填料塔流体力学计算说明书
塔器现代工程设计的流体力学计算方案
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WPTR：国产简体中文软件：可以迅速、准确计算填料塔流体力学，有比较完整的实验数据。
二、散堆填料塔 –扩散系数（WPTR）
二、散堆填料塔 –扩散系数
N2,O2的本征传质能力 14
传质能力 D,cm2/s
气相传质×100 液相传质×100000
12 10 8 6 4 2 0
•`
-200 -150 -100 -50
0.5
ΔP = k2 f ΔPf 其中：kf=泛点率
二、规整填料塔–填料参数(WPTR)
基本算法
• 泛点算法：
• • • 最大负荷因子关联式 压降计算 传质计算 • • • • 关系式有10几个，计算比较繁琐，略去。 规整填料的研究集中在250X和250Y上，其他尺寸型号的研究较少。 核心仍然是扩散系数。所有没有“扩散系数”的软件计算传质，都是不负责任的。
致谢
•天津大学几十年来的理论研究和试验数据 •中石化部分专家整理的算法 •上海化工研究院的专家的相关译著 •陕西部分大学的软件实现 •谢谢各位的光临！
lg(φ F ) = E + F .L
lg(φF ) = E + F . lg(L)
二、散堆填料塔 –基本算法
基本算法
• 泛点算法：散对填料的传统算法。 • Bain-Hougen关联式 • • Eckert 通用关联图 中国学者的贡献 • 湿填料压降因子的关联 lg(φ F ) = E + F .L lg(φF ) = E + F . lg(L) 填料压降因子的关联
填料塔毕业设计计算说明书终结版[管理资料]
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2前言炼焦化学产品在国民经济中占有重要地位，炼焦化学工业是国民经济的一个重要部门，它是钢铁联合企业的主要组成部分之一，也是煤炭的综合利用工业。
焦炉煤气中所含的氨可用于制取硫酸铵、浓氨水或无水氨；煤气中主要成分---氢，可用于制造合成氨。
进一步制取尿素、硝酸铵、磷酸铵和碳酸铵等化肥，均可以直接用于农业生产。
焦炉煤气中含有很多焦油、粗苯、氨等多种具有回收价值的化工产品。
由于环保问题日益成为政府部门和社会公众关注的焦点，氨的排放量和排放浓度成为焦化厂需要重点控制和解决的问题，其次，提高氨的回收利用，不仅有利于促进环境保护，更是具有循环经济效益的头等大事。
在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。
吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。
塔设备是化工生产中重要的设备。
它使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到传质及传热的目的。
填料塔具有结构简单、便于用耐腐蚀材料制造、适于小直径塔的场合以及压降小等优点。
塔填料的性质决定了填料塔的操作,只有性能优良的塔填料再辅以理想的塔内件,才有望构成技术上先进的填料塔。
人们对塔填料的研究十分活跃。
对塔填料改进与更新的目的在于:改善流体的均匀分布,提高传递效率,减少流动阻力,增大流体的流量以满足降耗、节能、设备放大、高纯产品制备等各种需要。
目前,塔填料的开发,除研究各种散装和规整填料结构外,还对填料的材质、加工方法、表面特性等进行研究。
近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小、性能稳定等特点。
因此，填料塔已经被推广到大型气、液操作中，在某些场合还代替了传统的板式塔。
如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。
海水脱硫散堆填料塔的流体力学计算
海水脱硫散堆填料塔的流体力学计算高梅杉1，王小明2, 王世和1，郭明春3（1东南大学土木工程学院，江苏南京 210096；2国电环境保护研究院，江苏南京210013；3上海霍林化工设备工程有限公司，上海 200127）摘要：采用体积平均法建立了描述散堆填料塔内气、液两相的流动模型；通过数值计算，获取了在不同液气比下塔内流体速度、孔隙率分布及压力分布，并就压力损失与实验值进行了对比，预测值与实验值吻合较好，趋势完全一致。
分析海水速度分布图发现，靠近壁面处存在着显著的壁流现象，并在沿流方向上液体有向壁区积聚的趋势，壁流现象变得更严重。
由三种填料径向孔隙率分布图可看出，近壁面处的孔隙率明显高于中间区域，表明这是形成壁流的原因所在。
关键词：海水脱硫；散堆填料；流体力学计算中国分类号：X01 文献标识码：A 文章编号：CFD in random packing columns within seawater desulfurization GAO meishan1, W ANG shihe1, W ANG xiaoming2，GUO mingchun3(1College of civil engineering, Southeast university, Nanjing 210096, China;2State Power Environmental Protection Research Institute, Nanjing 210013, China3Shanghai huolin Engineering Plastics Co., Ltd. Shanghai 200127, China)Abstract: By the volume average method, gas-liquid two-phase flow CFD model is established to describe the random packing column in seawater desulfulrization. By numerical calculation, the flow velocity, porosity distribution and pressure distribution of seawater are obtained. Pressure loss are compared with experimental data, the prediction results and experimental results are well consistent, is exactly the same trend. Combination of seawater velocity vector in packed columns and velocity profile of the section on the middle high of the pac ed tower was found there is a significant “wall flow” phenomena, and there is a n accumulation trend near the wall along the direction of the liquid flow, and the wall flow becomes much more serious. According the chart of the three kinds of filler porosity distribution on the radial direction, can be seen near the wall is significantly higher than the porosity of the middle region, stated that this is the reason for the formation of wall flow.Keyword:seawater desurfurization; random packing columns; CFD1海水脱硫是以天然海水作为吸收剂脱除烟气中SO2的湿法脱硫技术, 是海水直接利用的一个重要领域。
填料塔设计说明书
填料吸收塔的设计说明书目录1.题目 (3)2. 吸收塔的工艺计算 (4)2.1基础物性数据 (4)2.1.1液相物性数据 (4)2.1.2气相物性数据 (4)2.1.3气液相平衡数据 (4)2.2物料衡算 (5)2.3填料塔的工艺尺寸的计算 (6)2.3.1塔径的计算 (6)2.3.2传质单元高度计算 (8)2.3.3传质单元数的计算 (10)2.3.4填料层高度 (11)2.3.5 筒壁厚度及封头厚度 (11)2.4塔附属高度的计算 (11)2.5填料层压降的计算 (12)2.6液体分布器计算 (13)2.6.1 液体分布器 (13)2.6.2 布液孔数 (13)2.6.3 塔底液体保持高度 (13)2.7 其他附属塔内件的选择 (13)2.7.1 液体分布器 (14)2.7.2 填料支撑板 (14)2.7.3 填料压板与床层限制板 (15)2.7.4 气体进出口装置与排液装置 (15)3.塔的强度校核 (15)3.1塔的载荷分析 (15)3.1.1质量载荷 (16)3.1.2风载荷 (16)3.1.3地震载荷 (17)3.2筒体的强度及稳定性校核 (17)3.2.1筒体轴向应力 (17)3.2.2轴向应力校核条件 (18)3.3裙座的强度及稳定性校核 (18)3.3.1裙座筒体 (18)3.3.2裙座基础环 (18)3.3.3地脚螺栓 (18)3.3.4裙座与塔体连接焊缝 (19)附录一工艺设计计算结果汇总及主要符号说明 (20)参考文献 (22)1.题目吸收塔设计题目焙烧炉尾气净化吸收塔设计矿石焙烧炉出来的气体中含SO2，为了防止大气污染，采用清水洗涤工艺除去其中的SO2。
焙烧炉出来的气体温度为25℃，洗涤水的温度为常温20℃。
试设计一座吸收塔，设计参数如下：组号炉气流量Nm3/h 炉气SO2含量（摩尔分数）操作压力MPa操作温度℃要求SO2的吸收率%1 1000 0.07 0.15 20 972 1500 0.06 0. 15 20 963 2000 0.05 0. 15 20 954 2500 0.05 0. 15 20 95主要设计内容：1.确定吸收过程设计方案；2.吸收塔的物料和能量衡算；3.吸收塔的工艺设计计算；4.填料塔附属内件设计；5.吸收塔接管尺寸计算；6.绘制吸收塔设计条件图；7.绘制填料塔主要内件施工图（如液体分布器、气体分布器、填料压板等）；8.编写设计计算说明书2. 吸收塔的工艺计算2.1 基础物性数据由于操作气压为0.15Mpa，温度为20摄氏度，所以接近与标准状态一个大气压和20摄氏度，1500Nm3/h可以换算成1000m3/h1.设计方案的确定用水吸收SO2属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。
填料塔说明书
方案的确定1、吸收工艺流程的确定2、填料的选择液相相反，特点是传质推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。
吸收流程如下：2、填料的选择作为吸收过程，一般要求具有操作液气比大等特点，因而更适合选用填料塔。
填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能。
与板式塔相比，具有生产能力大、分离效率高、压降小、操作弹性大、塔内持液量小等突出优点。
对于水吸收二氧化硫的过程，操作温度及操作压力较低，二氧化硫吸收产物具有腐蚀性，而塑料材料的耐酸腐蚀性比较好，故工业上通常选用塑料散装填料。
在塑料散装填料中，塑料阶梯环的综合性能较好，故选用38mm×19mm×1.0mm聚丙烯阶梯环填料。
主要性能参数见下表：公称直径(d)mm实际尺寸（δ⨯⨯Hd）mm个数（n）/m3比表面(a)/m38 38×19×1.027200 132.5空隙率(ε)m3/m3堆积密度3p/-⋅mkgρ干填料因1/-Φm91 57.5 175采用常规逆流操作流程采用塑料38mm×19mm×1.0mm塑料阶十五、地震载荷及地震弯矩计算对裙座底部危险截面0-0mmN1016.3231806000279424428826746254828267464752746429...22721211w⋅⨯=⎪⎭⎫⎝⎛+⨯+⎪⎭⎫⎝⎛++⨯+⎪⎭⎫⎝⎛+⨯+⨯=+⎪⎭⎫⎝⎛++=-llPlPM对裙座底部危险截面1-1mmN1070.223180442882627942442882625482826475...)2(273232211w⋅⨯=⎪⎭⎫⎝⎛++⨯+⎪⎭⎫⎝⎛+⨯+⨯=+++=-llPlPM对裙座底部危险截面2-2mmN1025.22318044282794244282548...)2(274343322w⋅⨯=⎪⎭⎫⎝⎛+⨯+⨯=+++=-llPlPM十五、地震载荷及地震弯矩计算。
填料塔计算和设计说明书
填料塔设计2012-11-20一、填料塔构造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。
液体从塔顶参加，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料外表流下。
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，在填料外表气液两相密切接触进展传质。
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。
散装填料根据构造特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何构造可分为格栅填料、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根本参数，主要包括比外表积、空隙率、填料因子等。
1.比外表积：单位体积填料层的填料外表积，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：填料的比外表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，外表流体阻力越小。
三、填料塔设计根本步骤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.进展填料塔的构造设计，构造设计包括塔体设计及塔内件设计两局部。
四、填料塔设计1.填料的选择填料应根据别离工艺要求进展选择，对填料的品种、规格和材质进展综合考虑。
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，应根据它的特点进展技术经济评价，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。
填料塔课程设计计算书
填料塔课程设计计算书物料衡算1、依据甲醇蒸气转化反应方程式:CHOH?CO?+2H? 23CO+HO?CO?+ H 222CHOH分解为CO转化率99%,反应温度280?,反应压力1.5MPa,醇水投料比1:1.5(mol). 32、投料计算量代入转化率数据,式(1-3)和式(1-4)变为:CHOH?0.99CO?+1.98H?+0.01 CHOH 233CO+0.99HO?0.99CO?+ 1.99H+0.01CO 222合并式(1-5),式(1-6)得到:CHOH+0.981 HO?0.981 CO?+0.961 H?+0.01 CHOH+0.0099 CO? 222333氢气产量为: 2100m/h=93.750 kmol/h 甲醇投料量为:93.750/2.9601?32=1013.479 kg/h 水投料量为: 1013.222/32?1.5?18=855.123kg/h 3、原料液储槽(V0101)进: 甲醇 1013.479 kg/h , 水 855.123 kg/h 出: 甲醇 1013.479 kg/h , 水855.123 kg/h 4、换热器 (E0101),汽化塔(T0101),过热器(E0103) 没有物流变化.5、转化器 (R0101)进 : 甲醇 1013.479kg/h , 水855.123 kg/h , 总计1868.602kg/h 出 : 生成 CO 1013.479/32?0.9801?44 =1365.802kg/h 2H 1013.479/32?2.9601?2 =187.500 kg/h 2CO 1013.479/32?0.0099?28 =8.779 kg/h剩余甲醇 1013.479/32?0.01?32 =10.135kg/h剩余水 855.123-1013.479/32?0.9801?18=296.386总计 1868.6026、吸收塔和解析塔吸收塔的总压为1(5MPa,其中CO的分压为0.38 MPa ,操作温度为常温(25?).此时,233每m 吸收液可溶解CO11.77 m.此数据可以在一般化工基础数据手册中找到，二氯 2化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度数据见表1一l及表1—2。
环矩鞍填料塔设计说明书
目录1.概述 (3)1.1 填料塔的概述 (3)1.1.1 填料的类型 (4)1.1.2 填料的几何特性 (5)1.1.3 填料的性能评价 (5)1.2 填料塔的流体力学性能 (6)1.2.1 填料层的持液量 (6)1.2.2 填料层的压降 (6)1.2.3 液泛 (6)1.2.4 液体喷淋密度和填料表面的润湿 (7)1.2.5 返混 (7)1.3、 课题设计内容、设计参数 (7)1.3.1 设计内容 (7)1.3.2 设计主参数的确定 (7)2．环形散装填料塔的结构设计 (8)2.1 填料的选择 (8)2.2 塔的内件选型及设计 (9)2.2.1 填料支承板 (9)2.2.2 填料压板 (9)2.2.3 液体初始分布器 (10)2.2.4 液体收集和再分布器（液体再分配装置） (11)2.2.5 除雾沫器 (12)3.填料塔的载荷分析及强度校核 (12)3.1筒体和封头厚度计算 (12)3.2载荷分析 (14)3.2.1塔设备质量载荷计算 (14)3.2.2自振周期的计算 (16)3.2.3地震载荷与地震弯矩的计算 (16)3.2.4风载荷与风弯矩的计算 (18)3.2.5 偏心弯矩e M (22)3.3强度校核 (23)3.3.1圆筒轴向力校核和圆筒稳定校核 (23)3.3.2塔设备压力试验时的应力校核 (24)3.3.3裙座轴向应力校核 (25)3.3.4基础环和地脚螺栓设计及校核 (27)3.3.5筋板设计及校核 (29)3.3.6盖板设计及校核 (30)3.3.7裙座与塔壳的对接焊缝 (31)3.3.8接管计算 (32)4 其他零部件的选取计算 (32)4.1静电接地板 (32)4.2塔顶吊柱 (32)5.翻译 (32)5.1英文文献 (32)5.2 英文文献翻译 (40)6.参考文献： (44)7.谢词 (45)1.概述1.1 填料塔的概述在石油、化工及轻工等行业中所设计到的均相流体分离过程，多采用吸收或径流的方法进行。
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GBL-T5102丝网波纹填料塔内件设计说明书2.1设计方案的确定根据用户要求，本设计采用BX(500)丝网波纹填料塔进行分离。
BX(500)的相关参数见第4节。
2.2水力性能的计算2.2.1填料塔上段(1)喷淋密度322484543.0168/3.1410431.4S L m m h S L⨯===⨯⨯(2)泛点气速118420.213lg ()()()F l l v A K l g v l w u a w νρρμρρε⎡⎤=-⎢⎥⎦⎢⎣112840.23403353785000.3044lg ()()0.30 1.759.811024.50.90.30440.451042.5()F u ⎡⎤=-⎢⎦⎢⎣⨯ u F =5.44m/s(3)空塔气速3.62/u m s === (4) 液泛率3.6266.5%5.44F uu == (5)持液量质量 m=4033×0.042=169.386Kg体积3169.3960.162481042.5V m == 填料体积2'34.154224V H m D π== 持液量 V/V ’=0.16248/4.15422=0.039112 m 3/ m 3(6)压降△P=2.7×5×10=135Pa（7）操作弹性由所选液体分布器：308个小孔直径为2mm ，布液管直径为20mm ，分配管及液位管直径130mm当分配管内液流速最大0.3m/s 时，求得最大允许流量2max 1042.5360014936.250.3Kg/h 40.13Q π⨯==⨯⨯⨯ 而填料允许最小喷淋密度为1 m 3/(m 2h)时2min 1042.536001604.761Kg/h 4 1.4Q π⨯⨯==⨯⨯液相负荷上限 4845×1.2=5814 Kg/h ＜Qmax液相负荷下限 4845×0.5=2422.5 Kg/h ＞Qmin操作弹性为 14936.75/1604.76=9.3所以设计合理。
2.2.2中段（1）液泛气速112840.23458759325000.3044lg ()()0.30 1.759.8160210.90.3044()0.451021()F u ⎡⎤=-⎢⎦⎢⎣⨯u F=4.87m/s （2）空塔气速3.41/m s==（3）液泛率3.4168.9%4.97Fuu==（4）喷淋密度322504543.2021m/(m h)3.1410241.4SLSL⨯===⨯⨯（5）持液量质量 M=4587×0.042=192.654Kg体积 V=192.6541021=0.18869 m3填料体积2'36.510.00094 1.4mVπ⨯==⨯持液量 V/V’=0.18869/10.0009=0.018867 m3/ m3（6）压降△P=6.5×5×10=325Pa（7）操作弹性最大喷淋密度为5 m3/(m2h)，则最大负荷2max10217854.5535Kg/h4 1.4Qπ⨯==⨯⨯最小喷淋密度为1.5 m3/(m2h)，最小负荷2min1021Q=1.5=2356.37Kg/h4 1.4π⨯⨯⨯已知液体负荷上限为 4587×1.2=5504.4 Kg/h＜Qmax 液体负荷下限为 4587×0.5=2293.5Kg/h＞Qmin操作弹性为 7854.553 3.332356.37= 所以设计合理。
2.2.3下段（1）喷淋密度322728044.64m /(m h)3.1410191.4S L S L⨯===⨯⨯（2）泛点气速112840.23623161025000.359lg ()()0.30 1.759.8110180.90.359()0.451018()F u ⎡⎤=-⎢⎦⎢⎣⨯u F =4.6m/s（3）空塔气速3.34/m s == （4）液泛率3.3472.6%4.6F uu == （5）持液量质量M=6231×0.042=261.702Kg体积 261.7020.257071018V == m 3 填料体积 V ’=27.385284.8**4 1.4π= m 3持液量 V/V ’=0.25707/7.38528=0.034808 m 3/ m 3（6）压降△P=4.8×5×10=240Pa（7）操作弹性最大喷淋密度为6 m 3/(m 2h)，最大负荷2max 10189397.77Q =6 Kg/h 4 1.4π⨯=⨯⨯ 最小喷淋密度为2 m 3/(m 2h)，最小负荷210183132.592 Kg/h 4 1.4min Q π⨯==⨯⨯ 已知液体负荷上限 6231*1.2=7477.2 Kg/h ＜Qmax液体负荷下限 6231*0.5=3115.5 Kg/h ＞Qmin 操作弹性为9397.7733132.59= 故设计合理。
总压降△P=702Pa折合：５.２５×１２＝６.３mmHg2.3塔内件（1）格栅式填料压圈《化工机械手册》 中卷17－78 图17.3－45栅条间距200mm,栅板圈用厚6mm 的扁钢弯制成，高度50mm 栅条尺寸（高度h ×厚度s ）即：50mm ×5mm（2）液体分布器a 、上段 排管式液体分布器①空数的计算，每平米设200个喷淋点222* 1.5386m 44 1.4S Dππ=== 孔数n=200S=200×1.5368=308个②孔径的计算取h=200mm 0C =0.62203344845 1.29*1043*3600*0.785*1.410s l S n s d C L V m L πρ-====00.0021m d == 圆整为2mm③液位管直径24su DL π=＜0.3m/s 取u=0.2m/s所以10.128m D == 圆整为130mm④液体分配管与布液管尺寸的确定液体分配管直径D 2=D 1=130mm布液管截面积为大于所有孔面积之和的两倍，而直径1.4m 的液体分布器每侧有7根布液管。
总孔面积为：242203089.6712440.00210n S d m ππ-==⨯⨯=⨯则其直径D30.0187m == 取布液管直径为20mmb 、中、下段选用盘式溢流管分布器每平方米设130个喷淋点，则有孔n=130S=130×1.5386=200个溢流管直径25mm（3）下段气体分布器塔径小于2.0m，采用向下开缺口的分布性能最好d=18”=457.2mm L=700mma=500mm b=25mm（4）防涡挡板塔釜液相出口d=4”（5）液体收集器斜板液体收集器α=045《化学工程手册》上P14-95（6）支承板选择栅板型支承装置，栅板的尺寸如下：①塔径1400mm，栅板直径1380mm 栅条高度60mm 厚度10mm 分4块，每块350mm②支持圈外径1392mm 内径1272mm 厚度8mm 支持板8块2.4栅条强度计算P=Pp+P la、上段ρ3=1042.5kg/mlH=2.7mPp=9.8×2.7×0.35×0.1×250=231.525NPl=0.042×2.7×0.35×0.1×1042.5=4.138NP=Pp+Pl=231.525+4.138=235.663N取 腐蚀余量C=2mm263.06*()10()l Pa m w h c s c P σ===--＜[σ] b 、中段lρ=1021kg/ m 3 H=6.5m Pp=9.8×6.5×0.35×0.1×250=557.375N P l =0.042×6.5×0.35×0.1×1021=9.756N P=Pp+P l =567.131N取c=2mm267.38()10()l Pa m w h c s c P σ===⨯--＜[σ] c 、下段lρ=1018kg/ m 3 H=4.8m Pp=9.8×4.8×0.35×0.1×250=411.6N Pl=0.042×4.8×0.35×0.1×1018=7.183N P=Pp+P l =418.783N取c=2mm265.45()10()l Pa m w h c s c P σ===⨯--＜[σ]。