填料塔的設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)方案的確定（一）填料精餾塔設(shè)計(jì)方案的確定 包括： 1、裝置流程的確定； 2、操作壓力的確定； 3、進(jìn)料熱狀態(tài)的確定； 4、加熱方式的確定； 5、回流比的選擇等； 上述選擇原則與板式精餾塔設(shè)計(jì)基本相同，待學(xué)習(xí)板式塔設(shè)計(jì)再加以討論。第1頁/共27頁（二）填料吸收塔設(shè)計(jì)方案的確定1、裝置流程的確定 吸收流程一般有： （1）逆流操作 （2）并流操作 （3）吸收劑部分再循環(huán) （4）多塔串聯(lián)操作 （5）串聯(lián)并聯(lián)操作第2頁/共27頁2 2、吸收劑的選擇 吸收劑的選擇著重考慮以下幾個(gè)方面： （1）溶解性； （2）選擇性； （3）揮發(fā)性； （4）粘滯性； （5）其他如腐蝕性、毒性、易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)

2、低、嘉廉易得、化學(xué)穩(wěn)定性等。3、操作溫度與壓力的確定（1）溫度的確定溶解度（2）壓力的確定溶解度和操作費(fèi)第3頁/共27頁二、填料類型的選用（一）填料類型散裝填料和規(guī)整填料 1、散裝填料拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、弧鞍填料、矩鞍填料、環(huán)矩鞍填料等。 2、規(guī)整填料網(wǎng)波紋填料和板波紋填料（二）填料選擇 1、填料種類選擇要求傳質(zhì)效率、通量、填料層壓降、填料的操作性能。 2、填料規(guī)格選擇 散裝填料工程直徑；規(guī)整填料比表面積、經(jīng)濟(jì)性。 3、填料材質(zhì)的選擇陶瓷、金屬和塑料三大類。第4頁/共27頁三、填料塔工藝尺寸的計(jì)算（一）塔徑的計(jì)算 4sVDu式中：SV氣體體積流量。由設(shè)計(jì)任務(wù)給定。核心問題：如何計(jì)算空塔氣速

3、u1、空塔氣速的確定1）泛點(diǎn)氣速法/0.5 0.85Fu u 散裝填料規(guī)整填料/0.6 0.95Fu u 泛點(diǎn)氣速可用經(jīng)驗(yàn)公式法，也可采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖求解：第5頁/共27頁（1 1）貝恩霍根關(guān)聯(lián)式1/41/820.23lgtVVFLLLVLauwAKgw0.5VVLLWW20.2VLLug（2）Eckert關(guān)聯(lián)圖見圖21橫坐標(biāo)：縱坐標(biāo)：F注：用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速時(shí)，填料因子為濕填料因子，即泛點(diǎn)因子與液體噴淋密度有關(guān)，但為了工程計(jì)算方便，常采用與液體噴淋密度無關(guān)的泛點(diǎn)填料因子的平均值，見數(shù)據(jù)表11。A，K關(guān)聯(lián)系數(shù)（可由表10查得）第6頁/共27頁第7頁/共27頁第8頁/共2

4、7頁2） 氣相動(dòng)能因子（F因子）法氣相動(dòng)能因子簡(jiǎn)稱F因子，其定義為：VF u該公式多用于規(guī)整填料空塔氣速的計(jì)算?？上葟南嚓P(guān)手冊(cè)查出填料在操作條件下的F因子，后計(jì)算空塔氣速u。且在低壓條件下應(yīng)用（0.2MPa）。3）氣相負(fù)荷因子（Cs 因子）法氣相負(fù)荷因子定義：VsLVCu 氣相負(fù)荷因子法多用于規(guī)整填料空塔氣速的確定。計(jì)算時(shí)，先求出最大氣相負(fù)荷因子；常用規(guī)整填料的最大氣相負(fù)荷因子可通過有關(guān)填料手冊(cè)查知，也可從圖22曲線（適于波紋板填料）查得，如為其他填料，可以250Y型波紋板填料為基準(zhǔn)，乘以修正系數(shù)C，見表12后按下式計(jì)算：,max0.8ssCC0.5VLs maxVLwC(w,即在圖流動(dòng)參數(shù)）

5、第9頁/共27頁第10頁/共27頁2 2、塔徑的計(jì)算與圓整計(jì)算的塔徑從經(jīng)濟(jì)性考慮必須圓整；圓整后，再核算操作泛點(diǎn)氣速。20.785hLUD3、液體噴淋密度的驗(yàn)算噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計(jì)算式為：式中：液體噴淋密度，液體噴淋量，D填料塔直徑， mU32/()mmhhL3/mh 為使填料獲得良好的潤(rùn)濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，稱之為最小噴淋密度。minU對(duì)散裝填料：minmin()tUL式中：最小噴淋密度，最小潤(rùn)濕速率，填料的總比表面積，minUminLt32/()mm h3/()m m h 23/mm第11頁/共27頁 最小潤(rùn)濕率是指在塔的截面上，單位長(zhǎng)度的填

6、料周邊的最小液體體積流量。其值可由相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，或采用一些經(jīng)驗(yàn)值。l對(duì)于直徑小于75mm的散裝填料，可取0.08;對(duì)于直徑大于75mm的散裝填料，取0.12.l對(duì)規(guī)整填料，其最小噴淋密度可從相關(guān)手冊(cè)查知，設(shè)計(jì)中，常取0.2。l實(shí)際操作中采用的液體噴淋密度大于最小噴淋密度。若液體噴淋密度小于最小噴淋密度，則需進(jìn)行調(diào)整，重新計(jì)算塔徑。注意：第12頁/共27頁（二）填料層高度計(jì)算及分段 1、填料層高度計(jì)算OGOGZHN1）傳質(zhì)單元數(shù)法傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算詳見吸收章節(jié)；傳質(zhì)單元高度的計(jì)算因傳質(zhì)過程復(fù)雜，至今無通用的計(jì)算方法和公式。目前，在設(shè)計(jì)中多選用一些準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)用較多的是恩田公式：修正的

7、恩田公式為：0.71/30.237VVtVGtVVVUDkDRT 2/31/21/3L0.0095LLLWLLLLUgkkD1.10.4GGwLLwkkkk 第13頁/共27頁其中：LL0.050.20.10.7522tWcL2tLtLLLLt23t23W2L2cUUU1 exp1.45gm /m ;m /m ;kg hkg h13 式中：填料的總比表面積，填料的潤(rùn)濕比表面積，液體的表面張力，/ ；填料材質(zhì)的臨界表面張力，/ ；填料形狀系數(shù)。常見填材質(zhì)的臨界表面張力見表、14常見填料的形狀系數(shù)見表。第14頁/共27頁第15頁/共27頁GGL321: K=1/k+1/HkHkmol/(mkPa)

8、mOGYGVVHKKP因?yàn)槭街?溶解度系數(shù)（亨利系數(shù)），塔截面積，F(xiàn)F1.42.2u0.5uu0.5u1 9.50.51 2.60.5GGFLLFukkuukku注意：修正的恩田公式只適用于的情況，如，則應(yīng)按下式進(jìn)行校正：第16頁/共27頁2 2）等板高度法 TZHETP N3333ln()1.292ln1.47ln:N mPa s h15 1036*10 N / m;0.08*100.83*10 Pa sLLLLLLHETPh-式中液體表面張力,/ ; 液體黏度，常數(shù)，其值見表。 注：該公式適用范圍：1、理論塔板數(shù)的計(jì)算參蒸餾章節(jié)2、等板高度的計(jì)算 等板高度與許多因素有關(guān)，如填料的類型、尺寸

9、、流體的物性、操作條件及設(shè)備尺寸等。其計(jì)算方法一般通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定，或從相關(guān)手冊(cè)查知。近年來研究這總結(jié)大量數(shù)據(jù)得到如下常壓精餾時(shí)的等板高度計(jì)算式：上述方法計(jì)算的填料層高度，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)留有一定的余量，其經(jīng)驗(yàn)公式為：Z(1.2 1.5)Z第17頁/共27頁第18頁/共27頁 2 2、填料層的分段 因液體向下流動(dòng)時(shí)，通過一定的距離，易發(fā)生偏集流現(xiàn)象，造成氣液分布不均，降低傳質(zhì)效率。設(shè)計(jì)中，應(yīng)每隔一定的填料層高度，進(jìn)行分段，同時(shí)加裝液體再分布器。 （1）散裝填料的分段 以h/D（分段高度與塔徑之比）作為基本分段比例，h max 為允許最大填料層高度。見表16。第19頁/共27頁（2）規(guī)整填料的分段h(

10、15 20)HETP對(duì) 于 規(guī) 整 填 料 ， 分 段 高 度 可 按 下 式 確 定 ：亦可參閱表17推薦的分段高度值。第20頁/共27頁四、填料層壓降的計(jì)算 計(jì)算方法：通過關(guān)聯(lián)圖求得單位填料層高度的壓降，結(jié)合填料層高度，進(jìn)行計(jì)算。（一）散裝填料的壓降計(jì)算1、?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算注意：用埃克特通用關(guān)聯(lián)式計(jì)算壓降時(shí)，填料因子為濕填料因子，簡(jiǎn)稱壓降填料因子。因其與液體噴淋密度有關(guān)，為工程計(jì)算方便，常采用與液體噴淋密度無關(guān)的壓降填料因子平均值。部分散裝填料因子壓降填料因子平均值見表18 ： 第21頁/共27頁2、由填料壓降曲線查得（二）規(guī)整填料壓降的計(jì)算V3VP/Z= (u)P/ZPa/m; u

11、m/s; kg/m ; 式中：每米填料層高度的壓降，空塔氣速，氣體密度，、關(guān)聯(lián)式常數(shù)，可從相關(guān)手冊(cè)查知。 1、由填料的壓降關(guān)聯(lián)式計(jì)算2、由填料壓降曲線得到FP/Z從 因子與曲線查得。第22頁/共27頁五、填料塔附屬內(nèi)件的類型設(shè)計(jì) （一）塔內(nèi)件的類型1、填料支撐板2、填料壓緊板類型：柵板型、孔管型、駝峰型等。選用：散裝填料孔管型或駝峰型； 規(guī)整填料柵板型。類型：壓緊柵板、壓緊網(wǎng)板、金屬壓緊器等。選用：散裝填料壓緊網(wǎng)板或壓緊柵板； 規(guī)整填料壓緊柵板；且：要求壓緊裝置的自由截面積大于70%。第23頁/共27頁 3、液體分布器類型：噴頭式、盤式、管式、槽式、槽盤式等。4、液體收集及再分布裝置液體再分布

12、器：截錐式分布器（最常用）無液體收集作用；液體收集器：斜板式液體收集器，與液體再分布器聯(lián)用。（二）塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)1、液體分布器設(shè)計(jì)的基本要求（1）液體分布均勻足夠的分布點(diǎn)密度（見表19，20）；分布點(diǎn)的幾何均勻；降液點(diǎn)間的流量均勻性。（2）操作彈性大液體分布器的操作彈性為24（3）自由截面大自由截面積為50%70%。（4）其他結(jié)構(gòu)緊湊、占空間小、制作容易、調(diào)整和維修方便。第24頁/共27頁2、液體再分布能力的計(jì)算 （1）重力型分布器布液能力的計(jì)算2s03s0Ld n2h H4Lm /s; n0.55 0.60 dm;Hm.多孔型布液器布液能力的計(jì)算公式為：式中：液體流量，開孔數(shù)目（分布點(diǎn)數(shù)目）； 孔流系數(shù)，一般取孔徑，開孔上方的液體液位高度，類型：多孔型和溢流型，工業(yè)上以多孔型為主。(2)壓力型液體分布器布液能力計(jì)算 2s0L3s0