填料塔的设计.ppt

填料塔的设计设计步骤：设计步骤：1 1、确定设计方案、确定设计方案、确定设计方案、确定设计方案2 2、合理选择填料及其类型、合理选择填料及其类型、合理选择填料及其类型、合理选择填料及其类型3 3、确定塔径、填料层高度等工艺尺寸、确定塔径、填料层高度等工艺尺寸、确定塔径、填料层高度等工艺尺寸、确定塔径、填料层高度等工艺尺寸4 4、计算填料层的压降、计算填料层的压降、计算填料层的压降、计算填料层的压降5 5、进行填料塔内件的设计与选型、进行填料塔内件的设计与选型、进行填料塔内件的设计与选型、进行填料塔内件的设计与选型2023/5/241一、设计方案的确定一、设计方案的确定（一）填料精馏塔设计方案的确定（一）填料精馏塔设计方案的确定 包括：包括：1、装置流程的确定；、装置流程的确定；2、操作压力的确定；、操作压力的确定；3、进料热状态的确定；、进料热状态的确定；4、加热方式的确定；、加热方式的确定；5、回流比的选择等；、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。学习板式塔设计再加以讨论。2023/5/242（二）填料吸收塔设计方案的确定（二）填料吸收塔设计方案的确定1、装置流程的确定、装置流程的确定 吸收流程一般有：吸收流程一般有：（1）逆流操作）逆流操作 （2）并流操作）并流操作 （3）吸收剂部分再循环）吸收剂部分再循环 （4）多塔串联操作）多塔串联操作 （5）串联）串联并联操作并联操作2023/5/2432 2、吸收剂的选择、吸收剂的选择 吸收剂的选择着重考虑以下几个方面：吸收剂的选择着重考虑以下几个方面：（1）溶解性；）溶解性；（2）选择性；）选择性；（3）挥发性；）挥发性；（4）粘滞性；）粘滞性；（5）其他）其他如腐蚀性、毒性、易燃易爆、不发泡、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。冰点低、嘉廉易得、化学稳定性等。3、操作温度与压力的确定、操作温度与压力的确定（1）温度的确定）温度的确定溶解度溶解度（2）压力的确定）压力的确定溶解度和操作费溶解度和操作费2023/5/244二、填料类型的选用二、填料类型的选用（一）填料类型（一）填料类型散装填料和规整填料散装填料和规整填料 1、散装填料、散装填料拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩鞍填料、环矩鞍填料等。鞍填料、环矩鞍填料等。2、规整填料、规整填料网波纹填料和板波纹填料网波纹填料和板波纹填料（二）填料选择（二）填料选择 1、填料种类选择要求、填料种类选择要求传质效率、通量、填料层压降、填传质效率、通量、填料层压降、填料的操作性能。料的操作性能。2、填料规格选择、填料规格选择 散装填料散装填料工程直径；规整填料工程直径；规整填料比表面积、经济性。比表面积、经济性。3、填料材质的选择、填料材质的选择陶瓷、金属和塑料三大类。陶瓷、金属和塑料三大类。2023/5/245三、填料塔工艺尺寸的计算三、填料塔工艺尺寸的计算（一）塔径的计算（一）塔径的计算 式中：式中：气体体积流量。由设计任务气体体积流量。由设计任务给定。给定。核心问题：如何计算空塔气速核心问题：如何计算空塔气速u1、空塔气速的确定、空塔气速的确定1）泛点气速法）泛点气速法散装填料散装填料规整填料规整填料泛点气速可用经验公式法，也可采用泛点气速可用经验公式法，也可采用Eckert通用关联图求解：通用关联图求解：2023/5/246（1 1）贝恩）贝恩霍根关联式霍根关联式（2）Eckert关联图关联图见图21横坐标：横坐标：纵坐标：纵坐标：注：用注：用Eckert关联图计算泛点气速时，填料因子为湿填料因子，即关联图计算泛点气速时，填料因子为湿填料因子，即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，见数据表体喷淋密度无关的泛点填料因子的平均值，见数据表11。A，K关联系数（可关联系数（可由表由表10查得）查得）2023/5/2472023/5/2482023/5/2492）气相动能因子（气相动能因子（F因子）法因子）法气相动能因子简称气相动能因子简称F因子，其定义为：因子，其定义为：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件下的F F因子，后计算空塔气速因子，后计算空塔气速u u。且在低压条件下应用（。且在低压条件下应用（0.2MPa0.2MPa）。）。3）气相负荷因子（）气相负荷因子（Cs 因子）法因子）法气相负荷因子定义：气相负荷因子定义：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；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知，也可从图知，也可从图2222曲线（适于波纹板填料）查得，如为其他填料，可以曲线（适于波纹板填料）查得，如为其他填料，可以250Y250Y型波纹板填料为基准，乘以修正系数型波纹板填料为基准，乘以修正系数C C，见表，见表1212后按下式计算：后按下式计算：2023/5/24102023/5/24112 2、塔径的计算与圆整、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。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。3、液体喷淋密度的验算、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：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：式中：式中：液体喷淋密度，液体喷淋密度，液体喷淋量，液体喷淋量，D填料塔直径，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。为最小喷淋密度。对散装填料：对散装填料：式中：式中：最小喷淋密度，最小喷淋密度，最小润湿速率，最小润湿速率，填料的总比表面积，填料的总比表面积，2023/5/2412 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。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。其值可由相关经验公式计算，或采用一些经验值。l对于直径小于对于直径小于75mm的散装填料，可取的散装填料，可取0.08;对于直径大于对于直径大于75mm的散装填料，的散装填料，取取0.12.l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。l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。最小喷淋密度，则需进行调整，重新计算塔径。注意：注意：2023/5/2413（二）填料层高度计算及分段（二）填料层高度计算及分段 1、填料层高度计算、填料层高度计算1）传质单元数法）传质单元数法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：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：修正的恩田公式为：2023/5/2414其中：其中：2023/5/24152023/5/24162023/5/24172 2）等板高度法）等板高度法 1、理论塔板数的计算、理论塔板数的计算参蒸馏章节参蒸馏章节2、等板高度的计算、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：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：上述方法计算的填料层高度，在实际应用中上述方法计算的填料层高度，在实际应用中应留有一定的余量，其经验公式为：应留有一定的余量，其经验公式为：2023/5/24182023/5/2419 2 2、填料层的分段、填料层的分段 因液体向下流动时，通过一定的距离，易发生偏集流现象，造成气液因液体向下流动时，通过一定的距离，易发生偏集流现象，造成气液分布不均，降低传质效率。设计中，应每隔一定的填料层高度，进行分段，分布不均，降低传质效率。设计中，应每隔一定的填料层高度，进行分段，同时加装液体再分布器。同时加装液体再分布器。（1 1）散装填料的分段）散装填料的分段 以以h/D（分段高度与塔径之比）作为基本分段比例，（分段高度与塔径之比）作为基本分段比例，h max 为允许最大为允许最大填料层高度。见表填料层高度。见表16。2023/5/2420（2）规整填料的分段）规整填料的分段亦可参阅表亦可参阅表17推荐的分段高度值。推荐的分段高度值。2023/5/2421四、填料层压降的计算四、填料层压降的计算 计算方法：通过关联图求得单位填料层高度的压降，结合填料层高度，进行计算方法：通过关联图求得单位填料层高度的压降，结合填料层高度，进行计算。计算。（一）散装填料的压降计算（一）散装填料的压降计算1、埃克特通用关联图计算、埃克特通用关联图计算注意：用埃克特通用关联式计算压降时，填料因子为湿填料因子，简称压注意：用埃克特通用关联式计算压降时，填料因子为湿填料因子，简称压降填料因子。因其与液体喷淋密度有关，为工程计算方便，常采用与液体降填料因子。因其与液体喷淋密度有关，为工程计算方便，常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平均值。部分散装填料因子压降填料因子平喷淋密度无关的压降填料因子平均值。部分散装填料因子压降填料因子平均值见表均值见表18：2023/5/24222、由填料压降曲线查得、由填料压降曲线查得（二）规整填料压降的计算（二）规整填料压降的计算 1、由填料的压降关联式计算、由填料的压降关联式计算2、由填料压降曲线得到、由填料压降曲线得到2023/5/2423五、填料塔附属内件的类型设计五、填料塔附属内件的类型设计 （一）塔内件的类型（一）塔内件的类型1、填料支撑板、填料支撑板2、填料压紧板、填料压紧板类型：栅板型、孔管型、驼峰型等。类型：栅板型、孔管型、驼峰型等。选用：散装填料选用：散装填料孔管型或驼峰型；孔管型或驼峰型；规整填料规整填料栅板型。栅板型。类型：压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等。类型：压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等。选用：散装填料选用：散装填料压紧网板或压紧栅板；压紧网板或压紧栅板；规整填料规整填料压紧栅板；压紧栅板；且：要求压紧装置的自由截面积大于且：要求压紧装置的自由截面积大于70%。2023/5/2424 3、液体分布器、液体分布器类型：喷头式、盘式、管式、槽式、槽盘式等。类型：喷头式、盘式、管式、槽式、槽盘式等。4、液体收集及再分布装置、液体收集及再分布装置液体再分布器：截锥式分布器（最常用）液体再分布器：截锥式分布器（最常用）无液体收集作用；无液体收集作用；液体收集器：斜板式液体收集器，与液体再分布器联用。液体收集器：斜板式液体收集器，与液体再分布器联用。（二）塔内件的设计（二）塔内件的设计1、液体分布器设计的基本要求、液体分布器设计的基本要求（1）液体分布均匀）液体分布均匀足够的分布点密度（见表足够的分布点密度（见表19，20）；分布点的）；分布点的几何均匀；降液点间的流量均匀性。几何均匀；降液点间的流量均匀性。（2）操作弹性大）操作弹性大液体分布器的操作弹性为液体分布器的操作弹性为24（3）自由截面大）自由截面大自由截面积为自由截面积为50%70%。（4）其他）其他结构紧凑、占空间小、制作容易、调整和维修方便。结构紧凑、占空间小、制作容易、调整和维修方便。2023/5/24252、液体再分布能力的计算、液体再分布能力的计算 （1）重力型分布器布液能力的计算）重力型分布器布液能力的计算类型：多孔型和溢流型，工业上以多孔型为主。类型：多孔型和溢流型，工业上以多孔型为主。(2)压力型液体分布器布液能力计算压力型液体分布器布液能力计算 设计中，液体流量已知，给设计中，液体流量已知，给定开孔上方的液位高度（或定开孔上方的液位高度（或压差），依据计算公式，可压差），依据计算公式，可设定开孔数目，计算孔径；设定开孔数目，计算孔径；亦可设定孔径，计算开孔数亦可设定孔径，计算开孔数目。目。2023/5/2426六、示例分析六、示例分析见参考资料。见参考资料。2023/5/2427