填料吸收塔所需要的高度是由下列因数决定的:气相和液相之间总的传质阻力;平均推动力,对传质有效的界面面积。前两项是随着喷漆废气吸收塔的高度而改变的,因而常用一些数学处理方法来找总的传质效率的表示式。
废气净化吸收塔的一微分高度dZ。用a来表示每单位体积填料对传质有效的面积,a值是所用的填料的函数。在dZ高度,对传质的总有效界面积是a(AdZ),这里A是塔的横截面积。溶质组分在dZ高度的传质速率是NaA(adZ)。但是这个量也等于溶质组分在dZ段从气相的损失量d(Gmy)。这两个量是相等的。于是:
NaA(adZ)=d(Gmy)=Ad(Gm′y)
这里下标A代表溶质组分A。再看Gm′=Gnm/(1-y)可以用Gc,mdy/(1-y)来表示上式最后一项。再利用式(4-13),则上面的表示变为:
Kya(yag-ya*)dZ=
或 dZ=
=
如果气相阻力是控制因素,则在整个气相组分上积分式(上式)得到所需高度Z。同样,如果液相阻力是控制因素,也存在类似的公式。解式(上式)的一种方式是根据中间工厂的小规模设备的实验数据,考虑气相流量和液相流量可以决定总的Kya(或Kga)。上式右侧剩下的部分从操作线和平衡线的特征可以积分出来。
用传质单元高度和传质单元数的概念可以对上面的方法做某些修改,但这先要对上式做某些变更。用前面定义过的概念:1-y=惰性组分(载气)在工业废气净化塔的任意位置的气流中的摩尔分率;1-y*=惰性组分在塔的任意位置与液相平衡个摩尔分率;再加上总的推动力为y-y*。可在塔的任意位置上写出:
y-y*=(1-y*)-(1-y)
(1-y*)和(1-y)的对数平均值的定义为:
上式的分子、分母同乘(1-y)LM,结果得:
虽然Gc,m、Kya和(1-y)LM是沿工业废气处理吸收塔而改变的,但大量的实验数据表面上式右边第一项,相对也是常数。这个常数做气相总的传质单元高度Htog。这是气相阻力为控制因素的情况即:
则塔高为:
上式的积分项称为气相传质单元数Ntog,即:Z=HtogNtog
这样填料层塔高的计算变为传质单元高度和传质单元数的乘积。当传质单元高度在计算时带有单位,则最后的单位为长度。传质单元数无因次。