填料塔的設(shè)計

填料塔的設(shè)計第1頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三《大氣污染控制工程》課程設(shè)計課程設(shè)計是課程教學(xué)中綜合性和實踐性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是使學(xué)生體會工程實際問題復(fù)雜性、學(xué)習(xí)環(huán)境工程設(shè)計基本知識的初次嘗試。課程設(shè)計不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案、選擇流程、查取資料、進行過程和設(shè)備計算，并對自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。第2頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三通過課程設(shè)計，主要提高學(xué)生以下能力：

熟悉查閱文獻資料、收集有關(guān)數(shù)據(jù)、正確選用公式。當(dāng)缺乏必要數(shù)據(jù)時，尚需要自己通過實驗測定或到生產(chǎn)現(xiàn)場進行實際查定。

在兼顧技術(shù)上先進性、可行性，經(jīng)濟上合理性的前提下，綜合分析設(shè)計任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進行設(shè)備選型，并提出保證過程正常、安全運行所需的檢測和計量參數(shù)，同時還要考慮改善勞動條件和環(huán)境保護的有效措施。

準(zhǔn)確而迅速地進行過程計算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算。

用精練的語言、簡潔的文字、清晰的圖表來表達自己的設(shè)計思想和計算結(jié)果。第3頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三完整的課程設(shè)計報告書應(yīng)包括：封面設(shè)計任務(wù)書目錄設(shè)計任務(wù)介紹設(shè)計說明書(方案選擇）設(shè)計過程及計算總結(jié)參考文獻附錄致謝主要符號說明第4頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三填料塔的設(shè)計填料塔的類型很多，其設(shè)計的原則大體相同，一般來說，填料塔的設(shè)計步驟如下：①根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計方案；②根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，合理地選擇填料；③確定塔徑、填料層高度等工藝尺寸；④計算填料層的壓降；⑤進行填料塔塔內(nèi)件的設(shè)計與選型第5頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三填料塔總體結(jié)構(gòu)簡圖1-氣體出口2-液體入口3-液體分布裝置4-塔殼5-填料6-液體再分布器7-填料8-支承柵板9氣體入口10-液體出口第6頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三一、設(shè)計方案的確定（一）填料吸收塔設(shè)計方案的確定

1．裝置流程的確定吸收裝置的流程主要有以下幾種：（1）逆流操作氣相自塔底進人由塔頂排出，液相自塔頂進人由塔底排出。逆流操作的特點是，傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。（2）并流操作氣液兩相均從塔頂流向塔底。并流操作的特點是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常用于以下情況：易溶氣體的吸收或處理的氣體不需吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起泛液。第7頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

（3）吸收劑部分再循環(huán)操作在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排出液體的一部分冷卻后與補充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以下情況：當(dāng)吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度；對于非等溫吸收過程，為控制塔內(nèi)的溫升．需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平衡常數(shù)m值很小的情況，通過吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。應(yīng)予指出，吸報劑部分再循環(huán)操作較逆流操作平均推動力要低，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費用增加。第8頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

(4）多塔串聯(lián)操作若設(shè)計的填料層高度過大，或由于所處理物理等原因需經(jīng)常清理填料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個串聯(lián)的塔內(nèi)，每個吸收塔通過的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作。此種操作因塔內(nèi)需留較大空間，輸液、噴淋、支承板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。

(5）串聯(lián)一并聯(lián)混合操作若吸收過程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內(nèi)的噴淋密度過大，操作氣速勢必很?。ǚ駝t易引起塔的液泛），塔的生產(chǎn)能力很低。實際生產(chǎn)中可采用氣相作串聯(lián)、液相作并聯(lián)的混合流程；若吸收過程處理的液量不大而氣相流量很大時，可采用液相作串聯(lián)、氣相作并聯(lián)的混合流程總之，在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)、工藝特點，結(jié)合各種流程的優(yōu)缺點選擇適宜的流程布置。第9頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2．吸收劑的選擇吸收過程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解來實現(xiàn)的，因此，吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇吸收劑時應(yīng)著重考慮以下幾方面。

1、溶解度吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的需用量。

2、選擇性吸收劑對溶質(zhì)組分要有良好地吸收能力，而對混合氣體中的其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實現(xiàn)有效的分離。

3、揮發(fā)度要低操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)損失。

4、粘度吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高

5、其他所選用的吸收劑宜盡可能滿足無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求：一般說來，任何一種吸收劑都難以滿足以上所有要求，選用時應(yīng)針對具體情況和主要矛盾，既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟合理性。第10頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三表5－8工業(yè)常用吸收劑第11頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3．操作溫度與壓力的確定

(1）操作溫度的確定由吸收過程的氣液平衡關(guān)系可知，溫度降低可增加組分的溶解度，即低溫有利于吸牧，但操作溫度的低限應(yīng)由吸收系統(tǒng)的具體情況而定。例如水吸收CO2的操作中用水量極大，吸收溫度主要由水溫決定，而水溫又取決于大氣溫度，故應(yīng)考慮夏季循環(huán)水溫高時補充一定量地下水以維持適宜溫度。

(2）操作壓力的確定由吸收過程的汽液平衡關(guān)系可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即加壓有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加，因此需結(jié)合具體工藝條件綜合考慮，以確定操作壓力。第12頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三二、填料的類型與選擇塔填料（簡稱為填料）是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填科塔設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。（一）填料的類型填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。第13頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三1．散裝填料散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種較典型的散裝填料。拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料是最早提出的工業(yè)填料，其結(jié)構(gòu)為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已很少應(yīng)用。第14頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三幾種實體填料的形狀幾種網(wǎng)體填料的形狀第15頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

勒辛環(huán)鮑爾環(huán)拉西環(huán)金屬環(huán)矩鞍第16頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三階梯環(huán)弧鞍環(huán)混堆填料第17頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

(2）鮑爾環(huán)填料鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進而得。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率．氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，其通量可增加50%以上．傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一。

(3）階梯環(huán)填料階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個錐形翻邊。這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。第18頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

(4）弧鞍填料弧鞍填料屬鞍形填料的一種，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質(zhì)材料制成?；“疤盍系奶攸c是表面全部敞開，不分內(nèi)外，液體在表面兩側(cè)均勻流動，表面利用率高，流道呈弧形，流動阻力小。其缺點是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，使傳質(zhì)效率降低。弧鞍填料強度較差，容易破碎，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用不多。（5）矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填稱若鞍填料堆積時不會套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場合，均已被瓷矩鞍填料所取代。（6）環(huán)矩鞍填料是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點而設(shè)計出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點集于一體，其綜合性能能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，是工業(yè)應(yīng)用最為普遍的一種金屬散裝填料。第19頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2．規(guī)整填料規(guī)整填料是按一定的幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填科、波紋填料、脈沖填料等，工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料。波紋填料按結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類．可用淘瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。加工中，波紋與塔軸的傾角有300和450兩種，傾角為300以代號Bx（或x）表示，傾角為450以代號CY（或Y）表示。金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，是由金屬絲網(wǎng)制成的。其特點是壓降低、分離效率高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價高，但因性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。第20頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三金屬板波紋填料是板波紋填料的主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多Φ4mm-Φ6mm的小孔，可起到粗分配板片上的液體、加強橫向混合的作用。波紋板片上軋成細(xì)小溝紋，可起到細(xì)分配板片上的液體、增強表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場合。波紋填料的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大。其缺點是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價高。第21頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三規(guī)整填料規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。使用時根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。優(yōu)點：空隙大，故生產(chǎn)能力大，壓降小，且因流道規(guī)則，所以只要液體初始分布均勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填料幾乎無放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。缺點：造價較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難分離或分離要求很高的情況。第22頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三規(guī)整填料CorrugatedMetalPlatesPackings6400金屬板波紋規(guī)整填料300脈沖規(guī)整填料各種陶瓷規(guī)整填料第23頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（二）填料的選擇填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費月較低.1．填料種類的選怪填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]以下幾個方面。（1）傳質(zhì)效率傳質(zhì)效率即分離效率，它有兩種表示方法：一是以理論級進行計算的表示方法，以每個理論級當(dāng)量填料層高度表示，即HETP值；另一是以傳質(zhì)速率進行計算的表示方法，以每個傳質(zhì)單元相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨缺硎?，即HTU值。第24頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（2）通量在相同的液體負(fù)荷下，填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大，則通量愈大，塔的處理能力亦越大。因此，在選擇填料種類時，在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。對于大多數(shù)常用填料，其泛點氣速或氣相動能因子可由有關(guān)手冊或文獻中查到，也可通過一些經(jīng)驗公式來估算。（3）填料層的壓降填料層的壓降是填料的主要應(yīng)用性能，填料層的壓降愈低，動力消耗越低，操作費用愈小。選擇低壓降的填料對熱敏性物系的分離尤為重要。比較填料的壓降有兩種方法，一是比較填料層單位高度的壓降△P/Z；另一是比較填料層單位傳質(zhì)效率的比壓降△P／NT.填料層的壓降可用經(jīng)驗公式計算，亦可從有關(guān)圖表中查出（4）填料的操作性能填料的操作性能主要指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等。所選填料應(yīng)具有較大的操作彈性，以保證塔內(nèi)氣液負(fù)荷發(fā)生波動時維持操作穩(wěn)定。同時，還應(yīng)具有一定的抗污堵、抗熱敏能力，以適應(yīng)物料的變化及塔內(nèi)溫度的變化。此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修。第25頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2．填料規(guī)格的選擇通常，散裝填料與規(guī)整填料的規(guī)格表示方法不同，選擇的方法亦不盡相同，現(xiàn)分別加以介紹。

(l）散裝填料規(guī)格的選擇散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公稱直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值列于表5-9。第26頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三表5-9塔徑與填料公稱直徑的比值D/d的推薦值第27頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

(2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也明顯增加。選用時應(yīng)從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足工藝要求，又具有經(jīng)濟合理性。應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類型、同一規(guī)格的填料．也可選用同種類型、不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。設(shè)計時應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟統(tǒng)一的原則來選擇填料的規(guī)格第28頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3．填料材質(zhì)的選擇工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。

(1）陶瓷填料陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的常見的各種無機酸、有機酸的腐蝕，對強堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料。陶瓷填料因其質(zhì)脆、易碎，不宜在高沖擊強度下使用。陶瓷填料價格便宜，具有很好的表面潤濕性能，工業(yè)上，主要用于氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程。

(2）金屬填料金屬填料可用多種材質(zhì)制成，金屬材質(zhì)的選擇主要根據(jù)物系的腐蝕性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來綜合考慮。碳鋼填料造價低，且具有良好的表面潤濕性能，對于無腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強，一般能耐除Cl-以外常見物系的腐蝕，但其造價較高；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價極高，一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用。第29頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

(3）塑料填料塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC)等，國內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料具有質(zhì)輕、價廉、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點是表面潤濕性能差，在某些特殊應(yīng)用場合，需要對其表面進行處理，以提高表面潤濕性能。第30頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三三、填料塔工藝尺寸的計算填料塔工藝尺寸的計算包括塔徑的計算、填料層高度的計算及分段等。（一）塔徑的計算填料塔直徑仍采用下式計算，即式中氣體體積流量Vs由設(shè)計任務(wù)給定。由上式可見，計算塔徑的核心問題是確定空塔氣速u第31頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三1．空塔氣速的確定

1）泛點氣速法泛點氣速是填料塔操作氣速的上限，填料塔的操作空塔氣速必須小于泛點氣速，操作空塔氣速與泛點氣速之比稱為泛點率。對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為：對于規(guī)整填料，其泛點率的經(jīng)驗值為：泛點率的選擇主要考慮填料塔的操作壓力和物系的發(fā)泡程度兩方面的因素。設(shè)計中，對于加壓操作的塔，應(yīng)取較高的泛點率；對于減壓操作的塔，應(yīng)取較低的泛點率；對易起泡沫的物系，泛點率應(yīng)取低限值；而無泡沫的物系，可取較高的泛點率。第32頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三泛點氣速可用經(jīng)驗方程式計算，亦可用關(guān)聯(lián)圖求取。

(1）貝恩（Bain）－霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式填料的泛點氣速可由貝恩－霍根關(guān)聯(lián)式計算，即式中常數(shù)A和K與填料的形狀及材質(zhì)有關(guān)．不同類型填料的A、K值列于表中。由上式計算泛點氣速，誤差在15％以內(nèi)。第33頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三A、K值第34頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三(2）埃克特（Eckert）通用關(guān)聯(lián)圖計算時，先由氣液相負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)求出橫坐標(biāo)的值，然后作垂線與相應(yīng)的泛點線相交，再通過交點作水平線與縱坐標(biāo)相交，求出縱坐標(biāo)值。此時所對應(yīng)的u即為泛點氣速uF。應(yīng)予指出，用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速時，所需的填料因子為液泛時的濕填料因子，稱為泛點填料因子，以ΦF表示。泛點填料因子ΦF與液沐噴淋密度有關(guān)，為了工程計算的方便，常采用與液體噴淋密度無關(guān)的泛點填料因子平均值。下表列出了部分散裝填料的泛點填料因子平均值，可供設(shè)計中參考第35頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第36頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第37頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三散裝填料泛點填料因子平均值第38頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（3）氣相動能因子（F因子法）氣相動能因子簡稱F因子，其定義為氣相動能因子法多用于規(guī)整填料空塔氣速的確定。計算時，先從手冊或圖表中查出填料在操作條件下的F因子。然后依據(jù)上式即可計算出操作空塔氣速u。常見規(guī)整填料的適宜操作氣相動能因子可從有關(guān)圖表中查得。應(yīng)予指出，采用氣相動能因子法計算適宜的空塔氣速，一般用于低壓操作（壓力低于0.2MPa）的場合第39頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（4）氣相負(fù)荷因子C因子法氣相負(fù)荷因子簡稱C因子．其定義為氣相負(fù)荷因子法多用于規(guī)整填料空塔氣速的確定。計算時，先求出最大氣相負(fù)荷因子Cs,max，然后依據(jù)以下關(guān)系計算出cs，再依據(jù)式前式求出操作空塔氣速u。第40頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2．塔徑的計算與圓整根據(jù)上述方法得出空塔氣速u后，即可計算出塔徑D：應(yīng)予指出，由式計算出塔徑D后，還應(yīng)按塔徑系列標(biāo)準(zhǔn)進行圓整。常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑為：400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200mm等。圓整后，再核算操作空塔氣速u與泛點率。第41頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3．液體噴淋密度的驗算填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計算式為：第42頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三為使填料能獲得良好的潤濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以Umin

表示。對于散裝填料，其最小噴淋密度通常采用下式計算，即：第43頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。其值可由經(jīng)驗公式計算，也可以采用一些經(jīng)驗值。對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率為0.08m3/mh；對于直徑大于75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率為0.12m3/mh。對于規(guī)整填料，其最小噴淋密度可從有關(guān)填料手冊中查得，設(shè)計中，通常取Umin＝0.2。實際操作時采用的液體噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度。若液體噴淋密度小于最小噴淋密度，則需進行調(diào)整，重新計算塔徑。第44頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（二）填料層高度計算及分段

1．填料層高度計算填料層高度的計算分為傳質(zhì)單元數(shù)法和等板高度法。在工程設(shè)計中，對于吸收、解吸及萃取等過程中的填料塔的設(shè)計，多采用傳質(zhì)單元數(shù)法；而對于精餾過程中的填料塔的設(shè)計，則習(xí)慣用等板高度法。第45頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三1）傳質(zhì)單元數(shù)法采用傳質(zhì)單元數(shù)法計算填料層高度的基本公式為：（1）傳質(zhì)單元數(shù)的討一算傳質(zhì)單元數(shù)的計算方法在《化工傳質(zhì)與分離過程》教材的吸收（2）傳質(zhì)單元高度的計算傳質(zhì)過程的影響因素十分復(fù)雜，對于不同的物系、不同的填料以及不同的流動狀況與操作條件，傳質(zhì)單元高度各不相同，迄今為止，尚無通用的計算方法和計算公式。目前，在進行設(shè)計時多選用一些準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式或經(jīng)驗公式進行計算，其中應(yīng)用較為普遍的是修正的恩田（Onde）公式。第46頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三修正的恩田公式為第47頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三式中第48頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三常見材質(zhì)的臨界表面張力值常見填料的形狀系數(shù)由修正的恩田公式計算出kGa和kLa后，可按下式計算氣相總傳質(zhì)單元高度HOG：第49頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第50頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

2）等板高度法采用等板高度法計算填料層高度的基本公式為：

（1）理論板數(shù)的計算理論板數(shù)的計算方法在《化工傳質(zhì)與分離過程》教材的蒸餾一章中已詳盡介紹，此處不再贅述。第51頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三

(2）等板高度的計算等板高度與許多因素有關(guān)，不僅取決于填料的類型和尺寸，而且受系統(tǒng)物性、操作條件及設(shè)備尺寸的影響。目前尚無準(zhǔn)確可靠的方法計算填料的HETP值。一般的方法是通過實驗測定，或從工業(yè)應(yīng)用的實際經(jīng)驗中選取HETP值，某些填料在一定條件下的HETP值可從有關(guān)填料手冊中查得。近年來研究者通過大量數(shù)據(jù)回歸得到了常壓蒸餾時的HETP關(guān)聯(lián)式如下：第52頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第53頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三應(yīng)予指出，采用上述方法計算出填料層高度后，還應(yīng)留出一定的安全系數(shù)。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，填料層的設(shè)計高度一般為第54頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2．填料層的分段液體沿填料層下流時，有逐漸向塔壁方向集中的趨勢，形成壁流效應(yīng)。壁流效應(yīng)造成填料層氣液分布不均勻，使傳質(zhì)效率降低。因此，設(shè)計中，每隔一定的填料層高度，需要設(shè)置液體收集再分布裝置，即將填料層分段。

（l）散裝填料的分段對于散裝填料，一般推薦的分段高度值可查表。第55頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（2）規(guī)整填料的分段對于規(guī)整填料，填料層分段高度可按下式確定：h=（15-20）HETP第56頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三四、填料層壓降的計算填料層壓降通常用單位高度填料層的壓降△P/Z表示。設(shè)計時，根據(jù)有關(guān)參數(shù)，由通用關(guān)聯(lián)圖（或壓降曲線）先求得每米填料層的壓降值，然后再乘以填料層高度，即得出填料層的壓力降。（一）散裝填料的壓降計算

1．由埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計算散裝填料的壓降值可由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計算。計算時，先很據(jù)氣液負(fù)荷及有關(guān)物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標(biāo)值，再根據(jù)操作空塔氣速u及有關(guān)物性參數(shù)，求出縱坐標(biāo)值；通過作圖得出交點，讀出過交點的等壓線數(shù)值。即得出每米填料層壓降值。第57頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三應(yīng)予指出，用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計算壓降時，所需的填料因子為操作狀態(tài)下的濕填料因子，稱為壓降填料因子，以中ΦP表示。壓降填料因子ΦP與液體噴淋密度有關(guān)，為了工程計算的方便，常采用與液體噴淋密變無關(guān)的壓降填料因子平均值。表5－18列出了部分散裝填料的壓降填料因子平均值，可供設(shè)計中參考。第58頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2．由填料壓降曲線查得散裝填料壓降曲線的橫坐標(biāo)通常以空塔氣速u表示，縱坐標(biāo)以單位高度填料層壓降ΔP/Z表示，常見散裝填料的u-ΔP/Z曲線可從有關(guān)填料手于中查得。第59頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三（二）規(guī)整填料的壓降計算1．由填料的壓降關(guān)聯(lián)式計算規(guī)整填料的壓降通常關(guān)聯(lián)成以下形式2．由填料壓降曲線查得規(guī)整填料壓降曲線的橫坐標(biāo)通常以F因子表示，縱坐標(biāo)以單位高度填料層壓降ΔP/Z表示，常見規(guī)整填料的F-ΔP/Z曲線可從有關(guān)填料手冊中查得。第60頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三五、填料塔內(nèi)件的類型與設(shè)計(一)塔內(nèi)件的類型塔內(nèi)件主要有填料支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理地選擇和設(shè)計塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。第61頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三1．填料支承裝置填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料。常用的填料支承裝置有柵板型、孔管型、駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型支承裝置；對于規(guī)整填料，通常選用柵板型支承裝置。設(shè)計中，為防止在填料支承裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料支承裝置的自由截面積應(yīng)大于75％。較常用的支承裝置是柵板型，由豎立的扁鋼條構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便。第62頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三柵板在塔內(nèi)的安裝及柵板結(jié)構(gòu)第63頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三2．填料壓緊裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動，需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網(wǎng)板、金屬壓緊器等不同的類型。對于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定；對于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設(shè)計中．為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于70%。為了便于安裝和檢修，填料壓緊裝置不能與塔壁采用連續(xù)固定方式，對于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。第64頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三3．液體分布裝置液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式及槽盤式等。工業(yè)應(yīng)用以管式、槽式及槽盤式為主。管式分布器由不同結(jié)構(gòu)形式的開孔管制成。其突出的特點是結(jié)構(gòu)簡單，供氣體流過的自由截面大，阻力小但小孔易堵塞，操作彈性一般較小。管式液體分布器多用于中等以下液體負(fù)荷的填料塔中。在減壓精餾及絲網(wǎng)波紋填料塔中，由于液體負(fù)荷較小，設(shè)計中通常用管式液體分布器。第65頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三第66頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三槽式液體分布器是由分流槽（又稱主槽或一級槽）、分布槽（又稱副槽或二級槽）構(gòu)成的。槽式液體分布器具有較大的操作彈性和極好的抗污堵性，特別適合于大氣液負(fù)荷及含有固體懸浮物、粘度大的液體的分離場合，應(yīng)用范圍非常廣泛。槽盤式分布器是近年來開發(fā)的新型液體分布器，它兼有集液、分液及分氣三種作用，結(jié)構(gòu)緊湊，氣液分布均勻，阻力小，操作彈性10:1，適用于各種液體噴淋量。近年來應(yīng)用非常廣泛，在設(shè)計中建議優(yōu)先選用。第67頁，講稿共75頁，2023年5月2日，星期三4．液體收集及再分布裝置為減小壁流現(xiàn)象，當(dāng)填料層較高時需進行分段，故需設(shè)置液體收集及再分布裝置。最簡