填料塔工艺设计尺寸的计算

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：
2
213lg V F L L u a g
ρμερ⎡⎤
⎛⎫⎛⎫⎢⎥
⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦=A-K 14
18
V L V L w w ρρ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭
⎝⎭ （3-1） 即：1
124
8
0.23100 1.18363202.59 1.1836lg[()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2F
u ⎛⎫⎛⎫⎛⎫
=- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭
所以：2
F u /9.81（100/0.9173）（1.1836/998.2）=0.246053756
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
33
V 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/s
0.7631D =
=
= （3-2）
圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核：2
6000
3.31740.7850.83600
u =
=⨯⨯ m/s
3.31740.83463.9746
F u u == 则
F
u
u 在允许X 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）
22
5358.8957
10.6858min 0.75998.20.7850.8
L 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。

3.2 填料层高度的计算及分段
*110.049850.75320.03755Y mX ==⨯= （3-5）
*220Y mX == （3-6）
3.2.1 传质单元数的计算
用对数平均推动力法求传质单元数
12
OG M
Y Y N Y -=
∆（3-7） ()*
*1
1
2
2*11*
22()
ln
M
Y Y Y Y Y Y Y Y Y ---∆=
-- （3-8）
=
0.063830.00063830.03755
0.02627ln
0.0006383
--
=0.006895
3.2.2 质单元高度的计算
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：
()0.750.10.0520.22
21exp 1.45/t c l L t L L V t
w l t l L U U U g ασαρσαασαμρ-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭
（3-9）
即：αw/αt =0.37404748
液体质量通量为：L u =WL/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(㎡•h ) 气体质量通量为：V u =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(㎡•h) 气膜吸收系数由下式计算：
()
1
0.7
3
0.237(
)
/V
t V G v v V t v
U D k D RT αμραμ⋅⎛⎫=⋅ ⎪⎝⎭
（3-10） =0.237(14045.78025÷100.6228×10-5)0.7(0.06228÷0.081÷1.1761)
0.3(100×0.081÷8.314÷293) =0.152159029kmol/(㎡h kpa) 液膜吸收数据由下式计算：
2113
23
0.0095L L L L w l L L L U g K D μμαμρρ-
⎛⎫⎛⎫⎛⎫
⋅= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ (3-11）
=0.566130072m/h 因为 1.45ψ=
1.1G G W K K ααϕ==0.15215×0.3740×1.451.1×100 （3-12）
=8.565021kmol/(m3 h kpa)
0.4L L W K K ααϕ= =0.56613×100×0.37404×1.450.4 （3-13）
=24.56912/h
因为：F
u u =0.8346
所以需要用以下式进行校正：
1.4
'
19.50.5G G F u k k u αα⎡⎤⎛⎫⎢⎥⋅=+-⋅ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦
（3-14）
=[1＋9.5(0.69999－0.5)1.4] 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa)
2.2'
1 2.60.5l L F u k k u αα⎡⎤⎛⎫⎢⎥⋅=+-⋅ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦
（3-15）
=[1＋ 2.6 (0.6999－0.5)2.2] 24.569123=26.42106/h
''
111G G L K K HK ααα
=
+ （3-16）
=1÷(1÷17.1358+1÷0.725÷26.4210)
=9.038478 kmol/(m3 h kpa)
OG Y G V V H K K P αα=
=
Ω
Ω
（3-17）
=234.599÷9.03847÷101.3÷0.785÷0.64 =0.491182m
OG OG Z H N = （3-18）
=0.491182×9.160434=4.501360m,得
'Z =1.4×4.501=6.30m
3.2.3 填料层的分段
对于鲍尔环散装填料的分段高度推荐值为h/D=5~10。

h=5×800～10×800=4～8 m
计算得填料层高度为7000mm ，，故不需分段
3.3 填料层压降的计算
取 Eckert (通用压降关联图)；将操作气速'u (＝2.8886m/s) 代替纵坐标中的
F u 查表，DG50mm 塑料鲍尔环的压降填料因子φ＝125代替纵坐标中的．
则纵标值为：
2
.02L
L
V P g u μρρϕφ••=0.1652 (3-19) 横坐标为：
0.5
V L V L W W ρρ⎛⎫= ⎪⎝⎭
0.5
5358.89572 1.17617056.6998.2⎛⎫ ⎪
⎝⎭
=0.02606 (3-20)
查图得
P
Z
∆=∆981Pa/m (3-21) 全塔填料层压降 P ∆=981×7=6867 Pa
至此，吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出。

第四节 填料塔内件的类型及设计
4.1 塔内件类型
填料塔的内件主要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。

合理的选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。

4.2 塔内件的设计
4.2.1 液体分布器设计的基本要求：
（1）液体分布均匀 （2）操作弹性大 （3）自由截面积大
（4）其他
4.2.2 液体分布器布液能力的计算
（1）重力型液体分布器布液能力计算 （2）压力型液体分布器布液能力计算
注：(1)本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器；且填料层不高，可不设液体再分布器。

(2)塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及压板。

其它塔附件及气液出口装置计算与选择此处从略。

注：
1填料塔设计结果一览表
塔径0.8m
填料层高度7m
填料规格50mm鲍尔环
操作液气比 1.2676356 1.7倍最小液气比校正液体流速 2.78220/s
压降6867 Pa
惰性气体流量234.599kmol/h
2 填料塔设计数据一览
附件一：塔设备流程图
附件二：塔设备设计图。