填料塔的設(shè)計(jì)

填料塔的設(shè)計(jì)《大氣污染控制工程》課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體會(huì)工程實(shí)際問(wèn)題復(fù)雜性、學(xué)習(xí)環(huán)境工程設(shè)計(jì)基本知識(shí)的初次嘗試。課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)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(jìn)行過(guò)程和設(shè)備計(jì)算，并對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過(guò)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(jì)。第2頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天通過(guò)課程設(shè)計(jì)，主要提高學(xué)生以下能力：

熟悉查閱文獻(xiàn)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(shí)，尚需要自己通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定或到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際查定。

在兼顧技術(shù)上先進(jìn)性、可行性，經(jīng)濟(jì)上合理性的前提下，綜合分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進(jìn)行設(shè)備選型，并提出保證過(guò)程正常、安全運(yùn)行所需的檢測(cè)和計(jì)量參數(shù)，同時(shí)還要考慮改善勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的有效措施。

準(zhǔn)確而迅速地進(jìn)行過(guò)程計(jì)算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算。

用精練的語(yǔ)言、簡(jiǎn)潔的文字、清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和計(jì)算結(jié)果。第3頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告書應(yīng)包括：封面設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄設(shè)計(jì)任務(wù)介紹設(shè)計(jì)說(shuō)明書(方案選擇）設(shè)計(jì)過(guò)程及計(jì)算總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄致謝主要符號(hào)說(shuō)明第4頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天填料塔的設(shè)計(jì)填料塔的類型很多，其設(shè)計(jì)的原則大體相同，一般來(lái)說(shuō)，填料塔的設(shè)計(jì)步驟如下：①根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計(jì)方案；②根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)算填料層的壓降；⑤進(jìn)行填料塔塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)與選型第5頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天填料塔總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、設(shè)計(jì)方案的確定（一）填料吸收塔設(shè)計(jì)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(jìn)人由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)人由塔底排出。逆流操作的特點(diǎn)是，傳質(zhì)平均推動(dòng)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(diǎn)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（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(bǔ)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(duì)于非等溫吸收過(guò)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(guò)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(bào)劑部分再循環(huán)操作較逆流操作平均推動(dòng)力要低，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用增加。第8頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(4）多塔串聯(lián)操作若設(shè)計(jì)的填料層高度過(guò)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(gè)串聯(lián)的塔內(nèi)，每個(gè)吸收塔通過(guò)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(guò)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(guò)大，操作氣速勢(shì)必很小（否則易引起塔的液泛），塔的生產(chǎn)能力很低。實(shí)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(guò)程處理的液量不大而氣相流量很大時(shí)，可采用液相作串聯(lián)、氣相作并聯(lián)的混合流程總之，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)、工藝特點(diǎn)，結(jié)合各種流程的優(yōu)缺點(diǎn)選擇適宜的流程布置。第9頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．吸收劑的選擇吸收過(guò)程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解來(lái)實(shí)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(shí)應(yīng)著重考慮以下幾方面。

1、溶解度吸收劑對(duì)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(duì)溶質(zhì)組分要有良好地吸收能力，而對(duì)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(shí)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(guò)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(dòng)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(wú)毒性、無(wú)腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求：一般說(shuō)來(lái)，任何一種吸收劑都難以滿足以上所有要求，選用時(shí)應(yīng)針對(duì)具體情況和主要矛盾，既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟(jì)合理性。第10頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天表5－8工業(yè)常用吸收劑第11頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．操作溫度與壓力的確定

(1）操作溫度的確定由吸收過(guò)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(shí)補(bǔ)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(guò)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(duì)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、填料的類型與選擇塔填料（簡(jiǎn)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(jì)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天1．散裝填料散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)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(diǎn)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天幾種實(shí)體填料的形狀幾種網(wǎng)體填料的形狀第15頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

勒辛環(huán)鮑爾環(huán)拉西環(huán)金屬環(huán)矩鞍第16頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天階梯環(huán)弧鞍環(huán)混堆填料第17頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(2）鮑爾環(huán)填料鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)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(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)，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(gè)錐形翻邊。這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(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(diǎn)是表面全部敞開，不分內(nèi)外，液體在表面兩側(cè)均勻流動(dòng)，表面利用率高，流道呈弧形，流動(dòng)阻力小。其缺點(diǎn)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(qiáng)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(shí)不會(huì)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(guó)內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場(chǎng)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(diǎn)而設(shè)計(jì)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(diǎn)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(hào)Bx（或x）表示，傾角為450以代號(hào)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(diǎn)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(jià)高，但因性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。第20頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(qiáng)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(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場(chǎng)合。波紋填料的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)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(jià)高。第21頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天規(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(shí)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(diǎn)：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(wú)放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。缺點(diǎn)：造價(jià)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天規(guī)整填料CorrugatedMetalPlatesPackings

6400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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天（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(fèi)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(gè)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(jí)進(jìn)行計(jì)算的表示方法，以每個(gè)理論級(jí)當(dāng)量填料層高度表示，即HETP值；另一是以傳質(zhì)速率進(jìn)行計(jì)算的表示方法，以每個(gè)傳質(zhì)單元相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨缺硎?，即HTU值。第24頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）通量在相同的液體負(fù)荷下，填料的泛點(diǎn)氣速愈高或氣相動(dòng)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(shí)，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(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料。對(duì)于大多數(shù)常用填料，其泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子可由有關(guān)手冊(cè)或文獻(xiàn)中查到，也可通過(guò)一些經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)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(dòng)力消耗越低，操作費(fèi)用愈小。選擇低壓降的填料對(duì)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(yàn)公式計(jì)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(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn)定。同時(shí)，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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)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(duì)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天表5-9塔徑與填料公稱直徑的比值D/d的推薦值第27頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(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(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)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(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)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(jì)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(jì)時(shí)應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原則來(lái)選擇填料的規(guī)格第28頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸的腐蝕，對(duì)強(qiáng)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(qiáng)度下使用。陶瓷填料價(jià)格便宜，具有很好的表面潤(rùn)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(guò)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(lái)綜合考慮。碳鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面潤(rùn)濕性能，對(duì)于無(wú)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(qiáng)，一般能耐除Cl-以外常見物系的腐蝕，但其造價(jià)較高；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價(jià)極高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用。第29頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(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(guó)內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料具有質(zhì)輕、價(jià)廉、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能差，在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，需要對(duì)其表面進(jìn)行處理，以提高表面潤(rùn)濕性能。第30頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、填料塔工藝尺寸的計(jì)算填料塔工藝尺寸的計(jì)算包括塔徑的計(jì)算、填料層高度的計(jì)算及分段等。（一）塔徑的計(jì)算填料塔直徑仍采用下式計(jì)算，即式中氣體體積流量Vs由設(shè)計(jì)任務(wù)給定。由上式可見，計(jì)算塔徑的核心問(wèn)題是確定空塔氣速u第31頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天1．空塔氣速的確定

1）泛點(diǎn)氣速法泛點(diǎn)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(diǎn)氣速，操作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之比稱為泛點(diǎn)率。對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為：對(duì)于規(guī)整填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為：泛點(diǎn)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(jì)中，對(duì)于加壓操作的塔，應(yīng)取較高的泛點(diǎn)率；對(duì)于減壓操作的塔，應(yīng)取較低的泛點(diǎn)率；對(duì)易起泡沫的物系，泛點(diǎn)率應(yīng)取低限值；而無(wú)泡沫的物系，可取較高的泛點(diǎn)率。第32頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天泛點(diǎn)氣速可用經(jīng)驗(yàn)方程式計(jì)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(diǎn)氣速可由貝恩－霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)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(jì)算泛點(diǎn)氣速，誤差在15％以內(nèi)。第33頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天A、K值第34頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2）?？颂兀‥ckert）通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算時(shí)，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(diǎn)線相交，再通過(guò)交點(diǎn)作水平線與縱坐標(biāo)相交，求出縱坐標(biāo)值。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的u即為泛點(diǎn)氣速uF。應(yīng)予指出，用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速時(shí)，所需的填料因子為液泛時(shí)的濕填料因子，稱為泛點(diǎn)填料因子，以ΦF表示。泛點(diǎn)填料因子ΦF與液沐噴淋密度有關(guān)，為了工程計(jì)算的方便，常采用與液體噴淋密度無(wú)關(guān)的泛點(diǎn)填料因子平均值。下表列出了部分散裝填料的泛點(diǎn)填料因子平均值，可供設(shè)計(jì)中參考第35頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天第36頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天第37頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值第38頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）氣相動(dòng)能因子（F因子法）氣相動(dòng)能因子簡(jiǎn)稱F因子，其定義為氣相動(dòng)能因子法多用于規(guī)整填料空塔氣速的確定。計(jì)算時(shí)，先從手冊(cè)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(jì)算出操作空塔氣速u。常見規(guī)整填料的適宜操作氣相動(dòng)能因子可從有關(guān)圖表中查得。應(yīng)予指出，采用氣相動(dòng)能因子法計(jì)算適宜的空塔氣速，一般用于低壓操作（壓力低于0.2MPa）的場(chǎng)合第39頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天（4）氣相負(fù)荷因子C因子法氣相負(fù)荷因子簡(jiǎn)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(jì)算時(shí)，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(jì)算出cs，再依據(jù)式前式求出操作空塔氣速u。第40頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．塔徑的計(jì)算與圓整根據(jù)上述方法得出空塔氣速u后，即可計(jì)算出塔徑D：應(yīng)予指出，由式計(jì)算出塔徑D后，還應(yīng)按塔徑系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(diǎn)率。第41頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天3．液體噴淋密度的驗(yàn)算填料塔的液體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：第42頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天為使填料能獲得良好的潤(rùn)濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以Umin

表示。對(duì)于散裝填料，其最小噴淋密度通常采用下式計(jì)算，即：第43頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天最小潤(rùn)濕速率是指在塔的截面上，單位長(zhǎng)度的填料周邊的最小液體體積流量。其值可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，也可以采用一些經(jīng)驗(yàn)值。對(duì)于直徑不超過(guò)75mm的散裝填料，可取最小潤(rùn)濕速率為0.08m3/mh；對(duì)于直徑大于75mm的散裝填料，可取最小潤(rùn)濕速率為0.12m3/mh。對(duì)于規(guī)整填料，其最小噴淋密度可從有關(guān)填料手冊(cè)中查得，設(shè)計(jì)中，通常取Umin＝0.2。實(shí)際操作時(shí)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(jìn)行調(diào)整，重新計(jì)算塔徑。第44頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）填料層高度計(jì)算及分段

1．填料層高度計(jì)算填料層高度的計(jì)算分為傳質(zhì)單元數(shù)法和等板高度法。在工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于吸收、解吸及萃取等過(guò)程中的填料塔的設(shè)計(jì)，多采用傳質(zhì)單元數(shù)法；而對(duì)于精餾過(guò)程中的填料塔的設(shè)計(jì)，則習(xí)慣用等板高度法。第45頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）傳質(zhì)單元數(shù)法采用傳質(zhì)單元數(shù)法計(jì)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(jì)算方法在《化工傳質(zhì)與分離過(guò)程》教材的吸收（2）傳質(zhì)單元高度的計(jì)算傳質(zhì)過(guò)程的影響因素十分復(fù)雜，對(duì)于不同的物系、不同的填料以及不同的流動(dòng)狀況與操作條件，傳質(zhì)單元高度各不相同，迄今為止，尚無(wú)通用的計(jì)算方法和計(jì)算公式。目前，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)多選用一些準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，其中應(yīng)用較為普遍的是修正的恩田（Onde）公式。第46頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天修正的恩田公式為第47頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天式中第48頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天常見材質(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(jì)算出kGa和kLa后，可按下式計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度HOG：第49頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天第50頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2）等板高度法采用等板高度法計(jì)算填料層高度的基本公式為：

（1）理論板數(shù)的計(jì)算理論板數(shù)的計(jì)算方法在《化工傳質(zhì)與分離過(guò)程》教材的蒸餾一章中已詳盡介紹，此處不再贅述。第51頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天

(2）等板高度的計(jì)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(wú)準(zhǔn)確可靠的方法計(jì)算填料的HETP值。一般的方法是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，或從工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)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(cè)中查得。近年來(lái)研究者通過(guò)大量數(shù)據(jù)回歸得到了常壓蒸餾時(shí)的HETP關(guān)聯(lián)式如下：第52頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天第53頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天應(yīng)予指出，采用上述方法計(jì)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(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層的設(shè)計(jì)高度一般為第54頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天2．填料層的分段液體沿填料層下流時(shí)，有逐漸向塔壁方向集中的趨勢(shì)，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(jì)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(duì)于散裝填料，一般推薦的分段高度值可查表。第55頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）規(guī)整填料的分段對(duì)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、填料層壓降的計(jì)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(jì)時(shí)，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(jì)算

1．由?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算散裝填料的壓降值可由埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算。計(jì)算時(shí)，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(guò)作圖得出交點(diǎn)，讀出過(guò)交點(diǎn)的等壓線數(shù)值。即得出每米填料層壓降值。第57頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天應(yīng)予指出，用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算壓降時(shí)，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(jì)算的方便，常采用與液體噴淋密變無(wú)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(jì)中參考。第58頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天（二）規(guī)整填料的壓降計(jì)算1．由填料的壓降關(guān)聯(lián)式計(jì)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(cè)中查得。第60頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、填料塔內(nèi)件的類型與設(shè)計(jì)(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(jì)塔內(nèi)件，對(duì)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(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(duì)于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型支承裝置；對(duì)于規(guī)整填料，通常選用柵板型支承裝置。設(shè)計(jì)中，為防止在填料支承裝置處壓降過(guò)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(jiǎn)單、制造方便。第62頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天柵板在塔內(nèi)的安裝及柵板結(jié)構(gòu)第63頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(dòng)或跳動(dòng)，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(duì)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(duì)于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設(shè)計(jì)中．為防止在填料壓緊裝置處壓降過(guò)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(duì)于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。第64頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，供氣體流過(guò)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(jì)中通常用管式液體分布器。第65頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天第66頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天槽式液體分布器是由分流槽（又稱主槽或一級(jí)槽）、分布槽（又稱副槽或二級(jí)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(chǎng)合，應(yīng)用范圍非常廣泛。槽盤式分布器是近年來(lái)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(lái)應(yīng)用非常廣泛，在設(shè)計(jì)中建議優(yōu)先選用。第67頁(yè),共75頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(shí)需進(jìn)行分段，故需設(shè)置液體收集及再分布裝置。最簡(jiǎn)