规整填料精馏塔

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精馏塔之填料塔

精馏塔之填料塔
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二. 填料的类型及性能评价
• 流道收缩、扩大的交替重复,实现了“脉冲”传质过程。 • 特点是处理量大,压降小。适用于真空精馏,大塔径场合。
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二. 填料的类型及性能评价
• 2. 填料的几何特性 • (1)比表面积α:单位体积填料层具有的填料表面积,m2/m3。填料的比表面积愈大,所提供的气液传质
• 填料因子值小表示流动阻力小,液泛速度可以提高。
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二. 填料的类型及性能评价
• (4)堆积密度ρp:单位体积填料的质量,以表示,kg/m3。在机械强度允许的条件下,填料壁要尽量薄 以减小堆积密度,这样既增大了空隙率又降低成本。
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二. 填料的类型及性能评价
• (5)个数n:单位体积填料层具有的填料个数。根据计算出的 塔径与填料层高度,再根据所选填料的n值,即可确定塔内需要 的填料数量。一般要求塔径与填料尺寸之比D/d<8(此比值在 8~15之间为宜),以便气、液分布均匀。若D/d>8 ,在近塔 壁处填料层空隙率比填料层中心部位的空隙率明显偏高,会影 响气液的均匀分布。若D/d值过大,即填料尺寸偏小,气流阻 力增大。
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பைடு நூலகம்
二. 填料的类型及性能评价
• (2)空隙率ε:单位体积填料层具有的空隙体积,m3/m3。 值大则气体通过填料层的阻力小,故ε值以高 为宜。重要指标。
• 对于乱堆填料,当塔径与填料尺寸之比大于8时,因每个填料在塔内的方位是随机的,填料层的均匀性较好, 这时填料层可视为各向同性,填料层的空隙率就是填料层内任一横截面的空隙截面分率。
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三. 填料塔的流体力学性能
• ②载液区 • 气速增大,气体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

填料精馏塔设计

填料精馏塔设计

H = H D + N × HETP + H F + H B + H Q
(4)
式中
H HD
N HETP
HF HB
HQ
塔高,m; 塔顶空间高度,m; 理论塔板数; 等板高度,m; 塔内件及人孔、手孔、进料位置等空间的总高度; 塔釜空间高度,m;保证釜液 10~15min 的储量; 裙座高度,m。
等板高度与许多因素有关,不仅取决于填料的类型和尺寸,而且受系统物性、操作条件及设备尺寸 的影响。目前尚无准确可靠的方法计算填料的等板高度,一般采用实验的方法测定,或从工业应用的实 际经验中选取 HETP 值,或从填料手册中查得。 根据以上方法求出 HETP 值后,还应给出一定的安全 系数,通常在以上求的 HETP 值基础上增加 10%~30%的安全系数。
1.2 理论塔板数的计算
1.2.1 相平衡关系的表示
1
对理想溶液,其相平衡关系为: y = αx ; 1 + (α − 1)x
对非理想溶液,其相平衡关系可以从实验数据中利用三次样条插值得到或通过回归实验数据得到相 平衡关系表达式,其形式主要有:
y = a⎜⎛ x ⎟⎞b (余国琮式), 1 − y = a + b 1 − x (阮奇式)
1− y ⎝1− x⎠
y
x
式中 1.2.2
x、y a、b N 的计算
分别为液相和汽相的摩尔组成; 相平衡关系回归系数。
y1 = xD (全凝器) ⎯⎯平衡⎯⎯线 → x1 ⎯⎯操作⎯⎯线 → y2 ⎯⎯平衡⎯⎯线 → …… ⎯⎯平衡⎯⎯线 → xn < xw
注意点: (1) x < xd 时,更换操作线方程,注意区别直接与间接蒸汽加热时的提馏段操作线方程的不同; (2)若相平衡关系是分段表示的,则必须判断汽相组成所在的区间来选择相平衡关系式。 1.3 塔高计算

填料精馏塔.doc

填料精馏塔.doc

摘要填料塔为连续接触式的气液传质设备,与板式塔相比,不仅结构简单,而且具有生产能力大,分离填料材质的选择,可处理腐蚀性的材料,尤其对于压强降较低的真空精馏操作,填料塔更显示出优越性。

本文以甲醇-水的混合液为研究对象,因甲醇-水系统在常压下相对挥发度相差较大,较易分离,所以此设计采用常压精馏。

根据物料性质、操作条件等因素选择填料塔,此设计采用高位槽泡点进料、塔底再沸器和塔顶全凝器的重力回流的方式,将甲醇—水进行分离的填料精馏塔。

通过甲醇—水的相关数据,对全塔进行了物料衡算和热料衡算,得出精馏产品的流量、组成和进料流量、组成之间的关系,以及再沸器和冷凝器的类型和尺寸,进而得到精馏塔的理论板数。

分析了进料、塔顶、塔底、提馏段、精馏段的流量及其物性参数。

对精馏段和提留段的塔径及填料层高度进行了计算,以确定塔的结构尺寸。

对冷凝器、加热器、塔内管径、液体分布器、填料支撑板、塔釜及除沫器进行了选型计算,从而得到分离甲醇—水混合物液的填料精馏塔。

关键词:填料塔;理论板数;结构尺寸;流量;回流比AbstractThe packed tower is continuous contact gas-liquid mass transfer equipment. Compared with tray column, the packed tower not only has a simple structure, but also has higher capacity to product. The packed tower can choose the separation of packing materials and handle corrosive materials. Especially for operation of low pressure drop vacuum distillation , the packed column shows superiority. This article make methanol-water mixture as the object of study .Because methanol-water system has a wide relative volatility at atmospheric, so this design adopt atmospheric distillation. According to the material properities, operating conditons and other factors,we select packed tower. This design adpot high groove bubble point to charge-in, the way of tower bottom reboiller and the gravity reflux of supertower condenser and this design is the pached distillation of separae methanol from water. By mthanol-water related data, this paper make material and heat material balance calculation, conclude the relationship between the flow, composition of distillation products and the flow, composition of charge-in, as well as reboiler and condensers’type and size, and then get the count of theoretical plate. This thesis analysis the flow and physical paraameters of charge-in, supertower, tower bottom, stripping section, rectifying section. This paper calculate the diameter of stripping section and rectifying section and the height of packing layer, then determine the structural size of tower. This thesis makes section and calculation on condenser, heater, inside diameter of tower, liquid distributor, packing support panel, recifier,then get packed distillation column of separating methanol and water.Key words:packed tower;number of theoretical plate;structure size;reflux ratio引言精馏塔分为筛板塔和填料塔两大类,填料塔又分为散堆填料和规整填料两种。

精馏系统塔类填料装填方案

精馏系统塔类填料装填方案

精馏塔填料装填方案:1. 风险评价与消减措施1.1参与装填人员必须按安全规定穿戴好劳保用品,严格按装填方案的各项规定和要求执行。

1.2装填现场应设警界区,无关人员严禁进入区域内,以免伤人。

1.3进入现场的工作人员,必须戴好安全帽。

高空作业(2m以上),必须办理高空作业票,配戴安全带。

1.4参加装填人员必须注意相互沟通、联系,保证装填过程安全。

1.5参加装填人员必须严格按照筹建处的有关管理、安全管理规定进行。

1.6配备现场临时急救箱,配备必要的受伤临时处理、救护药品、物品。

1.7参与装填人员均参加安全教育知识与技能培训,并考核合格。

1.8装填现场附近设置了现场医疗点,并有专车准备救护。

1.9要有专人监护,严禁在附近有人员走动、逗留。

2. 填料装填应具备的条件1.各塔所有附件安装结束,工艺吹扫合格,内部清理干净。

2.所用填料质量数量达到要求并送至现场。

3.现场搭好临时平台。

3. 填料装填前的准备1.打开填料孔,作入塔安全分析,办进塔入罐许可证。

2.拆除液体分布器及填料压板。

3.将现场清扫干净。

4.接好现场照明及塔内照明灯;并准备好装填所需工器具及材料。

5.将卷扬机、吊框、拉绳等接好。

4. 填料装填应注意的事项1.必须有专人负责检验所装填料的数量和质量,防止编织袋及内膜等杂物装入塔内。

2.装填前必须进行计算并在设备内标好装填高度线。

3.塔内装填人员衣袋内禁装杂物,以防掉入塔内,装填时如有杂物掉入塔内,应立即取出。

4.入塔作业前要办理《设备内安全作业证》,在精馏塔上部作业时应系好安全带。

5.塔内的易损内件应严禁脚踏,注意防止填料从高处落下伤人,装填要逐层进行,严禁交叉作业。

6.吊车或工具操作需专人负责。

使用电器注意安全,防止触电。

7应设立特殊作业区域,闲杂人等不得入内。

5. 填料的装填步骤:1精馏塔及其相关工艺管线吹扫洗涤完毕。

装填方案已批准。

拆掉精馏塔人孔螺栓,打开人孔,进入精馏塔内,拆下填料层上部压栅。

填料精馏塔的工作原理

填料精馏塔的工作原理

填料精馏塔的工作原理
填料精馏塔是一种常用的分离技术设备,其主要应用于石油化工、化学工程和精细化工等行业中的物质分离、纯化和提纯。

其工作原理是利用不同物质在填料层中的挥发性差异,通过加热蒸发、冷却凝结等工艺步骤,使物质在填料层中不断分离并收集,从而达到提纯和纯化的目的。

填料精馏塔的主要组成部分包括底部的加热器、顶部的冷凝器、填料层以及分馏塔壳体等。

在工作时,物质首先进入填料层,填料层的种类和形态会影响到物质的分离效果。

填料层可以分为板式填料和填充式填料两种,其中填充式填料在工程应用中更为常见。

在填料层中,物质会发生汽液平衡,具有较高挥发性的组分会在较低温度下蒸发,从而上升到冷凝器中冷却凝结成液体。

较低挥发性的组分则会保持在填料层中,直到下降到加热器部分,再次升温后挥发蒸发,上升到冷凝器中冷却凝结成液体。

填料精馏塔的分离效果与物质的挥发性、填料层的种类和形态、塔内温度和压力等因素密切相关。

因此,在实际应用中,需要根据物质的性质和要求,选择合适的填料层和操作参数,以达到最佳的分离效果。

除了基本的填料精馏塔外,还有一些改进型的填料精馏塔,如气体分离填料塔、精细填料塔等。

这些塔的设计和工作原理都有所不同,
但基本的分离原理和流程是相同的。

填料精馏塔是一种常用的分离技术设备,其工作原理是利用物质挥发性差异,在填料层中不断分离并收集,从而达到提纯和纯化的目的。

在实际应用中,需要根据物质的性质和要求,选择合适的填料层和操作参数,以达到最佳的分离效果。

化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计

化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计

T F 0.002533 V MP
(6-1)
F因子与Cs因子间的关系:
F Cs ρ L ρG
由于液泛点的定义尚不明确,难以确定,故 规整填料常以每米填料压降1000Pa作为极限 负荷。它比液泛点约低5%~10%,设计负荷通 常取极限负荷的75%~80%。
Cs (0.75 ~ 0.80)C max
0.5

3600 0.068 2.7 804 207
14810
0.5
1.30m 2
塔内径:
DT 4

AT 1.29m
取 DT =1.3m
由式(8-7)计算DT=1.3m时,各点的F因子, • 塔顶:
F 4V 3600 D
2 T
G

3600 1.3
4 12600
• 精馏段的平均液体量:
L

9000 9950 115 .18kmol/h 9475 kg/h 2
• 折合成精馏段平均液体负荷为:
l精 L 9475 8.88 m 3 /(m 2 h) AT L 2 1.3 804 4
对精馏段用线性插入法求出填料阻力为: (⊿P/z)精 = 0.11kPa/m • 同样对于提馏段F=1.83,可求得液体负荷和压降 如下: 100kPa时, l =13.38 m3/m2•h, ⊿P/z=0.16 kPa/m; 10kPa时,l =4.39m3/m2•h, ⊿P/z=0.10 kPa/m;
5. 用泛点气速计算塔径 Bain-Haugen(贝恩-霍根)公式:
14 2 u Gf a G 0.2 L G L A 1.75 lg 3 g L G L

精馏塔设计指导书

精馏塔设计指导书

简单填料精馏塔设计设计条件与任务:已知F 、xF 、xD 、xw 或F 、xF 、xD 和η,塔顶设全凝器,泡点回流,塔底间接蒸汽加热。

1 全塔物料衡算求产品流量与组成F D W =+ (1)F D W Fx Dx Wx =+ (2)① 若规定F 、x F 、x D 、x w 则直接联立求解方程(1)与(2) ② 若规定F 、x F 、x D 和η DFDx Fx η=(3) 先由式(3)求出x D ,再联立求解方程(1)与(2)。

2 计算最小回流比设夹紧点在精馏段,其坐标为(xe,ye)则 min D ee ex y R y x -=-设夹紧点在提馏段,其坐标为(xe,ye)min min (1)(1)e W e Wy x R D qF LV R D q F x x -+==+--- 基础数据:气液相平衡数据3 确定操作回流比 min (1.1~2.0)R R =4 计算精馏段、提馏段理论板数① 理想溶液 图解法或求出相对挥发度用逐板计算法求取。

② 非理想溶液 相平衡数据为离散数据,用图解法或数值积分法求取 精馏段 11 RDfN x R x n ndxN dN x x +==-⎰⎰因 111D n n x Ry x R R +=+++所以 ()/Dfx R x n n D n dxN y x x y R=---⎰(4)提馏段 11 SfWN x S x n ndxN dN x x +==-⎰⎰因 11W n n x R y x R R +'+=-''蒸汽回流比(1)(1)(1)(1)V R D q F D F R R q W W W W+--'===+-- 所以 ()/(1)fwx S x n n n w dxN y x y x R ='---+⎰(5)式(4)、(5)中塔板由下往上计数。

5 冷凝器和再沸器热负荷冷凝器的热负荷 ()C DV DL Q V I I =-再沸器的热负荷B C D W F Q Q DI WI FI =++-待求量:进料温度t F 、塔顶上升蒸汽温度t DV (与x D 对应的露点温度)、回流温度t DL (与x D 对应的泡点温度)、再沸器温度tw (与x W 对应的泡点温度)。

最新2019-高效规整填料塔的设计及精馏节能技术-PPT课件

最新2019-高效规整填料塔的设计及精馏节能技术-PPT课件
内件材质主要是:金属(不锈钢、碳钢、钛 材、哈氏合金)、玻璃钢、塑料
填料和内件材质主要根据用途和耐腐蚀性选 择
六、填料塔的设计
1、塔高确定: 根据理论版数、填料型号、分布器空间以及 塔裙座高度等确定塔高。
Y型理论板数 n=(a/100)×0.8 X型理论板数 n=(a/100)×0.8×0.7
一般每层填料理论板数不超过20,每层填 料高度不超过6m,最多不超过8m 填料依据分离精度、堵塞程度、处理能力等 选型。
1、125Y(X)板波纹填料
填料型号
JKB-125Y JKB-125X
理论板数 1/m
1~1.2 0.8~0.9
比表面积 m2/m3 125 125
空隙率 % 98.5 98.5
压力降 Mpa/m 2×10-4 1.4×10-4
重度 kg/m3 85~100 85~100
液体负荷 m3/m2•hr
0.2~100 0.2~100
273
38
38× 19× 0.8 31890 154.3 94
185.8
50
50× 28× 0.8 11600 132.5 95
127.4
76
76× 38× 1.0 3540 93 97
81
容 重 kg/m 3
335 405 285 185
二、填料类型及性能参数-散装填料
4、扁环
公称直径 外形尺寸 外径 堆积个数 比表面积 空隙率
16 16× 16× 0.4 205000 344 93
416
25 25× 25× 0.6 49500 213 94
249
0.384~0.475 0.37~2.68
38 38× 38× 0.8 13200 131 94.5 153

乙醇—水分离填料精馏塔设计 化工原理

乙醇—水分离填料精馏塔设计 化工原理

化工原理课程设计乙醇-水填料精馏塔设计学生姓名学院名称学号班级专业名称指导教师年月日化工原理课程设计任务书摘要乙醇是生活中一种常见的化学品,它是一种有机物,俗称酒精。

它是带有一个羟基的饱和一元醇,在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体,它的水溶液具有酒香的气味,并略带刺激性。

有酒的气味和刺激的辛辣滋味。

乙醇液体密度比水小,能与水以任意比互溶。

乙醇的生产离不开精馏、萃取等化工流程。

氧化钙脱水法、共沸精馏、吸附精馏、渗透汽化、吸附法、萃取精馏法和真空脱水法等多用在乙醇的回收和提纯的方面。

实际生产中较成熟的方法是共沸精馏和萃取精馏,这2 种分离方法多以连续操作的方式出现。

在一些领域生产乙醇设备简单、投资小,可单塔分离多组分混合物,或同一塔可处理种类和组成频繁更换的物系。

塔设备是使气液成两相通过精密接触达到相际传质和传热目的的气液传质设备之一,一般分为级间接触式和连续接触式两大类。

前者的代表是板式塔,后者的代表则为填料塔。

本次课程设计就是针对乙醇-水体系而进行的常压二元填料精馏塔的设计及相关设备选型。

关键词:乙醇;水;填料塔;精馏1.1 物料性质 (1)1.2 塔设备简介 (1)2流程的确定及说明 (1)2.1.加料 (1)2.2.进料 (1)2.3 塔顶冷凝方式 (2)2.4 回流方式 (2)2.5 加热方式 (2)2.6 加热器 (2)3精馏塔的设计计算 (2)3.1物料衡算 (2)3.2塔顶气相、液相,进料和塔底的温度分别为:VD t、LD t、F t、W t 3 3.3平均相对挥发度α (4)3.4回流比的确定 (4)3.5热量衡算 (5)3.5.1加热介质的选择 (5)3.5.2冷却剂的选择 (5)3.5.3热量衡算 (5)3.6理论塔板数计算 (7)3.6.1板数计算 (7)3.6.2塔板效率 (8)3.7 精馏塔主要尺寸的设计计算 (9)3.7.1流量和物性参数的计算 (9)3.7.2塔径设计计算 (11)4附属设备及主要附件的选型计算 (15)4.1.冷凝器 (15)4.3塔内其他构件 (17)4.3.1.塔顶蒸汽管 (17)4.3.2.回流管 (17)4.3.3.进料管 (18)4.3.4.塔釜出料管 (18)4.3.5除沫器 (18)4.3.6液体分布器 (19)4.3.7液体再分布器 (20)4.3.8填料支撑板的选择 (20)4.3.9塔釜设计 (21)4.3.10塔的顶部空间高度 (21)4.3.11手孔的设计 (21)4.3.12.裙座的设计 (22)5精馏塔高度计算 (22)6总结 (24)附录 (24)参考文献 (26)第一部分概述1.1物料性质乙醇易燃,具刺激性。

填料精馏塔工艺流程图

填料精馏塔工艺流程图

填料精馏塔工艺流程图填料精馏塔是一种常用的化工分离设备,其工艺流程如下:1. 原料进料:将原料液体通过进料管道引入填料精馏塔的顶部,经过一系列预处理如过滤、加热等,确保进入塔内的原料液体具有合适的温度和质量。

2. 进料均匀分布:原料液体经过分配器,均匀地分布在填料层上。

这样可以增加原料与填料的接触面积,提高分离效果。

3. 蒸汽加热:在填料精馏塔的底部通入蒸汽,通过加热使塔内液体蒸发。

蒸汽在填料层中上升,与液体发生传质和传热作用,使得液体组分得到分离。

4. 沸点逐渐升高:随着蒸汽的加热,填料层中液体的沸点逐渐升高。

不同组分的沸点是不同的,利用这一原理可以实现组分的分离。

5. 顶部产品收集:随着蒸汽的上升,最易挥发的组分先达到塔顶,通过顶部的冷凝器冷却,变成液体,然后通过顶部的收集器收集。

6. 底部产物收集:随着液体沸点的升高,不能挥发的组分逐渐降到塔底,通过底部的收集器收集。

7. 净化操作:由于填料精馏塔中不同组分的沸点存在交叠,所以在得到粗品后,还需要进行多次洗涤、萃取等净化操作,以获得纯净的产品。

8. 回流操作:从底部收集到的液体可能仍然含有一定量的挥发性组分,为了提高设备的利用率,可以将部分液体回流到精馏塔的顶部,进行二次分离。

9. 控制操作:填料精馏塔的操作过程需要严格控制,通过调节塔底的蒸汽流量、进料流量、回流比等参数,来控制产品的质量和产量。

10. 废水处理:由于填料精馏塔中可能产生废水,其中可能含有有机物等污染物,所以需要进行废水处理,以达到环境保护的要求。

总之,填料精馏塔工艺流程是一个复杂的化工过程,需要合理的控制参数和操作条件,以实现对不同组分的分离和纯化。

这种工艺流程广泛应用于石油、化工、制药等领域,并在提高产品质量和降低能源消耗方面发挥着重要的作用。

规整填料精馏塔

规整填料精馏塔

规整填料精馏塔1.概述填料塔是石油、化工、轻工、制药以及原子能工业中广泛应用的化工别离设备,约有100多年的开展史。

近年来,随着别离技术的开展,填料结构不断改良,出现了不少具有高通量、高效率、低压降的新型填料,诸如SULZER公司的MELLEPAK填料、GLITSCH公司的GEMPAK填料、KOCH公司的FLEXPAC填料。

同时与之相适应的新型塔内件也应运而生,从而给填料塔的开展带来了新的生机。

由于采用了效率高、放大效应小的填料,同时改良了液体分配器的结构,使得目前波纹填料塔最大直径已可达14m。

随着空分设备的大型化和无氢制氩技术的开展,采用微分接触的高效填料塔势在必行。

使用规整填料的空分装置与传统空分装置相比,具有以下优点:①压降低、能耗低、传质效果好;②装置操作弹性高;③容易提取高纯度氩;④装置启动积液容易;⑤适用于各种塔径,可通过使用高效填料缩小塔径和降低塔高。

常见的填料塔结构如图1和表1。

它由外壳、塔填料、液体分布器、液体收集器、支撑格栅、定位格栅、气体进口管、带防涡器的液体出口管以及裙座组成。

表1 常见填料塔组件名称序号组件名称1 规整填料2 支撑3 液体收集器4 带导液的环形槽道5 液体分布器6 定位格栅7 支撑格栅8 气体进口管9 塔底10 带防涡器的液体出口管11 裙座12 底座图1 填料塔示意图2.波纹填料的几何结构板波纹填料通常按照塔径大小做成圆柱状填料盘,每盘填料由压成波纹状的薄片相错排列组装而成。

2.1波纹片结构[1]图2为我厂生产的KBB-J-4.3Y 波纹填料元件——波纹片的结构图,其参数如下:峰高〔大波纹〕: h = 4.30mm 波距〔大波纹〕: B 2= 7.20mm板厚:δ= 0.15mm齿顶角〔大波纹〕: α= 66.20倾角〔大波纹〕: θ= 450未注圆角〔大波纹〕: R = 0.75mm 小波纹波高: 1h = 0.43mm小波纹波距: 1B = 1.50mm 小波纹波距: 11B = 0.50mm 小波纹波距: 12B = 1.00mm 小波纹圆角: 1R = 0.20mm孔径: o φ= 3.92mm 开孔率:b = 10.83%开孔倾角:1φ= 9.50±0.50图2 孔板波纹片结构图2.2几何特性参数计算比外表积a 指每立方米填料层所具有的填料的总几何外表积,单位为m 2/m 3,KBB-J-4.3Y填料的比外表积按下式计算。

精馏塔种类

精馏塔种类

精馏塔种类是进行精馏的一种塔式汽液接触装置,又称为蒸馏塔。

有板式塔与填料塔两种主要类型。

根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。

蒸气由塔底进入,与下降液进行逆流接触,两相接触中,下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移,蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移,蒸气愈接近塔顶,其易挥发组分浓度愈高,而下降液愈接近塔底,其难挥发组分则愈富集,达到组分分离的目的。

由塔顶上升的蒸气进入冷凝器,冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中,其余的部分则作为馏出液取出。

塔底流出的液体,其中的一部分送入再沸器,热蒸发后,蒸气返回塔中,另一部分液体作为釜残液取出。

精馏原理 (Principle of Rectify)蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化,利用其中各组份挥发度不同(相对挥发度,α)的特性,实现分离目的的单元操作。

蒸馏按照其操作方法可分为:简单蒸馏、闪蒸、精馏和特殊精馏等。

本节以两组分的混合物系为研究对象,在分析简单蒸馏的基础上,通过比较和引申,讲解精馏的操作原理及其实现的方法,从而理解和掌握精馏与简单蒸馏的区别(包括:原理、操作、结果等方面)。

6.2.1 蒸馏的操作和结果以苯-甲苯混合液为例,图6-1为其装置和流程简图,其t-x-y 相图如图6-2 所示。

将组成为xF、温度为t1的混合液加热到t3,使其部分气化,并将气相与液相分开,则所得的气相组成为y3,液相组成为x3。

可以看出,y3>xF>x3 。

再沸器:再沸器中加热汽化变成饱和水蒸气,浓度是yB,因为是全部汽化规整填料精馏塔与筛板塔相比有什么特点?答:精馏塔分为筛板塔和填料塔两大类。

填料塔又分为散堆填料和规整填料两种。

筛板塔虽然结构较简单,适应性强,宜于放大,在空分设备中被广泛采用。

但是,随着气液传热、传质技术的发展,对高效规整填料的研究,一些效率高、压降小、持液量小的规整填料的开发,在近十多年内,有逐步替代筛板塔的趋势。

精馏塔填料和塔内件的开发应用

精馏塔填料和塔内件的开发应用

精馏塔填料和塔内件的开发应用发布时间:2023-03-07T07:39:07.139Z 来源:《中国科技信息》2022年19期第10月作者:徐慧勇[导读] 随着我国化工业的迅速发展,化工生产处于长期的高负荷运转状态徐慧勇摘要:随着我国化工业的迅速发展,化工生产处于长期的高负荷运转状态,在化工生产过程中,会使用到各类易燃、易爆、易腐蚀性的材料,再加上化工工艺的复杂性,在生产装置运行期间会产生较大的安全风险,这些风险广泛存在于生产作业的各个环节,由原材料风险引发的经济损失是巨大的,严重的情况下会造成人员的伤亡。

为减少化工生产的安全风险,需要加强精馏塔填料和内件的开发应用,提高精馏装置操作运行的稳定性,促进化工行业的高质量发展,筑牢化工产业的安全基石。

基于此,本文就精馏塔填料、塔内件的开发应用进行了研究,介绍了一种新型的精馏塔填料和塔内件产品,供参考。

关键词:精馏塔;塔内件;开发利用引言:在石油化工生产中,精馏塔是一种广泛应用的传质传热装置,精馏塔是精馏过程的主要设备,主要分为板式塔和填料塔,在板式塔中,气液两相需要发生多次的逆流接触,不同层板的气液两相交流以交叉流为主。

在填料塔中,气液两相需要发生连续的逆流接触。

精馏塔主要由塔体、冷凝器、回流罐、再沸器等构件组合组成,按照进料的方式可以分为精馏段和提馏段。

填料作为填料塔的主要构件,常见的填料类型有散堆填料、规整填料,其中规整填料的应用最为广泛,规整填料需要在分离效率、压降、通量方面满足填料塔的运行需求,规整填料中又有格栅填料、波纹填料和脉冲填料,国内应用最为普遍的是波纹填料,例如CY型、BX型、SW-1型、M125-M650型等波纹填料。

把控化工生产环节的质量要素,需要结合精馏塔填料、塔内件进行控制和改进,才能降低化工生产的风险,本文结合笔者的工作经验,对国内近年来开发的网孔波纹填料和托盘式液体收集再分布器进行了研究,分析了其应用优势和应用效果。

1.精馏塔内件的开发应用现状当前,国内外的精馏塔内件中,收集再分布器是主要的内件类型,收集再分布器按照结构构造主要分为4类,分别为百叶窗式收集器加排管式分布器、上部百叶窗式收集器加槽式分布器、槽盘式收集再分布器和托盘式收集再分布器。

化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计

化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计

化工工艺设计第6章填料精馏塔的工艺设计填料精馏塔工艺设计是在化工工艺设计中非常关键的一部分,其确定直接影响到塔内物料在萃取、分离和精馏过程中的传质和传热情况。

本章将介绍填料精馏塔的工艺设计包括填料的选择、填料层间距的确定、塔径的确定以及相应的传质和传热设计等方面。

一、填料选择:在填料精馏塔的工艺设计中,填料的选择是一个重要的环节。

填料既要具有较大的总表面积,也要具备良好的液体和气体分布性能,以及足够的物理和化学稳定性。

常见的填料有环形、球型、骨架型等多种形式。

选择填料时需要综合考虑填料的本构特性、传质性能和传热性能。

二、填料层间距的确定:填料层间距的确定也是填料精馏塔工艺设计的重要内容。

填料层间距的大小影响到塔内物料在填料层之间的分布和流动情况,对传质和传热性能有重要影响。

填料层间距过小会导致液体经过填料层时阻力增大,增加能耗;填料层间距过大则会导致塔内液体在水平方向的混合程度不高,使得传质效果降低。

具体的填料层间距一般可以通过试验和经验确定。

三、塔径的确定:填料精馏塔的塔径本质上是一个经济性和操作性之间的折衷选择。

过大的塔径会增加建设和设备成本,过小的塔径则会降低传质效率。

一般来说,在保证传质效果的条件下,应尽可能选取经济合理的塔径。

塔径的确定依据一般是塔底径和塔顶径之间的液下压降和气上压降限制。

四、传质和传热设计:填料精馏塔的传质和传热设计是塔的工艺设计中的重要环节。

传质的设计主要考虑两相物料之间的传质速率,需要根据具体的传质模型和工艺要求进行计算。

传热的设计主要包括液相传热和气相传热两部分。

液相传热一般由填料和壁面之间的传热和填料层内部的传热组成,需要根据传热模型和壁面温度进行计算。

气相传热一般由塔顶和塔底的传热和填料层内部的传热组成,需要根据传热模型和塔顶温度进行计算。

在填料精馏塔的工艺设计中,还需要综合考虑流态分布、杂质分布、载液比、精馏塔和冷凝器之间的热负荷等。

通过合理的填料选择、填料层间距的确定、塔径的确定以及传质和传热的设计,可以实现填料精馏塔的高效运行,提高产品质量和产量。

填料精馏塔设计说明书

填料精馏塔设计说明书

填料精馏塔优化设计说明书设计说明书要独立撰写,严格杜绝抄袭;说明书的撰写格式请参照学术论文格式(可参阅各类学术期刊,如福州大学学报);设计说明书一律采用A4复印纸,不得采用其他类型纸张;说明书撰写字迹要工整,纸面整洁不随意涂改。

设计完成后,必须将设计说明书、图纸、任务书一起装入资料袋,填写好资料袋封面上交。

设计说明书中的主要内容包括如下:目录1 前言(对设计要求、任务的工业背景、国内外研究现状等的介绍)2 方案论证2.1 精馏塔类型2.2 精馏压力2.3 进料方式(进料状态)2.4 填料类型(散装、规整;类型)2.5 加热方式(间接蒸汽加热、直接蒸汽加热)……3 工艺计算3.1 塔径的计算3.2 塔板数的计算……4 填料塔水力学性能校核4.1 泛点率……4.4 填料塔压降5 附属设备的设计与选型5.1 塔顶冷凝器5.2 冷却水输送泵5.3 接管5.4 填料支承结构5.5 填料压紧装置5.6 液体分布装置5.7 液体收集再分布装置5.8 气体分布装置6 设计结果汇总(以三线表分类汇总)12表1 工艺参数表参数数值单位参数数值单位处理量 100 Kmol/h 进料浓度0.2 摩尔分率表2 填料精馏塔参数 参数参数值单位塔材料 碳钢 -塔材料密度 7800 kg/m 3 塔壁厚度 5 mm 塔径 0.8 m 塔高 m 填料类型 填料比表面 …… 填料层高度 精馏段填料层高 精馏段填料层分层数 2 - 精馏段填料层第一层高度 精馏段填料层第二层高度 ……提馏段填料层高 …… 填料压降……表5 接管表接管 物流型号流量 m 3/h 流速 m/s 适宜流速范围进料管20%wt 甲醇—水溶液 1200 1.2 0.5~3 塔顶液相回流管4108⨯φ塔顶蒸汽管 99%甲醇蒸汽 塔顶产品管 冷却水输送管 冷却水 塔底残液管 塔底蒸汽管参考文献[1] 张瑞生,沈才大.化工系统工程基础.上海:华东化工学院出版社,1991[2] 天津大学化工原理教研室.化工原理(下册).天津:天津科学技术出版社,1990[3] 柴诚敬,刘国维,李阿娜.化工原理课程设计.天津:天津科学技术出版社,1994[4] 华南工学院化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州:华南工学院出版社,1987……附录一苯—甲苯汽液平衡数据附录二……3。

高效规整填料塔的设计及精馏节能技术

高效规整填料塔的设计及精馏节能技术

02
03
自适应控制
智能控制
根据精馏过程的实时数据,自动 调整控制参数,使系统始终处于 最佳运行状态。
结合人工智能和机器学习技术, 实现精馏过程的智能控制和优化。
案例分析:成功降低能耗
1 2
案例一
某化工厂通过采用热能回收技术和优化操作条件, 成功将精馏过程的能耗降低了20%。
案例二
某石化企业采用新型填料和塔内件对精馏塔进行 改造,传质效率提高了30%,能耗降低了15%。
02 高效规整填料技术
规整填料概念及优势
规整填料定义
规整填料是一种在塔内按一定几何构形均匀排列,整齐堆砌的填料,具有特定的 几何形状和尺寸。
规整填料优势
相较于散装填料,规整填料具有更高的传质效率和更低的压降,能够提供更好的 流体分布和更大的比表面积。
高效规整填料种类介绍
金属规整填料
陶瓷规整填料
维护保养周期及内容
制定合理的维护保养计划, 定期对填料塔进行全面检 查和维护保养。
检查并更换损坏的液体分 布器、气体分布器和密封 件等易损件。
清洗填料表面的污垢和沉 积物,保持填料的清洁和 良好的传质性能。
对设备的腐蚀情况进行检 查,并采取必要的防腐措 施。
故障诊断与排除方法
01 02 03 04
热能回收
通过热交换器回收塔顶和塔底的余热,用于预热原料 或产生蒸汽,从而减少热能消耗。
优化操作条件
通过调整操作参数,如温度、压力、回流比等,使精 馏过程在最佳状态下运行,降低能耗。
新型填料与塔内件
采用高效规整填料和新型塔内件,提高传质效率,降 低能耗。
先进控制策略在精馏中应用
01
模型预测控制
通过建立精馏过程的数学模型, 预测未来状态并优化控制策略, 实现节能降耗。

精馏塔塔径圆整规则

精馏塔塔径圆整规则

精馏塔塔径圆整规则摘要:I.精馏塔简介- 精馏塔的作用与原理II.精馏塔塔径圆整规则- 塔径圆整的必要性- 标准塔径的选择- 塔径圆整的原则与方法III.精馏塔塔径圆整在实际应用中的意义- 提高分离效率- 降低设备成本- 简化工艺流程IV.结论- 总结精馏塔塔径圆整的重要性与意义正文:I.精馏塔简介精馏塔,作为一种常见的化工设备,主要应用于分离和提纯液态混合物。

其工作原理是通过加热混合物,使其产生不同组分间的汽液平衡,从而实现组分分离。

在实际应用中,为了保证精馏塔的正常运行,需要对其内部的塔径进行合理的设计与调整。

II.精馏塔塔径圆整规则1.塔径圆整的必要性在精馏塔的设计与运行过程中,塔径的选取是一个关键参数。

合理的塔径可以保证精馏塔内部的汽液平衡,从而实现有效的分离效果。

然而,在实际操作中,由于种种原因(如设备制造误差、运行条件变化等),塔径往往不能完全满足设计要求。

因此,需要对塔径进行圆整,以保证精馏塔的正常运行。

2.标准塔径的选择标准塔径,是指在一定范围内,具有一定分离效果的塔径。

在选择标准塔径时,需要综合考虑精馏塔的分离任务、运行条件等因素,以保证塔径的合理性与经济性。

3.塔径圆整的原则与方法塔径圆整的原则主要包括:保证汽液平衡、避免液体停滞、降低塔内传质阻力等。

在实际操作中,可以通过以下方法进行塔径圆整:- 增加塔段:在精馏塔内部增加一定的塔段,以改变汽液流动状态,从而实现塔径的圆整。

- 调整进料位置:通过调整进料口的位置,改变液体在塔内的停留时间,从而实现塔径的圆整。

- 改变塔内件:通过更换或调整塔内件(如填料、塔板等),改变汽液流动阻力,实现塔径的圆整。

III.精馏塔塔径圆整在实际应用中的意义精馏塔塔径圆整在实际应用中具有重要意义:1.提高分离效率:通过塔径圆整,可以保证精馏塔内部的汽液平衡,从而提高分离效率,实现更好的分离效果。

2.降低设备成本:合理的塔径设计可以降低设备制造与运行成本,提高投资回报。

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规整填料精馏塔1.概述填料塔是石油、化工、轻工、制药以及原子能工业中广泛应用的化工分离设备,约有100多年的发展史。

近年来,随着分离技术的发展,填料结构不断改进,出现了不少具有高通量、高效率、低压降的新型填料,诸如SULZER公司的MELLEPAK填料、GLITSCH公司的GEMPAK填料、KOCH公司的FLEXPAC填料。

同时与之相适应的新型塔内件也应运而生,从而给填料塔的发展带来了新的生机。

由于采用了效率高、放大效应小的填料,同时改进了液体分配器的结构,使得目前波纹填料塔最大直径已可达14m。

随着空分设备的大型化和无氢制氩技术的发展,采用微分接触的高效填料塔势在必行。

使用规整填料的空分装置与传统空分装置相比,具有以下优点:①压降低、能耗低、传质效果好;②装置操作弹性高;③容易提取高纯度氩;④装置启动积液容易;⑤适用于各种塔径,可通过使用高效填料缩小塔径和降低塔高。

常见的填料塔结构如图1和表1。

它由外壳、塔填料、液体分布器、液体收集器、支撑格栅、定位格栅、气体进口管、带防涡器的液体出口管以及裙座组成。

表1 常见填料塔组件名称序号组件名称1 规整填料2 支撑3 液体收集器4 带导液的环形槽道5 液体分布器6 定位格栅7 支撑格栅8 气体进口管9 塔底10 带防涡器的液体出口管11 裙座12 底座图1 填料塔示意图2.波纹填料的几何结构板波纹填料通常按照塔径大小做成圆柱状填料盘,每盘填料由压成波纹状的薄片相错排列组装而成。

2.1波纹片结构[1]图2为我厂生产的KBB-J-4.3Y 波纹填料元件——波纹片的结构图,其参数如下:峰高(大波纹): h = 4.30mm 波距(大波纹): B 2= 7.20mm板厚:δ= 0.15mm齿顶角(大波纹): α= 66.20倾角(大波纹): θ= 450未注圆角(大波纹): R = 0.75mm 小波纹波高: 1h = 0.43mm 小波纹波距: 1B = 1.50mm 小波纹波距: 11B = 0.50mm 小波纹波距: 12B = 1.00mm 小波纹圆角: 1R = 0.20mm孔径: o φ= 3.92mm 开孔率:b = 10.83%开孔倾角:1φ= 9.50±0.50图2 孔板波纹片结构图2.2几何特性参数计算比表面积a 指每立方米填料层所具有的填料的总几何表面积,单位为m 2/m 3,KBB-J-4.3Yh 1R 1B 1B 122BδhαSB 119.511.739.554.5Φ3.929.5°45°AABBA-A(小波纹结构尺寸)原材料上的开孔形式及尺寸原材料长度方向成形填料(小孔与小波纹未表示出)原材料长度方向原材料长度方向原材料上的小波纹形式及方向B-B(大波纹结构尺寸,其小波纹未表示)9.5填料的比表面积按下式计算。

()1212212112122B B h B h b 1B h B h 2a +++⋅-⋅⋅+⋅=堆积密度γ 指每立方米填料层的填料重量,单位为kg/m 3,当已知填料的空隙率ε和材质密度1γ时,也可用下式计算堆积密度:()11γ⋅ε-=γ空隙率ε 指每立方米填料层中所具有的空隙率,单位为m 3/m 3,用测得的堆积密度γ及查出的材质密度1γ,可用下式计算空隙率:11γγ-=ε也可用比表面积a 和波纹片厚度δ,由下式计算空隙率:2a 1δ⋅-=ε 开孔率b 取一波纹片,用卡尺量取峰高h 、波距B 2以及波纹片宽度,并读出波纹数b n ,用下式计算该波纹片上一个面的表面积:22b B h E n 2m +⋅⋅⋅=然后计算该波纹片上孔的总面积,用此孔面积除以m 即为开孔率b 。

当量直径H d 用已测得的峰高、波距值,计算波纹边线长度,然后算出内接圆的半径,两倍之,则得该波纹填料的当量半径值。

也可用上面测得的比表面积、空隙率和波纹片厚,用下式计算当量半径值:a 4d H ε⋅= δ⋅-=2a4d H干填料因子Φ 可直接由上述测定并计算得的填料比表面积a 和床层空隙率ε按下式算出,即:3a ε=Φ 3.塔径计算一般而言,填料精馏塔的直径是根据气体负荷来计算的。

按流量公式为:GsT u V 4D ⋅π⋅=或GG T u 3600G4D ⋅ρ⋅π⋅⋅=式中:V S气体流量,m 3/s 。

G气体质量流量,kg/h从上式可以看出,计算塔径的核心问题是确定空塔流速u G 值。

确定u G 值的方法可以参照散堆填料的方法: BAIN-HOUGEN 关联式BAIN 和HOUGEN 对SHERWOOD-HOLLOWAY 公式作了修正,提出了如下计算泛点速度的关联式[2]:125.0L G25.02.0L L G 32Gf G L 75.1A a g u log ⎪⎪⎭⎫⎝⎛ρρ⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡μ⋅ρρ⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛ε⋅式中:u Gf 泛点气速,m/s g重力加速度,9.81m/s 2a/ε3干填料因子,1/m ρG 气相密度,kg/m 3ρL 液相密度,kg/m 3 μL 液相黏度,cP A 与填料相关的常数对750Y (或700Y ),A=0.35L液体质量流量,kg/h计算出泛点速度后,则由下式确定空塔气速u G 值:()Gf G u 80.0~70.0u ⋅=4.填料层高度4.1传质单元法[5]填料精馏塔为微分式接触精馏,在微元高度dn 的填料段上对某一组分的质平衡为:()()*x x A K y z KA dndx L dn dy V-'=-== 式中: V 通过填料上升的蒸汽量 L 通过填料下降的液体量 x 下流液体中某组分的含量 y 上升蒸汽中某组分的含量z 蒸汽中与下流液体相平衡的某组分含量x *液体中与上升蒸汽相平衡的某组分含量K,K ’ 传质系数。

它与扩散系数、上升蒸汽及下流液体的流动特性、介质的物理特性、塔径、填料特性等诸因素有关。

A 单位高度上填料的表面积对上式积分后可以得到某段(或整段)填料的高度:⎰⎰====-'=-=2121x x x x *y y y y x x dxA K L y z dy KA V H 式中: 注脚1 进料气或残液浓度注脚2 产品气或回流液浓度4.2理论塔板法对于精馏计算,基于理论板(平衡级)的概念,习惯用理论板当量高度(HETP )值表达填料的传质动力学效率,故习惯用理论板法计算填料层高度:m N HETP H ⋅=式中: Nm理论塔板数HETP 相当于一块理论板的填料高度实验证明,HETP 不仅与填料的性质有关,而且与精馏塔的高度、直径、径高比、气流速度、喷淋密度和被分离物的物理特性有关。

在许多实验资料的基础上提出了下列计算公式:L G m1G m L lgL G a u 28HETP 038.0L G 19.0G L 342.02.12.0G GG -⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛μμ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ρρ⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅ε⎪⎪⎭⎫⎝⎛μ⋅ρ=- 式中:m在y-x 坐标上平衡曲线的倾角正切平均值。

用下式计算m 足够精确:mN i 21N m m m m m m++++=m I 各段的倾角正切值SULZER 公司的SPIEGEL 提出如下的等板高度计算公式[6]:e G G GH a D S h u d HETP =GG G H G G D Sk D d k S h ≈=()⎪⎪⎭⎫⎝⎛ρμ⎥⎦⎤⎢⎣⎡μ⋅ρ⋅+=G G G8.0G G Le Ge G G D S U U 054.0D Ska u u 0.580.5a Gf G e ⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛+= ()θε=sin h -1u U t GGe θ⋅⋅ε=sin h u U t LLe式中: ε填料空隙率 θ填料几何角度 H d 填料当量直径,m L u液体空塔流速,m/s h t 填料持液量,%D G气体扩散系数,m 2/s5.持液量BRAVO 提出的总持液量计算公式[6]为:31e L L L Ht t sin g u 3d F 4h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛θ⋅ε⋅ρ⋅μ⋅⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ρρ-ρ⋅⋅=L GL e g 5.0g 式中: F t 有效湿润表面的修正系数,取0.94g重力加速度,m/s26.压降6.1 填料压降规整填料的压降可按BRAVO 公式计算[7]:55.0R 3c H 2Ge G eG F C 11g d U R 7.92171.0P ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡ρ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=∆ ()θε=sin h -1u U t GGeθ⋅⋅ε=sin h u U t LLecH 2LeR g d U F =GGGe H eG U d R μρ=式中: P ∆ 填料压降,m/Pac g 重力加速度,m/s2G μ 气体黏度,mPa.s3C与填料种类相关的常数**6.2 250Y 填料压降干填料压降:()72.1GG u 802P ρ=∆湿填料压降:()LL3LL3108.372.1GG1046.4u10848P ⋅-⋅-⨯+⨯ρ⨯=∆式中:LL液体喷淋密度,m 3/m 2.h本公式的计算值与实测值相比,平均偏差为5.5%,最大偏差为10%。

6.3 500Y 与750Y 填料压降500Y 与750Y 填料压降根据F 因子按图3计算。

7.塔内件设计7.1填料支撑填料支撑的基本要求有:①符合承重要求,支撑板上的负荷包括填料重量、填料空隙中充满液体的重量及可能加到装置上冲击压力的总和。

②支撑装置的自由流动净截面面积应是塔截面面积的65%,或更大,以防止由于流体流动受阻,压力降增加而导致液泛。

③支撑装置上的填料层高度应按规定设计,以免产生机械的、振动的和热的冲击负荷,影响塔的操作。

图5 填料支撑结构规整填料常用的填料支撑如图5,其尺寸和负荷见表4。

7.2液体分配器[8]塔内液体的均布是填料塔良好操作之关键所在,它直接影响塔内气液两相的接触表面积及填料塔的操作效率。

在空分装置的精馏中,一般采用液体自流式(即重力型)。

填料上的液体分布器的选择,与塔直径的大小、填料形式及分布器的材质有关。

分布器一般分为两类:①液体自流式;②液体受压进料式。

表5是几种液体分配器的主要特征及其适用范围。

表4 104型填料支撑参数塔径IDmm 支撑环宽度mm负荷,kPa 高度Hmm碳钢不锈钢铝LF4150~300 夹子56.0 67.0 33.5 25301~450 19 37.3 44.5 22.2 25451~600 25 27.7 33.0 16.5 25601~750 32 27.7 33.0 16.5 32751~1500 38 26.3 31.6 15.8 511501~2250 50 16.2 19.1 9.0 652251~3000 63 26.3 31.6 15.8 653001~3500 63 24.4 29.2 14.6 653501~4500 76 15.8 19.1 9.0 65注:塔径大于等于2700mm的填料支撑需要增加中间支撑梁。

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