填料塔计算
第3章吸收5节填料吸收塔的计算
当气速增大到 C点时，液体充满了整个空隙，气体 的压强降几乎是垂直上升。同时填料层顶部开始出 现泡沫层，进而充满整个塔，气体以气泡状通过液 体，这种现象称为液泛现象。把开始出现此现象的 点称为泛点。
泛点对应的气速称为液泛速度。要使塔的操作正常及 压强降不致过大，气速必须低于液泛速度，但要高于 载点气速。由于，从低持液量到载点的转变不十分明 显，无法目测，即载点及载点气速难以明确定出。而 液泛现象十分明显，可以目测，即液泛点及液泛气速 可明确定出。液泛速度较易确定，通常以液泛速度v f 为基础来确定操作的空塔气速 v 。 影响液泛速度 的因素很多——填料的形状、大 小，气、液相的物理性质，气、液相的相对流量等 常用的液泛速度关联式如下：
§5 填料吸收塔的计算
本节重点讨论气液逆流操作时填料 塔的有关计算。
、
Y 具体内容主要包括对于给定的生产任务（ Y1 、 2
V 、 X 2 已知），计算吸收剂用量 L 、塔底完成 液浓度 X 1 、塔高、塔径。
5.1 吸收塔的物料衡算
在进行物料衡算时，以不变的惰性组分 流量和吸收剂流量作为计算基准，并用摩尔 比表示气相和液相的组成将很方便。
L 1.2 LM 1.2 0.74625 50 44. (Y1 Y2 ) 50 (0.0134 6.7 10 ) X1 0.0149 L 44.775
Y mX 1 0.75 0.0149 0.0112
N OG 只与体系的相平衡及气体进出口的浓度有关，它反
映了吸收过程的难易程度。分离要求高或吸收剂性 能差，过程的平均推动力小，则表明吸收过程难度 大，相应传质单元数就多。
H OG 与设备的型式及操作条件有关，是吸收设备效能 高低的反映。吸收过程的传质阻力大，填料层的 有效比表面积小，则一个传质单元所相当的填料 层高度就大。
填料塔压降计算公式
填料塔压降计算公式填料塔是化工生产中常用的一种设备，而要理解和设计填料塔，压降的计算就显得至关重要。
咱们先来说说啥是填料塔压降。
简单来讲，就是气体通过填料层时产生的压力损失。
这就好比咱们走路遇到了山坡，要费点力气才能爬上去，气体在填料塔里流动也得克服阻力，这个阻力带来的压力变化就是压降啦。
那这压降是咋算出来的呢？这就得提到一些公式了。
常见的有埃克特通用关联图法、贝恩-霍根关联式等等。
咱先拿埃克特通用关联图法来说，这里面涉及到一堆参数，像气体的密度、黏度，还有填料的特性参数等等。
我给您举个例子哈。
之前我在一个化工厂实习的时候，就碰到了关于填料塔压降计算的问题。
当时厂里要对一个旧的填料塔进行改造，提高生产效率。
我们几个实习生跟着师傅一起忙活。
师傅让我们先计算出原来填料塔的压降，看看问题出在哪儿。
我拿着一堆数据，对着公式开始算，结果算了好几遍都不对。
师傅过来看了看，笑着说：“你这孩子，参数都没搞清楚就瞎算。
”然后师傅耐心地给我讲解，说这个气体的密度得根据实际温度和压力来算，不能直接用标准状态下的值。
还有填料的特性参数，得从厂家提供的手册里准确找到。
经过师傅这么一指点，我终于算对了，那时候心里别提多有成就感了。
再说说贝恩-霍根关联式，这个公式相对来说简单一些，但也有它的适用范围。
在实际应用中，可不能随便乱用，得根据具体的工况选择合适的公式。
计算填料塔压降的时候，还得注意一些细节。
比如说，测量数据要准确，一点点误差可能就会导致结果相差很大。
而且不同类型的填料，其压降特性也不一样，有的阻力大，有的阻力小。
总之，填料塔压降的计算虽然有点复杂，但只要咱们把公式弄明白，参数搞准确，再加上多练习多实践，就一定能把它拿下。
以后您要是碰到填料塔相关的问题，可别忘了好好算一算压降哦，这可是关系到整个生产过程能否顺利进行的关键因素之一呢！。
关于填料吸收塔的计算
ln
(1
0.752)
0.0526 0 0.00263 0
0.0752
7.026
2.1 气相总传质单元高度的计算
H OG
V KY a
V KGaP
其中:
KGa
1/
kGa
1 1/
HkLa
式中: H 溶解度系数, kmol /(m3 kPa);
塔截面积, m2
普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取
1.257kg / m3
⑶ 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20℃空气
的粘度为： v 1.81 105 Pa s 0.065kg /(m h)
⑷ 查手册得SO2在空气中的扩散系数为：
DV 0.108 cm2 / s 0.039 m2 / h
3. 气液相平衡数据
⑴ 由手册查得：常压下20℃时SO2在水中的亨利系数：
at
L
at L L Lat
L Lat
修正的恩田公式只适用于u≤0.5uF的情况，当u≥0.5uF时， 需按p144的公式进行校正
本例题计算过程略，计算的填料层高度为Z=6m. 对于散装填料，一般推荐的分段高度为：
填料类型 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍
h/D 2.5 5~8 5~10 8~15 8~15
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℃时水的有关 物性数据如下：
⑴ 密度： L 998 .2kg / m3 ⑵ 粘度： L 0.01Pa s 3.6kg /(m h) ⑶ 表面张力： L 72.6dyn / cm 940896 kg / h2
对于规整填料，其最小喷淋密度可从有关填料手册 中查得，设计中，通常取Umin=0.2
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 3②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/m3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=)/(1013.218106.22.997345kPa m kmol E M s•⨯=⨯⨯=-ρ2.2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2121min /X m Y Y Y ）V L（--=关于纯溶剂吸取过程，进塔液组成为X2=02121min /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=0.054581①塔径运算采纳Eckert 通用关联图运算泛点气速 气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量运算即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 LV 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 s m g u LV F LF /552.21338.112602.99881.9226.0226.02.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯==μϕρφρUf=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/s100522.212.2⨯=F u u ﹪=84.18％(在承诺范畴内) =3.352964272/ 4.724397=70.9% 填料规格校核：82425600>==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 251.76.0785.02.998/312121U 。
填料塔的计算.doc
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 3②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/m3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=)/(1013.218106.22.997345kPa m kmol E M s•⨯=⨯⨯=-ρ2.2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=02121min /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=0.054581①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 LV 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 s m g u LV F LF /552.21338.112602.99881.9226.0226.02.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯==μϕρφρUf=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/s100522.212.2⨯=F u u ﹪=84.18％(在允许范围内) =3.352964272/ 4.724397=70.9% 填料规格校核：82425600>==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 251.76.0785.02.998/312121U 。
第三章 吸收(填料塔高度的计算).
对上两式沿塔高积分得
h
Y1
Y2
V dY KY a Y Y *
h
X1
X2
L dX K X a X * X
在上述推导中，用相内传质速率方程替代总的传质速率方 程可得形式完全相同的填料层高度 Z 的计算式。 若采用 NA=KY(Y-Y*) 和 NA=kX(X* - X) 可得：
Y1
Y1
C
Y2
o
B
Y2
X1,max=X1* X o
B
X2
X2
X1,max X1* X
两线在 Y1 处相交时，X1,max=X1*； 两线在中间某个浓度处相切时， X1,max<X1* 。
Y1 Y2 Y1 Y2 L L V min 最小液气比的计算式： X 1,max X 2 V min X 1,max X 2
线上任一点的坐标(Y，X) 代表了塔内该截面上气、 液两相的组成。
Y
A Y1 P B X*-X Y- Y*
Y*=f(X)
Y
Y2 Y* o X2
X
X1 X*
X
操作线上任一点 P 与平衡线间的垂直距离 (Y-Y*) 为塔内该 截面上以气相为基准的吸收传质推动力；与平衡线的水平 距离 (X*-X) 为该截面上以液相为基准的吸收传质推动力。 两线间垂直距离（Y-Y*）或水平距离（X*-X）的变化显示了 吸收过程推动力沿塔高的变化规律。
V, Y2
L, X2
V, Y
VY LX1 VY1 LX
L L Y X Y1 X 1 V V 同理，若在任一截面与塔顶端面间作溶质A 的物料衡算，有 L L Y X Y2 X 2 V V
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 3②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=)/(1013.218106.22.997345kPa 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=2.67L=2.67×275.58=735.7986kmol/h∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2)∴X1=0.054581①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/hEckert 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 LV 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 φUf=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) = 4.724397=70.9%填料规格校核：82425600>==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 3U min =(L W )min a t =0.08×228=18.24m 3/m 2·h U=min 251.76.0785.02.998/312121U 。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Pa/m查关联图来自 Zu 22
查阻力系数表 Pa/m
ζ= 150 ΔP/Z = 205.60949 填料层高度计算 1）传质单元数 解析法/脱吸因数法 气相进塔摩尔比Y1= 1.20E-05 气相出塔摩尔比Y2= 2.00E-06 进塔液相摩尔比X2= 0 出塔液相摩尔比X1= 气相进塔摩尔流量V= 1056.5015 液相进塔摩尔流量L= 5600 解吸因数 S= 0.1426245 气相总传质单元数NOG= 1.9422387 液相总传质单元数NOL= 0.2770109 2）传质单元高度 气相空塔质量速度G= 1.7301998 液相空塔质量速度W= 5.7041132 雷诺准数ReL= 63.063717 弗鲁德准数FrL= 0.0003033 韦伯准数WeL= 0.005006 填料层有效面积α= 18.199032 实际雷诺数Re’L= 311.87013 施密特准数ScL= 575.62775 液膜吸收系数k L = 0.0004604 气相雷诺准数ReG= 1039.1591 气相施密特准数ScG= 0.8534942 气膜吸收系数k G = 2.713E-05 溶解度系数H= 0.7194662 KGα= 0.0004563 KYα= 0.0462335 传质单元高度HOG= 1.2931263 填料层高度Z= 2.51156
水的密度与液体密度之比 N/m 查表（附录） 2 273K/101325Pa m /s 273K/101325Pa m /s u F 液泛速度，一般为0.5-0.8 kN.m/kmol.K Pa 查表，注意单位换算为Pa m=E/P 亨利定律
2
气相中扩散系数D G = 1.99E-05
液泛速度计算 气相质量流量ωV= 8.4930986 液相质量流量ωL= 28 气相密度ρ V = 1.0919698 中间坐标参数X= Y= 2 Y/u F = 液泛速度 u F = 空塔速度u= 有效过流截面A= 按圆型填料塔计算 塔径D= 直径取整D= 塔截面积Ω= 实际空塔速度u= 塔径/填料径= 喷淋密度L'= 润湿速率L w = 0.1093809 0.14 1.19E-02 3.431576 2.0589456 3.7775538
m /m
2
3
kmol/m .s.kPa
3
kmol/m 3.s.kPa kmol/m 3.kPa 3 kmol/m .s.kPa kmol/m .s.kPa m
3
H
m
OG
V K Y
kg/s kg/s kg/m3
G W
查关联图 m/s m/s 2 m
X L V
V L
0.5
0 .2 u 2 V L Y g L
2.1931099 2.5 4.9087385 1.5844759 50 20.700411 0.2300046
m m 2 m m/s 要求>10 3 2 m /m .h d<75,(Lw)min=0.08m 3/m 2.h
符合 符合d<75mm
d>75,(Lw)min=0.12m 3/m 3.h 计算工作压损 参数X= 0.1093809 Y= 2.98E-02 ΔP/Z = 254 阻力系数法
符合d>75mm
-1
K Pa 29 17 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 0.005 0 0 0 0
查表14-3 有效直径 一般环形及鞍形填料为5.23，名义尺寸小于15mm 的为2 20˚C水的黏度度为 1 mPa.s
Pa.s Pa.s m/s2 kg/m3 kg/m3
气相黏度μ G = 1.85E-05 重力加速度g = 9.81 水的密度20˚C ρ 水 = 1000 液相密度ρ L = 992 液相分子量ML= 液体密度校正系数Ψ = 液体表面张力σ= 液相中扩散系数D L = 空塔速度u= 摩尔气体常数R = 亨利系数E = 相平衡常数m = 18 1.0080645 7.28E-02 1.76E-09 0.6 8.314 76600 0.7559832
填料塔设计 既定参数 温度= 压力= 废气流量= 废气分子量= 323 101325 28000 28.94 K Pa m3/h kg/kmol 标准温度 273 标准大气压 101325 M空气= M废气1= M废气2= M废气3= M废气4= M废气5= 填料因子Φ = 105 泛点填料因子Φ F = 填料比表面积a t = 90 填料直径d= 0.05 填料临界表面张力σ c = 0.04 填料的名义尺寸d p = 填料θ 系数θ = 填料形状修正系数φ= 液相黏度μ L = 0.05 5.23 1.5 1.01E-03 m m -1 m 2/m 3 m N/m m
摩尔比 摩尔比 摩尔比 摩尔比 kmol/h kmol/h S=mV/L
N OG
Y1 mX 2 1 ln (1 S ) Y mX 1 S 2 2
S
Kg/m .s 2 Kg/m .s
2
0.75 a c .1 *0.05 0.2 1 exp 1.45 Re 0 Fr We L L L at