高效塔填料及塔内件设计要点
规整填料塔设计浅析
规整填料塔设计浅析引言：规整填料，是一种在塔内按均匀几何图形排列、整齐堆砌的填料，具有较高的传质性能和生产能力。
因此，规整填料塔的应用范围是越来越广泛，其设计的要求也越来越高。
1 规整填料塔的结构填料塔由筒体、塔内件及填料构成。
填料分为散装和规整填料两大类。
塔内件有各种形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置与进料装置及气体分布装置等。
筒体有整体式结构及法兰连接分段式结构。
对于直径800mm 以上的大塔一般采用整体式结构，填料及所有塔内件从人孔送入塔内组装，如图1所示：图1规整填料塔填料塔结构示意图2 规整填料塔的特点规整填料塔不仅结构简单，而且具有生产能力大（通量大）、分离效率高、持液量小、操作弹性大、压强降低等特点。
通过填料材质的选择，可处理腐蚀性的物料。
尤其对于压强降较低的真空精馏操作，更显示出其优越性。
但是，规整填料塔的造价通常高于板式塔，对于含有悬浮物的料液、易聚合的物系则不适用，而且对于有侧线出料的场合等也不大适宜。
图2 规整填料3 填料塔的设计3.1液泛气速计算液泛是指逆流填料塔中气液两相交互作用达到一种特定流体力学现象。
发生液泛时，持液量增加，气液鼓泡传质，气流脉动，液体被大量带出塔顶部，塔操作不稳定甚至被破坏。
因此，填料塔只有在泛点气速以下才可能稳定地操作，但如果气速太低又会造成设备的浪费以及气、液体分布的不均匀。
通常认为，液泛气速是填料塔逆流操作的极限气速，一般取操作气速为液泛气速的50%~80%[1]。
规整填料塔设计的首要任务是根据填料类型，将其在操作条件下的泛点气速算出，再确定适宜的塔径和塔内实际操作气速下的填料层压降。
利用Bain-Haugen公式计算液泛气速在工业中使用非常广泛，而且参数少，易查找，计算精度较高，对规整填料非常适用。
该公式是Bain-Haugen[2]修正Sherwood等提出的，修正后的公式为：式中，L、G为液相、气相流率，kg/s；为液泛气速，m/s；为气相密度，kg/m3 ；为干填料因子，m-1；为液相、气相密度，kg/m3；为液相粘度，Pa?s。
针对填料塔精馏塔设计选型
针对填料塔精馏塔（不包括吸收塔和萃取塔），从工艺设计选型上主要包括以下几方面：1.首先考虑采用规整填料还是散堆填料一般来说，对于负压、常压系统优先考虑规整填料，加压系统下规整填料的效率很低（原因据说不明），得考虑使用散堆填料或者板式塔。
对于喷淋密度超过50m3/m2.h的体系，采用规整填料不太合适，效率下降很多对于不清洁的物料体系（或易结焦的），采用散堆填料较好，也可以考虑采用规整填料中的栅格型，不宜采用波纹板、丝网等，简单的说需要考虑填料的抗堵性能2、填料床层高度的影响填料床层过高会导致液体不良分布的加剧，影响填料效率，sulzer公司推荐15-20块理论塔板设置一个液体再分布器，也有人推荐：床层最高不超过6-7m、或不超过10-15块理论塔板、或床层高度小于6-8倍塔径，从3者中选择最低的作为基准。
3、喷淋点密度的影响对于散堆填料，填料直径越小一般要求喷淋点密度越高，一般不超过100个/m2对于规整填料、比表面积越大要求喷淋点密度越高，sulzer公司推荐为100-300g 个/m2以上4、最低喷淋密度的影响一般来说，不同材质的填料对最低喷淋密度的要求不一样，未上秞的陶瓷、氧化的碳钢、铜等材料对液体的亲和性较好、需要的最低喷淋密度可达到1m3/m2.h以下，而玻璃、陶瓷、不锈钢等居中，约为2-3m3/m2.h，塑料、四氟乙烯等最差，为4-5 m3/m2.h。
不同的液体对填料的浸润性也需要考虑，一般来说粘度大、表面张力大的液体需要的最小喷淋密度较大，比如甘油、水等，而正烷烃之类需要的最小喷淋密度则较低。
5、液体分布器的设计对于散堆填料，分布器的设计较为简单，影响相对较小对于规整填料，分布器的设计极为重要，由于国外各原创填料厂家均把分布器的设计参数进行保密，国内的研究起步晚、相对较少，个人认为目前国内分布器的设计水平较国外先进技术落后20-30年。
分布器首先要考虑足够的气相通道、足够的喷淋点密度，喷淋点分布要尽可能均匀，为保持稳定流量，分布器要有一定的液位高度，一般认为正常操作条件下最少为3英寸高（最低操作弹性时不低于20-30mm）同时要考虑防止堵塞，对于孔流型，进料清洁度一般，通常要求孔径为5-8mm，对于进塔物料比较清洁，进塔前有可靠过滤装置的孔径可以设计为2mm左右，由于一般要求最大流量/最小孔流量≤1.5（也有建议为1.25），故孔径越小对加工精度要求越高；对于堰流型，尤其是V型堰流，对加工精度要求很高（个人认为国内生产厂家很难做好，尤其是一些非正规企业，不知道天津大学做得怎样），设计、计算也较为复杂。
填料塔内件技术规格书
陕西XX煤化工有限责任公司填料、塔内件技术规格书陕西XX矿业机电处：陕西XX煤化工有限责任公司：陕西XX煤化工有限责任公司曹家峪园区：编制：陕西XX煤化（曹家峪）焦化甲醇工程填料、塔内件采购技术要求1、用途：填料：用于脱硫塔、洗苯塔内部填装。
塔内件：用于脱硫塔、再生塔、洗苯塔内部安装2、安装环境：厂址：陕西省XX县店头镇环境温度：最高：38℃：最低：-19℃海拔高度：943m当地大气压（平均）： 94750Pa；环境湿度：年平均相对湿度72%安装位臵：塔器内部3、技术要求3.1脱硫塔填料、内件技术要求3.1.1工艺参数设计压力：0.02MPa（G）工作压力：0.017MPa（G）设计温度：60℃工作温度：39-48℃介质名称：煤气、脱硫液（中度危害，易燃）脱硫塔规格：DN6400×41620设计四台脱硫塔，三开一备运行使用。
煤气流量：132869Nm3/h进口煤气成分：出口煤气成分：3.1.2填料要求：轻瓷填料规格：轻瓷多齿环比表面积：124m2/m3空隙率：79%堆积块数：220n/m3堆积重量：330kg/m3数量：338m3×4=1352 m3规格：阶梯环φ76比表面积：75 m2/m3空隙率：78%堆积个数：2500n/m3堆积重量：530kg/m3干填料因子：158m-1总量：65m3×4=260m33.1.3内件要求按照HG/T21585.1-1998和HG/T21618-1998及国家精镏中心技术要求。
液体分布器及除沫器冲洗装臵2套（旋流板除沫器）进液分布器2个（选槽式分布器，底板δ=8，立板δ=6。
）槽盘式液体分布器2个（底板δ=4，伸气管δ=3，盖板δ=2。
）进气分布器（围板δ=6，立板δ=8，盖板δ=10）材质:06Cr19Ni10注：塔器内件严格按照图纸制作3.2再生塔内件要求3.2.1工艺参数设计压力：常压工作压力：常压设计温度：50℃最低设计金属温度：35℃介质名称：脱硫液再生塔规格：DN4600,H～49400设计四台再生塔并联使用。
填料塔的设计完整版
填料塔的设计HEN system office room [HEN 16前言世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实。
”如果人类生活在污染十分严重的空气里，那就将在儿分钟内全部死亡。
工业文明和城市发展，在为人类创造巨大财富的同时，也把数十亿吨计的废气和废物排入大气之中，人类赖以生存的大气圈却成了空中垃圾库和毒气库。
因此，大气中的有害气体和污染物达到一定浓度时，就会对人类和环境带来巨大灾难，对有害气体的控制更必不可少。
一.设计任务书1•设计目的通过对气态污染物净化系统的工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计的基本方法。
培养学生利用所学理论知识，综合分析问题和解决实际问题的能力、绘图能力、以及正确使用设计手册和相关资料的能力。
2. 设计任务试设计一个填料塔，常压，逆流操作，操作温度为25°C,以清水为吸收剂，吸收脱除混合气体中的NH3,气体处理量为1500m3/h,其中含氨％（体积分数），要求吸收率达到99%,相平衡常数呼。
3. 设计内容和要求1）研究分析资料。
2）净化设备的计算，包括计算吸收塔的物料衡算、吸收塔的工艺尺寸计算、填料层压降的计算及校核计算。
3）附属设备的设计等。
4）编写设计计算书。
设计计算书的内容应按要求编写，即包括与设计有关的阐述、说明及计算。
要求内容完整，叙述简明，层次清楚，计算过程详细、准确，书写工整，装订成册。
设计计算书应包括□录、前言、正文及参考文献等，格式参照学校要求。
5）设计图纸。
包括填料塔剖面结构图、工艺流程图。
应按比例绘制，标出设备、零部件等编号，并附明细表，即按工程制图要求。
图纸幅面、图线等应符合国家标准；图面布置均匀；符合制图规范要求。
6）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
二.设计资料1. 工艺流程采用填料塔设计，填料塔是塔设备的一种。
塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。
例如应用于气体吸收时，液体山塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。
填料塔常用填料概要
填料塔
（四）手孔 手孔是指手和手提灯能伸入的设备孔口，用于不便进入或不必进 入设备即能清理、检查或修理的场合。 手孔又常用作小直径填料塔装卸填料之用，在每段填料层的上下 方各设置一个手孔，卸填料的手孔有时附带挡板，以免反应生成物积 聚在手孔内。 （五）塔内件 填料塔的内件有填料、填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布 装置和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。 （1）除沫器 当空塔气速较大，塔顶溅液现象严重，以及工艺过 程不允许出塔气体夹带雾滴的情况下，设置除沫装置，从而减少液体 的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。 常用的除沫装置有折板除沫器（见图4.5）丝网除沫器（见图4.6） 以及旋流板除沫器。此外还有链条型除沫器、多孔材料除沫器及玻璃 纤维除沫器等。在分离要求不严格的场合，还将干填料层作除沫器用。
填料塔
填料塔结构如右图所示，它由塔体、 液体分布器、填料压紧装置、填料层、 液体收集与再分配装置和支撑栅板组成。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1-塔体；2-液体分布器；3-填料 压紧装置；4-填料层；5-液体收集与 再分配装置；6-支撑栅板 图4.3 填料塔结构
填料塔
（二）塔体支座 塔设备常采用裙式支座 （见图4.4），它应当具有足 够的强度和刚度，来承受塔 体操作重量、风力等引起的 载荷。
(d)排管式
(e)环管式
填料塔-液体分布装置
槽式液体分布器通常是由分流槽（又 称主槽或一级槽）、分布槽（又称副槽或二 级槽）构成的。一级槽通过槽底开孔将液体 初分为若干流股，分别加入其下方的液体分 布槽，分布槽的槽底（或槽壁）上设有孔道， 将液体均匀分布于填料层上，如图片4.10 （f）所示。槽式分布器具有较大的操作弹 性和较好的抗污性，特别适合于气液负荷大 及含有固体悬浮物、粘度大的分离场合。由 于槽式分布器具有优良的分布性能和抗污垢 性能，应用范围非常广泛。
填料塔内件的技术规格书
陕西XX煤化工有限责任公司填料、塔内件技术规格书陕西XX矿业机电处：陕西XX煤化工有限责任公司：陕西XX煤化工有限责任公司曹家峪园区：编制：陕西XX煤化（曹家峪）焦化甲醇工程填料、塔内件采购技术要求1、用途：填料：用于脱硫塔、洗苯塔内部填装。
塔内件：用于脱硫塔、再生塔、洗苯塔内部安装2、安装环境：厂址：陕西省XX县店头镇环境温度：最高：38℃：最低：-19℃海拔高度：943m当地大气压（平均）：94750Pa；环境湿度：年平均相对湿度72%安装位置：塔器内部3、技术要求3.1脱硫塔填料、内件技术要求3.1.1工艺参数设计压力：0.02MPa（G）工作压力：0.017MPa（G）设计温度：60℃工作温度：39-48℃介质名称：煤气、脱硫液（中度危害，易燃）脱硫塔规格：DN6400×41620设计四台脱硫塔，三开一备运行使用。
煤气流量：132869Nm3/h进口煤气成分：出口煤气成分：3.1.2填料要求：轻瓷填料规格：轻瓷多齿环比表面积：124m2/m3空隙率：79%堆积块数：220n/m3堆积重量：330kg/m3数量：338m3×4=1352 m3规格：阶梯环φ76比表面积：75 m2/m3空隙率：78%堆积个数：2500n/m3堆积重量：530kg/m3干填料因子：158m-1总量：65m3×4=260m33.1.3内件要求按照HG/T21585.1-1998和HG/T21618-1998及国家精镏中心技术要求。
液体分布器及除沫器冲洗装置2套（旋流板除沫器）进液分布器2个（选槽式分布器，底板δ=8，立板δ=6。
）槽盘式液体分布器2个（底板δ=4，伸气管δ=3，盖板δ=2。
）进气分布器（围板δ=6，立板δ=8，盖板δ=10）材质:06Cr19Ni10注：塔器内件严格按照图纸制作3.2再生塔内件要求3.2.1工艺参数设计压力：常压工作压力：常压设计温度：50℃最低设计金属温度：35℃介质名称：脱硫液再生塔规格：DN4600,H～49400设计四台再生塔并联使用。
填料塔的施工要求
填料塔的施工注意事项填料塔的制造与安装应按设计要求进行,不能一概而论。
有些设计对制造、安装的某些误差精度要求较高,而另外一些设计对制造、安装的这些误差精度要求可能并不太高,误差稍大,并不影响塔的正常操作。
静压孔流式液体分布器受安装水平度的影响,若设计液位只有50mm,对水平度的要求较高,否则会导致液体分布不均,水平度偏差10mm,两点液量相差11%;若设计液位200mm,水平度稍差,对液体分布不会有大的影响,水平度偏差10mm,两点液量相差只有2.5%。
制造与安装精度虽不可一概而论,某些精度也无标准可言,但仍有公认的误差精度可供参考。
1、填料塔的垂直度由于塔节的对接、塔节与裙座的对接、塔的基础及热变形等因素的作用,塔不可能做到绝对垂直,因此使塔产生了垂直度偏差。
在填料塔填料层内,液体受重力的作用趋于垂直下流,因此若塔有倾斜,液体将优先流向倾斜的下一边塔壁,倾斜的上一边液流小,气体则优先流向倾斜的上一边塔壁,结果导致填料层内的气液分布不均,分离效率下降,许多工程实践证明了这一点。
多数结果认为,每倾斜一度分离效率下降5%~10%,规整填料由于塔倾斜而引起的效率下降较散装填料要小。
规整填料的倾斜度应小于0.2°~0.5°。
填料塔静压液体分布器的水平度要求很高,应在塔安装就位后现场安装,以避免塔垂直度对分布器等水平度的影响。
塔的无规则小摇动,不会使塔效率有大的下降,较垂直塔的效率下降小于10%。
塔的无规则摇动会使液体分布器分布性能下降,使液体分布器溢流,使塔的效率大幅度下降,使用管式分布器可避免此类事故发生。
很高的塔,由于风载的影响,塔顶摇动很大宜采用管式液体分布器。
2、填料塔的椭圆度一般认为,填料塔的椭圆度并不影响填料塔的性能,只是影响塔内件及填料的安装。
散装填料的安装并不受塔椭圆度的影响。
为了便于安装,规整填料塔的塔径误差需予以限制,常规规整填料塔推荐误差可以查取相应的设计手册。
塔内件的一些说明
填料名称 型号 规格尺寸 堆积个数 n/m3 堆积重度(γρ)kg/m3 比表面积(α)m2/m3 空隙率(ε)% 干填料因子(α/ε3)m-1
Dg38 38×38×0.6 14500
350
改型内弧环
Dg50 50×50×0.8 7000
300
138
0.95
164
121
0.95
144
鲍尔环(塑料类)
塔盘板在整个板面内的弯曲度按表 1 的规定。
2、塔盘长度不得超过-4mm。宽度不得超过-2mm。
3、浮阀应符合 JB1118-81，F1 型浮阀塔盘板孔径应为Φ39+0.3mm，相邻孔距允差不得超过
±2.5mm，任意孔距的允差不得超过±6mm。
标记示例：
以“A3”为主制成的双面可拆连件：
双面可拆连接件 SLA(JB1120-81)
K14B 14
47 60 53 11 2 Cr 35 25 15 M10 Cr 11 2 Cr M10 Cr 108
18
18
18
18 109
Ni
Ni
Ni
Ni 166
52 65 58 13 3 9 40 30 17 M12 9 13 2.5 9 M12 9
167
Ti
Ti
Ti
Ti
K6C 6
1
1
1
1 107
构合理，压降低，在处理能力和传质性能上均有所改善。
填料名称
型号
规格尺寸
干填料因子 堆积个数 n/m3 堆积重度(γρ)kg/m3 比表面积(α)m2/m3 空隙率(ε)%
(α/ε3)m-1
Dg25 25×9×0.5
155000