填料塔的计算
一、设计方案的确定
(一) 操作条件的确定
1．1吸收剂的选择
1．2装置流程的确定
1．3填料的类型与选择
1．4操作温度与压力的确定
45℃常压
（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算
2．1基础物性数据
①液相物性数据
对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA的物性数据
7.熔
根据上式计算如下：
混合密度是：1013.865KG/M3
混合粘度0.001288 Pa·s
暂取CO2在水中的扩散系数
表面张力б
=72.6dyn/cm=940896kg/h
3
②气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为 M vm =
y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347
混合气体的平均密度ρ
vm = =⨯⨯=301
314.805
.333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m
3
混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为
μ
V =1.78×10
-5
Pa ·s=0.064kg/(m •h)
查手册得CO2在空气中的扩散系数为
D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2
/h
由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数：
在水中亨利系数E=2.6⨯105
kPa
相平衡常数为m=1.25596
.101106.25
=⨯=P E 溶解度系数为H=)/(1013.218
106.22
.997345
kPa m kmol E M s
∙⨯=⨯⨯=
-ρ
2.2物料衡算
进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403
出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767
进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h
该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即
2
121min /X m Y Y Y ）V L
（
--=
对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0
2
121min /X m Y Y Y ）V L
（
--==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78
取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581
①塔径计算
采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量计算
即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/h Eckert 通用关联图横坐标为
0.011799
查埃克特通用关联图得
226.02
.0=∙∙L L
V F F g u μρρϕφ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1
260-=m F φ
s m g u L
V F L
F /552.21
338.112602
.99881.9226.0226.02
.02
.0=⨯⨯⨯⨯⨯=
=
μϕρφρ Uf=3.964272m/s
取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s 由
=1.839191m
圆整塔径，取D=1.9m 泛点率校核 u=s m /12.26.0785.03600
/15002
=⨯ = 4.724397m/s
100522
.212.2⨯=F u u ﹪=84.18％(在允许范围内) =3.352964272/ 4.724397=70.9% 填料规格校核：
82425
600>==d D =1900/25=76》8 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为
（L W ）min =0.08m 3
/m ·h 查塑料阶梯环特性数据表得：
型号为DN25的阶梯环的比表面积 a t =228 m 2/m 3
U min =(L W )min a t =0.08×228=18.24m 3/m 2
·h U=
min 2
51.76
.0785.02
.998/312121U 。<=⨯ 7.375 经校核可知，塔径D=600mm 不合理 经反复校核仍得不出合理的D 值 经综合考虑，取操作液气比为
55.2677.115)(15min =⨯==V
L
V L 15*1.78=26.7 L=26.5×117.22=3112.2kmol/h
=26.7*735.7986=19645.82262
X 1=
0004.02
.3112)
10662.10277.0(32444=⨯-⨯-。 X1=0.00204
此时气相质量流量为W V =1500×1.338=2007kg/h W V =13.74kg/s=49464kg/h
此时液相质量流量为W L =3112.2×18.02=56081.8kg/h 即W L =19645.82262×（0.7*18+0.3*54）=565799.6915kg/h Eckert 通用关联图横坐标为
76.0)2
.998338.1(2007856081)(5
.05.0=⨯=。W W L V V L ρρ 0.3150
查埃克特通用关联图得
035.02
.0=∙∙L L
V F F g u μρρϕφ 0.04 改选型号为D38的阶梯环
查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1
170-=m F φ
s m g u L
V F L
F /228.11
338.111702
.99881.9035.0035.02
.02
.0=⨯⨯⨯⨯⨯=
=
μϕρφρ 1.7435m/s 取u=0.8u F =0.8×1.228=0.982m/s 1.3948m/s 由=⨯⨯==
982
.014.33600
/150044u V D S
π0.74m 2.55m
圆整塔径，取D=0.8m 2.6m 泛点率校核 u=
s m /83.08
.0785.03600
/15002
=⨯ 1.34
100982
.083.0⨯=F u u ﹪=84.52％(在允许范围内)96.07%
填料规格校核：
82125
800>==d D 液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为
（L W ）min =0.08m 3
/m ·h 查塑料阶梯环特性数据表得： 型号为DN38的阶梯环的比表面积
a t =132.5m 2/m 3
U min =(L W )min a t =0.08×132.5=10.6m 3/m 2
·h U=
min 2
8.1118
.0785.02
.998/8.56081U >=⨯ U=105.16
经以上校核可知，填料塔直径先用D=800mm 合理
若选择丙烯鲍尔环50*50*1.5 其比表面积为93 m2/m3 U min =(L W )min a t =0.08×93=7.44 填料因子为127m-1
Uf= 4.794993m/s
取u=0.8u F =0.8×4.794993=3.835
=2.436
取2.5m
U= 113.74>Umin ②填料层高度计算
Y *
1=mX 1=1.78×0.0004=0.000712
Y *2=mX 2=0 脱因系数为 S=
0254.02
.311234
.4478.1=⨯=L mV 气相总传质单元数
N OG =()S Y Y Y Y S S +⎥⎦
⎤⎢⎣⎡----***22211ln 11
=
0254.00106662.100277.0)0254.01(ln 0254.0114+⎥⎦
⎤⎢⎣⎡
-⨯-⨯--- =5.223
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算
⎪⎭
⎪⎬⎫⎪⎩
⎪
⎨⎧⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛--=-2
.02
05
.02
1
.075
.045.1exp 1t L L L t L L t L L t L L c t w a U a a U a U a a σρσρμσσ
查常见材质的临界表面张力值表得
σc =33dyn/cm=427680kg/h 2
液体质量通量为
)/(79.1116278
.0785.08.560812
2
h m kg U L ∙=⨯=
⎪⎭
⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-2.0205.08221.075.05.1329408962.99879.1116271072.12.9985.13279.1116270.35.13279.11162794089642768045.1exp 1t w a a =0.502
吸收系数由下式计算
⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯=RT D a D a U K V t V V V V
t V
G 3
/17
.0237.0ρμμ
质量通量为()
h m kg U V ∙=⨯⨯=
2
2
/82.39948
.0785.0338.11500 ⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯⎪
⎭
⎫
⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=301314.8065.05.132065.0338.1064.0064.05.13282.3994237.03
/17.0G K = 0.237×73.53×0.894×0.004
= 0.0623kmol/(m 3
·h ·kPa)
吸收系数由下式计算
3
/12
/13
/20095.0⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=-L L L L L L
W L
L g D a U K ρμρμμ
3
/182
/163
/22.9981027.10.310372.62.9980.30.35.132564.079.1116270095.0⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⎪
⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯=--L K =1.189m/h 1.1ϕW G G a K a
K = 查常见填料的形状系数表得
45.1=ϕ
1
.1ϕW G G a K a K =
)/(973.645.15.132654.00623.031.1kPa h m kmol ∙∙=⨯⨯⨯=
h a K a K W L L /092.10345.15.132564.0189.14.04.0=⨯⨯⨯==ϕ
u/u F =66.17％>50﹪
a K u u a K G F G ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+='4.15.05.91 a K u u a K L F L ⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+='
2
.25.06.21
得()[]
()
kPa h m kmol a K G
∙∙=⨯-⨯+='
34
.1/141.12973.65.06617.05.91
得()[]
h a K L
/96.107092.1035.06617.06.212
.2=⨯-⨯+=' ()
kPa h m kml a
HK K a K L G
G ∙∙=⨯+
=
'+
'=
3/53.1096
.107725.01
141.1211
111
H OG =
m aP K V a K V G Y 083.08
.0785.03.10153.1034
.442
=⨯⨯⨯=Ω=Ω Z=H OG N OG =0.083×5.223=0.434m 得Z ′=1.5×0.434=0.6503m 取填料层高度为Z ′=2m
查散装填料分段高度推荐值表 对于阶梯环填料
15~8=D
h
h max ≤6m 取h/D=8 则h=8×800=6400mm
计算得填料层高度为2000mm ，故不需分段
填料塔的计算
一、填料塔的计算 (一) 操作条件的确定 1．1吸取剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃常压 （二）填料吸取塔的工艺尺寸的运算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 关于低浓度吸取过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据
7.熔 依照上式运算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =⨯⨯=301 314.805 .333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为
μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m •h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6⨯105kPa 相平稳常数为m=1.25596 .101106.25 =⨯= P E 溶解度系数为H=)/(1013.218 106.22.9973 45 kPa m kmol E M s •⨯=⨯⨯= -ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸取过程为低浓度吸取，平稳关系为直线，最小液气比按下式 运算，即 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 关于纯溶剂吸取过程，进塔液组成为X2=0 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581
填料塔计算部分
二 基础物性参数的确定 本设计方案信息如下表所示： 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得， 20C ?时水的有关物性数据如下： 2 气相物性参数 设计压力：101.3kPa ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，101.3kPa 在空气中的扩散系数为0.17 2/cm s ，
根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 332 2 00022293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ?????? ==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3m 101.329.27 1.2178.314293.15 V Vm PM kg m RT ρ?= ==? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为 5 1.81 100.065() V P a s k g m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532101.3 E m P = == 溶解度系数 3s 998.2 0.726076.318.02 L H kmol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 110.05 0.05263110.05 y Y y ==-- 出塔气相摩尔比 321(1)0.05263(10.98) 1.05310A Y Y ?-=-=-=?
填料塔的计算
一、 设计方案的 确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃ 常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据 7.熔 根据上式计算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =⨯⨯=301314.805 .333.101RT PMvm 101.6*20.347/ （ 8.314*323）=0.769kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m?h)
查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2 /h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6⨯105kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =⨯=P E 溶解度系数为H= )/(1013.218 106.22.997345kPa m kmol E M s ∙⨯=⨯⨯=-ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即 2121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581 ①塔径计算 采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量计算 即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/h Eckert 通用关联图横坐标为 0.011799 查埃克特通用关联图得226.02.0=∙∙L L V F F g u μρρϕφ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φ Uf=3.964272m/s 取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s 由 =1.839191m
填料塔计算部分
填料塔计算部分 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.
二 基础物性参数的确定 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，2 气相物性参数 设计压力： ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，在空气中的扩散系数为 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 3 32 2 00022293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ?????? ==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3m 101.329.27 1.2178.314293.15 V Vm PM kg m RT ρ?===? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为 51.81100.065()V Pa s kg m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据
由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532101.3 E m P === 溶解度系数 3s 998.2 0.726076.318.02 L H kmol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 110.05 0.05263110.05 y Y y ==-- 出塔气相摩尔比 321(1)0.05263(10.98) 1.05310A Y Y ?-=-=-=? 混合气体流量 330.1013(273.1520) 16.10100.1013273.15 V N Q Q m h ? ?+==?? 惰性气体摩尔流量 273.15(10.05)636.1622.4273.1520 V Q V kmol h =?-=+ 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 1212 L Y Y V Y m X -??= ? -?? 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 20X = min 0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -??== ??? 取操作液气比为 min 1.4L L V V ?? = ??? 1.40.7381 1.0333L V =?= 1.0333636.16657.34L kmol h =?= 1212()636.16(0.052630.001053) 0.0499657.34 V Y Y X X L -?-=+==
填料塔计算和设计
填料塔设计 2012-11-20 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备;填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上;在填料的上方安装填料压板,以限制填料随上升气流的运动;液体从塔顶加入,经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下;气体从塔底送入,经气体分布装置小直径塔一般不设置分布后,与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙,在填料表面气液两相密切接触进行传质;填料塔属于连续接触式的气液传质设备,正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相; 二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件,它提供了气液两相接触传质的相界面,是决定填料塔性能的主要因素;填料的种类很多,根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料两大类;散装填料根据结构特点不同,分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等,目前工业上使用最为广泛的是波纹填料,分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数,主要包括比表面积、空隙率、填料因子等;1.比表面积：单位体积填料层的填料表面积,其值越大,所提供的气液传质面积越大,性能越优； 2.空隙率：单位体积填料层的空隙体积；空隙率越大,气体通过的能力大且压降低；
3.填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值,它表示填料的流体力学性能,其值越小,表面流体阻力越小; 三、填料塔设计基本步骤 1.根据给定的设计条件,合理地选择填料； 2.根据给定的设计任务,计算塔径、填料层高度等工艺尺寸； 3.计算填料层的压降； 4.进行填料塔的结构设计,结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分; 四、填料塔设计 1.填料的选择 填料应根据分离工艺要求进行选择,对填料的品种、规格和材质进行综合考虑;应尽量选用技术资料齐备,适用性能成熟的新型填料;对性能相近的填料,应根据它的特点进行技术经济评价,使所选用的填料既能满足生产要求,又能使设备的投资和操作费最低; 1填料种类的选择 填料的传质效率要高：传质效率即分离效率,一般以每个理论级当量填料层高度表示,即HETP值； 填料的通量要大：在同样的液体负荷下,在保证具有较高传质效率的前提下,应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料； 填料层的压降要低：填料层压降越低,塔的动力消耗越低,操作费越小；对热敏性物系尤为重要；
填料塔计算和设计
填料塔计算和设计文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
填料塔设计 2012-11-20 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的主要因素。填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料根据结构特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，目前工业上使用最为广泛的是波纹填料，分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要包括比表面积、空隙率、填料因子等。1.比表面积：单位体积填料层的填料表面积，其值越大，所提供的气液传质面积越大，性能越优；
2.空隙率：单位体积填料层的空隙体积；空隙率越大，气体通过的能力大且压降低； 3.填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值，它表示填料的流体力学性能，其值越小，表面流体阻力越小。 三、填料塔设计基本步骤 1.根据给定的设计条件，合理地选择填料； 2.根据给定的设计任务，计算塔径、填料层高度等工艺尺寸； 3.计算填料层的压降； 4.进行填料塔的结构设计，结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分。 四、填料塔设计 1.填料的选择 填料应根据分离工艺要求进行选择，对填料的品种、规格和材质进行综合考虑。应尽量选用技术资料齐备，适用性能成熟的新型填料。对性能相近的填料，应根据
填料塔工艺尺寸的计算
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 1V 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 在允许范围内 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）
填料塔计算部分
二 基础物性参数的确定 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，2 气相物性参数 设计压力：101.3kPa ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，101.3kPa 在空气中的扩散系数为0.17 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 332 2 00022293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ?????? ==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3m 101.329.27 1.2178.314293.15 V Vm PM kg m RT ρ?===? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为
51.81100.065()V Pa s kg m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532101.3 E m P === 溶解度系数 3s 998.2 0.726076.318.02 L H kmol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 110.05 0.05263110.05 y Y y ==-- 出塔气相摩尔比 321(1)0.05263(10.98) 1.05310A Y Y ?-=-=-=? 混合气体流量 330.1013(273.1520) 16.10100.1013273.15 V N Q Q m h ? ?+==?? 惰性气体摩尔流量 273.15(10.05)636.1622.4273.1520 V Q V kmol h =?-=+ 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 1212L Y Y V Y m X -??= ?-?? 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 20X = min 0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -??== ? ?? 取操作液气比为 min 1.4L L V V ?? = ??? 1.40.7381 1.0333L V =?= 1.0333636.16657.34L kmol h =?=
填料塔工艺尺寸的计算
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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 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 =~ 贝恩（Bain ）—霍根（Hougen ）关联式 ，即： 2213lg V F L L u a g ρμερ⎡⎤ ⎛⎫⎛⎫⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦=A-K 118 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 /（100/3）（）= UF=s 其中： f u ——泛点气速，m/s; g ——重力加速度，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 =㎏/h W V =h A=； K=； 取u= F u =s 0.7631D = = = （3-2） 圆整塔径后 D= 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 在允许范围内 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。 填料层高度的计算及分段 *110.049850.75320.03755Y mX ==⨯= （3-5） *220Y mX == （3-6） 传质单元数的计算 用对数平均推动力法求传质单元数
填料塔持液量计算
填料塔持液量计算 填料塔持液量计算是在化工工艺中常见的一种计算方法，它用于确定填料塔内液体的持液量，从而帮助工程师设计和优化工艺。本文将从基本原理、计算方法和应用案例等方面进行介绍。 一、基本原理 填料塔是一种常见的化工设备，广泛应用于各种物质的分离、萃取和反应过程中。其基本构造是将填料装置在塔内，使流体与填料进行充分的接触和混合，从而实现传质、传热和反应等目的。而填料塔持液量计算就是为了确定填料塔内液体的持液量，以保证塔内流体的稳定性和工艺效果的达到。 填料塔内的液体持液量是指填料塔内液体的体积或质量，通常用液体高度或液体重量来表示。持液量的大小直接影响到填料塔的工作效果和设备的运行稳定性。因此，准确计算填料塔持液量是设计和操作填料塔的重要前提之一。 二、计算方法 填料塔持液量的计算方法有多种，常见的有重力平衡法和压力平衡法两种。下面将分别介绍这两种方法。 1. 重力平衡法 重力平衡法是通过平衡填料塔内液体的重力和塔内气体的向上流动所需的力来计算持液量。根据阿基米德原理，塔内液体的重力可以
用液体的体积和密度来表示。而塔内气体的流动所需的力可以通过流体力学的基本原理来计算。通过平衡这两个力，可以得到填料塔的持液量。 2. 压力平衡法 压力平衡法是通过平衡填料塔内液体的静压力和塔内气体的动压力来计算持液量。根据流体静力学的基本原理，液体静压力可以通过液体的密度、液体高度和重力加速度来计算。而塔内气体的动压力可以通过气体的密度、气体流速和气体速度来计算。通过平衡这两个压力，可以得到填料塔的持液量。 三、应用案例 填料塔持液量计算在化工工艺中有着广泛的应用。下面以一个分离过程为例，介绍填料塔持液量计算的应用过程。 假设有一个二元混合物，需要通过填料塔进行分离。根据物质的性质和分离要求，确定了填料塔的高度、填料种类和操作条件等参数。首先，根据工艺要求和设备的尺寸，确定了填料塔的直径和高度。然后，根据填料种类和操作条件，选择了合适的填料，并计算了填料的体积和密度。 接下来，根据填料塔的类型和操作条件，选择了适当的持液量计算方法。在本例中，选择了重力平衡法来计算填料塔的持液量。通过计算填料塔内液体的重力和塔内气体的向上流动所需的力，得到了
填料塔计算部分
二 基础物性参数的确定 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程,溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据;由手册查得,20C ︒时 2 气相物性参数 设计压力： ,温度：20C ︒ 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=⨯=⨯ 氨气在空气中的扩散系数： 查表得,氨气在0°C,在空气中的扩散系数为 2/cm s , 根据关系式换算出20C ︒时的空气中的扩散系数： 混合气体的平均摩尔质量为 混合气体的平均密度为 混合气体的粘度可近似取空气的粘度,查手册得20C ︒空气粘度为 3 气液相平衡数据 由手册查得,常压下20C ︒时,氨气在水中的亨利系数 相平衡常数 溶解度系数 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 出塔气相摩尔比 混合气体流量 惰性气体摩尔流量 该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算：
对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成 取操作液气比为 5 吸收塔的工艺尺寸计算 塔径计算 采用Eckert 通用关联图计算泛点气速; Eckert 通用关联图： 气体质量流量为 液体质量流量可近似按纯水的流量计算： Eckert 通用关联图的横坐标为 根据关联图对应坐标可得 由表2-4-1可知 F φ=260 1m - 取 0.80.8 2.360 1.888/F u u m s ==⨯=
由 1.737D ===m 圆整塔径常用的标准塔径有400mm 、500mm 、600mm 、800mm 、1000mm 、1200mm 、1400mm 、1600mm 、2000mm 、2200mm 等本设计方案取D=2000mm; 泛点率校核： 因为填料塔的适宜空塔气速一般取泛点气速的50%-80%,泛点率值在允许范围内; 填料塔规格校核： 200080825 D d ==>在允许范围之内 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 由表2-4-1可知： 由于喷淋密度过小,可采用增大回流比或采用液体再循环的方法加大液体流量,以保证填料的润湿性能；也可适当的增加填料层高度的办法予以补偿; 填料层高度计算 脱吸因数为 气相总传质单元数为 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： 查表2-4-1得 液体质量通量为 气膜吸收系数可由下式计算： 气体质量通量为： 液膜吸收系数由下式计算： 由 1.1G G W k a k a ψ=得 73.90%50%F u u => ,需选用下面的关系式对气膜和液膜系数进行校核修正; 修正结果： 则 考虑恩田公式的最大误差,为了安全取设计填料层高度为 设计取填料层高度为 Z '=4.0m 在填料塔计过程中,对于阶梯环填料,max 8~15,6h h mm D =≤, 取8h D =,则 计算得填料层高度为4000mm,故不需分段 5.3 填料层压降计算 采用Eckert 通用关联图计算 横坐标为 由表2-4-1得,1176P m φ-= 纵坐标为 查Eckert 通用关联图,P ∆/Z 位于40g ~50gPa/m 范围内,取
填料塔工艺尺寸的计算
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 0.2] "0942 -1.75 3202^7 輕) 「4734.4 丿 V 998.2 丿 所以： u F /9.81 (100/0.917 3) (1.1836/998.2 ) =0.246053756 UF=3.974574742m/s 其中： Uf ---- 泛点气速，m/s; g ------ 重力加速度，9.81m/s 2 _：» --填料总比表面积， m? / m 3 ；--填料层空隙率m 3/m 3 匚-998.2kg/m 3液相密度。 匚=1.1836kg/m 3气相密度 W=5358.89572 kg /h W V=7056.6kg/h A=0.0942; K=1.75 ; 取 u=0.7 U F =2.78220m/s D 二 下——=0.7631 Y 兀卩 Y3.14^2.7820><3600 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（Hougerj ）关联式，即： 匡雪阳疋* ig J:8 M 丿申丿 w L (3-1) 即：ig [止(単)輕' 9.81 0.9173 V 998.2 丿 (3-2)
圆整塔径后D=0.8m 6000 1.泛点速率校核：u 2 3.3174 m/s 0.785 汉0.8 汉3600
则£在允许范围内 U F 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 L w min 为0.08m 3/m h 。 经过以上校验，填料塔直径设计为 D=800mn 合理。 3.2填料层高度的计算及分段 Y * =mX 1 =0.04985 0.7532 =0.03755 ( 3-5) Y * 二mX 2 =0 ( 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 u U F 3.3174 3.9746 二 0.8346 U min = (L w 仏％ =0.08^100 =8m 3/m 2 h (3-3) w L 「L 0.75 D 2 5358.8957 998.2 0.785 0.82 = 10.685 8 二 min (3-4) N OG =Y -Y2 ■ ：Y M 丫1 -丫1 -亿-丫2) (3-7) (3-8)
填料塔计算部分
填料塔计算部分
二 基础物性参数的确定 装置流程 逆流操作 吸收剂 水 操作温度 20C ︒ 操作压力 常压 填料类型 聚丙烯阶梯环（塑料填料） 填料规格 25N D (8D d >) 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，时水的有关物性数据如下： 密度（L ρ） 998.2kg/3m 粘度（L μ） 0.001Pa •s=3.6kg/(m •h) 表面张力（L σ） 940896kg/2h 2 气相物性参数 设计压力：101.3kPa ,温度：20C ︒ 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=⨯=⨯ 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，101.3kPa 在空气中的扩散系数为0.17 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ︒时的空气中的扩散系数： 332 2 00022293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ==⨯⨯ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==⨯+⨯=∑ 混合气体的平均密度为 3m 101.329.27 1.2178.314293.15 V Vm PM kg m RT ρ⨯===⨯ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ︒空气粘度为
51.81100.065()V Pa s kg m h μ-=⨯•=• 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ︒时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532101.3 E m P === 溶解度系数 3s 998.2 0.726076.318.02 L H kmol kPa m EM ρ= = =•⨯ 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 110.05 0.05263110.05 y Y y ==-- 出塔气相摩尔比 321(1)0.05263(10.98) 1.05310A Y Y ϕ-=-=-=⨯ 混合气体流量 330.1013(273.1520) 16.10100.1013273.15 V N Q Q m ⨯ ⨯+==⨯⨯ 惰性气体摩尔流量 273.15(10.05)636.1622.4273.1520 V Q V kmol h =⨯-=+ 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 1212L Y Y V Y m X -⎛⎫ = ⎪ -⎝⎭ 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 20X = min 0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -⎛⎫== ⎪ ⎝⎭ 取操作液气比为 min 1.4L L V V ⎛⎫ = ⎪⎝⎭ 1.40.7381 1.0333L V =⨯= 1.0333636.16657.34L kmol h =⨯=
填料塔计算和设计
填料塔计算和设计
填料塔设计 2012-11-20 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的主要因素。填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料根据结构特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，目前工业上使用最为广泛的是波纹填料，分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要包括比表面积、空隙率、填料因子等。
填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类 （a）陶瓷填料陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性，可在低温、高温下工作，具有一定的抗冲击性但不宜在高冲击强度下使用，质脆、易碎是陶瓷填料的最大缺点。陶瓷填料价格便宜、具有很好的表面润湿性能，在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。 （b）金属填料金属填料可用多种材质制成，金属材质的选择主要根据物系的腐蚀性及金属材质耐腐蚀性来综合考虑。 碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀性或低腐蚀性物系有限考虑使用； 不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐Cl-以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润湿性能较差；有时需要对其表面进行处理，才能取得良好的使用效果。 金属填料通过大、气阻小，具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。 （c）塑料填料主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC），国内一般多采用聚丙烯材质。 塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，耐腐蚀性较好，可长期在100℃以下使用；它的通量大、压降低，多用于吸收、解析、萃取、除尘等装置中；塑料填料的缺点是表面润湿性能差，需对其表面进行处理。 2.填料塔工艺尺寸的计算
填料塔工艺尺寸的计算
填料塔工艺尺寸的计算(总 13页) 本页仅作为文档封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March
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： 2213lg 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