填料精馏塔设计
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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。
填料精馏塔设计
1 工艺计算
1.1 塔径的计算 塔径可按照下式计算
D = 4Vf 3600πu
式中
Vf
汽相体积流量，m3/h；
u
空塔气速，m/s，其中 u = φf uf ；
φf
液泛分率，无因次，可取 0.5~0.8。
泛点气速可采用由贝恩—霍根公式[6]计算
（1）
式中
A
L′ μL at /ε 3
( ) uf
（5）
2
Δt m
冷凝器传热推动力， ° C ；
TD
塔顶蒸汽温度(露点)， ° C ；
rD
馏出物汽化潜热，kJ/kmol。
1.5 再沸器蒸汽用量及再沸器传热面积的计算
经验设计
2 水力学性能校核
塔径圆整（直径小于 1m 的塔按 100mm 圆整，直径大于 1m 的塔按 200mm 圆整）后校核： （1）核算气速， u < uf ，泛点气速和泛点率。 （2）核算径比，塔径与填料直径之比 DT / d p > 8 ， d p 为填料直径，m。 （3）核算喷淋密度，塔径和填料类型确定后，最小喷淋密度可查数据手册。
HETP = (1.1 ~ 1.3)HETP
1.4 冷却水用量W 及冷凝器传热面积 AD 的计算
式中
QD Cp t1 、 t2 KD
QD = WC p (t2 − t1 ) = K D AD Δtm = VrD = (R + 1)DrD
冷凝器的热负荷，kJ/h； 冷却水比热， kJ/(kg⋅ ° C) ； 冷却水进出口温度， ° C ；30-40 冷凝器总传热系数， kJ/(m 2 ⋅ h⋅ ° C) ；1400~3000
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
确定出最小喷淋密度后，比较实际操作时的喷淋密度 Lv
=
3600VL π D2
与最小喷淋密度 (Lv )min ，必须
4
满足 Lv > (Lv ) min 。
式中
(Lv ) min VL
最小喷淋密度，m3/(m2.h)； 液相体积流量，m3/h。
（4）填料层压降
3
（2）表面张力 σ 的混合规则为： σ = σ Aσ B （ A 、 B 为两组分）； σ AxB + σ BxA
（3）塔径应圆整，900mm 以下按 100mm、1000mm 以上按 200mm 圆整。
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
干填料因子，1/m。
（2）
或采用 Eckert 通用关联图计算，Kessler 等人则将该图回归成如下表达式（时 均，汪家鼎，余国琮，
陈敏恒．化学工程手册．北京：化学工业出版社．1996）：
式中
log⎜⎜⎝⎛
u
2 f
ρ
G
ϕψμ
0.2 L
ρLg
⎟⎞ ⎟⎠
=
−1.6678 −1.085 log⎜⎜⎝⎛
L′ G′
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。
ρρ =
⎡ ⎢ ⎢10
⎡ ⎢ ⎢⎣
A−1.75⎜⎛ ⎝
⎢
L′ G′
⎟⎞ ⎠
0.25
⎜⎜⎝⎛
ρG ρL
⎟⎟⎠⎞0.125
⎤ ⎥ ⎥⎦
⎜⎜⎝⎛
L G
⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛
at
1 /ε
3
⎟⎟⎠⎞
μL
× 10 3
⎤ 0.5 −0.2 ⎥
g⎥ ⎥
⎣
⎦
与填料类型有关的常数，B-H 常数； 液相质量流率，kg/m2.s； 液相粘度，Pa.s；
ρG ρL
⎟⎞ ⎟⎠
−
0.29655
lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱg
2
⎜⎛ ⎜⎝
L′ G′
ρG ⎟⎞ ρ L ⎟⎠
ϕ
填料因子；
ψ
液相密度校正因子（非水系统需校正） ρ w / ρ L ；
G′
汽相质量流率，kg/m2.s。
（3）
注意点：
（1）在填料塔中不同位置的泛点气速不同，故要对塔顶和塔底进行比较；计算泛点的经验公式较
多，可分别计算取其中泛点气速较小的作为设计基准；
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。
填料精馏塔设计
1 工艺计算
1.1 塔径的计算 塔径可按照下式计算
D = 4Vf 3600πu
式中
Vf
汽相体积流量，m3/h；
u
空塔气速，m/s，其中 u = φf uf ；
φf
液泛分率，无因次，可取 0.5~0.8。
泛点气速可采用由贝恩—霍根公式[6]计算
（1）
式中
A
L′ μL at /ε 3
( ) uf
（5）
2
Δt m
冷凝器传热推动力， ° C ；
TD
塔顶蒸汽温度(露点)， ° C ；
rD
馏出物汽化潜热，kJ/kmol。
1.5 再沸器蒸汽用量及再沸器传热面积的计算
经验设计
2 水力学性能校核
塔径圆整（直径小于 1m 的塔按 100mm 圆整，直径大于 1m 的塔按 200mm 圆整）后校核： （1）核算气速， u < uf ，泛点气速和泛点率。 （2）核算径比，塔径与填料直径之比 DT / d p > 8 ， d p 为填料直径，m。 （3）核算喷淋密度，塔径和填料类型确定后，最小喷淋密度可查数据手册。
HETP = (1.1 ~ 1.3)HETP
1.4 冷却水用量W 及冷凝器传热面积 AD 的计算
式中
QD Cp t1 、 t2 KD
QD = WC p (t2 − t1 ) = K D AD Δtm = VrD = (R + 1)DrD
冷凝器的热负荷，kJ/h； 冷却水比热， kJ/(kg⋅ ° C) ； 冷却水进出口温度， ° C ；30-40 冷凝器总传热系数， kJ/(m 2 ⋅ h⋅ ° C) ；1400~3000
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
确定出最小喷淋密度后，比较实际操作时的喷淋密度 Lv
=
3600VL π D2
与最小喷淋密度 (Lv )min ，必须
4
满足 Lv > (Lv ) min 。
式中
(Lv ) min VL
最小喷淋密度，m3/(m2.h)； 液相体积流量，m3/h。
（4）填料层压降
3
（2）表面张力 σ 的混合规则为： σ = σ Aσ B （ A 、 B 为两组分）； σ AxB + σ BxA
（3）塔径应圆整，900mm 以下按 100mm、1000mm 以上按 200mm 圆整。
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
干填料因子，1/m。
（2）
或采用 Eckert 通用关联图计算，Kessler 等人则将该图回归成如下表达式（时 均，汪家鼎，余国琮，
陈敏恒．化学工程手册．北京：化学工业出版社．1996）：
式中
log⎜⎜⎝⎛
u
2 f
ρ
G
ϕψμ
0.2 L
ρLg
⎟⎞ ⎟⎠
=
−1.6678 −1.085 log⎜⎜⎝⎛
L′ G′
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。
ρρ =
⎡ ⎢ ⎢10
⎡ ⎢ ⎢⎣
A−1.75⎜⎛ ⎝
⎢
L′ G′
⎟⎞ ⎠
0.25
⎜⎜⎝⎛
ρG ρL
⎟⎟⎠⎞0.125
⎤ ⎥ ⎥⎦
⎜⎜⎝⎛
L G
⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛
at
1 /ε
3
⎟⎟⎠⎞
μL
× 10 3
⎤ 0.5 −0.2 ⎥
g⎥ ⎥
⎣
⎦
与填料类型有关的常数，B-H 常数； 液相质量流率，kg/m2.s； 液相粘度，Pa.s；
ρG ρL
⎟⎞ ⎟⎠
−
0.29655
lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱg
2
⎜⎛ ⎜⎝
L′ G′
ρG ⎟⎞ ρ L ⎟⎠
ϕ
填料因子；
ψ
液相密度校正因子（非水系统需校正） ρ w / ρ L ；
G′
汽相质量流率，kg/m2.s。
（3）
注意点：
（1）在填料塔中不同位置的泛点气速不同，故要对塔顶和塔底进行比较；计算泛点的经验公式较
多，可分别计算取其中泛点气速较小的作为设计基准；