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。在板式塔中,气液两相逐级接触,两相的组成沿塔高呈阶梯式变化,在正常操作下,液相为连续相,气相为分散相。

一般而论,板式塔的空塔速度较高,因而生产能力较大,塔板效率稳定,操作弹性大,且造价低,检修、清洗方便,故工业上应用较为广泛。

2、填料塔

填料塔是最常用的气液传质设备之一,它广泛应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。几年来,由于填料塔研究工作已日益深入,填料结构的形式不断更新,填料性能也得到了迅速的提高。金属鞍环,改型鲍尔环及波纹填料等大通量、低压力降、高效率填料的开发,使大型填料塔不断地出现,并已推广到大型汽—液系统操作中,尤其是孔板波纹填料,由于具有较好的综合性能,使其不仅在大规模生产中被采用,且由于其在许多方面优于各种塔盘而越来越得到人们的重视,在某些领域中,有取代板式塔的趋势。近年来,在蒸馏和吸收领域中,最突出的变化是新型填料,特别是规整填料在大直径塔中的采用,它标志作塔填料、塔内件及塔设备的综合设计技术已进入到一个新的阶段。

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒(如右图所示),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。填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。液体从塔顶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(小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层的

空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。

当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大,分离效率高,压降小,持液量小,操作弹性大等优点。

3、板式塔和填料塔的比较

如下表格所示

表1-1板式塔与填料塔的比较

表1-2 塔型选用顺序

而本次设计用到的物料是氢氟酸,氢氟酸是具有腐蚀性的物料,因此选择填料塔。

4、选塔的基本原则:

1、生产能力大,有足够的弹性。

2、满足工艺要求,分离效率高。

3、运行可靠性高,操作、维修方便,少出故障。

4、结构简单,加工方便,造价较低。

5、塔压降小。

综上考虑,吸收5000m3/h含2.5%的生产任务不是很大,由于它结构简单,造价较低,便于采用耐蚀材料使得寿命较长,而且本次设计用到的物料是氢氟酸,氢氟酸是具有腐蚀性的物料,因此我们采用填料吸收塔完成该项生产任务。

第二节填料吸收塔方案的确定

1、装置流程的确定

装置流程的主要有以下几种:

a.逆流操作气相自塔底进入由塔顶排出,液相由塔顶流入由塔底流出,其传质速率快,分离效率高,吸收剂利用率高。工业生产中多采用此操作。

b.并流操作气液两相均由塔顶流向塔底,其系统不受液流限制,可提高操作气速,以提高生产能力。通常用于以下情况:当吸收过程的平衡曲线较平坦时,液流对推动力影响不大;易溶气体的吸收或吸收的气体不需吸收很完全;吸收剂用量很大,逆流操作易引起液泛。

c.吸收剂部分循环操作在逆流操作过程中,用泵将吸收塔排除的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内,通常以下情况使用:当吸收剂用量较少,为提高塔的喷淋密度;对于非等温吸收过程,为控制塔内的温度升高,需取出一部分热量。该流程特别适用于相平衡常数m较小的情况,通过吸收液的部分再循环,提高吸收剂的利用率。需注意吸收剂的部分再循环较逆流操作费用的平均推动力较小,且需设置循环泵,操作费用提高。

由于氢氟酸在水中的溶解度很大。逆流操作时平均推动力大,传质速率快,分离效率高,吸收剂利用率高。逆流操作是完成该项任务的最佳选择。

第三节吸收剂的选择

吸收过程是依靠气体溶质在溶剂中的溶解来实现的,因此,吸收剂的性能的和优劣,是决定吸收操作效果的关键之一,选择时有以下考虑方面:

a.溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度要大,以提高吸收速率并减少吸收剂的用量。

b.选择性吸收剂对溶质组分要有良好的选择吸收能力,而对混合气体中的其他组分不吸收或吸收甚微,否则不能直接实现有效的分离。

c.挥发度要低操作温度下吸收剂的蒸汽压要低,要减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发和损失。

d.粘度吸收剂在操作温度下的粘度越低,其在塔内的流动性越好,有助于传质速率和传热速率的提高。

e.其他所选的吸收剂尽量的满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、廉价易得以及化学性质稳定等要求。

在吸收空气中少量的氢氟酸时,水是最理想的溶剂,由于氢氟酸在水中的溶解度很大;常温常压下,水的挥发度很小;粘度较小;价格低廉等。

第四节操作温度与压力的确定

1、操作温度的确定

由于吸收过程的气液平衡关系可知,温度降低可增加溶质组分的溶解度。即低温有利于吸收,当操作温度的低限应由吸收系统的具体情况决定。

2、操作压力的确定

由吸收过程的气液平衡关系可知,压力升高可增加溶质组分的溶解度,即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高,对设备的加工制造要求提高,且能耗增加因此需结合具体工艺的条件综合考虑,以确定操作压力。

在该任务中,由于在常温常压下操作且在此条件下氨的溶解度很大,且受温度与压力的影响不大,在此不做过多的考虑。

第二章填料的类型与选择

第一节填料的类型

填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求,又要使设备投资和操作费用最低。

填料的种类很多,根据装填的方式的不同,可分为散装填料和规整填料两大类。

1、散装填料

散装填料是一个个具有一定集合形状和尺寸的颗粒体一般以随机的方式堆积在塔内的,又称为乱堆填料和颗粒填料。散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、和环鞍的填料等。以下是典型的散装填料:

a.拉西环填料拉西环填料是最早提出的工业填料,其结构为外径与高度相等的圆环,可用陶瓷、塑料、金属等材质制成。拉西环填料的气液分布较差、传质效率低、阻力大、通量小,目前工业上用得较少。

b.鲍尔环填料鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗口,被切开的环壁的一侧仍与壁面相连,另一侧向环内弯曲,形成内伸的舌叶诸舌叶的侧边与环中间相搭,可用陶瓷、塑料、金属制造鲍耳环由于环内开孔,大大提高了环内空间及环内表面的利用率气流阻力小,,液体分布均匀。与拉西环相比通量可提高50%以上,传质效率提高30%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。

c.阶梯环填料阶梯环是对鲍尔环的改进。鲍尔环相比阶梯环高度减少了一半,并在一端增加了一个锥形的翻边由于高径比减少,使得气体绕填料外外壁的平均路径大为缩短,减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅提高了填料的

机械强度,而且使填料之间由线接触为主变为点接触为主,这样不但增加了填料层之间的空隙,同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点,可以促进液膜的表面更新。有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环,成为目前环形填料中最为优良的一种。

2、规整填料

规整填料是按一定的的几何图形排列,整齐堆砌的填料。规整填料种类很多,根据其几何结构分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料。工业上使用的绝大多数规整填料为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料可用陶瓷、塑料、金属制造。

金属丝波纹填料是网波纹填料的主要形式,是由金属丝制成。其特点是压降低、分离效率高,特别适用于精密精馏及真空精馏装置,为难分离物系、热敏性的精馏提供了有效的手段。尽管造价高,但因性能优越仍得到了广泛的应用。

金属板波纹填料是板填料的主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多Φ4mm~Φ6mm的小孔,可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上扎成细小沟纹,可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高,耐腐蚀性强,特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。

波纹填料的优点是结构紧凑,阻力小,传质效率高,处理能力大,比表面积大。其缺点是不适用于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料,且装卸、清洗困难、造价高。

第二节填料的选择

1、填料种类的选择:填料种类的选择要考虑分离工艺的要求,通常考虑以

下几个方面:

a.传质效率要高一般而言,规整填料的传质效率高于散装填料

b.通量要大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

c.填料层的压降要低

d.填料抗污堵性能强,拆装、检修方便

2、填料规格的选择

填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。

(1)散装填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料,尺寸越小,分离效率越高,但阻力增加,通量减少,填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中,又会产生液体分布不良及严重的壁流,使塔的分离效率降低。因此,对塔径与填料尺寸的比值要有一规定,一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。

(2)规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多,国内习惯用比表面积表示,主要有125、150、250、350、500、700等几种规格,同种类型的规整填料,其比表面积越大,传质效率越高,但阻力增加,通量减少,填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑,使所选填料既能满足技术要求,又具有经济合理性。

应予指出,一座填料塔可以选用同种类型,同一规格的填料,也可选用同种类型不同规格的填料;可以选用同种类型的填料,也可以选用不同类型的填料;

有的塔段可选用规整填料,而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握,根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。

3. 填料材质的选择

填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。

(1)陶瓷填料陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性,陶瓷填料价格便宜,具有很好的表面润湿性能,质脆、易碎是其最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。

(2)金属填料金属填料可用多种材质制成,选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低,且具有良好的表面润湿性能,对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用;不锈钢填料耐腐蚀性强,一般能耐除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,在某些特殊场合(如极低喷淋密度下的减压精馏过程),需对其表面进行处理,才能取得良好的使用效果;钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高,一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。

一般来说,金属填料可制成薄壁结构,它的通量大、气体阻力小,且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。

(3)塑料填料塑料填料的材质主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等,国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好,可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好,可长期在100 C以下使用。

塑料填料质轻、价廉,具有良好的韧性,耐冲击、不易碎,可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低,多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差,但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。

综上对各种类型、各种规格填料的分析,对于在20℃,101.3KPa 下吸收5000m3/h 空气含2.5%的氢氟酸,由于操作温度及操作压力较低,工业上常用散装填料。故选用DN38瓷质拉西环填料。

2、净化塔强度设计和稳定校核

2.1 筒体和封头的壁厚计算 2.1.1 材料选择

根据设计温度 T=320 ℃,设计压力P=0.6MPa ,塔壳外表面保温层厚度为0.8mm,保温层材料的密度为1.117g/cm 3,塔壳厚度附加量C=3等因素,材料可以选用普通碳素钢Q235系列或低合金Q345R 等.但由于介质为有毒气体,且其具有腐蚀性,故不能选用Q235 系列钢板.而低合金钢中 Q345 R 为屈服点σs = 340MPa 的压力容器专用钢 板,具有良好的综合力学性能和制造工艺性能,且价格便宜,使用广泛,故选用Q345 R .

2.1.2 按设计压力计算筒体壁厚

筒体壁厚[]i t

=

2PD P

δδφ-

式中

Di —塔内径 Di 为2400mm

[]i t

0.6=

=

=5.4

21341-0.6

2PD P

⨯2400

δ⨯⨯δφ-

由于 Q345 R 钢板厚度为 7.5~25mm 时的钢板负偏差 C1 = 0.8mm ,腐

=Φ Φ—塔体焊接接头系数,采用双面接焊,全部无损探伤,取1

蚀裕度 C2 = 3mm,则设计厚度δ d = δ+ C 2 = 5.4+3=8.4 mm

考虑刚度,稳定性及各种载荷的影响取名义厚度 δ n = 12mm , 有效厚度 δ e = δn –(C1 + C2 )=12-(0.8+ 3) = 8.2mm 2.1.3 封头壁厚计算 1)封头选择 2)壁厚计算

标准椭圆封头壁厚

[]i

t

0.6=

=

=5.4mm

21341-0.50.6

2c c

P D P ⨯2400

δ⨯⨯⨯δφ-0.5 其中, Di = 2400mm , H i = 640mm . 计算压力 Pc = 0.77 MPa ; 所以,

[]i

c t

0.77=

=

=6.9mm

21341-0.50.77

2c c

P D P ⨯2400

δ⨯⨯⨯δφ-0.5 设计厚度δ d = δ+C2 = 5.4+3=8.3mm ;

考虑制造安装方便且由文献[14]查得取名义厚度 δ n = 12mm ,有效厚度δe =δn-(C1 + C2 )= 12 -(0.8+3) = 8.2mm

图2-2椭圆形封头

第三章 填料塔工艺尺寸

第一节 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纯水的物性数据。由手册查得,20℃水的物性数据: 密度为 L ρ=998.2kg/m 3

粘度为 L μ=0.001Pa ·s=3.6kg/(m ·h) 表面张力

σ

L =72.6dyn/cm=940896kg/h 2

HF 在水中的扩散系数为 L D =2.07×10-5cm 2/s=7.45×10-6m 2/h 2、气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为

i i Vm M y M ∑==(0.025×17.03)+(0.98×29)=28.85

混合气体的平均密度

3

101.328.85

1.200/8.314293Vm Vm PM kg m RT ρ⨯=

==⨯

对于低浓度该气体粘度近似的取空气粘度。查手册地20℃空气的粘度为

V μ=1.81×10-5 Pa ·s=0.065 kg/(m ·h) 查手册得HF 在空气中的扩散系数为 D V =0.224cm 2/s=0.08064m 2/h 3、气液相平衡数据

由手册查得,常压下,20℃时,HF 在水中的亨利系数为 E=76.99kPa 相平衡常数为

m=E/P=76.99/101.3=0.76 溶解度系数为

3998.2

0.72/()76.9918.02

L

s

H kmol kPa m EM ρ=

=

=∙⨯

第二节 物料衡算 进塔的气相摩尔比为

1110.025

0.0256110.025

y Y y =

==-- 出塔的气相摩尔比为

21(1)0.0256(10.99)0.000256A Y Y φ=-=-=

进塔惰性气相流量为

5000273

(10.025)202.78/22.4293

V kmol h =

⨯-= 该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为一条直线,最小液气比为

2121min /X m Y Y Y V L --=

⎪⎭⎫ ⎝⎛

=0.02560.0002560.0256/0.760--=0.7524 取操作液气比为

min

4.1⎪⎪

⎭⎫

⎛=V L V L

=1.4×0.7524=1.053 L =1.053*V=1.053*244.58=257.54 kmol/h

)()(2121X X L Y Y V -=-×1X =12()

V Y Y L

- 1X =

244.58(0.02560.000256)

0.0241257.54

-=

第三节 填料塔的工艺尺寸的计算 1、塔径计算

采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。

气相的质量流量为

V w =5000×1.196=5980kg/h

液相质量流量可近似按纯水的质量流量计算,即

L w =L ×18.02=257.54×18.02=4640.87 kg/h

Eckert 通用关联图的横坐标为

5

.0⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛L

V V

L w w ρρ=0.5

4640.87 1.2005980998.2⎛⎫ ⎪⎝⎭=0.0269 查Eckert 通用关联图得

2

.02

L L

V F F g u μρρψφ=0.23

查表拉西环填料泛点填料因子平均值为

F φ=600 m -1 s m g u L

V F L

F /493.0023.02

.0==

μψρφρ

取 u=0.7u F =0.493×0.7=0.345m/s 由u V D s π4=

圆整塔径,取D=2.4m 泛点率校核:

2

5000/3600

0.307/0.785 2.4u m s =

=⨯

F u u =0.3070.493

×100% =62.27% (在允许范围内) 填料规格校核:

d

D

=2400/38=63.16>8 (满足要求) 液体喷淋密度校核:

取最小润湿率为

()min w L =0.08 m 3/m ·h

查表得:

D N 38拉西环填料的比表面积 t a =140m 2/m 3

min U =()min w L t a =0.08×140=11.2 m 3/m 2·h

U=

2

4640.87/998.2

0.785 2.4

⨯=1.028

1*1mX Y ==0.76×0.0241=0.0183 *2Y =0

脱吸因数为

L mV S =

=0.76244.58

0.722257.54

⨯= 气相总传质单元数为

⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S Y Y Y Y S S N OG

*22*21)1(ln 11

=

10.02560ln (10.722)0.72212.6810.7220.0002560-⎡⎤

-+=⎢⎥--⎣⎦

气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:

⎪⎭

⎪⎬⎫⎪⎩

⎨⎧⎪⎪⎭

⎝⎛⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭

⎝⎛--=-t L L L L t L L t L L c t w a U g a U a U a a σρρμσσ2

05

.0221

.075

.045.1exp 1 查表得:c σ=61dyn/cm=790560kg/h 2 液体的质量通量为

L U =

22

4640.87

1026.38/()0.785 2.4

kg m h =∙⨯

0.050.20.750.122287905601026.381026.38*132.51026.381exp 1.45940896132.5*3.6998.2*1.27*10998.2*940896*132.5w t a a -⎧⎫⎛⎫

⎛⎫⎪⎪⎛⎫⎛⎫=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭

=0.224

气膜吸收系数由下式计算

⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=RT D a D a U k V t L V V V

t V

G 3

/17

.0237.0ρμμ

气体质量通量为

22

5000 1.200

1327.14/()0.785 2.4

V U kg m h ⨯=

=∙⨯ 0.7

1/3

-61327.140.0651400.080640.2371400.065 1.2007.45108.314293G k ⨯⎛⎫⎛⎫⎛⎫

= ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭

= 0.0324()kPa h m kmol ∙∙2/

液膜系数由下式计算

3

/12

/13

/20095.0⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪

⎪⎭

⎝⎛=-L L L L L L w L L g D a U k ρμρμμ

1/3

2/3

1/2

861026.38 3.6 3.6 1.27100.00950.224 3.6998.27.4510998.2--⎛⎫⨯⨯⎛⎫

⎛⎫

= ⎪ ⎪

⎪⨯140⨯⨯⨯⎝⎭

⎝⎭

⎝⎭

=0.142 m/h 由1.1ψw G G a k a k =查表得

ψ=1

则1.1ψw G G a k a k =

=0.0324×0.224×140×11.1=1.016()2

/kmol m S kPa ∙∙

4.0ψw L L a k a k =

=0.142×0.224×132.5×10.4=4.4531kmol/(m 2·s ·kpa)

F

u u

=0.307/0.493=62.27%>50%

由a k u u a k G F G ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=4.1'

)5.0(5.91

=[1+9.5(0.6227-0.5)1.4] ×1.016 =1.528 kmol/(m 3·s ·kpa)

=[1+2.6(0.6227-0.5)2.2]×4.4531 =4.568 kmol/(m 3·s ·kpa)

''11

1.04311

11

1.528 4.5680.72

G G L K a k a Hk a

=

=

=++

⨯()2

/s kmol m kPa ∙∙

由2

202.78

0.4550.973101.30.785 2.4

OG Y G V V H m K a K aP =

===ΩΩ⨯⨯⨯

' 1.25 1.25 5.777.21Z Z m =⨯=⨯=

设计取填料塔的高度为 'Z =8 m 查表,由散装填料分段高度推荐值得:

对D N 38拉西环填料 D h /=2.5,m h 4max ≤ 取D h /=2.5,则 h=2.5×2400=6000 mm

第四节 填料层压降的计算

2.2

'

1 2.60.5L L F u k a k a

u ⎡⎤⎛⎫⎢⎥=+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦0.45512.68 5.77OG OG Z H N m

==⨯=

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: 33 2 2 0002 2 293.150.171273.150.189/0.06804/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 3 m 101.329.27 1.2178.314293.15 V V m P M kg m R T 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 76.30.7532 101.3 E m P = == 溶解度系数 3 s 998.20.726076.318.02 L H km ol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 11 0.050.05263110.05 y Y y = =-- 出塔气相摩尔比 3 21(1)0.05263(10.98) 1.05310 A Y Y ?-=-=-=? 混合气体流量 33 0.1013(273.1520) 16.10100.1013273.15V N Q Q m h ? ?+==?? 惰性气体摩尔流量 273.15(10.05)636.1622.4 273.1520 V Q V km ol 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 = m in 0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -?? == ? ?? 取操作液气比为 m in 1.4L L V V ?? = ??? 1.40.7381 1.0333L V =?= 1.0333636.16657.34L kmol h =?=

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: 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)= UF=m/s 其中: f u ——泛点气速,m/s; g ——重力加速度,9.81m/s 2 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 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

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

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0.001288Pa ·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

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

填料塔的计算范文

填料塔的计算范文 料塔是一种常见的工程结构,用于储存和输送颗粒状物料。其设计过程中需要进行一系列计算,以确保料塔具有足够的强度和稳定性,能够安全承载预计的荷载。本文将介绍料塔的计算方法和步骤,并给出一个具体的例子,展示如何进行料塔的计算。 一、料塔的计算方法和步骤 1.确定设计参数:包括预计储存物料的密度、颗粒大小和湿度;预计料塔高度和直径;料塔所处环境的温度、湿度和风速等。 2.计算所需容量:根据预计储存物料的总重量和密度,计算料塔的总容量。 3.确定料塔的结构形式:包括筒形、锥形、碗形等,根据具体情况选择合适的结构形式。 4.计算料塔的自重和荷载:根据料塔的几何形状和预计物料的重量,计算料塔的自重;同时考虑其他荷载,如风荷载、地震荷载等。 5.计算料塔的强度和稳定性:根据材料的弹性模量和抗压强度,计算料塔的强度;同时根据料塔的几何形状和与地面的接触方式,计算料塔的稳定性。 6.进行结构优化:根据计算结果,进行结构优化,满足强度和稳定性的要求;同时尽可能减小材料的使用量和成本。 二、料塔计算范例

假设我们需要设计一个筒形料塔,用于储存密度为1.2t/m³的玉米, 预计储存量为2000t,料塔的高度为20m,直径为8m。现在我们按照上述 步骤进行料塔的计算。 1.设计参数:玉米的密度为1.2t/m³,预计料塔高度为20m,直径为 8m,环境温度为25℃,相对湿度为60%,风速为15m/s。 2.计算所需容量:预计储存量为2000t,根据玉米的密度计算料塔的 总容量为2000t/1.2t/m³=1666.7m³。 3.结构形式:选择筒形料塔。 5.强度和稳定性:根据材料的弹性模量和抗压强度,计算料塔的强度;根据料塔的几何形状和与地面的接触方式,计算料塔的稳定性。 6.结构优化:根据计算结果,进行结构优化,满足强度和稳定性的要求,同时尽可能减小材料的使用量和成本。 三、结论 料塔的计算是一个复杂而重要的工程问题,涉及材料力学、结构力学、流体力学等多个学科。在进行料塔的计算时,需要考虑多方面的因素,如 预计储存物料的性质、料塔的几何形状、外界荷载等。通过合理的计算和 优化设计,可以确保料塔具有足够的强度和稳定性,能够安全承载预计的 荷载,保证工程的安全和可靠性。

填料塔工艺尺寸的计算

第三节 填料塔工艺尺寸(d e )计算 填料塔工艺尺寸(de)计算包括塔径(de)计算、填料能高度(de)计算及分段 塔径(de)计算 1. 空塔气速(de)确定——泛点气速法 对于散装填料,其泛点率(de)经验值u/u f =~ 贝恩(Bain )—霍根(Hougen )关联式 ,即: 221 3lg 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 /(100/3)()= UF=m/s 其中: f u ——泛点气速,m/s; g ——重力加速度,9.81m/s 2 W L =㎏/h W V =7056.6kg/h A=; K=; 取u= 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 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(de)校核: (1) 填料塔(de)液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体(de)喷淋

量. (2) 最小润湿速率是指在塔(de)截面上,单位长度(de)填料周边(de)最小液体体积流量.对于直径不超过75mm(de)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 0.75998.20.7850.8L 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. 填料层高度(de)计算及分段 *110.049850.75320.03755Y mX ==⨯= (3-5) *220Y mX == (3-6) 3.2.1 传质单元数(de)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) = 0.063830.00063830.03755 0.02627ln 0.0006383 -- = 3.2.2 质单元高度(de)计算 气相总传质单元高度采用修正(de)恩田关联式计算:

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

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