填料塔的设计演示文稿
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填料塔的设计演示文稿
一、设计方案的确定
（一）填料精馏塔设计方案的确定
包括： 1、装置流程的确定； 2、操作压力的确定； 3、进料热状态的确定； 4、加热方式的确定； 5、回流比的选择等； 上述选择原则与板式精馏塔设计基本相同，待 学习板式塔设计再加以讨论。
（二）填料吸收塔设计方案的确定
1、装置流程的确定
kG kGw 1.1 kL kLw 0.4
其中：
W t
1
exp
1.45
c L
0.75
UL
t L
0.1
U2Lt L2g
0.05
U2 L
LLt
0.2
式中：t 填料的总比表面积，m2 / m3; W 填料的润湿比表面积，m2 / m3; L 液体的表面张力，kg/h2； c 填料材质的临界表面张力，kg/h2； 填料形状系数。
对散装填料： Umin(Lmin) t
式中：U m in——最小喷淋密度，m3 /(m2 h) L m in ——最小润湿速率，m3 /(mh)
t ——填料的总比表面积，m2 / m3
最小润湿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。 其值可由相关经验公式计算，或采用一些经验值。
V
该公式多用于规整填料空塔气速的计算。可先从相关手册查出填料在操作条 件下的F因子，后计算空塔气速u。且在低压条件下应用（<0.2MPa）。
3）气相负荷因子（Cs 因子）法
气相负荷因子定义：
Cs u
V L V
气相负荷因子法多用于规整填料空塔气速的确定。计算时，先求出最大
气相负荷因子；《常用规整填料的最大气相负荷因子可通过有关填料手册查
19.5
u uF
1.4
0.5 kG
kL'
12.6
u uF
2.2 0.5
kL
2）等板高度法
ZHETPNT
1、理论塔板数的计算——参蒸馏章节
2、等板高度的计算
等板高度与许多因素有关，如填料的类型、尺寸、流体的物性、操作
条件及设备尺寸等。其计算方法一般通过实验测定，或从相关手册查知。 近年来研究这总结大量数据得到如下常压精馏时的等板高度计算式：
u/uF0.6~0.95 ——规整填料
泛点气速可用经验公式法，也可采用Eckert通用关联图求解：
（1）贝恩——霍根关联式
lg[u g F 2 a3 t V L L 0.2]A K w w V L 1/4 V L 1/8
A，K——关联系数（可 由表10查得）
（2）Eckert关联图——见图21
ln(HETP)h1.292lnL1.47lnL 式中:L 液体表面张力,N/m; L 液体黏度，Pas
横坐标：
0 .5
WV WL
V L
纵坐标：
u2 g
V L来自百度文库
0.2 L
注：用Eckert关联图计算泛点气速时，填料因子为湿填料因子，即 F
泛点因子与液体喷淋密度有关，但为了工程计算方便，常采用与液 体喷淋密度无关的泛点填料因子的平均值，见数据表11。
2） 气相动能因子（F因子）法
F u 气相动能因子简称F因子，其定义为：
3、操作温度与压力的确定
（1）温度的确定——溶解度
（2）压力的确定——溶解度和操作费
二、填料类型的选用
（一）填料类型——散装填料和规整填料
1、散装填料——拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩 鞍填料、环矩鞍填料等。 2、规整填料——网波纹填料和板波纹填料
（二）填料选择
1、填料种类选择要求——传质效率、通量、填料层压降、填 料的操作性能。
知，也可从图22曲线（适于波纹板填料）查得，如为其他填料，可以250Y
型波纹板填料为基准，乘以修正系数C，见表12》后按下式计算：
Cs 0.8Cs,max
即 在 C s,m ax 图 ( w w V L V L 0.5— — 流 动 参 数 ）
2、塔径的计算与圆整
计算的塔径从经济性考虑必须圆整；圆整后，再核算操作泛点气速。
ZHOGNOG
传质单元数的计算详见吸收章节；传质单元高度的计算因传质过程复 杂，至今无通用的计算方法和公式。目前，在设计中多选用一些准数 关联式进行计算，应用较多的是恩田公式：
修正的恩田公式为： kG0.237U tVV0.7V D VV1/3R tD TV kL0.0095U W k LL2/3 LD LL1/2LL g1/3
3、液体喷淋密度的验算
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：
U
Lh 0.785D2
式中： U ——液体喷淋密度， m3 /(m2 •h) L h ——液体喷淋量， m 3 / h
D——填料塔直径， m
为使填料获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，称之 为最小喷淋密度。 U m in
对于直径小于75mm的散装填料，可取0.08;对于直径大于75mm的散装填料， 取0.12.
对规整填料，其最小喷淋密度可从相关手册查知，设计中，常取0.2。
注意：
实际操作中采用的液体喷淋密度大于最小喷淋密度。若液体喷淋密度小于 最小喷淋密度，则需进行调整，重新计算塔径。
（二）填料层高度计算及分段
1）传质单元数法 1、填料层高度计算
2、填料规格选择
散装填料——工程直径；规整填料——比表面积、经济性。
3、填料材质的选择——陶瓷、金属和塑料三大类。
三、填料塔工艺尺寸的计算
（一）塔径的计算
D 4V s u
式中： V S
——气体体积流量。由设计任务 给定。
核心问题：如何计算空塔气速u
1、空塔气速的确定
1）泛点气速法
u/uF0.5~0.85 ——散装填料
常见填材质的临界表面张力见表13、常见填料的形状系数见表14。
因为: KG=1/kG+11/HkL
V
V
HOG KY KGP
式中:H 溶解度系数（亨利系数），kmol/(m3 kPa)
塔截面积，m2
注意：修正的恩田公式只适用于u0.5uF的情况，如u 0.5uF， 则应按下式进行校正：
kG'
吸收流程一般有： （1）逆流操作 （2）并流操作 （3）吸收剂部分再循环 （4）多塔串联操作 （5）串联——并联操作
2、吸收剂的选择
吸收剂的选择着重考虑以下几个方面：
（1）溶解性； （2）选择性； （3）挥发性； （4）粘滞性； （5）其他——如腐蚀性、毒性、易燃易爆、不发泡、 冰点低、嘉廉易得、化学稳定性等。
一、设计方案的确定
（一）填料精馏塔设计方案的确定
包括： 1、装置流程的确定； 2、操作压力的确定； 3、进料热状态的确定； 4、加热方式的确定； 5、回流比的选择等； 上述选择原则与板式精馏塔设计基本相同，待 学习板式塔设计再加以讨论。
（二）填料吸收塔设计方案的确定
1、装置流程的确定
kG kGw 1.1 kL kLw 0.4
其中：
W t
1
exp
1.45
c L
0.75
UL
t L
0.1
U2Lt L2g
0.05
U2 L
LLt
0.2
式中：t 填料的总比表面积，m2 / m3; W 填料的润湿比表面积，m2 / m3; L 液体的表面张力，kg/h2； c 填料材质的临界表面张力，kg/h2； 填料形状系数。
对散装填料： Umin(Lmin) t
式中：U m in——最小喷淋密度，m3 /(m2 h) L m in ——最小润湿速率，m3 /(mh)
t ——填料的总比表面积，m2 / m3
最小润湿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。 其值可由相关经验公式计算，或采用一些经验值。
V
该公式多用于规整填料空塔气速的计算。可先从相关手册查出填料在操作条 件下的F因子，后计算空塔气速u。且在低压条件下应用（<0.2MPa）。
3）气相负荷因子（Cs 因子）法
气相负荷因子定义：
Cs u
V L V
气相负荷因子法多用于规整填料空塔气速的确定。计算时，先求出最大
气相负荷因子；《常用规整填料的最大气相负荷因子可通过有关填料手册查
19.5
u uF
1.4
0.5 kG
kL'
12.6
u uF
2.2 0.5
kL
2）等板高度法
ZHETPNT
1、理论塔板数的计算——参蒸馏章节
2、等板高度的计算
等板高度与许多因素有关，如填料的类型、尺寸、流体的物性、操作
条件及设备尺寸等。其计算方法一般通过实验测定，或从相关手册查知。 近年来研究这总结大量数据得到如下常压精馏时的等板高度计算式：
u/uF0.6~0.95 ——规整填料
泛点气速可用经验公式法，也可采用Eckert通用关联图求解：
（1）贝恩——霍根关联式
lg[u g F 2 a3 t V L L 0.2]A K w w V L 1/4 V L 1/8
A，K——关联系数（可 由表10查得）
（2）Eckert关联图——见图21
ln(HETP)h1.292lnL1.47lnL 式中:L 液体表面张力,N/m; L 液体黏度，Pas
横坐标：
0 .5
WV WL
V L
纵坐标：
u2 g
V L来自百度文库
0.2 L
注：用Eckert关联图计算泛点气速时，填料因子为湿填料因子，即 F
泛点因子与液体喷淋密度有关，但为了工程计算方便，常采用与液 体喷淋密度无关的泛点填料因子的平均值，见数据表11。
2） 气相动能因子（F因子）法
F u 气相动能因子简称F因子，其定义为：
3、操作温度与压力的确定
（1）温度的确定——溶解度
（2）压力的确定——溶解度和操作费
二、填料类型的选用
（一）填料类型——散装填料和规整填料
1、散装填料——拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩 鞍填料、环矩鞍填料等。 2、规整填料——网波纹填料和板波纹填料
（二）填料选择
1、填料种类选择要求——传质效率、通量、填料层压降、填 料的操作性能。
知，也可从图22曲线（适于波纹板填料）查得，如为其他填料，可以250Y
型波纹板填料为基准，乘以修正系数C，见表12》后按下式计算：
Cs 0.8Cs,max
即 在 C s,m ax 图 ( w w V L V L 0.5— — 流 动 参 数 ）
2、塔径的计算与圆整
计算的塔径从经济性考虑必须圆整；圆整后，再核算操作泛点气速。
ZHOGNOG
传质单元数的计算详见吸收章节；传质单元高度的计算因传质过程复 杂，至今无通用的计算方法和公式。目前，在设计中多选用一些准数 关联式进行计算，应用较多的是恩田公式：
修正的恩田公式为： kG0.237U tVV0.7V D VV1/3R tD TV kL0.0095U W k LL2/3 LD LL1/2LL g1/3
3、液体喷淋密度的验算
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：
U
Lh 0.785D2
式中： U ——液体喷淋密度， m3 /(m2 •h) L h ——液体喷淋量， m 3 / h
D——填料塔直径， m
为使填料获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，称之 为最小喷淋密度。 U m in
对于直径小于75mm的散装填料，可取0.08;对于直径大于75mm的散装填料， 取0.12.
对规整填料，其最小喷淋密度可从相关手册查知，设计中，常取0.2。
注意：
实际操作中采用的液体喷淋密度大于最小喷淋密度。若液体喷淋密度小于 最小喷淋密度，则需进行调整，重新计算塔径。
（二）填料层高度计算及分段
1）传质单元数法 1、填料层高度计算
2、填料规格选择
散装填料——工程直径；规整填料——比表面积、经济性。
3、填料材质的选择——陶瓷、金属和塑料三大类。
三、填料塔工艺尺寸的计算
（一）塔径的计算
D 4V s u
式中： V S
——气体体积流量。由设计任务 给定。
核心问题：如何计算空塔气速u
1、空塔气速的确定
1）泛点气速法
u/uF0.5~0.85 ——散装填料
常见填材质的临界表面张力见表13、常见填料的形状系数见表14。
因为: KG=1/kG+11/HkL
V
V
HOG KY KGP
式中:H 溶解度系数（亨利系数），kmol/(m3 kPa)
塔截面积，m2
注意：修正的恩田公式只适用于u0.5uF的情况，如u 0.5uF， 则应按下式进行校正：
kG'
吸收流程一般有： （1）逆流操作 （2）并流操作 （3）吸收剂部分再循环 （4）多塔串联操作 （5）串联——并联操作
2、吸收剂的选择
吸收剂的选择着重考虑以下几个方面：
（1）溶解性； （2）选择性； （3）挥发性； （4）粘滞性； （5）其他——如腐蚀性、毒性、易燃易爆、不发泡、 冰点低、嘉廉易得、化学稳定性等。