填料塔计算表scrubber_design
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：332200022293.150.171273.150.189/0.06804/VP 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 1.2178.314293.15V 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76.30.7532101.3E m P ===溶解度系数3s998.20.726076.318.02LH kmol kPa m EM ρ===•⨯4 物料衡算进塔气相摩尔比1=110.050.05263110.05y 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)16.10100.1013273.15V N Q Q m h ⨯⨯+==⨯⨯惰性气体摩尔流量273.15(10.05)636.1622.4273.1520V 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 =min0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -⎛⎫== ⎪⎝⎭ 取操作液气比为 min1.4L L V V ⎛⎫= ⎪⎝⎭1.40.7381 1.0333LV=⨯= 1.0333636.16657.34L kmol h =⨯=1212()636.16(0.052630.001053)0.0499657.34V Y Y X X L -⨯-=+==表2-4-15 吸收塔的工艺尺寸计算5.1 塔径计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。
填料塔计算部分 (2)
二基础物性参数的确定由手册查得，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=2601m -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：200080825Dd==>（在允许范围之内）液体喷淋密度校核：maxD取8hD=，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，1176Pmφ-=纵坐标为查Eckert通用关联图，P∆/Z位于40g~50gPa/m范围内，取P∆/Z=45g=441.45Pa/m填料层压降为∆=441.45⨯4.0=1765.80PaP6液体分布器的简要设计6.1液体分布器的选型本设计的吸收塔气液相负荷相差不大，无固体悬浮物和液体粘度不大，加上设计建议是优先选用槽盘式分布器，所以本设计选用槽盘式分布器。
6.2分布点密度计算按Eckert建议值，1200m，由于该塔喷淋密度较小，设计区分喷淋D≥时，喷淋点密度为42点/2点密度为90点/2m。
槽宽度为。
填料塔计算部分
填料吸收塔设计任务书一、设计题目填料吸收塔设计二、设计任务及操作条件１、原料气处理量：5000m3/h。
２、原料气组成：98％空气＋2.5％的氨气。
３、操作温度：20℃。
４、氢氟酸回收率：98％。
５、操作压强：常压。
６、吸收剂：清水。
７、填料选择：拉西环。
三、设计内容1.设计方案的确定及流程说明。
2.填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算。
3.填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。
4.吸收塔的工艺流程图。
5.填料吸收塔的工艺条件图。
目录第一章设计方案的简介 (4)第一节塔设备的选型 (4)第二节填料吸收塔方案的确定 (6)第三节吸收剂的选择 (6)第四节操作温度与压力的确定 (7)第二章填料的类型与选择 (7)第一节填料的类型 (7)第二节填料的选择 (9)第三章填料塔工艺尺寸 (10)第一节基础物性数据 (10)第二节物料衡算 (11)第三节填料塔的工艺尺寸的计算 (12)第四节填料层压降的计算 (16)第四章辅助设备的设计与计算 (16)第一节液体分布器的简要设计 (16)第二节支承板的选用 (17)第三节管子、泵及风机的选用 (18)第五章塔体附件设计 (20)第一节塔的支座 (20)第二节其他附件 (20)第一章设计方案的简介第一节塔设备的选型塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。
根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。
1、板式塔板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的气液传质设备之一。
传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。
溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。
气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。
在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。
关于填料吸收塔的计算
或 所以
操作液气比
L L = (1.1 ~ 2.0)( ) min V V
⑴ 进塔气相摩尔比： 进塔气相摩尔比： ⑵ 出塔气相摩尔比： 出塔气相摩尔比：
y1 0.05 Y1 = = = 0.0526 1 − y1 1 − 0.05
Y1 = Y1 (1 − ϕ ) = 0.0526(1 − 0.095) = 0.00263
查图5 21得 查图5-21得： 查表5 11得 查表5-11得： 取
µF φFϕ ρV 0.2 µL = 0.023 g ρL
2
φF = 170m −1
u = 0.7uF = 0.7 × 1.027 = 0.719m 塔径的计算：
D=
4Vs
4 × 2400 / 3600 = = 1.087m πµ 3.14 × 0.719
H OG V V = = KY aΩ KG aPΩ
1 其中 : KG a = 1 / kG a + 1 / Hk L a 式中 : H − 溶解度系数, kmol /( m ⋅ kPa );
3
Ω − 塔截面积, m
2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取 普遍采用修正的恩田（ ）
UV 0.7 µV 1 / 3 atDV kG = 0.237( ) ( ) ( ) at µV RT ρV DV U L 2 / 3 µ L −1 / 2 µ L g 1 / 3 kL = 0.095( ) ( ) ( ) aW k L ρ L DL ρL kG a = kG aWψ 1.1 k L a = k L aWψ 0.4 a σ U U a U 其中 : W = 1 − exp{−1.45( c )0.75 ( L )0.1 ( L t ) −0.05 ( L )0.2 } at σL at µ L ρ Lσ Lat ρ Lσ L at
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 gρμερ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦=A-K 1418V L V L w w ρρ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ （3-1） 即：112480.23100 1.18363202.59 1.1836lg[()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2Fu ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭所以：2F u /（100/3）（）=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33V 998.2/1.1836kg /m l kg m ρρ==液相密度。
气相密度W L =㎏/h W V =7056.6kg/h A=； K=；取u= F u =2.78220m/s0.7631D === （3-2）圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核：260003.31740.7850.83600u ==⨯⨯ m/s3.31740.83463.9746F u u ==则Fuu 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）225358.895710.6858min 0.75998.20.7850.8L 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。
填料塔数据表
-上部/下部 -内压/外压 材料 厚度
7 腐蚀裕量/衬里/复合层
是 是 是 是 % % 是 是
否 否 否 否 结构图 级别 级别 否 否
其 kg kg kg kg kg kg
它 kg kg
吊装(运输)质量 可拆内件质量
格式编号:LF-Ch-30D.1-03-2004
项目文件号
专业文件号 30-01/D2n
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简
图
�
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填料塔数据表
LPEC 顾客要求 设计阶段 第
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1 设备位号: 2 需要台数: 3 4 名 称 (或塔板数) 5 物料名称 6 操作温度 7 操作压力 8 9 液相 10 11 12 13 气相 14 15 16 17 18 空塔气速 19 空塔F因子 20 空塔C因子 21 喷淋密度 22 液泛百分数 23 填料压降 24 全塔压降 25 等板高度(HETP) 26 27 28 29 壳体直径 30 填料段数 31 填料总高度 32 每段填料高度 33 填料规格和形式 34 填料比表面积 35 填料空隙率 36 波纹坡长 37 波纹倾角 38 填料重度 39 填料持液量 40 操作介质重量 41 进料分配器型式 42 再分配器型式 43 44 备注: 备注: 45 46 47 48 49 50 51
m/s(kg/m3)0.5 m/s(kg/m3)0.5
m3/h.m2 % Pa/m Pa m
填料塔结构数据 ( 内径 ) mm mm mm m2/m3 % mm kg/m3 kg/m3 kg
格式编号:LF-Ch-30D.1-03-2004
填料塔计算部分
2装置流程 逆流操作 吸收剂操作温度 水 20 C操作压力 常压填料类型 聚丙烯阶梯环（塑料填料）填料规格D N 25 ( D d 8 )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， 20 C 时水的有关物性数据如下： 密度（ L） 998.2kg/ m3粘度（L）0.001Pa s=3.6kg/(mh)表面张力（L）940896kg/ h22 气相物性参数设计压力： 101.3kPa , 温度： 20 C 氨气在水中的扩散系数： D L1.76 10 cm / s 9 2 6.336 10 m / h6 2二 基础物性参数的确定本设计方案信息如下表所示：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 0.17cm / s ，2根据关系式换算出 20 C 时的空气中的扩散系数：3 3P 0 D VD 0T 0.17 1293.15 2PT 0273.150.189cm 2/ s 0.06804m 2/ h混合气体的平均摩尔质量为M Vmy i M i 0.05 17 0.98 29 29.27混合气体的平均密度为PM Vm101.3 29.27 1.217kg m3VmRT 8.314 293.15混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20 C 空气粘度为1. 8 1 150P a s0. 0k6g5 m ( h)3 气液相平衡数据由手册查得，常压下 20 C 时，氨气在水中的亨利系数E 相平衡常数76.3kPamEP 溶解度系数H76.30.7532101.3L998.2 0.7260 kmol kPa m3EM s76.3 18.024 物料衡算进塔气相摩尔比y 1Y 1 =1 y 10.05 0.052631 0.05出塔气相摩尔比Y 2Y 1(13A) 0.05263(1 0.98) 1.053 10VL12混合气体流量0.1013 (273.15 20)33Q V Q N0.1013 273.1516.10 10 m h惰性气体摩尔流量VQ V 273.15(1 0.05) 636.16kmol h22.4 273.15 20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：L Y 1 Y 2 VY 1 m X 2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成X 2 0L Vmin0.05263 0.001053 0.73810.05263 0.7532取操作液气比为L 1. 4 LVVm i nL1. 4 0. 7 3 8 1 1. 0 3 3 3 VL 1. 0 3 3 3 6 3 6. 1 66k 5m 7.o 3l 4hX V(Y 1 Y 2 )X 636.16 (0.05263 0.001053) 0.0499657.34填料物性参数查表得：聚丙烯阶梯环 D N 25 散装填料物性参数塔径与填料公称直径的比值值 D/d 的推荐 D d >8关联常数 A 0.204 关联常数 K1.75填 料 材 质 的 临 界 表 面 张 力 值 c33（ d yn/cm ） 直径 高 厚 25 12.5 1.4比表面积 (m 2m 3)228 空隙率 (m 3m 3) 0.90堆积密度P( kg m 3)97.8 个数 n （ m 3）81500干填料因子 (m )1312填料形状系数1.45散装填料分段高度推荐 h/D8 ~ 15 值h max6散装填料泛点填料因子平均值 F（ 1/m ） 260散装填料压降填料因子平均值P（ 1/m ） 176表 2-4-15 吸收塔的工艺尺寸计算5.1 塔径计算采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速。
填料洗涤塔设计参数计算表
事先填好的 为黑色粗体
既定参数
温度= 323
K
压力= 101325 Pa
废气流量= 28000
m3/h
废气分子量= 28.94
kg/kmol
填料因子Φ = 105
填料比表面积a t = 90 填料直径d= 0.05
m-1
m2/m3 m
过程计算 的涂为紫
标准温度 273
K
标准大气压 101325 Pa
塔截面积Ω= 4.9087385 实际空塔速度u= 1.5844759
塔径/填料径= 50 喷淋密度L'= 20.700411
润湿速率L w = 0.2300046
m 直径 m 查塔径 参数 m2 m/s 要求>10 m3/m2.h d<75,(Lw) min=0.08 m3/m2.h
d>75,(Lw) min=0.12 m3/m3.h
Y= 0.14
Y/u F 2 = 1.19E-02 液泛速度 u F = 3.431576
空塔速度u= 2.0589456
查表2 关 联图
m/s m/s
X
L V
V L
0.5
Y
u
2
V
0.2 L
g L
有效过流截面A= 3.7775538 m2
按圆型空气=
29
M废气1=
17
M废气2=
M废气3=
M废气4=
M废气5=
最后需要 的为红色
V空气= V废气1= V废气2= V废气3= V废气4= V废气5=
0.995 体积分数 0.005
0 0 0 0
填料θ 系数θ = 5.23
填料形状修正系数φ= 1.5 液相黏度μ L = 1.01E-03
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Column Tag No.:HCL Scrubber Job No.:4506A Client :JOLProject :SR - Plant -4, 5Input DataStream:HCL Vap.Packing type =Intallox Saddles Packing size =25mm Packing MOC=PP Gas pr. Drop / m bed =15mmWC / m packing height =147.1(N/m 2)/mTotal packing height= 3.2m (including all packed beds)Gas / Vapour Properties Gas / Air flow rate =OR0m 3/h == 0m 3/sGas pressure at entry = 1.0000atmGas temperature at entry =30.00oC =303.00oKGas / Air mol weight=29Component to be scrubbed Component Name =HCL VapComponent flow rate =70Kg/h % comp. in air/gas =6% (v/v)Molecular weight of comp.=36.53Conversion :Liquid Viscosity, µL =0.0035000Ns/m 2 3.5C p =Ns/m 2Packing factor, F p=21m -1Charac. Packing Factor,C f =33 Ref. Table 6.3, Characterstics of Random packingsConversion factor, J = 1.0factor for adequate liquid distribution & irrigation across the bedSCRUBBER DESIGN (PACKED COLUMN)0.00350000CalculationsSince larger flow quantities are at the bottom for an absorber, the diameter will be chosen to accommodate the bottom conditions.To calculate Gas density Avg. molecular weight =29.45Kg / KmolSelect vol. flow rate and mass flow rate from above,Selected mass flow rate =0.277778Kg/sSelected vol. Flow rate =0.234499m 3/s Selected molar flow rate =0.009432Kmol/s Therefore, gas density=1.1846Kg/m 3(mass flow rate / vol. Flow rate)To find L', G' and Tower c/s areaAssuming essentially complete absorbtion, Component removed =0.0207Kg/s (molar flow rate x % comp. x mol. Wt.)Liquid leaving =0.0420Kg/s (Inlet liquid flow rate + comp. Removed)0.5=0.00497Using0.00497as ordinate, Refer fig.6.34 using a gas pressure drop of 147.1(N/m 2)/mG' 2 C f µL 0.1 J =0.04 (from graph)G ) g c Therefore, G'=0.5=1.6665Kg / m 2.s Tower c/s area =0.1667m2( c/s area = mass flow rate / G' )Tower diameter=0.4607m =460.7mm=500mm Corresponding c/s area=0.1963m 2TO CALCULATE COLUMN DIAMETEREfficiency of fan / blower=60%To calculate pressure drop Pressure drop for irrigated =470.72N/m 2(pressure drop per m packing x total ht. of packing)packingFor dry packing,O/L Gas flow rate, G'=2.s (Gas inlet flow rate - Component removed) / c/s areaO/L Gas pressure=2(subtracting pressure drop across packing)= gas mol wt. x 273 x gas o/l pr. 22.41m3/Kmol T in kelvin 101330=C D =96.7 Ref. Table 6.3, Characterstics of Random packingsDelta P = Z=2Pressure drop for packing =613.61N/m 2(irrigated packing + dry packing)Pressure drop for internals =25mmWC(packing supports and liquid distributors)=245.17N/m2Gas velocity=7.5m/sInlet expansion & outlet = 1.5 x Velocity heads = 1.5 x (V 2/ 2g)contraction losses=42.19N m / Kg=49.97N/m 2(divide by density)Total pressure drop =908.75N/m2(packing + internals + losses)Fan power output=pressure drop,N/m 2 x (gas in - component removed) Kg/sO/L gas density, Kg/m 3=201.35N .m / s =0.20kW Power for fan motor=0.34kW (fan power output / motor efficiency)=0.45hpTO ESTIMATE POWER REQUIREMENTLiq.-Vap. Flow factor, F LV==Design for an initial pressure drop of15mm H2O /m packingFrom K 4v/s F LV ,K 4=0.85K 4 at flooding =6.50Trial % flooding==Gas mass flow rate, V m==3.7763kg/m 2.s Trial column c/s area=V / V m (Trial A s )=0.0736m 2Trial column dia., D =0.3060mD = (4/pi) x Trial A sRound off 'D' to nearest standard size Therefore, D =0.500mColumn C/S area, A s=0.1963m2A s =(pi/4) x D2% flooding =13.5472% flooding = Trial % flooding x (Trial A s / A s )ConclusionGenerally packed towers are designed for 50% -- 85% flooding.If flooding is to be reduced,(i) Select larger packing size and repeat the above steps.OR(ii) Increase the column diameter and repeat the above steps.COLUMN DIAMETER / HYDRAULIC CHECK(1/2)Input Data 0.018 N/m =dyne/cm Liquid-phase Surface Tension, =20dyne/cm Liquid Viscosity = 3.5cP n=1.13080Calculation ln HETP =0.837437HETP==For separations, less than 15 theoritical stages, a 20% design safety factor can be applied.Considering 20% safety factor, HETP =0.845065mFor separations, requiring 15 to 25 theoritical stages, a 15% design safety factor can be applied.HETP =HETP PREDICTIONNorton's Correlation Applicable Norton's Correlation NOT applicable18。