填料塔的设计课件

填料塔的设计 设计步骤 1 确定设计方案 2 合理选择填料及其类型 3 确定塔径 填料层高度等工艺尺寸 4 计算填料层的压降 5 进行填料塔内件的设计与选型 一 设计方案的确定 一 填料精馏塔设计方案的确定包括 1 装置流程的确定 2 操作压力的确定 3 进料热状态的确定 4 加热方式的确定 5 回流比的选择等 上述选择原则与板式精馏塔设计基本相同 待学习板式塔设计再加以讨论 二 填料吸收塔设计方案的确定 1 装置流程的确定吸收流程一般有 1 逆流操作 2 并流操作 3 吸收剂部分再循环 4 多塔串联操作 5 串联 并联操作 2 吸收剂的选择 吸收剂的选择着重考虑以下几个方面 1 溶解性 2 选择性 3 挥发性 4 粘滞性 5 其他 如腐蚀性 毒性 易燃易爆 不发泡 冰点低 嘉廉易得 化学稳定性等 3 操作温度与压力的确定 1 温度的确定 溶解度 2 压力的确定 溶解度和操作费 二 填料类型的选用 一 填料类型 散装填料和规整填料1 散装填料 拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍填料 矩鞍填料 环矩鞍填料等 2 规整填料 网波纹填料和板波纹填料 二 填料选择1 填料种类选择要求 传质效率 通量 填料层压降 填料的操作性能 2 填料规格选择散装填料 工程直径 规整填料 比表面积 经济性 3 填料材质的选择 陶瓷 金属和塑料三大类 三 填料塔工艺尺寸的计算 一 塔径的计算 式中 气体体积流量 由设计任务给定 核心问题 如何计算空塔气速u 1 空塔气速的确定 1 泛点气速法 散装填料 规整填料 泛点气速可用经验公式法 也可采用Eckert通用关联图求解 1 贝恩 霍根关联式 2 Eckert关联图 见图21 横坐标 纵坐标 注 用Eckert关联图计算泛点气速时 填料因子为湿填料因子 即 泛点因子与液体喷淋密度有关 但为了工程计算方便 常采用与液体喷淋密度无关的泛点填料因子的平均值 见数据表11 A K 关联系数 可由表10查得 2 气相动能因子 F因子 法 气相动能因子简称F因子 其定义为 该公式多用于规整填料空塔气速的计算 可先从相关手册查出填料在操作条件下的F因子 后计算空塔气速u 且在低压条件下应用 0 2MPa 3 气相负荷因子 Cs因子 法 气相负荷因子定义 气相负荷因子法多用于规整填料空塔气速的确定 计算时 先求出最大气相负荷因子 常用规整填料的最大气相负荷因子可通过有关填料手册查知 也可从图22曲线 适于波纹板填料 查得 如为其他填料 可以250Y型波纹板填料为基准 乘以修正系数C 见表12 后按下式计算 2 塔径的计算与圆整 计算的塔径从经济性考虑必须圆整 圆整后 再核算操作泛点气速 3 液体喷淋密度的验算 喷淋密度是指单位时间 单位塔截面上液体的喷淋量 其计算式为 式中 液体喷淋密度 液体喷淋量 D 填料塔直径 m 为使填料获得良好的润湿 塔内液体喷淋量应不低于某一极限值 称之为最小喷淋密度 对散装填料 式中 最小喷淋密度 最小润湿速率 填料的总比表面积 最小润湿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 其值可由相关经验公式计算 或采用一些经验值 对于直径小于75mm的散装填料 可取0 08 对于直径大于75mm的散装填料 取0 12 对规整填料 其最小喷淋密度可从相关手册查知 设计中 常取0 2 实际操作中采用的液体喷淋密度大于最小喷淋密度 若液体喷淋密度小于最小喷淋密度 则需进行调整 重新计算塔径 注意 二 填料层高度计算及分段 1 填料层高度计算 1 传质单元数法 传质单元数的计算详见吸收章节 传质单元高度的计算因传质过程复杂 至今无通用的计算方法和公式 目前 在设计中多选用一些准数关联式进行计算 应用较多的是恩田公式 修正的恩田公式为 其中 2 等板高度法 1 理论塔板数的计算 参蒸馏章节 2 等板高度的计算 等板高度与许多因素有关 如填料的类型 尺寸 流体的物性 操作条件及设备尺寸等 其计算方法一般通过实验测定 或从相关手册查知 近年来研究这总结大量数据得到如下常压精馏时的等板高度计算式 上述方法计算的填料层高度 在实际应用中应留有一定的余量 其经验公式为 2 填料层的分段 因液体向下流动时 通过一定的距离 易发生偏集流现象 造成气液分布不均 降低传质效率 设计中 应每隔一定的填料层高度 进行分段 同时加装液体再分布器 1 散装填料的分段以h D 分段高度与塔径之比 作为基本分段比例 hmax为允许最大填料层高度 见表16 2 规整填料的分段 亦可参阅表17推荐的分段高度值 四 填料层压降的计算 计算方法 通过关联图求得单位填料层高度的压降 结合填料层高度 进行计算 一 散装填料的压降计算 1 埃克特通用关联图计算 注意 用埃克特通用关联式计算压降时 填料因子为湿填料因子 简称压降填料因子 因其与液体喷淋密度有关 为工程计算方便 常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平均值 部分散装填料因子压降填料因子平均值见表18 2 由填料压降曲线查得 二 规整填料压降的计算 1 由填料的压降关联式计算 2 由填料压降曲线得到 五 填料塔附属内件的类型设计 一 塔内件的类型 1 填料支撑板 2 填料压紧板 类型 栅板型 孔管型 驼峰型等 选用 散装填料 孔管型或驼峰型 规整填料 栅板型 类型 压紧栅板 压紧网板 金属压紧器等 选用 散装填料 压紧网板或压紧栅板 规整填料 压紧栅板 且 要求压紧装置的自由截面积大于70 3 液体分布器 类型 喷头式 盘式 管式 槽式 槽盘式等 4 液体收集及再分布装置 液体再分布器 截锥式分布器 最常用 无液体收集作用 液体收集器 斜板式液体收集器 与液体再分布器联用 二 塔内件的设计 1 液体分布器设计的基本要求 1 液体分布均匀 足够的分布点密度 见表19 20 分布点的几何均匀 降液点间的流量均匀性 2 操作弹性大 液体分布器的操作弹性为2 4 3 自由截面大 自由截面积为50 70 4 其他 结构紧凑 占空间小 制作容易 调整和维修方便 2 液体再分布能力