关于填料吸收塔的计算
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
H OG V V KY a KG aP
1 其中 : KG a 1 / kG a 1 / HkL a 式中 : H 溶解度系数, km ol/(m kPa);
3
塔截面积, m
2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取
kG 0.237(
UV 0.7 V 1 / 3 atDV ) ( ) ( ) at V V DV RT
L 46.61 93.25 4346 .38kmol / h
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
93.25(0.0526 0.00263 ) X1 0.0011 4346 .38
1. 填料塔塔径的计算
填料塔的直径D与操作空塔气速u及气体体积流量Vs
之间存在以下关系：
6 液体除雾器 7 筒体和封头 8 手孔 9 法兰 10 液体再分布装置
2 填料塔附属高度
匡国柱: 第六章 吸收过程工艺设计 第三节 填料塔的工艺设计 三、填料塔高度的计算（p215）
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 编号
气体出口装置 液体进口装置 液体分布装置 填料压紧装置 填料 塔体 液体再分布器 填料支承板 液体出口装置 气体进口 名 称
⑶ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃空气 的粘度为： 1.81105 Pa s 0.065 /(m h) kg v
⑷ 查手册得SO2在空气中的扩散系数为：
DV 0.108cm2 / s 0.039m2 / h
3. 气液相平衡数据
⑴ 由手册查得：常压下20℃时SO2在水中的亨利系数：
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℃时水的有关 物性数据如下：
⑴ 密度：
⑵ 粘度：
L 998.2kg / m3
L 0.01Pa s 3.6kg /(m h)
⑶ 表面张力： L 72.6dyn / cm 940896 / h2 kg ⑷ SO2在水中的扩散系数：
气相质量流量为：
wV 24001.257 30168kg / h .
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即
Eckert通用关联图的横坐标为：
WL V 0.5 7832177 1.257 0.5 . ( ) ( ) 0.921 WV L 3016 8 998.2 .
查图5-21得： 查表5-11得： 取
L Y1 Y2 ( )min V Y1 / m X 2
X2 0
L 0.0526 0.00263 ( ) min 33.29 V 0.00526 / 35.04 0
⑸ 对于纯吸收过程，进塔液相组成为:
⑹ 取操作液气比为：
L L 1.4( ) min V V L 1.4 33.29 46.61 V
（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* mX1 35.04 0.0011 0.0385
Y2 * mX2 0 Y * mX 0
2 2
脱吸因素为：
mV 35.04 93.25 S 0.752 L 4346 .38
气相总传质单元数为：
若
Y* mX
L Y Y ( ) min 1 2 Y1 V X2 m
L Y Y ( ) min 1 2 V X '1 X 2
则
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：
⑵ 出塔气相摩尔比：
y1 0.05 Y1 0.0526 1 y1 1 0.05
L
WL 液体的质量流速 kg / h; ,
f V 0.02 Y g L
2
V 气体的密度，kg / m 3 ; 实验填料因子， 1; m 水的密度与液体密度的 之比; f 泛点气速, m / s; 液体的粘度( m Pa s ).
本例中：
U L 2 / 3 L 1 / 2 L g 1 / 3 kL 0.095( ) ( ) ( ) aW k L L DL L kG a kG aW 1.1 k La k LaW 0.4 aW c 0.75 U L 0.1 U L at 0.05 U L 0.2 其中 : 1 exp{1.45( ) ( ) ( ) ( ) } at L at L L Lat L Lat
2 2
修正的恩田公式只适用于u≤0.5uF的情况，当u≥0.5uF时， 需按p144的公式进行校正
本例题计算过程略，计算的填料层高度为Z=6m. 对于散装填料，一般推荐的分段高度为：
h/D 2.5 5~8 5~10 8~15 8~15 hmax ≤4m ≤6m ≤6m ≤6m ≤6m
填料类型 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍
百度文库
E 3.55 10 kPa
3
⑵ 相平衡常数为：
E 3.55 10 m 35.04 P 101.3
3
⑶ 溶解度系数为：
988.2 H 0.0156 ol/(kPa m3 ) km 3 EM s 3.55 10 18.02
L
3.最小液气比
L Y1 Y2 由图解得 ( ) min * V X1 X 2
六、填料层压降计算
散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。 先根据气液负荷及有关数据，求出横坐标值，再 根据操作孔塔气速u及有关物性数据，求出纵坐标 值。通过作图得出交点 ，读出交点的等压线数值， 即得到每米填料层压降值。
七、塔内辅助装置的选择和计算
1 液体分布器 2 填料塔附属高度 3 填料支承板 4 填料压紧装置 5 液体进、出口管
散装填料最小喷淋密度计算公式
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。其值可由经验公式计算，
也可采用一些经验值。对于直径不超过75mm的散装
填料，可取最小润湿速率(LW)min为0.08m3/(m· h);对
于直径大于75mm的散装填料，可取 (LW)min为
0.12m3/(m· h)。
F F V 0.2 L 0.023 g L
2
F 170m1
u 0.7uF 0.7 1.027 0.719m / s
1.2 塔径的计算及校核
塔径的计算：
D
4Vs
4 2400/ 3600 1.087m 3.14 0.719
单位：mm 举例 圆整间隔
塔径的圆整：
塔径（D） ≤700
50或100 如：600、650、700
700≤D≤1000
D≥1000
100
200
如：700、800、900
如：1000、1200、1400
圆整后D=1200mm
（1）泛点率校核
2400 / 3600 0.59 m / s 2 0.785 1.2
u 0.59 100% 57.45%(在允许范围内 ) uF 1.027
4Vs D u
式中：D ——塔径，m;
Vs——气体体积流量，m3/s; u ——操作空塔气速，m/s
（1）散堆填料泛点气速的计算
常用埃克特（Eckert）泛点气速关联图(P78)进行计算，该关 联图是以X为横坐标，以Y为纵坐标进行关联的。其中：
WL V 0.05 式 X ( )( ) kg 中：WV 气体的质量流速， / h; WV L 液体的密度，kg / m 3 ;
（2）填料规格校核
D 1200 31.58 8 d 38
填料种类 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍 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：
Lh U 2 0.785 D
对于规整填料，其最小喷淋密度可从有关填料手册
中查得，设计中，通常取Umin=0.2
2. 填料层高度的计算
采用传质单元数法计算，其基本公式为：
Z H OG NOG H OG 气相总传质单元高度 m , NOG 气相总传质单元数 无因次 ,
2.1 气相总传质单元数的计算
计算气相总传质单元数有三种方法： ⑴ 对数平均推动力法
DL 1.47 10 cm / s 5.29 10 m / h
2 2
5
6
2. 气相物性数据
⑴ 混合气体的平均摩尔质量：
MVm yi Mi 0.05 64.06 0.95 29 30.75
⑵ 混合气体的平均密度：
Vm
PM Vm 101 .3 30.75 1.257 kg / m3 RT 8.314 298
（2） 脱吸因素法
此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为：
N OG 1 Y1 Y1 * ln (1 S ) S S 1 Y2 Y2 *
式中
S
mV L
为脱吸因数。
为方便计算，以S为参数， 为横坐标，为纵坐标，在
半对数坐标上标绘上式的
函数关系，得到右图所示 的曲线。此图可方便地查 出值。
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
U min ( LW )min at
式中：Umin——最小喷淋密度，m3/(m2· h); (LW)min——最小润湿密度，m3/h; at——填料的总比面积，m2/m3
此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为：
N OG
Y1 Y2 Ym
△Y1=Y1-Y1*，为塔底气相传质推动力， Y1*为与X1相平衡的气相摩尔比，
Y1 Y2 Ym Y1 ln Y2
Y1*= mX1
△Y2=Y2-Y2*，为塔顶气相传质推动力， Y2*为与X2相平衡的气相摩尔比， Y2*= mX2
N OG
1 Y1 Y2 * ln (1 S ) S 1 S Y2 Y 2*
1 0.0526 0 ln (1 0.752) 0.0752 7.026 1 0.752 0.00263 0
2.1 气相总传质单元高度的计算
Y1 Y1 (1 ) 0.0526 1 0.095) 0.00263 (
2400 273 V (1 0.05) 93.25kmol / h ⑶ 进塔惰性气相流量： 22.4 273 25
⑷ 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：
1 其中 : KG a 1 / kG a 1 / HkL a 式中 : H 溶解度系数, km ol/(m kPa);
3
塔截面积, m
2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取
kG 0.237(
UV 0.7 V 1 / 3 atDV ) ( ) ( ) at V V DV RT
L 46.61 93.25 4346 .38kmol / h
V (Y1 Y2 ) L( X1 X 2 )
93.25(0.0526 0.00263 ) X1 0.0011 4346 .38
1. 填料塔塔径的计算
填料塔的直径D与操作空塔气速u及气体体积流量Vs
之间存在以下关系：
6 液体除雾器 7 筒体和封头 8 手孔 9 法兰 10 液体再分布装置
2 填料塔附属高度
匡国柱: 第六章 吸收过程工艺设计 第三节 填料塔的工艺设计 三、填料塔高度的计算（p215）
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 编号
气体出口装置 液体进口装置 液体分布装置 填料压紧装置 填料 塔体 液体再分布器 填料支承板 液体出口装置 气体进口 名 称
⑶ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃空气 的粘度为： 1.81105 Pa s 0.065 /(m h) kg v
⑷ 查手册得SO2在空气中的扩散系数为：
DV 0.108cm2 / s 0.039m2 / h
3. 气液相平衡数据
⑴ 由手册查得：常压下20℃时SO2在水中的亨利系数：
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℃时水的有关 物性数据如下：
⑴ 密度：
⑵ 粘度：
L 998.2kg / m3
L 0.01Pa s 3.6kg /(m h)
⑶ 表面张力： L 72.6dyn / cm 940896 / h2 kg ⑷ SO2在水中的扩散系数：
气相质量流量为：
wV 24001.257 30168kg / h .
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即
Eckert通用关联图的横坐标为：
WL V 0.5 7832177 1.257 0.5 . ( ) ( ) 0.921 WV L 3016 8 998.2 .
查图5-21得： 查表5-11得： 取
L Y1 Y2 ( )min V Y1 / m X 2
X2 0
L 0.0526 0.00263 ( ) min 33.29 V 0.00526 / 35.04 0
⑸ 对于纯吸收过程，进塔液相组成为:
⑹ 取操作液气比为：
L L 1.4( ) min V V L 1.4 33.29 46.61 V
（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* mX1 35.04 0.0011 0.0385
Y2 * mX2 0 Y * mX 0
2 2
脱吸因素为：
mV 35.04 93.25 S 0.752 L 4346 .38
气相总传质单元数为：
若
Y* mX
L Y Y ( ) min 1 2 Y1 V X2 m
L Y Y ( ) min 1 2 V X '1 X 2
则
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：
⑵ 出塔气相摩尔比：
y1 0.05 Y1 0.0526 1 y1 1 0.05
L
WL 液体的质量流速 kg / h; ,
f V 0.02 Y g L
2
V 气体的密度，kg / m 3 ; 实验填料因子， 1; m 水的密度与液体密度的 之比; f 泛点气速, m / s; 液体的粘度( m Pa s ).
本例中：
U L 2 / 3 L 1 / 2 L g 1 / 3 kL 0.095( ) ( ) ( ) aW k L L DL L kG a kG aW 1.1 k La k LaW 0.4 aW c 0.75 U L 0.1 U L at 0.05 U L 0.2 其中 : 1 exp{1.45( ) ( ) ( ) ( ) } at L at L L Lat L Lat
2 2
修正的恩田公式只适用于u≤0.5uF的情况，当u≥0.5uF时， 需按p144的公式进行校正
本例题计算过程略，计算的填料层高度为Z=6m. 对于散装填料，一般推荐的分段高度为：
h/D 2.5 5~8 5~10 8~15 8~15 hmax ≤4m ≤6m ≤6m ≤6m ≤6m
填料类型 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍
百度文库
E 3.55 10 kPa
3
⑵ 相平衡常数为：
E 3.55 10 m 35.04 P 101.3
3
⑶ 溶解度系数为：
988.2 H 0.0156 ol/(kPa m3 ) km 3 EM s 3.55 10 18.02
L
3.最小液气比
L Y1 Y2 由图解得 ( ) min * V X1 X 2
六、填料层压降计算
散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算。 先根据气液负荷及有关数据，求出横坐标值，再 根据操作孔塔气速u及有关物性数据，求出纵坐标 值。通过作图得出交点 ，读出交点的等压线数值， 即得到每米填料层压降值。
七、塔内辅助装置的选择和计算
1 液体分布器 2 填料塔附属高度 3 填料支承板 4 填料压紧装置 5 液体进、出口管
散装填料最小喷淋密度计算公式
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。其值可由经验公式计算，
也可采用一些经验值。对于直径不超过75mm的散装
填料，可取最小润湿速率(LW)min为0.08m3/(m· h);对
于直径大于75mm的散装填料，可取 (LW)min为
0.12m3/(m· h)。
F F V 0.2 L 0.023 g L
2
F 170m1
u 0.7uF 0.7 1.027 0.719m / s
1.2 塔径的计算及校核
塔径的计算：
D
4Vs
4 2400/ 3600 1.087m 3.14 0.719
单位：mm 举例 圆整间隔
塔径的圆整：
塔径（D） ≤700
50或100 如：600、650、700
700≤D≤1000
D≥1000
100
200
如：700、800、900
如：1000、1200、1400
圆整后D=1200mm
（1）泛点率校核
2400 / 3600 0.59 m / s 2 0.785 1.2
u 0.59 100% 57.45%(在允许范围内 ) uF 1.027
4Vs D u
式中：D ——塔径，m;
Vs——气体体积流量，m3/s; u ——操作空塔气速，m/s
（1）散堆填料泛点气速的计算
常用埃克特（Eckert）泛点气速关联图(P78)进行计算，该关 联图是以X为横坐标，以Y为纵坐标进行关联的。其中：
WL V 0.05 式 X ( )( ) kg 中：WV 气体的质量流速， / h; WV L 液体的密度，kg / m 3 ;
（2）填料规格校核
D 1200 31.58 8 d 38
填料种类 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍 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：
Lh U 2 0.785 D
对于规整填料，其最小喷淋密度可从有关填料手册
中查得，设计中，通常取Umin=0.2
2. 填料层高度的计算
采用传质单元数法计算，其基本公式为：
Z H OG NOG H OG 气相总传质单元高度 m , NOG 气相总传质单元数 无因次 ,
2.1 气相总传质单元数的计算
计算气相总传质单元数有三种方法： ⑴ 对数平均推动力法
DL 1.47 10 cm / s 5.29 10 m / h
2 2
5
6
2. 气相物性数据
⑴ 混合气体的平均摩尔质量：
MVm yi Mi 0.05 64.06 0.95 29 30.75
⑵ 混合气体的平均密度：
Vm
PM Vm 101 .3 30.75 1.257 kg / m3 RT 8.314 298
（2） 脱吸因素法
此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为：
N OG 1 Y1 Y1 * ln (1 S ) S S 1 Y2 Y2 *
式中
S
mV L
为脱吸因数。
为方便计算，以S为参数， 为横坐标，为纵坐标，在
半对数坐标上标绘上式的
函数关系，得到右图所示 的曲线。此图可方便地查 出值。
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
U min ( LW )min at
式中：Umin——最小喷淋密度，m3/(m2· h); (LW)min——最小润湿密度，m3/h; at——填料的总比面积，m2/m3
此方法适用于平衡线为直线时的情况，其解析式为：
N OG
Y1 Y2 Ym
△Y1=Y1-Y1*，为塔底气相传质推动力， Y1*为与X1相平衡的气相摩尔比，
Y1 Y2 Ym Y1 ln Y2
Y1*= mX1
△Y2=Y2-Y2*，为塔顶气相传质推动力， Y2*为与X2相平衡的气相摩尔比， Y2*= mX2
N OG
1 Y1 Y2 * ln (1 S ) S 1 S Y2 Y 2*
1 0.0526 0 ln (1 0.752) 0.0752 7.026 1 0.752 0.00263 0
2.1 气相总传质单元高度的计算
Y1 Y1 (1 ) 0.0526 1 0.095) 0.00263 (
2400 273 V (1 0.05) 93.25kmol / h ⑶ 进塔惰性气相流量： 22.4 273 25
⑷ 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：