规整填料精馏塔 - 图文

1、规整填料精馏塔 - 图文 四川空分设备(集团)有限责任公司 sichuan air separation plant (group) co., ltd. 化工过程设备设计计算 规整填料精馏塔 规整填料精馏塔 1.概述 填料塔是石油、化工、轻工、制药以及原子能工业中广泛应用的化工分离设备，约有100多年的发展史。近年来，随着分离技术的发展，填料结构不断改进，出现了不少具有高通量、高效率、低压降的新型填料，诸如sulzer公司的mellepak填料、glitsch公司的gempak填料、koch公司的flexpac填料。同时与之相适应的新型塔内件也应运而生，从而给填料塔的发展带来了新的生机。由于采

2、用了效率高、放大效应小的填料，同时改进了液体分配器的结构，使得目前波纹填料塔最大直径已可达14m。 随着空分设备的大型化和无氢制氩技术的发展，采用微分接触的高效填料塔势在必行。使用规整填料的空分装置与传统空分装置相比，具有以下优点： 压降低、能耗低、传质效果好； 装置操作弹性高； 容易提取高纯度氩； 装置启动积液容易； 适用于各种塔径，可通过使用高效填料缩小塔径和降低塔高。 常见的填料塔结构如图1和表1。它由外壳、塔填料、液体分布器、液体收集器、支撑格栅、定位格栅、气体进口管、带防涡器的液体出口管以及裙座组成。 表1 常见填料塔组件名称 序号 组件名称 1 规整填料 2 支撑 3 液体收集器

3、4 带导液的环形槽道 5 液体分布器 6 定位格栅 7 支撑格栅 8 气体进口管 9 塔底 10 带防涡器的液体出口管 11 裙座 12 底座 图1 填料塔示意图 d:iknowdocsharedatacur_work3080794.doc 1 化工过程设备设计计算 规整填料精馏塔 四川空分设备(集团)有限责任公司 sichuan air separation plant (group) co., ltd. 2.波纹填料的几何结构 板波纹填料通常按照塔径大小做成圆柱状填料盘，每盘填料由压成波纹状的薄片相错排列组装而成。 2.1波纹片结构1 图2为我厂生产的kbb-j-4.3y波纹填料元件波纹片

4、的结构图，其参数如下： 峰高（大波纹）： h= 4.30mm 板厚： ?波距（大波纹）： 齿顶角（大波纹）： 2b?= 7.20mm = 0.15mm = 66.20 倾角（大波纹）： ?= 450 小波纹波高： 小波纹波距： 小波纹圆角： 开孔率： h1= 0.43mm b11未注圆角（大波纹）： r= 0.75mm 小波纹波距： 小波纹波距： 孔径： 开孔倾角： b1= 1.50mm b12?o?1= 0.50mm = 1.00mm r1= 0.20mm b= 3.92mm = 9.50.5 0 0 = 10.83% 原材料上的开孔形式及尺寸11.73成形填料（小孔与小波纹未表示出）原材料

5、长度方向3.92b原材料长度方向9.559.59.54.5b9.5a-a(小波纹结构尺寸）r1h1原材料上的小波纹形式及方向原材料长度方向b11b12b1b-b（大波纹结构尺寸，其小波纹未表示）a?sah?2b图2 孔板波纹片结构图 2.2几何特性参数计算 比表面积a 指每立方米填料层所具有的填料的总几何表面积，单位为m2/m3，kbb-j-4.3y 45d:iknowdocsharedatacur_work3080794.doc 2 四川空分设备(集团)有限责任公司 sichuan air separation plant (group) co., ltd. 化工过程设备设计计算 规整填料精

6、馏塔 填料的比表面积按下式计算。 a?2?h?bh?b22?1?b?h1?b11?b122h1?b1222 堆积密度? 指每立方米填料层的填料重量，单位为kg/m，当已知填料的空隙率?和材质密度 ?1时，也可用下式计算堆积密度： ?1?1 3 空隙率? 指每立方米填料层中所具有的空隙率，单位为m3/m3，用测得的堆积密度?及查出的材质密度?1，可用下式计算空隙率： ?1?1 也可用比表面积a和波纹片厚度?，由下式计算空隙率： ?1?a?2 开孔率b 取一波纹片，用卡尺量取峰高h、波距2b以及波纹片宽度，并读出波纹数nb，用下式计算该波纹片上一个面的表面积： m?2?nb?e?h?b22 然后计

7、算该波纹片上孔的总面积，用此孔面积除以m即为开孔率b。 当量直径dh 用已测得的峰高、波距值，计算波纹边线长度，然后算出内接圆的半径，两倍之，则得该波纹填料的当量半径值。 也可用上面测得的比表面积、空隙率和波纹片厚，用下式计算当量半径值： dh?dh?4?a4a ?2?干填料因子? 可直接由上述测定并计算得的填料比表面积a和床层空隙率?按下式算出，即： ?a?3 3.塔径计算 一般而言，填料精馏塔的直径是根据气体负荷来计算的。按流量公式为： dt?4?vs?ug 或 dt?4?g3600?g?ug 式中： vs 气体流量，m/s。 3 3 d:iknowdocsharedatacur_work

8、3080794.doc 化工过程设备设计计算 规整填料精馏塔 四川空分设备(集团)有限责任公司 sichuan air separation plant (group) co., ltd. g 气体质量流量，kg/h 从上式可以看出，计算塔径的核心问题是确定空塔流速ug值。确定ug值的方法可以参照散堆填料的方法： bain-hougen关联式 bain和hougen对sherwood-holloway公式作了修正，提出了如下计算泛点速度的关联式2： log?u20.25gf?a?g?0.2?l?0.125g?l?g?3?a?1.75?l?g?l? ?式中：ugf 泛点气速，m/s g 重力加速

9、度，9.81m/s2 a/3 干填料因子，1/m g 气相密度，kg/m3 l 液相密度，kg/m3 l 液相黏度，cp a 与填料相关的常数 对750y（或700y），a=0.35 l 液体质量流量，kg/h 计算出泛点速度后，则由下式确定空塔气速ug值： ug?0.700.80?ugf 4.填料层高度 4.1传质单元法5 填料精馏塔为微分式接触精馏，在微元高度dn的填料段上对某一组分的质平衡为： vdydn?ldxdn?ka?z?y?k?a?x?x*? 式中： v 通过填料上升的蒸汽量 l 通过填料下降的液体量 x 下流液体中某组分的含量 y 上升蒸汽中某组分的含量 z 蒸汽中与下流液体相

10、平衡的某组分含量 x* 液体中与上升蒸汽相平衡的某组分含量 d:iknowdocsharedatacur_work3080794.doc 4 四川空分设备(集团)有限责任公司 sichuan air separation plant (group) co., ltd. 化工过程设备设计计算 规整填料精馏塔 k,k 传质系数。它与扩散系数、上升蒸汽及下流液体的流动特性、介质的物理特性、塔径、填料特性等诸因素有关。 a 单位高度上填料的表面积 y?y2x?x2对上式积分后可以得到某段(或整段)填料的高度： h?vka?dyz?y?lk?ay?y1?dxx?x* x?x1式中： 注脚1 进料气或残液

11、浓度 注脚2 产品气或回流液浓度 4.2理论塔板法 对于精馏计算，基于理论板（平衡级）的概念，习惯用理论板当量高度（hetp）值表达填料的传质动力学效率，故习惯用理论板法计算填料层高度： h?hetp?nm 式中： nm 理论塔板数 hetp 相当于一块理论板的填料高度 实验证明，hetp不仅与填料的性质有关，而且与精馏塔的高度、直径、径高比、气流速度、喷淋密度和被分离物的物理特性有关。 在许多实验资料的基础上提出了下列计算公式： ?g?ughetp?28?g?0.2a?1.2?g?l?0.342?l?g?0.19?g?l?0.038m?gg1?mllgl 式中： m 在y-x坐标上平衡曲线的倾角正切平均值。用下式计算m足够精