填料塔的计算.doc
第3章吸收5节填料吸收塔的计算
当气速增大到 C点时，液体充满了整个空隙，气体 的压强降几乎是垂直上升。同时填料层顶部开始出 现泡沫层，进而充满整个塔，气体以气泡状通过液 体，这种现象称为液泛现象。把开始出现此现象的 点称为泛点。
泛点对应的气速称为液泛速度。要使塔的操作正常及 压强降不致过大，气速必须低于液泛速度，但要高于 载点气速。由于，从低持液量到载点的转变不十分明 显，无法目测，即载点及载点气速难以明确定出。而 液泛现象十分明显，可以目测，即液泛点及液泛气速 可明确定出。液泛速度较易确定，通常以液泛速度v f 为基础来确定操作的空塔气速 v 。 影响液泛速度 的因素很多——填料的形状、大 小，气、液相的物理性质，气、液相的相对流量等 常用的液泛速度关联式如下：
§5 填料吸收塔的计算
本节重点讨论气液逆流操作时填料 塔的有关计算。
、
Y 具体内容主要包括对于给定的生产任务（ Y1 、 2
V 、 X 2 已知），计算吸收剂用量 L 、塔底完成 液浓度 X 1 、塔高、塔径。
5.1 吸收塔的物料衡算
在进行物料衡算时，以不变的惰性组分 流量和吸收剂流量作为计算基准，并用摩尔 比表示气相和液相的组成将很方便。
L 1.2 LM 1.2 0.74625 50 44. (Y1 Y2 ) 50 (0.0134 6.7 10 ) X1 0.0149 L 44.775
Y mX 1 0.75 0.0149 0.0112
N OG 只与体系的相平衡及气体进出口的浓度有关，它反
映了吸收过程的难易程度。分离要求高或吸收剂性 能差，过程的平均推动力小，则表明吸收过程难度 大，相应传质单元数就多。
H OG 与设备的型式及操作条件有关，是吸收设备效能 高低的反映。吸收过程的传质阻力大，填料层的 有效比表面积小，则一个传质单元所相当的填料 层高度就大。
填料塔压降计算公式
填料塔压降计算公式填料塔是化工生产中常用的一种设备，而要理解和设计填料塔，压降的计算就显得至关重要。
咱们先来说说啥是填料塔压降。
简单来讲，就是气体通过填料层时产生的压力损失。
这就好比咱们走路遇到了山坡，要费点力气才能爬上去，气体在填料塔里流动也得克服阻力，这个阻力带来的压力变化就是压降啦。
那这压降是咋算出来的呢？这就得提到一些公式了。
常见的有埃克特通用关联图法、贝恩-霍根关联式等等。
咱先拿埃克特通用关联图法来说，这里面涉及到一堆参数，像气体的密度、黏度，还有填料的特性参数等等。
我给您举个例子哈。
之前我在一个化工厂实习的时候，就碰到了关于填料塔压降计算的问题。
当时厂里要对一个旧的填料塔进行改造，提高生产效率。
我们几个实习生跟着师傅一起忙活。
师傅让我们先计算出原来填料塔的压降，看看问题出在哪儿。
我拿着一堆数据，对着公式开始算，结果算了好几遍都不对。
师傅过来看了看，笑着说：“你这孩子，参数都没搞清楚就瞎算。
”然后师傅耐心地给我讲解，说这个气体的密度得根据实际温度和压力来算，不能直接用标准状态下的值。
还有填料的特性参数，得从厂家提供的手册里准确找到。
经过师傅这么一指点，我终于算对了，那时候心里别提多有成就感了。
再说说贝恩-霍根关联式，这个公式相对来说简单一些，但也有它的适用范围。
在实际应用中，可不能随便乱用，得根据具体的工况选择合适的公式。
计算填料塔压降的时候，还得注意一些细节。
比如说，测量数据要准确，一点点误差可能就会导致结果相差很大。
而且不同类型的填料，其压降特性也不一样，有的阻力大，有的阻力小。
总之，填料塔压降的计算虽然有点复杂，但只要咱们把公式弄明白，参数搞准确，再加上多练习多实践，就一定能把它拿下。
以后您要是碰到填料塔相关的问题，可别忘了好好算一算压降哦，这可是关系到整个生产过程能否顺利进行的关键因素之一呢！。
填料塔计算部分
填料吸收塔设计任务书设计题目填料吸收塔设计二、设计任务及操作条件1、原料气处理量：5000m3/h。
2、原料气组成：98%空气+ 2.5 %的氨气。
3、操作温度：20C。
4、氢氟酸回收率：98%。
5、操作压强：常压。
6、吸收剂：清水。
7、填料选择：拉西环。
三、设计内容1.设计方案的确定及流程说明。
2.填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算3.填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。
4.吸收塔的工艺流程图。
5.填料吸收塔的工艺条件图。
目录第一章设计方案的简介 (4)第一节塔设备的选型 (4)第二节填料吸收塔方案的确定 (6)第三节吸收剂的选择 (6)第四节操作温度与压力的确定 (7)第二章填料的类型与选择 (7)第一节填料的类型 (7)第二节填料的选择 (9)第三章填料塔工艺尺寸 (10)第一节基础物性数据 (10)第二节物料衡算 .............................................. ( 11) 第三节填料塔的工艺尺寸的计算 .. (12)第四节填料层压降的计算 (16)第四章辅助设备的设计与计算 (16)第一节液体分布器的简要设计 (16)第二节支承板的选用 (17)第三节管子、泵及风机的选用 (18)第五章塔体附件设计 (20)第一节塔的支座 (20)第二节其他附件 (20)第一章设计方案的简介第一节塔设备的选型塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。
根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。
1、板式塔板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的气液传质设备之一。
传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。
溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。
气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。
填料塔的计算
一、 设计方案的确定 (一) 操作条件的确定1．1吸收剂的选择1．2装置流程的确定1．3填料的类型与选择1．4操作温度与压力的确定45℃ 常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算2．1基础物性数据①液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据7.熔 根据上式计算如下：混合密度是：1013.865KG/M3混合粘度0.001288 Pa ·s暂取CO2在水中的扩散系数表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为M vm =y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347混合气体的平均密度ρvm = =⨯⨯=301314.805.333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m?h)查手册得CO2在空气中的扩散系数为D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数：在水中亨利系数E=2.6⨯105kPa 相平衡常数为m=1.25596.101106.25=⨯=P E 溶解度系数为H=)/(1013.218106.22.997345kPa m kmol E M s ∙⨯=⨯⨯=-ρ 2.2物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即 2121min /X m Y Y Y ）V L （--=对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2121min /X m Y Y Y ）V L （--==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67L=2.67×275.58=735.7986kmol/h∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2)∴X1=0.054581①塔径计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h液相质量流量计算即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/hEckert 通用关联图横坐标为0.011799 查埃克特通用关联图得226.02.0=∙∙L LV F F g u μρρϕφ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φUf=3.964272m/s取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s由=1.839191m圆整塔径，取D=1.9m泛点率校核 u=s m /12.26.0785.03600/15002=⨯ = 4.724397m/s 100522.212.2⨯=F u u ﹪=84.18％(在允许范围内) = 4.724397=70.9%填料规格校核：82425600>==d D =1900/25=76》8 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （L W ）min =0.08m 3/m ·h查塑料阶梯环特性数据表得：型号为DN25的阶梯环的比表面积 a t =228 m 2/m 3U min =(L W )min a t =0.08×228=18.24m 3/m 2·h U=min 251.76.0785.02.998/312121U 。
填料塔工艺尺寸的计算
填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段塔径的计算1. 空塔气速的确定——泛点气速法 对于散装填料，其泛点率的经验值u/u f =~贝恩（Bain ）—霍根（Hougen ）关联式 ，即：2213lg V F L L u a gρμερ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦=A-K 1418V L V L w w ρρ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ （3-1） 即：112480.23100 1.18363202.59 1.1836lg[()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2Fu ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭所以：2F u /（100/3）（）=UF=3.974574742m/s其中：f u ——泛点气速，m/s;g ——重力加速度，9.81m/s 2 23t m /m α--填料总比表面积，33m /m ε--填料层空隙率33V 998.2/1.1836kg /m l kg m ρρ==液相密度。
气相密度W L =㎏/h W V =7056.6kg/h A=； K=；取u= F u =2.78220m/s0.7631D === （3-2）圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核：260003.31740.7850.83600u ==⨯⨯ m/s3.31740.83463.9746F u u ==则Fuu 在允许范围内 2. 根据填料规格校核：D/d=800/50=16根据表3-1符合 3. 液体喷淋密度的校核：(1) 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。
(2) 最小润湿速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。
对于直径不超过75mm 的散装填料，可取最小润湿速率()3min 0.08m /m h w L ⋅为。
()32min min 0.081008/w t U L m m h α==⨯=⋅ （3-3）225358.895710.6858min 0.75998.20.7850.8L L w U D ρ===>=⨯⨯⨯⨯ （3-4） 经过以上校验，填料塔直径设计为D=800mm 合理。
填料塔计算部分
2装置流程 逆流操作 吸收剂操作温度 水 20 C操作压力 常压填料类型 聚丙烯阶梯环（塑料填料）填料规格D N 25 ( D d 8 )1 液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。
由手册查得， 20 C 时水的有关物性数据如下： 密度（ L） 998.2kg/ m3粘度（L）0.001Pa s=3.6kg/(mh)表面张力（L）940896kg/ h22 气相物性参数设计压力： 101.3kPa , 温度： 20 C 氨气在水中的扩散系数： D L1.76 10 cm / s 9 2 6.336 10 m / h6 2二 基础物性参数的确定本设计方案信息如下表所示：氨气在空气中的扩散系数：查表得，氨气在 0°C ，101.3kPa 在空气中的扩散系数为 0.17cm / s ，2根据关系式换算出 20 C 时的空气中的扩散系数：3 3P 0 D VD 0T 0.17 1293.15 2PT 0273.150.189cm 2/ s 0.06804m 2/ h混合气体的平均摩尔质量为M Vmy i M i 0.05 17 0.98 29 29.27混合气体的平均密度为PM Vm101.3 29.27 1.217kg m3VmRT 8.314 293.15混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20 C 空气粘度为1. 8 1 150P a s0. 0k6g5 m ( h)3 气液相平衡数据由手册查得，常压下 20 C 时，氨气在水中的亨利系数E 相平衡常数76.3kPamEP 溶解度系数H76.30.7532101.3L998.2 0.7260 kmol kPa m3EM s76.3 18.024 物料衡算进塔气相摩尔比y 1Y 1 =1 y 10.05 0.052631 0.05出塔气相摩尔比Y 2Y 1(13A) 0.05263(1 0.98) 1.053 10VL12混合气体流量0.1013 (273.15 20)33Q V Q N0.1013 273.1516.10 10 m h惰性气体摩尔流量VQ V 273.15(1 0.05) 636.16kmol h22.4 273.15 20该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：L Y 1 Y 2 VY 1 m X 2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成X 2 0L Vmin0.05263 0.001053 0.73810.05263 0.7532取操作液气比为L 1. 4 LVVm i nL1. 4 0. 7 3 8 1 1. 0 3 3 3 VL 1. 0 3 3 3 6 3 6. 1 66k 5m 7.o 3l 4hX V(Y 1 Y 2 )X 636.16 (0.05263 0.001053) 0.0499657.34填料物性参数查表得：聚丙烯阶梯环 D N 25 散装填料物性参数塔径与填料公称直径的比值值 D/d 的推荐 D d >8关联常数 A 0.204 关联常数 K1.75填 料 材 质 的 临 界 表 面 张 力 值 c33（ d yn/cm ） 直径 高 厚 25 12.5 1.4比表面积 (m 2m 3)228 空隙率 (m 3m 3) 0.90堆积密度P( kg m 3)97.8 个数 n （ m 3）81500干填料因子 (m )1312填料形状系数1.45散装填料分段高度推荐 h/D8 ~ 15 值h max6散装填料泛点填料因子平均值 F（ 1/m ） 260散装填料压降填料因子平均值P（ 1/m ） 176表 2-4-15 吸收塔的工艺尺寸计算5.1 塔径计算采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速。
关于填料吸收塔的计算
X2 0
(L V
)m
in
0.0526 0.00263 0.00526/ 35.04 0
33.29
⑹ 取操作液气比为：
L V
1.4( L V
)
m
in
L 1.4 33.29 46.61 V
L 46.6193.25 4346.38kmol/ h
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
⑴ 密度： L 998 .2kg / m3
⑵ 粘度： L 0.01Pa s 3.6kg /(m h) ⑶ 表面张力： L 72.6dyn / cm 940896 kg / h2
⑷ SO2在水中的扩散系数：
DL 1.47 105cm2 / s 5.29 106 m2 / h
（3）图解法 此方法适用于平衡线为曲线时的情况。
此例采用“脱吸因素法”求解
Y1* mX 1 35.04 0.0011 0.0385
YY22**mmXX2 20 0
脱吸因素为：
S mV 35.04 93.25 0.752
L
4346.38
气相总传质单元数为：
D/d的推荐值 ≥20~30 ≥15 ≥10~15 ＞8 ＞8
（3）液体喷淋密度校核
填料塔的液体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：
U
Lh 0.785D2
式中：U——液体喷淋密度，m3/(m2·h); Lh——液体喷淋量，m3/h; D——填料塔直径，m
为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于 某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以Umin表示
填料塔阻力计算公式
填料塔阻力计算公式填料塔是化工、石油等工业中常用的气液传质设备，而了解其阻力的计算对于设计和操作都非常重要。
先来说说填料塔阻力产生的原因吧。
就像咱们在一条拥挤的小路上走路，人多了就走得费劲，气液在填料塔中流动也是这个道理。
填料的存在增加了气体和液体流动的阻碍，这就产生了阻力。
那咱们怎么计算这阻力呢？这就得提到一些关键的公式啦。
其中比较常用的是埃克特（Eckert）通用关联图法。
这个方法综合考虑了很多因素，比如填料的类型、尺寸、气体和液体的流速等等。
举个例子，我曾经在一家化工厂实习的时候，就碰到过关于填料塔阻力计算的问题。
当时厂里新上了一个项目，要设计一个大型的填料塔来处理废气。
大家都知道，这设计可不能马虎，阻力计算不准确，整个系统的运行效率和能耗都会受到影响。
我们一群实习生跟着师傅，拿着各种数据，对着公式一点点算。
那场面，真是紧张又刺激。
我记得我当时手忙脚乱，一会儿忘了这个参数，一会儿又算错了那个数值。
师傅在旁边看着，也不着急，耐心地给我指出错误，还跟我讲：“孩子，这计算就像盖房子打地基，基础不牢，房子可就歪了。
”经过几天的努力，我们终于算出了比较准确的阻力值，为后续的设计提供了重要依据。
再来说说另一个常用的计算方法——贝恩-霍根（Bain-Hougen）公式。
这个公式在某些特定情况下使用起来很方便，但也有它的局限性。
在实际应用中，还得考虑很多其他因素。
比如说，填料的湿润程度，如果填料没被液体充分湿润，阻力可就不一样啦。
还有气体和液体的物性，不同的物质，阻力特性也大不相同。
总之，填料塔阻力的计算可不是一件简单的事儿，需要我们综合考虑各种因素，选择合适的计算公式，并且认真仔细地处理每一个数据。
只有这样，才能设计出高效、稳定的填料塔，让工业生产顺顺利利的。
希望通过这篇文章，能让您对填料塔阻力计算公式有一个初步的了解。
要是您以后在工作或者学习中碰到相关的问题，可别忘了多琢磨琢磨哦！。
4填料吸收塔计算
利用边界条件积分，得完成吸收任务所需填料层高度的积分形式：
Y1 X1 V dY ( z ) L dX ( z ) z= ∫Y2 Y ( z) − Yi ( z) = k X aΩ ∫X 2 X i ( z) − X ( z) kY aΩ
X1 Y1 V dY ( z ) L dX ( z ) = ∫Y2 Y ( z) − Y ∗ ( z) = K X aΩ ∫X 2 X ∗ ( z) − X ( z) KY aΩ
HG =
V kY , a Ω
HL =
L k X ,a Ω
气相传质单元高度，m；
液相传质单元高度，m；
dY（Z） NG = ∫ Y2 Y（Z） Y Z） −（ i
Y1
NL = ∫
X1
X2
dX（Z） X i Z ） X（ Z ） （ −
气相传质单元数
液相传质单元数
塔截面Z=Z处单相内传质推动力（气相）
A
Y* = f (X )
Y2
YY = 0 XX = 0 X 2
X
X1
XX
——吸收塔操作线方程
塔内气液两相的组成沿着塔高连续变化。
物理意义： 吸收塔操作线方程描述了，塔的任意横截面上，气、液两相组 成之间的函数关系。该线上任何一点代表塔截面上气液相的组成。 对吸收过程来说，任意塔截面上气液不平衡，其状态点都在平 衡线的上方，故整条操作线都在平衡线的上方。
V , Y + dY L, X + dX
V (Y ( z ) + dY ( z ) ) + LX ( z ) = VY ( z ) + L( X ( z ) + dX ( z ) )
z
VdY ( z ) = LdX ( z )
填料塔塔径计算
对于易气泡 的物系，空 塔气速取泛 点气速的 45%
D 4Vs u
初估塔径后 需要根据国 内压力容器 公称直径标 准 （JB115373)进行圆 整
直径1m一 下，间隔为 100mm;直径 1m以上，间 隔为200mm, 实际空塔气 速可 按圆整后的 塔径进行计 算
对于直径不 超过75mm的 拉西环及其 它填料，可 取最小润湿 率(Lw)min 为0.08m³ /(m.h) 对于直径大 于75mm的环 形填料，应 取最小润湿 率(Lw)min 为0.12m³ /(m.h)
输入： φ： μ L: ψ:
72 m-1 0.8 mpa.s 1.05
填料因子
液体粘度 液体校正密 度
ψ=ρ 水/ ρL
输入： u max:
1.770938393 m/s
取空塔气速 为为泛点气 速的40%， 即
泛点率：
0.4
u:
0.708375357 m/s
0 对于一般不 易发泡物 系，空塔气 速取泛点气 速的60%～ 80%
操作条件下
的喷淋密度
U:
56.7575637 m³/(㎡.h)
kg/m³ kg/m³ kg/h kg/h
a 3
g L
L0.2)
A
1.75(L)1/4 G
(g )1/8 L
m/s2 干填料因子 气相密度 kg/m³ 液相密度 kg/m³ 液相粘度CP 液相流量 kg/h 气相流量 kg/h
常数，见附 表
气相密度 液相质量流 量
取空塔气速 为为泛点气 速的75%， 即
BainHougen关联 式
输入： ρ L:
ρ v: w L: w v:
720 32
3500 8060
填料塔计算部分
填料吸收塔设计任务书一、设计题目填料吸收塔设计二、设计任务及操作条件１、原料气处理量：5000m3/h。
２、原料气组成：98％空气＋2.5％的氨气。
３、操作温度：20℃。
４、氢氟酸回收率：98％。
５、操作压强：常压。
６、吸收剂：清水。
７、填料选择：拉西环。
三、设计内容1.设计方案的确定及流程说明。
2.填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算。
3.填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。
4.吸收塔的工艺流程图。
5.填料吸收塔的工艺条件图。
目录第一章设计方案的简介 (4)第一节塔设备的选型 (4)第二节填料吸收塔方案的确定 (6)第三节吸收剂的选择 (6)第四节操作温度与压力的确定 (7)第二章填料的类型与选择 (7)第一节填料的类型 (7)第二节填料的选择 (9)第三章填料塔工艺尺寸 (10)第一节基础物性数据 (10)第二节物料衡算 (11)第三节填料塔的工艺尺寸的计算 (12)第四节填料层压降的计算 (16)第四章辅助设备的设计与计算 (16)第一节液体分布器的简要设计 (16)第二节支承板的选用 (17)第三节管子、泵及风机的选用 (18)第五章塔体附件设计 (20)第一节塔的支座 (20)第二节其他附件 (20)第一章设计方案的简介第一节塔设备的选型塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。
根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。
1、板式塔板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的气液传质设备之一。
传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。
溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。
气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。
在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。
填料塔计算部分
4.
吸收塔的工艺流程图。
5.
填料吸收塔的工艺条件图。
第一章设计方案的简介
第一节
塔设备的选型
(4)
第二节
填料吸收塔方案的确定
(6)
第三节
吸收剂的选择
(6)
第四节
操作温度与压力的确定
第二章填料的类型与选择
第一节填料的类型
(7)
第二节填料的选择
(9)
第三章填料塔工艺尺寸
一般而论，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操 作弹性大，且造价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。
2、填料塔
填料塔是最常用的气液传质设备之一，它广泛应用于蒸®、吸收、解吸、汽 提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。儿年来，山于填料塔研究工作已日 益深入，填料结构的形式不断更新，填料性能也得到了迅速的提高。金属鞍环, 改型鲍尔环及波纹填料等大通量、低压力降、高效率填料的开发，使大型填料塔 不断地出现，并已推广到大型汽一液系统操作中，尤其是孔板波纹填料，山于具 有较好的综合性能，使其不仅在大规模生产中被采用，且山于其在许多方面优于 各种塔盘而越来越得到人们的重视，在某些领域中，有取代板式塔的趋势。近年 来，在蒸诩和吸收领域中，最突出的变化是新型填料，特别是规整填料在大直径 塔中的采用，它标志作塔填料、塔内件及塔设备的综合设计技术已进入到一个新 的阶段。
而本次设计用到的物料是氢氟酸，氢氟酸是具有腐蚀性的物料，因此选择填 料塔。
4、选塔的基本原则:
1、生产能力大，有足够的弹性。
2、满足工艺要求，分离效率高。
3、运行可鼎性高，操作、维修方便，少出故障。
4、结构简单，加工方便，造价较低。
填料塔持液量计算
填料塔持液量计算填料塔持液量计算是在化工工艺中常见的一种计算方法，它用于确定填料塔内液体的持液量，从而帮助工程师设计和优化工艺。
本文将从基本原理、计算方法和应用案例等方面进行介绍。
一、基本原理填料塔是一种常见的化工设备，广泛应用于各种物质的分离、萃取和反应过程中。
其基本构造是将填料装置在塔内，使流体与填料进行充分的接触和混合，从而实现传质、传热和反应等目的。
而填料塔持液量计算就是为了确定填料塔内液体的持液量，以保证塔内流体的稳定性和工艺效果的达到。
填料塔内的液体持液量是指填料塔内液体的体积或质量，通常用液体高度或液体重量来表示。
持液量的大小直接影响到填料塔的工作效果和设备的运行稳定性。
因此，准确计算填料塔持液量是设计和操作填料塔的重要前提之一。
二、计算方法填料塔持液量的计算方法有多种，常见的有重力平衡法和压力平衡法两种。
下面将分别介绍这两种方法。
1. 重力平衡法重力平衡法是通过平衡填料塔内液体的重力和塔内气体的向上流动所需的力来计算持液量。
根据阿基米德原理，塔内液体的重力可以用液体的体积和密度来表示。
而塔内气体的流动所需的力可以通过流体力学的基本原理来计算。
通过平衡这两个力，可以得到填料塔的持液量。
2. 压力平衡法压力平衡法是通过平衡填料塔内液体的静压力和塔内气体的动压力来计算持液量。
根据流体静力学的基本原理，液体静压力可以通过液体的密度、液体高度和重力加速度来计算。
而塔内气体的动压力可以通过气体的密度、气体流速和气体速度来计算。
通过平衡这两个压力，可以得到填料塔的持液量。
三、应用案例填料塔持液量计算在化工工艺中有着广泛的应用。
下面以一个分离过程为例，介绍填料塔持液量计算的应用过程。
假设有一个二元混合物，需要通过填料塔进行分离。
根据物质的性质和分离要求，确定了填料塔的高度、填料种类和操作条件等参数。
首先，根据工艺要求和设备的尺寸，确定了填料塔的直径和高度。
然后，根据填料种类和操作条件，选择了合适的填料，并计算了填料的体积和密度。
填料基本计算式.doc
第四小节 填料层高度的计算一、填料国高度的基本计算式就基本关系而论，填料层高度等于所需的填料层体积除以塔截面积。
塔截面积已由塔径确定，填料层体积则取决于完成规定任务所需的总传质面积和每立方米填料层所能提供的气、液有效接触面积。
上述总传质面积应等于塔的吸收负荷（单位时间内的传质量，kmol／s）与塔内传质速率（单位时间内单位气、液接触面积上的传质量，kmol/m2·s）的比值。
计算塔的吸收负荷要依据物料衡算关系，计算传质速率要依据吸收速率方程式，而吸收速率方程式中的推动力总是实际浓度与某种平衡浓度的差额，因此又要知道相平衡关系。
所以，填料层高度的计算将要涉及物料衡算、传质速率与相平衡这三种关系式的应用。
前曾指明，在2－2－7中介绍的所有吸收速率方程式，都只适用于吸收塔的任一横截面，而不能直接用于全塔。
就整个填料层而言，气、液浓度沿塔高不断变化，塔内各横截面上的吸收速率并不相同。
为解决填料层高度的计算问题，先在填料吸收塔中任意截取一段高度为 d Z的微元填料层来研究，如图 2－16 所示。
对此微元填料层作组分A 衡算可知，单位时间内由气相转入液相的A 物质量为：（2-59）在此微元填料层内，因气液浓度变化极小，故可认为吸收速率ＮA为定值，则：（2－60）图2-16 微元填料层的物料衡算式中dＡ——微元填料层内的传质面积，ａ——单位体积填料层所提供的有效接触面积，m2/m3；Ω——堵截面积，m2。
微元填料层中的吸收速率方程式可写为：将上二式分别代入式2－60，则得到：及dG再将式2－59代入上二式，可得：及整理上二式，分别得到：（2-61）及（2-62）对于稳定操作的吸收塔，当溶质在气、液两相中的浓度不高时，L、V、a（及Ω）皆不随时间而改变，已不随截面位置而改变，ＫY及ＫX通常也可视为常数（气体溶质具有中等溶解度且平衡关系不为直线的情况除外）。
于是，对式2－61及式2－62可在全塔范围内积分如下：及由此得到低浓度气体吸收时计算填料层高度的基本关系式，即：及（2-64）上式中单位体积填料展内的有效接触面积a（称为有效比表面积）总要小单位体积填料层中固体表面积（称为比表面积）。
4-2 填料吸收塔的计算
根据题意：( L/V ) = 1.2 ( L/V )min = 1.2×3.76 = 4.51
Vmol 273 1000 0.91 36 .6 ( km ol ) 0.01 ( km ol ) h s 273 30 22 .4 P V 0.91 36.6 ( km ol ) 0.01 ( km ol ) h s R T
1．操作中溶液不能全部润湿填料的所有表面； 2．即使润湿了，也有因液体停滞不动等原因而不能有效
地传质 。 所以，a 总是小于填料的比表面积 at，a 与填料性质及 设备有关，又受流体物性和流动状态有关，难以测定。
实际测定时，将KY（或KX）与 a 结合在一起处理，称 气（液）相体积传质总系数，k· mol/m3· s
X 1 X 2 X m X 1 ln X 2
为液相平均推动力。
X 1 2 若 X 2
Y1 2 或 Y2
则用算术平均值代替，即
Y1 Y2 Ym 2
（2）吸收因数法 前提 —— 同对数平均推动力法。
V Y* = mX + b, 和 X (Y Y2 ) X 2 L
L, X2
2. 操作线方程对虚线框内作物料衡算
V (Y1 Y ) L( X 1 X )
V, Y1
L, X1
逆流 吸收操作示意图
L L Y X (Y1 X 1 ) V V
同理
L L Y X (Y2 X 2 ) V V
在YX 相图上，操作线为过点（X1，Y1），(X2，Y2 )、 斜率为L / V 的直线 。
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一、设计方案的确定(一) 操作条件的确定1．1吸收剂的选择1．2装置流程的确定1．3填料的类型与选择1．4操作温度与压力的确定45℃常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算2．1基础物性数据①液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据7.熔根据上式计算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为 M vm =y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347混合气体的平均密度ρvm ==⨯⨯=301314.805.333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m3混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m •h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数：在水中亨利系数E=2.6⨯105kPa相平衡常数为m=1.25596.101106.25=⨯=P E 溶解度系数为H=)/(1013.218106.22.997345kPa m kmol E M s•⨯=⨯⨯=-ρ2.2物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即2121min /X m Y Y Y ）V L（--=对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=02121min /X m Y Y Y ）V L（--==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581①塔径计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量计算即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/h Eckert 通用关联图横坐标为0.011799查埃克特通用关联图得226.02.0=••L LV F F g u μρρϕφ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φ s m g u LV F LF /552.21338.112602.99881.9226.0226.02.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯==μϕρφρUf=3.964272m/s取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s 由=1.839191m圆整塔径，取D=1.9m 泛点率校核 u=s m /12.26.0785.03600/15002=⨯ = 4.724397m/s100522.212.2⨯=F u u ﹪=84.18％(在允许范围内) =3.352964272/ 4.724397=70.9% 填料规格校核：82425600>==d D =1900/25=76》8 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （L W ）min =0.08m 3/m ·h 查塑料阶梯环特性数据表得：型号为DN25的阶梯环的比表面积 a t =228 m 2/m 3 U min =(L W )min a t =0.08×228=18.24m 3/m 2·h U=min 251.76.0785.02.998/312121U 。
<=⨯ 7.375 经校核可知，塔径D=600mm 不合理 经反复校核仍得不出合理的D 值 经综合考虑，取操作液气比为55.2677.115)(15min =⨯==VLV L 15*1.78=26.7 L=26.5×117.22=3112.2kmol/h =26.7*735.7986=19645.82262X 1=0004.02.3112)10662.10277.0(32444=⨯-⨯-。
X1=0.00204此时气相质量流量为W V =1500×1.338=2007kg/h W V =13.74kg/s=49464kg/h此时液相质量流量为W L =3112.2×18.02=56081.8kg/h 即W L =19645.82262×（0.7*18+0.3*54）=565799.6915kg/hEckert 通用关联图横坐标为76.0)2.998338.1(2007856081)(5.05.0=⨯=。
W W L V V L ρρ 0.3150查埃克特通用关联图得035.02.0=••L LV F F g u μρρϕφ 0.04 改选型号为D38的阶梯环查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1170-=m F φ s m g u LV F LF /228.11338.111702.99881.9035.0035.02.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯==μϕρφρ 1.7435m/s 取u=0.8u F =0.8×1.228=0.982m/s 1.3948m/s 由=⨯⨯==982.014.33600/150044uV D Sπ0.74m 2.55m圆整塔径，取D=0.8m 2.6m 泛点率校核 u=s m /83.08.0785.03600/15002=⨯ 1.34100982.083.0⨯=F u u ﹪=84.52％(在允许范围内)96.07% 填料规格校核：82125800>==d D 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为 （L W ）min =0.08m 3/m ·h 查塑料阶梯环特性数据表得： 型号为DN38的阶梯环的比表面积a t =132.5m 2/m 3U min =(L W )min a t =0.08×132.5=10.6m 3/m 2·h U=min 28.1118.0785.02.998/8.56081U >=⨯U=105.16经以上校核可知，填料塔直径先用D=800mm 合理若选择丙烯鲍尔环50*50*1.5 其比表面积为93 m2/m3 U min =(L W )min a t =0.08×93=7.44 填料因子为127m-1Uf= 4.794993m/s取u=0.8u F =0.8×4.794993=3.835=2.436取2.5m U= 113.74>Umin ②填料层高度计算Y *1=mX 1=1.78×0.0004=0.000712 Y *2=mX 2=0 脱因系数为 S=0254.02.311234.4478.1=⨯=L mV气相总传质单元数N OG =()S Y Y Y Y S S +⎥⎦⎤⎢⎣⎡----***22211ln 11=0254.00106662.100277.0)0254.01(ln 0254.0114+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯-⨯--- =5.223气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=-2.0205.021.075.045.1exp 1t L L L t L L t L L t L L c t w a U a a U a U a a σρσρμσσ查常见材质的临界表面张力值表得 σc =33dyn/cm=427680kg/h 2 液体质量通量为)/(79.1116278.0785.08.5608122h m kg U L •=⨯=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-2.0205.08221.075.05.1329408962.99879.1116271072.12.9985.13279.1116270.35.13279.11162794089642768045.1exp 1t w a a =0.502 吸收系数由下式计算⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=RT D a D a U K V t V V V Vt VG 3/17.0237.0ρμμ质量通量为()h m kg U V •=⨯⨯=22/82.39948.0785.0338.11500 ⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=301314.8065.05.132065.0338.1064.0064.05.13282.3994237.03/17.0G K = 0.237×73.53×0.894×0.004= 0.0623kmol/(m 3·h ·kPa)吸收系数由下式计算3/12/13/20095.0⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-L L L L L LW L Lg D a U K ρμρμμ3/182/163/22.9981027.10.310372.62.9980.30.35.132564.079.1116270095.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯=--L K =1.189m/h1.1ϕW G G a K a K = 查常见填料的形状系数表得 45.1=ϕ1.1ϕW G G a K a K =)/(973.645.15.132654.00623.031.1kPa h m kmol ••=⨯⨯⨯=h a K a K W L L /092.10345.15.132564.0189.14.04.0=⨯⨯⨯==ϕu/u F =66.17％>50﹪a K u u a K G F G ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+='4.15.05.91 a K u u a K L F L ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+='2.25.06.21 得()[]()kPa h m kmol a K G ••=⨯-⨯+='34.1/141.12973.65.06617.05.91得()[]h a K L /96.107092.1035.06617.06.212.2=⨯-⨯+=' ()kPa h m kml aHK K a K L GG ••=⨯+='+'=3/53.1096.107725.01141.1211111H OG =m aP K V a K V G Y 083.08.0785.03.10153.1034.442=⨯⨯⨯=Ω=Ω Z=H OG N OG =0.083×5.223=0.434m 得Z ′=1.5×0.434=0.6503m取填料层高度为Z ′=2m 查散装填料分段高度推荐值表 对于阶梯环填料15~8 Dhh max ≤6m 取h/D=8 则h=8×800=6400mm 计算得填料层高度为2000mm ，故不需分段。