填料塔的設(shè)計(jì)

填料塔的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)步驟：1、確定設(shè)計(jì)方案2、合理選擇填料及其類型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)行填料塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)與選型2023/5/241一、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。2023/5/242（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2023/5/2432、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)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)2023/5/244二、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。2023/5/245三、填料塔工藝尺寸的計(jì)算（一）塔徑的計(jì)算式中：——?dú)怏w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u1、空塔氣速的確定1）泛點(diǎn)氣速法——散裝填料——規(guī)整填料泛點(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：2023/5/246（1）貝恩——霍根關(guān)聯(lián)式（2）Eckert關(guān)聯(lián)圖——見圖21橫坐標(biāo)：縱坐標(biāo)：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）2023/5/2472023/5/2482023/5/2492）氣相動(dòng)能因子（F因子）法氣相動(dòng)能因子簡稱F因子，其定義為：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：

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：2023/5/24102023/5/24112、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。3、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，m

為使填料獲得良好的潤濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，稱之為最小噴淋密度。對散裝填料：式中：——最小噴淋密度，——最小潤濕速率，——填料的總比表面積，2023/5/2412

最小潤濕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。其值可由相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，或采用一些經(jīng)驗(yàn)值。對于直徑小于75mm的散裝填料，可取0.08;對于直徑大于75mm的散裝填料，取0.12.對規(guī)整填料，其最小噴淋密度可從相關(guān)手冊查知，設(shè)計(jì)中，常取0.2。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：2023/5/2413（二）填料層高度計(jì)算及分段1、填料層高度計(jì)算1）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：修正的恩田公式為：2023/5/2414其中：2023/5/24152023/5/24162023/5/24172）等板高度法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、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)測定，或從相關(guān)手冊查知。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：2023/5/24182023/5/24192、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，hmax為允許最大填料層高度。見表16。2023/5/2420（2）規(guī)整填料的分段亦可參閱表17推薦的分段高度值。2023/5/2421四、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?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)式計(jì)算壓降時(shí)，填料因子為濕填料因子，簡稱壓降填料因子。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18：2023/5/24222、由填料壓降曲線查得（二）規(guī)整填料壓降的計(jì)算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2023/5/2423五、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%。2023/5/24243、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2~4（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。2023/5/24252、