填料塔的设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,填料塔的设计,设计步骤：,1,、确定设计方案,2,、合理选择填料及其类型,3,、确定塔径、填料层高度等工艺尺寸,4,、计算填料层的压降,5,、进行填料塔内件的设计与选型,一、设计方案的确定,（一）填料精馏塔设计方案的确定,包括：,1,、装置流程的确定；,2,、操作压力的确定；,3,、进料热状态的确定；,4,、加热方式的确定；,5,、回流比的选择等；,上述选择原则与板式精馏塔设计基本相同，待学习板式塔设计再加以讨论。,（二）填料吸收塔设计方案的确定,1,、装置流程的确定,吸收流程一般有：,（,1,）逆流操作,（,2,）并流操作,（,3,）吸收剂部分再循环,（,4,）多塔串联操作,（,5,）串联,并联操作,2,、吸收剂的选择,吸收剂的选择着重考虑以下几个方面：,（,1,）溶解性；,（,2,）选择性；,（,3,）挥发性；,（,4,）粘滞性；,（,5,）其他,如腐蚀性、毒性、易燃易爆、不发泡、,冰点低、嘉廉易得、化学稳定性等。,3,、操作温度与压力的确定,（,1,）温度的确定,溶解度,（,2,）压力的确定,溶解度和操作费,二、填料类型的选用,（一）填料类型,散装填料和规整填料,1,、散装填料,拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩鞍填料、环矩鞍填料等。,2,、规整填料,网波纹填料和板波纹填料,（二）填料选择,1,、填料种类选择要求,传质效率、通量、填料层压降、填料的操作性能。,2,、填料规格选择,散装填料,工程直径；规整填料,比表面积、经济性。,3,、填料材质的选择,陶瓷、金属和塑料三大类。,三、填料塔工艺尺寸的计算,（一）塔径的计算,式中：,气体体积流量。由设计任务给定。,核心问题：如何计算空塔气速,u,1,、空塔气速的确定,1,）泛点气速法,散装填料,规整填料,泛点气速可用经验公式法，也可采用,Eckert,通用关联图求解：,（,1,）贝恩,霍根关联式,（,2,）,Eckert,关联图,见图,21,横坐标：,纵坐标：,注：用,Eckert,关联图计算泛点气速时，填料因子为湿填料因子，即,泛点因子与液体喷淋密度有关，但为了工程计算方便，常采用与液体喷淋密度无关的泛点填料因子的平均值，见数据表,11,。,A,，,K,关联系数（可由表,10,查得）,2,）气相动能因子（,F,因子）法,气相动能因子简称,F,因子，其定义为：,该公式多用于规整填料空塔气速的计算。可先从相关手册查出填料在操作条件下的,F,因子，后计算空塔气速,u,。且在低压条件下应用（,0.2MPa,）。,3,）气相负荷因子（,Cs,因子）法,气相负荷因子定义：,气相负荷因子法多用于规整填料空塔气速的确定。计算时，先求出最大气相负荷因子；,常用规整填料的最大气相负荷因子可通过有关填料手册查知，也可从图,22,曲线（适于波纹板填料）查得，如为其他填料，可以,250Y,型波纹板填料为基准，乘以修正系数,C,，见表,12,后按下式计算：,2,、塔径的计算与圆整,计算的塔径从经济性考虑必须圆整；圆整后，再核算操作泛点气速。,3,、液体喷淋密度的验算,喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其计算式为：,式中：,液体喷淋密度，,液体喷淋量，,D,填料塔直径，,m,为使填料获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，称之为最小喷淋密度。,对散装填料：,式中：,最小喷淋密度，,最小润湿速率，,填料的总比表面积，,最小润湿率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。,其值可由相关经验公式计算，或采用一些经验值。,对于直径小于,75mm,的散装填料，可取,0.08;,对于直径大于,75mm,的散装填料，取,0.12.,对规整填料，其最小喷淋密度可从相关手册查知，设计中，常取,0.2,。,实际操作中采用的液体喷淋密度大于最小喷淋密度。若液体喷淋密度小于最小喷淋密度，则需进行调整，重新计算塔径。,注意：,（二）填料层高度计算及分段,1,、填料层高度计算,1,）传质单元数法,传质单元数的计算详见吸收章节；传质单元高度的计算因传质过程复杂，至今无通用的计算方法和公式。目前，在设计中多选用一些准数关联式进行计算，应用较多的是恩田公式：,修正的恩田公式为：,其中：,2,）等板高度法,1,、理论塔板数的计算,参蒸馏章节,2,、等板高度的计算,等板高度与许多因素有关，如填料的类型、尺寸、流体的物性、操作条件及设备尺寸等。其计算方法一般通过实验测定，或从相关手册查知。近年来研究这总结大量数据得到如下常压精馏时的等板高度计算式：,上述方法计算的填料层高度，在实际应用中应留有一定的余量，其经验公式为：,2,、填料层的分段,因液体向下流动时，通过一定的距离，易发生偏集流现象，造成气液分布不均，降低传质效率。设计中，应每隔一定的填料层高度，进行分段，同时加装液体再分布器。,（,1,）散装填料的分段,以,h/D,（分段高度与塔径之比）作为基本分段比例，,h,max,为允许最大填料层高度。见表,16,。,（,2,）规整填料的分段,亦可参阅表,17,推荐的分段高度值。,四、填料层压降的计算,计算方法：通过关联图求得单位填料层高度的压降，结合填料层高度，进行计算。,（一）散装填料的压降计算,1,、埃克特通用关联图计算,注意：用埃克特通用关联式计算压降时，填料因子为湿填料因子，简称压降填料因子。因其与液体喷淋密度有关，为工程计算方便，常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平均值。部分散装填料因子压降填料因子平均值见表,18,：,2,、由填料压降曲线查得,（二）规整填料压降的计算,1,、由填料的压降关联式计算,2,、由填料压降曲线得到,五、填料塔附属内件的类型设计,（一）塔内件的类型,1,、填料支撑板,2,、填料压紧板,类型：栅板型、孔管型、驼峰型等。,选用：散装填料,孔管型或驼峰型；,规整填料,栅板型。,类型：压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等。,选用：散装填料,压紧网板或压紧栅板；,规整填料,压紧栅板；,且：要求压紧装置的自由截面积大于,70%,。,3,、液体分布器,类型：喷头式、盘式、管式、槽式、槽盘式等。,4,、液体收集及再分布装置,液体再分布器：截锥式分布器（最常用）,无液体收集作用；,液体收集器：斜板式液体收集器，与液体再分布器联用。,（二）塔内件的设计,1,、液体分布器设计的基本要求,（,1,）液体分布均匀,足够的分布点密度（见表,19,，,20,）；分布点的几何均匀；降液点间的流量均匀性。,（,2,）操作弹性大,液体分布器的操作弹性为,24,（,3,）自由截面大,自由截面积为,50%70%,。,（,4,）其他,结构紧凑、占空间小、制作容易、调整和维修方便。,2,、液体再分布能力的计算,（,1,）重力型分布器布液能力的计算,类型：多孔型和溢流型，工业上以多孔型为主。,(2),压力型液体分布器布液能力计算,设计中，液体流量已知，给定开孔上方的液位高度（或压差），依据计算公式，可设定开孔数目，计算孔径；亦可设定孔径，计算开孔数目。,六、示例分析,见参考资料。,