径76x38x1.5的阶梯环的填料塔,求填料层的高度。已知数据如下:

=1400kg/m;   -1.75*10Pa.s;

L=0.28kg/ms;   =67.5N/km

a=94 m/m;    =40N/km;

P=11kPa;          T=293K;

=0.156kg/ m;   =1.76*10 Pa.s;

D=1.238*10m/s; G=0.28kg/ms;

=5.23;           d=0.016m;

R=8.314Jmolk;   G=1.543kmol/ ms;

y=0.08;       y=0.000087;    吸收率

将有关数据代入关联式(2)得:

        Ka=5.6*10kmol/ ms•kPa

将有关数据代入关联式(3)得:

        a=38.66 m/m

KGa及有关数据代入式(1)得  h0=2.50m

填料吸收过程中的气膜控制理论(下)