填料塔塔径和阻力的计算
气体吸收计算一
第五节 气体吸收计算在有害气体治理的吸收操作中，都是将混合气体中少量的可溶部份吸收下来，这些溶质即便全数吸收，进出塔的气体和液体的流量也改变很小，因此塔内的气体和液体的流量都可视为常数，那个特点使吸收的有关计算大为简化。
由于气体吸收多采纳塔器，因此，气体吸收计算要紧讲述吸收塔的计算。
一、吸收塔的物料衡算与操作线方程（一）物料衡算一个处于稳固操作状态下的逆流接触吸收塔。
V 、L 、Y 、X 别离代表进出塔的气液流量（kmol/）和浓度（摩尔比），规定塔底为1端（浓端），塔顶为2端（稀端）。
对单位时刻内进、出塔的物料A 的量作衡算，可写出下式：一样情形下，进塔气体的组成与流量是吸收任务规定了的，若是吸收剂的组成与流量已经确信，那么V 、Y 1、L 及X 2皆为已知数，又依照吸收任务所规定的A 的吸收率，能够得知气体出塔时应有的浓度Y 2：式中 A ϕ—A 的吸生效率。
由此，通过全塔物料衡算式：(2-47) 能够求得塔底吸收液排出的浓度X 1。
于是，在填料层底部与顶部两个端面上的液、气组成X 1、Y 1及X 2、Y 2均成为已知数。
（二）吸收塔的操作线方程与操作线在逆流操作的吸收塔内，气体自下而上，其浓度由Y 1慢慢变到Y 2；液体浓()()21211221X X L Y Y V LX VY LX VY -=-+=+或()A Y Y ϕ-=112()()2121X X L Y Y V -=-度自上而下慢慢由X 2变到X 1；设图中截面m-n 处气、液浓度别离为Y 与X ，现对m-n 截面与塔底端作A 的物料衡算：或 (2-48) 对m-n 截面与塔顶端作A 的物料衡算，又得：式（2-48）与（2-48a ）是等效的，因由式（2—47）可知：式（2-48）与式（2-48a ）皆可称作逆流吸收塔的操作线方程，它说明塔内任一截面上气相浓度Y 与液相浓度X 之间成直线关系，直线的斜率为 (称为液气比)，且此直线通过B （X 1，Y 1）及T （X 2，Y 2）两点。
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、洗涤塔--简单计算
Pa/m
查表2 关联图
填料层高度计算
m-1 m2/m3 m
填料θ 系数θ = 5.23 填料形状修正系数φ= 1.5 填料形状修正系数 液相黏度µ 液相黏度 L = 1.01E-03 重力加速度g 重力加速度 = 水的密度20˚C ρ 水 = 液相密度ρ 液相密度ρ L = 液相分子量ML= 液体密度校正系数Ψ 液体密度校正系数 = 9.81 1000 992 18 1.0080645
m 直径 m 查塔径参数 m2 m/s 要求>10 m3/m2.h d<75,(Lw)min=0.08m3/m2.h d>75,(Lw)min=0.12m /m h
3 3.
符合 符合d<75mm 符合d>75mm
计算工作压损 参数X= 0.1093809 参数 Y= 2.98E-02 ∆P/Z = 254
一般环形及鞍形填料为5.23，名义尺寸小于15mm的为2 查表 物性参数 Pa.s mPa.s 吸收液为水， ℃ 的黏度度为1 吸收液为水， 20℃水 m/s2 kg/m3 kg/m3 吸收液为水， C 吸收液为水，在40° 时的密度 只有水H2O 只有水 水的密度与液体密度之比
空塔速度u的系数 空塔速度 的系数= 0.6 的系数 摩尔气体常数R 摩尔气体常数 = 8.314
kg/s kg/s kg/m3
G W
查表2 关联图 m/s m/s m2
ω X = L ωV
ρV ρ L
0.5
Y =
0 u 2 φψ ρ V µ L . 2 gρ L
2.1931099 2.5 4.9087385 1.5844759 50 20. F 液泛速度，一般为0.5-0.8 kN.m/kmol.K
填料塔的计算
一、填料塔的计算(一) 操作条件的确定1．1吸取剂的选择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）填料吸取塔的工艺尺寸的运算2．1基础物性数据①液相物性数据关于低浓度吸取过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据7.熔依照上式运算如下： 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相平稳常数为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该吸取过程为低浓度吸取，平稳关系为直线，最小液气比按下式运算，即2121min /X m Y Y Y ）V L（--=关于纯溶剂吸取过程，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塔径运算采纳Eckert 通用关联图运算泛点气速 气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量运算即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％(在承诺范畴内) =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 。
(完整版)填料塔计算部分要点
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。
关于填料吸收塔的计算
本例中： 本例中：
气相质量流量为： 气相质量流量为：
wV = 2400 × 1.257 = 3016.8kg / h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，
Eckert通用关联图的横坐标为： Eckert通用关联图的横坐标为： 通用关联图的横坐标为
WL ρV 0.5 78321.77 1.257 0.5 ( ) = ( ) = 0.921 WV ρ L 3016.8 998.2
L Y −Y ( ) min = 1 2 V X '1 − X 2
或 所以
操作液气比
L L = (1.1 ~ 2.0)( ) min V V
⑴ 进塔气相摩尔比： 进塔气相摩尔比： ⑵ 出塔气相摩尔比： 出塔气相摩尔比：
y1 0.05 Y1 = = = 0.0526 1 − y1 1 − 0.05
Y1 = Y1 (1 − ϕ ) = 0.0526(1 − 0.095) = 0.00263
⑶ 溶解度系数为： 溶解度系数为：
988.2 H= = = 0.0156kmol /( kPa ⋅ m 3 ) EM s 3.来自5 × 103 × 18.02
ρL
3.最小液气比 3.最小液气比
L Y1 − Y2 由图解得 ( ) min = * V X1 − X 2
若 则
Y * = mX
L Y1 − Y2 ( ) min = Y1 V − X2 m
此例采用“脱吸因素法” 此例采用“脱吸因素法”求解
Y1* = mX 1 = 35.04 × 0.0011 = 0.0385
Y2 * = mX 2 = = 0 Y * = mX 0
2 2
脱吸因素为： 脱吸因素为：
环境工程原理课程设计 丙酮吸收填料塔要点
故35℃时丙酮在空气中的扩散系数为：
3.1.3
由 可知：
常压下25℃时丙酮在水中的亨利系数为：
相平衡常数为：
溶解度系数为：
3.2
进塔气相摩尔比为：
出塔气相摩尔比为：
进塔惰性气体流量为：
该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：
对于纯吸收过程，进塔液相组成为：
气体质量通量为
液膜吸收系数由下式[10]计算：
由 ，查附表3得
则
由 ， ，得
则
由
由 ，得
设计取填料层高度为
查附表4，对于环矩鞍填料， ，
取 ，则
计算得填料层高度为 ，故不需分段。
3.
3.
采用Eckert通用关联图计算填料层压降。
横坐标为
查附表5得，
纵坐标为
查附图1得
填料层压降为
3.
泛点率介于50%~80%之间，合理。
表4-1支承板波形尺寸mm
波形
波形尺寸
t
192
注：尺寸b是塔中间支承板宽度，在塔边缘支承板的尺寸b将随塔径不同而异，左右不对称。H为波高，t为波矩。
4.4
本设计选用丝网床层限制板，重量约为 ，限制板的外径选用690mm。
4.5
（1）气体进出口管径计算
工业上，一般气体进料流速为10~20m/s，本设计取流速为15m/s。
由标准GB/T 8163-99，选用 无缝钢管。
塔径的计算：
塔径圆整，取
泛点率校核：
（在允许范围内）
填料规格校核：
液体喷淋密度校核：
取最小润湿速率为
由表2-1可知：
经以上校核可知，填料塔直径选用 合理。
VOC喷淋填料塔计算
符合 符合d<75mm 符合d>75mm
计算工作压损
参数X= 0.2343876
Y= 2.98E-02
ΔP/Z = 254
Pa/m
查关联图
阻力系数法
P Z u 2 2
ζ= 150 ΔP/Z = 205.60949 Pa/m
查阻力系数 表
填料层高度计算 1）传质单元数 解析法/脱吸因数法 气相进塔摩尔比Y1= 1.20E-05
气膜吸收系数k G = 2.713E-05
kmol/m3.s. kPa
溶解度系数H= 0.7194662 KGα= 0.0006085 KYα= 0.0616587
传质单元高度HOG= 0.969624
kmol/m3.k Pa kmol/m3.s. kPa kmol/m3.s. kPa
m
填料层高度Z= 1.8019373 m
中间坐标参数X= 0.2343876 Y= 0.14
Y/u F 2 = 1.19E-02 液泛速度 u F = 3.431576
空塔速度u= 2.0589456 有效过流截面A= 3.7775538
查关联图
m/s m/s m2
X
L V
V L
0.5
Y
u
2
V
0.2 L
g L
按圆型填料塔计算
塔径D= 2.1931099 m
ln
(1
S
)
Y1 Y2
mX 2 mX 2
S
a at
1
exp
1.45
c
0.75
Re
0.1 L
FrL*0.05We
0.2 L
实际雷诺数Re’L= 512.01187 施密特准数ScL= 575.62775
填料塔设计详细计算过程
酸盐增加。吸入高浓度二氧化硫，可引起支气管炎、肺炎，严重时可发生肺水肿 及呼吸中枢麻痹。 二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿 润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用增强。上呼吸 道的平滑肌因有末梢神经感受器，遇刺激就会产生窄缩反应，使气管和支气管的 管腔缩小，气道阻力增加。上呼吸道对二氧化硫的这种阻留作用，在一定程度上 可减轻二氧化硫对肺部的刺激。 但进入血液的二氧化硫仍可通过血液循环抵达肺 部产生刺激作用。 二氧化硫进入血液可引起全身性毒作用，破坏酶的活性，影响糖及蛋白质 的代谢；对肝脏有一定损害。液态二氧化硫可使角膜蛋白质变性引起视力障碍。 二氧化硫与烟尘同时污染大气时，两者有协同作用。因烟尘中含有多种重金属及 其氧化物，能催化二氧化硫形成毒性更强的硫酸雾。因加剧其毒性作用。动物试 验证明，二氧化硫慢性中毒后，机体的免疫受到明显抑制。大量吸入可引起肺水 肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。 急性中毒：轻度中毒时，发生流泪、畏光、咳嗽，咽、喉灼痛等；严重中毒 可在数小时内发生肺水肿； 极高浓度吸入可引起反射性声门痉挛而致窒息。皮肤 或眼接触发生炎症或灼伤。 慢性影响：长期低浓度接触，可有头痛、头昏、乏力等全身症状以及慢性鼻 炎、咽喉炎、支气管炎、嗅觉及味觉减退等。少数工人有牙齿酸蚀症。 二氧化硫浓度为 10～15ppm 时， 呼吸道纤毛运动和粘膜的分泌功能均能受到 抑制。浓度达 20ppm 时，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入浓度为 100ppm 8 小 时，支气管和肺部出现明显的刺激症状，使肺组织受损。浓度达 400ppm 时可使 人产生呼吸困难。 二氧化硫与飘尘一起被吸入，飘尘气溶胶微粒可把二氧化硫带 到肺部使毒性增加 3～4 倍。若飘尘表面吸附金属微粒，在其催化作用下，使二 氧化硫氧化为硫酸雾， 其刺激作用比二氧化硫增强约 1 倍。长期生活在大气污染 的环境中，由于二氧化硫和飘尘的联合作用，可促使肺泡纤维增生。如果增生范 围波及广泛，形成纤维性病变，发展下去可使纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫可 以加强致癌物苯并（α）芘的致癌作用。据动物试验，在二氧化硫和苯并（α）
第四章塔径泛点气速空塔气速填料高度压降等计算
第四章 填料精馏塔的工艺计算4.1 低压塔塔径、泛点气速、空塔气速、填料高度及压降计算由第一章PROII 模拟出的说明书可以得到数据表4.1塔顶蒸汽量G 2 塔中蒸汽量G 14 塔中蒸汽量G 15 塔底蒸汽量G 27 4368Kg/HR 4383Kg/HR 4445Kg/HR 4886Kg/HR 塔顶液体量L 1 塔中液体量L 13 塔中液体量L 14 塔底液体量L 26 3140Kg/HR 3155Kg/HR 7784Kg/HR 8224Kg/HR 汽相密度ρG2 汽相密度ρG14汽相密度ρG15汽相密度ρG272.874369Kg/m 33.03973Kg/m 33.06215Kg/m 33.34082Kg/m 3液相密度ρL1 液想密度ρL13液相密度ρL14液相密度ρL26816.676Kg/m 3 796.028Kg/m 3793.248Kg/m 3777.496Kg/m 3汽相粘度μG2 汽相粘度μG14汽相粘度μG15汽相粘度μG278.9907E-06Pa ·s 9.1563E-06Pa ·s9.1528E-06Pa ·s9.0660E-06Pa ·s液相粘度μL1液想粘度μL13液相粘度μL14液相粘度μL263.1054E-04Pa ·s 2.6658E-04Pa ·s 2.6165E-04Pa ·s 2.2445E-04Pa ·s根据表4.1求平均值可得下表4.2表4.2低压塔精馏段 提馏段 液体量L Kg/HR 3147.5 8004 液相密度ρ Kg/m 3 806.352 785.372 液相粘度μ Pa ·s 2.8856 E-04 2.4305 E-04 蒸汽量G Kg/HR 4375.5 4665.5 汽相密度ρ Kg/m 3 2.9570453.2014854.1.1 塔经的计算L G GL FP ρρ=式中：L ——塔内液相流率，Kg/h ； G ——塔内气相流率，Kg/h ； ρG ——塔内气相密度，Kg/m 3； ρL ——塔内液体密度，Kg/m 3。
填料塔工艺标准尺寸的计算
第三节 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3.1 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 =0.5~0.85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 /9.81（100/0.9173）（1.1836/998.2）=0.246053756UF=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 =5358.89572㎏/h W V =7056.6kg/h A=0.0942； K=1.75； 取u=0.7 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。
塔计算
三：塔型选择与依据最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。
作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相能充分接触，以获得高的传质效率。
此外，为满足工业生产的需要，塔设备还必须满足以下要求：生产能力大；操作稳定，弹性大；流体流动阻力小;结构简单、材料耗用量少，制造和安装容易；耐腐蚀和不易阻塞，操作方便，调节和检修容易。
板式塔与填料塔都是气－液传质过程的常用设备。
板式塔是与填料塔具有不同特点的气－液传质设备。
与填料塔相比较，具有效率较稳定，检修清理较易，液气比适应范围较大的优点。
但它也有结构比较复杂，压降较大并且耐腐性较差的特点。
表6.4 板式塔与填料塔比较项目塔型板式塔填料塔压力降压力降一般比填料塔大压力降小，较适于要求压力降小的场合空塔气速（生产能力）空塔气速小空塔气速大塔效率效率稳定，大塔效率比小塔有所提高塔径在Φ1400mm以下效率较高，塔径增大，效率常下降液气比适应范围较大对液体喷林量有一定要求持液量较大较小材质要求一般用金属材料制作可用非金属耐腐蚀材料安装维修较容易较困难造价直径大时一般比填料塔造价低直径小于Φ800mm，一般比板式塔便宜，直径增大，造价显著增加重量较轻重因为板式塔处理量大、效率高、清洗检修方便且造价低，故工业上多采用板式塔。
因而本设计中选用板式塔。
板式塔大致可分为两类，一类是有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、舌形、S型、多降液管塔板等。
另一类是无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等，工业应用较多的是有降液管的浮阀、筛板和泡罩塔板等。
工业上常见的几种的板式塔及其优缺点：Ⅰ、浮阀塔：浮阀塔广泛应用于精馏、吸收和解吸等过程。
其主要特点是在塔板的开孔上装有可浮动的浮阀，气流从浮阀周边以稳定的速度水平地进入塔板上的液层进行两相接触。
浮阀可根据气体流量的大小而上下浮动，自行调节。
浮阀有盘式、条式等多种，国内多用盘式浮阀。
盘式浮阀的主要优点是生产能力大，操作弹性较大，分离效率较高，塔板结构较泡罩塔简单。
填料塔的填料层高度和塔径计算实例
填料塔的填料层高度和塔径计算实例段全军,周桂亭,樊守传(青岛天元化工股份有限公司,山东胶南266400)[关键词]不锈钢矩鞍环;气相总传质单元高度;空塔气速;最小喷淋密度;压降[摘 要]用闲置金属鞍环填料对填料塔进行防腐处理。
介绍了利用现有引风机的条件下,填料塔塔径、塔高的计算示例。
[中图分类号]T Q028.2 [文献标识码]B [文章编号]1008-133X(2005)04-0023-03一般情况下,选用耐氯腐蚀的材料或对塔做一些防腐处理。
例如,小塔采用PVC材料,使用钢材的塔里应该采用衬胶等措施。
填料塔的填料最好采用塑料鲍尔环,因为它耐氯气腐蚀,而且环内空间及环内表面的利用率高,气体流动阻力降低,液体分布均匀。
由于鲍尔环上的两排窗孔交错排列,才使得通过环的气体流动通畅,避免了液体严重的沟流及壁流现象,因此,鲍尔环的操作弹性大,是选择的理想填料。
青岛天原公司有大量常年闲置的25mm 不锈钢矩鞍环,所以,选择了不锈钢矩鞍环和限制引风机来计算填料塔的计算事例。
1 前提条件已知:气体工作温度20 ,工作压力104.9 Pa,入塔气体流量10000m3/h,气体平均相对分子质量33.2,20%烧碱耗用量112752kg/h。
吸收塔采用25mm的金属鞍环。
2 物料衡算逆流吸收塔的物料衡算图见图1。
V单位时间内进塔空气的摩尔流量,kmol/s;L单位时间内进入塔的20%碱量,kmol/s;Y1进塔气体中氯气量的摩尔分数,%;Y2进塔及出塔气体中氯气量的摩尔分数,%;X1进塔液体中氯气量的摩尔分数,%;X2出塔液体中氯气量的摩尔分数,%图1 逆流吸收塔的物料衡算图2.1 混合气体的质量流量混合气体V S=10000m3/h,即2.78m3/s。
w V=10000!273!104.9!33.2/[101.3! (273+35)!22.4]=13604(kg/h)=3.78(kg/s)。
进塔气体的摩尔流量为410kmol/h,即0.114 kmol/s。
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
萃取塔计算
0% ≤ x 1 ≤ 6.5% 1.3 − 112 . 0.69 3.66 5.21 0.43 3.71 5.56 0.57 0.52 0.47 0.24 0.23 0.21
DII 10 7 m2 s−1
4
2.3 纵向混合的影响不容忽视
液- 液萃取过程中两相密度小, 粘度小 , 逆流流动过程中两相流动状况比较 复杂。例如连续相在流动方向上速度分布不均匀；连续相内存在涡流漩涡, 局部 速度过大处, 可能夹带分散相液滴, 造成分散相的返混；分散相液滴群存在一定 的液滴直径分布, 大小不均匀,液滴速度分布也不均匀, 这样可能造成部分液滴 的前混等。 通常, 把导致两相流动非理想性和使两相停留时间有一分布的各种 现象统称为纵向混合。纵向混合包括返混、前混等各种混合现象。纵向混合对 萃取柱的性能产生很不利的情况, 它不仅降低了传质推动力, 而且降低了萃取 柱的处理能力。由于纵向混合 , 在两相入口处形成浓度的突然变化, 即浓度突 跃。在萃取柱内造成溶质的纵向传递, 会大大降低萃取柱内的传质推动力。 纵向混合对精馏、吸收等气液传质设备的性能也有不利的影响。但是由于液
(Dispersion model)应用比较广泛。这种模型假定, 由于纵向混合的影响, 在连续
逆流传质过程中 , 除了相际传质以外, 每一相中都还存在着从高浓端向低浓端 的传质过程。 溶质在柱高方向的传递速率和该相的浓度梯度成正比, 其比例系数 分别称为 x 相和 y 相的纵向扩散系数。这样, 萃取柱内的纵向混合用两相的纵向 扩散系数来表示。这种模型的数学描述和有代表性的近似解法的详细说明参见
-液萃取过程中两相密度差小, 粘度大, 因此纵向混合对萃取设备的不利影响更
为严重。 如果不考虑纵向混合, 在模型柱内测定的传质系数和生产装置中测定的 数据的差别将会很大。因此, 可靠地进行萃取柱的放大设计往往是很困难的。为 了发展比较可靠的考虑纵向混合的萃取塔的设计计算方法,人们对萃取柱的纵向 混合进行了大量的研究工作, 发展了多种数学模型, 如级模型、返流模型、扩散 模型、前混模型、组合模型和群体平衡模型等。近年来在萃取设备的设计计算 中 , 均已考虑纵向混合的影响 , 设计方法有了较大的改进。其中扩散模型
填料塔塔径和阻力的计算
对数坐标：该图中的横坐标轴（x轴）是对数坐标。在此
轴上，某点与原点的实际距离为该点对应数的对数值， 但是在该点标出的值是真数。为了说明作图的原理，作 一条平行于横坐标轴的对数数值线.
填料塔内的流体力学特性
如图，曲线1、2、3表示不同液体喷淋量下，
填料层的ΔP～u关系，称为填料操作压降线。
在一定的喷淋量下，压降随空塔气速的变化曲线分为三段： 1.当气速低于A点时，气体流动对液膜的曳力很小，液体流 动不受气流的影响，填料表面上覆盖的液膜厚度基本不变， 因而填料层的持液量不变，该区域称为恒持液量区。此时
填料塔塔径和阻力的计算填料塔塔径的计算压强降的计算填料塔塔径和阻力的计算由于所以其中r831焦耳摩尔为普适气体常数或者摩尔气体常数典型的吸收净化流程吸收剂的冷却新吸收剂的加入吸收液取出去再生加工或经处理后排放吸收净化法工艺配置
填料塔塔径和阻力的计算
填料塔内的流体力学特性
填料层的压降
•在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力 在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力 形成了填料层的压降。 •填料层压降与液体喷淋量L及气速u有关，在一定的气速下， 液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越 大，压降也越大。
由于 所以
压强降的计算
（1） （2）
理想气体状态方程是 PV=nRT 。 其中 R=8.31 焦耳 / (摩尔 ·开) 为普适气体常数或者摩尔气体常数
吸收净化法工艺配置
典型的吸收净化流程
¾吸收剂的冷却 ¾新吸收剂的加入 ¾吸收液取出去再生加工或经处理后排放
ΔP～u为一直线，位于干填料压降线的左侧，且基本上与干
填料压降线平行。 2.当气速超过A点时，气体对液膜的曳力较大，对液膜流动 产生阻滞作用，使液膜增厚，填料层的持液量随气速的增加 而增大，此现象称为拦液。开始发生拦液现象时的空塔气速 称为载点气速，曲线上的折点A，称为载点。
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填料塔内的流体力学特性
3. 若气速继续增大，到达图中B点时，由于液体不能 顺利向下流动，使填料层的持液量不断增大，填 料层内几乎充满液体。气速增加很小便会引起压 降的剧增，此现象称为液泛，开始发生液泛现象 时的气速称为泛点气速，以uf表示，曲线上的点 B，称为泛点。从载点到泛点的区域称为载液区， 泛点以上的区域称为液泛区。 下转折点称为“载点”， 上转折点成为“泛点” 载点以下为恒持液区， 载点至泛点间为拦液 区，泛点以上为液泛区
对数坐标：该图中的横坐标轴（x轴）是对数坐标。在此 轴上，某点与原点的实际距离为该点对应数的对数值， 但是在该点标出的值是真数。为了说明作图的原理，作 一条平行于横坐标轴的对数数值线.
填料塔内的流体力学特性
如图，曲线1、2、3表示不同液体喷淋量下， 填料层的ΔP～u关系，称为填料操作压降线。
在一定的喷淋量下，压降随空塔气速的变化曲线分为三段： 1.当气速低于A点时，气体流动对液膜的曳力很小，液体流 动不受气流的影响，填料表面上覆盖的液膜厚度基本不变， 因而填料层的持液量不变，.7）
填料塔塔径和阻力的计算
填料塔塔径的计算
由于 所以
压强降的计算
（1） （2）
理想气体状态方程是 PV=nRT 。 其中 R=8.31 焦耳 / (摩尔 ·开) 为普适气体常数或者摩尔气体常数
吸收净化法工艺配置
典型的吸收净化流程
¾吸收剂的冷却 ¾新吸收剂的加入 ¾吸收液取出去再生加工或经处理后排放
液泛气速的计算
液泛（液泛气速uf ）
泛点对应的空塔气速为液泛气速uf ¾设计时，操作气速=50%～80%的泛点气速。 ¾液泛气速uf与流体物性、液气流量比、填料 充填方式和填料特性等因素有关。
¾
液泛气速uf的计算步骤（图9.7）
填料塔塔径和阻力的计算
填料塔塔径
泛点对应的空塔气速为液泛气速uf ¾设计时，操作气速=50%～80%的泛点气速。 ¾液泛气速uf与流体物性、液气流量比、填料 充填方式和填料特性等因素有关。
ΔP～u为一直线，位于干填料压降线的左侧，且基本上与干
填料压降线平行。 2.当气速超过A点时，气体对液膜的曳力较大，对液膜流动 产生阻滞作用，使液膜增厚，填料层的持液量随气速的增加 而增大，此现象称为拦液。开始发生拦液现象时的空塔气速 称为载点气速，曲线上的折点A，称为载点。 下转折点称为“载点”， 上转折点成为“泛点” 载点以下为恒持液区， 载点至泛点间为拦液 区，泛点以上为液泛区
填料塔塔径和阻力的计算
填料塔内的流体力学特性
填料层的压降
•在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力 在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力 形成了填料层的压降。 •填料层压降与液体喷淋量L及气速u有关，在一定的气速下， 液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越 大，压降也越大。