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填料塔工艺标准尺寸的计算

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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

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/uf=0.5~0.85

贝恩（Bain）—霍根（Hougen）关联式 ，即：

2213lgVFLLuag=A-K1418VLVLww （3-1）

即：112480.231001.18363202.591.1836lg[()1]0.09421.759.810.917998.24734.4998.2Fu

所以：2Fu/9.81（100/0.9173）（1.1836/998.2）=0.246053756

UF=3.974574742m/s

其中：

fu——泛点气速，m/s;

g ——重力加速度，9.81m/s2

23tm/m填料总比表面积，

33m/m填料层空隙率

33V998.2/1.1836kg/mlkgm液相密度。气相密度

WL=5358.89572㎏/h WV=7056.6kg/h

A=0.0942； K=1.75；

取u=0.7 Fu=2.78220m/s

4460000.76313.142.78203600VsD （3-2）

圆整塔径后 D=0.8m

1. 泛点速率校核：260003.31740.7850.83600u m/s -*

3.31740.83463.9746Fuu

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3min0.08m/mhwL为。

32minmin0.081008/wtULmmh （3-3）

225358.895710.6858min0.75998.20.7850.8LLwUD （3-4）

经过以上校验，填料塔直径设计为D=800mm 合理。

3.2 填料层高度的计算及分段

*110.049850.75320.03755YmX （3-5）

*220YmX （3-6）

3.2.1 传质单元数的计算

用对数平均推动力法求传质单元数

12OGMYYNY （3-7）

**1122*11*22()lnMYYYYYYYYY （3-8） -*

=0.063830.00063830.037550.02627ln0.0006383

=0.006895

3.2.2 质单元高度的计算

气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：

0.750.10.0520.2221exp1.45/tclLtLLVtwltlLUUUg （3-9）

即：αw/αt =0.37404748

液体质量通量为：Lu =WL/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(㎡•h)

气体质量通量为： Vu =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(㎡•h)

气膜吸收系数由下式计算：

10.730.237()/VtVGvvVtvUDkDRT

（3-10）

=0.237(14045.78025÷100.6228×10-5)0.7(0.06228÷0.081÷1.1761)

0.3(100×0.081÷8.314÷293)

=0.152159029kmol/(㎡h kpa)

液膜吸收数据由下式计算：

2113230.0095LLLLwlLLLUgKD (3-11）

=0.566130072m/h

因为1.45

1.1GGWKK0.15215×0.3740×1.451.1×100 （3-12）

=8.565021kmol/(m3 h kpa)

0.4LLWKK =0.56613×100×0.37404×1.450.4 （3-13） -*

=24.56912/h

因为：Fuu =0.8346

所以需要用以下式进行校正：

1.4'19.50.5GGFukku （3-14）

=[1＋9.5(0.69999－0.5)1.4] 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa)

2.2'12.60.5lLFukku （3-15）

=[1＋ 2.6 (0.6999－0.5)2.2] 24.569123=26.42106/h

''111GGLKKHK （3-16）

=1÷(1÷17.1358+1÷0.725÷26.4210)

=9.038478 kmol/(m3 h kpa)

OGYGVVHKKP （3-17）

=234.599÷9.03847÷101.3÷0.785÷0.64

=0.491182 m

OGOGZHN （3-18）

=0.491182×9.160434=4.501360m,得

'Z=1.4×4.501=6.30m

3.2.3 填料层的分段

对于鲍尔环散装填料的分段高度推荐值为h/D=5~10。

h=5×800～10×800=4～8 m

计算得填料层高度为7000mm，，故不需分段

3.3 填料层压降的计算

取 Eckert (通用压降关联图)；将操作气速'u(＝2.8886m/s) 代替纵坐标中的Fu查表，DG50mm塑料鲍尔环的压降填料因子＝125代替纵坐标中的．

则纵标值为： -*

2.02LLVPgu••=0.1652 (3-19)

横坐标为：

0.5VLVLWW0.55358.895721.17617056.6998.2

=0.02606 (3-20)

查图得

PZ 981Pa/m (3-21)

全塔填料层压降 P=981×7=6867 Pa

至此，吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出。

第四节 填料塔内件的类型及设计

4.1 塔内件类型

填料塔的内件主要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理的选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。

4.2 塔内件的设计

4.2.1 液体分布器设计的基本要求：

（1）液体分布均匀

（2）操作弹性大

（3）自由截面积大

（4）其他

4.2.2 液体分布器布液能力的计算

（1）重力型液体分布器布液能力计算

（2）压力型液体分布器布液能力计算

注：(1)本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器；且填料层不高，可不设液体再分布器。 -*

(2)塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及压板。其它塔附件及气液出口装置计算与选择此处从略。

注：

1填料塔设计结果一览表

塔径 0.8m

填料层高度 7m

填料规格 50mm鲍尔环

操作液气比 1.2676356 1.7倍最小液气比

校正液体流速 2.78220/s

压降 6867 Pa

惰性气体流量 234.599kmol/h

2 填料塔设计数据一览

E—亨利系数，

Vu—气体的粘度，1.73510/Pas=6228510/.kgmh

m —平衡常数 0.7532

—水的密度和液体的密度之比 1

g —重力加速度，2/ms 9.81 =1.27810/mh

;VL—分别为气体和液体的密度，1.18363/kgm；998.23/kgm；

LW =5358.89572㎏/h VW =7056.6kg/h—分别为气体和液体的质量流量

YKa—气相总体积传质系数， 3/kmolms

Z—填料层高度，m

—塔截面积，24D

OGH—气相总传质单元高度，m -*

OGN—气相总传质单元数

GK—以分压差表示推动力的总传质系数，2/kmolmskPa

Wa—单位体积填料的润湿面积

23tm/m填料总比表面积， 100

33m/m填料层空隙率 91.7%

Gk—以分压差表示推动力的气膜传质系数，2/kmolmskPa

H—溶解度系数，0.7252/kmolmkPa

Lk—以摩尔浓度差表示推动力的液摩尔传质系数，/ms

R—气体常数，8.314/kNmkmolK

2620.081/;7.3410/VLDmhDmh—氨气在空气中中的扩散系数及氨气在水中的扩散系数;

2940896kghL液体的表面张力，=/

2c427680kg/h145填料材质的临界表面张力，；填料形状系数

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多介质填料计算公式

多介质填料计算公式

多介质填料计算公式

多介质填料是化工领域常见的一种填料形式，它通常用于塔内填料、填料塔等设备中，用于增加接触面积，提高传质效率。在设计填料塔时，需要对多介质填料进行计算，以确定填料的数量和布置方式，以达到最佳的传质效果。本文将介绍多介质填料的计算公式和相关知识。

多介质填料的计算公式主要包括填料高度的计算、填料的表面积计算以及填料的压降计算。下面将分别介绍这三个方面的计算公式和相关知识。

填料高度的计算公式：

在设计填料塔时，需要确定填料的高度，以确保填料能够充分接触气体和液体，从而达到最佳的传质效果。填料的高度通常根据传质要求和设备的实际情况来确定。填料高度的计算公式如下：

H = (Nt Ns) (Ht + Hd)。

其中，H为填料的总高度，Nt为填料塔的理论板数，Ns为塔板数，Ht为填料层的厚度，Hd为液体波动的高度。

填料的表面积计算公式：

填料的表面积是影响传质效率的重要因素之一。填料的表面积越大，传质效率越高。填料的表面积计算公式如下：

A = N α (1 ε) S。

其中，A为填料的表面积，N为填料的数量，α为填料的单位表面积，ε为填料的孔隙率，S为填料塔的有效截面积。

填料的压降计算公式： 填料的压降是指气体在通过填料层时所产生的压力损失。填料的压降与填料的形状、大小、密度等因素有关。填料的压降计算公式如下：

ΔP = (1 ε) (ρ V^2) / 2 α。

其中，ΔP为填料的压降，ε为填料的孔隙率，ρ为气体的密度，V为气体的流速，α为填料的单位表面积。

通过以上计算公式，可以对多介质填料进行有效的计算和设计，从而达到最佳的传质效果。在实际工程中，需要根据具体的情况对填料进行合理的选择和设计，以确保设备的正常运行和传质效率的最大化。

除了上述计算公式，还需要考虑填料的材质、形状、密度等因素，以及填料塔的操作条件、流体性质等因素。在进行填料塔的设计和计算时，需要综合考虑这些因素，以确保填料塔的性能和传质效率达到最佳状态。

填料层高度的计算

填料层高度的计算

河北化工医药职业技术学院教案

第 页 四、填料层高度的计算

1. 填料层高度计算的基本公式

SVZ （m）

V—填料层体积m3； s—塔截面积m2 24DS

又：设A—填料塔所提供的传质面积（气液接触面积）

—单位体积填料提供的气液有效接触面积为㎡/m3，

则：VA aSASVZ ZaSA

2.平均推动力法计算填料层高度Z

均气YKNA 均液XKNA

又：AXXLAYYVAGNAA)()(2121

∴ ZaSYYVAYYVYK）（）（均气2121

均气YDaKYYVZ2214)(

其中：2121lnYYYYY均

*111YYY——塔底气相吸收总推动力；

*222YYY——塔顶气相吸收总推动力；

当2/21YY时，221YYY均

同理： ZaSXXLAXXLXK）（）（均液2121 河北化工医药职业技术学院教案

第 页 均液XDaKXXLZ2214)(

其中：2121lnXXXXX均

*111XXX——塔底液相吸收总推动力；

*222XXX——塔顶液相吸收总推动力；

当2/21XX时，221XXX均

aK气——气相体积吸收总系数；kmol/(m3·s)

aK液——液相体积吸收总系数；kmol/(m3·s)，

其值可由经验公式或试验测定。

【例题8-5】 【例题8-6】

课堂练习：习题8-14、习题8-15

3.传质单元数法求Z

填料塔塔径圆整标准

填料塔塔径圆整标准

填料塔塔径圆整标准

填料塔是一种广泛应用于化工、石油、制药等行业的重要设备，用于气液两相间的传质和分离。在设计填料塔时，塔径的圆整是一个重要的环节，其标准通常包括以下几个方面：

1. 直径整数化：为了方便制造和安装，填料塔的塔径通常取整数，如

1000mm、1200mm

等。这是因为在实际制造过程中，非整数的直径会增加制造成本和难度。

2.

标准直径系列：在化工、石油等行业中，存在一些标准的直径系列，如 300mm、400mm、500mm、600mm

等。这些标准直径系列是经过长期实践和经验总结得出的，具有一定的通用性和合理性。

3.

填料尺寸：填料塔的塔径还需要考虑填料的尺寸，以确保填料能够在塔内自由流动，避免堵塞和积液。一般来说，填料的尺寸应该小于塔径的 1/8 到 1/10。

4.

流量和传质要求：塔径的大小还需要根据工艺要求和流量来确定，以确保气液两相能够在塔内充分接触和传质。同时，塔径的大小也会影响到塔的阻力和分离效率。

5.

安全因素：在确定塔径时，还需要考虑安全因素，如塔内压力、温度、介质等因素，以确保塔的安全运行。

填料塔塔径的圆整标准需要综合考虑多种因素，包括制造、安装、工艺要求、安全等方面。在实际设计中，需要根据具体情况进行综合分析和决策，以确保填料塔的高效、安全和稳定运行。

洗氨塔填料高度计算书

洗氨塔填料高度计算书

洗氨塔填料高度计算书

一．原料组成

原料冷冻尾气组成： H2 67.86%、N2 26.03%、NH3 5.96%、CH4 0.03%、Ar

0.13%。要处理的尾气总量为1700Nm3/h（函件ZMEH001-PMT-17-001）。

二．操作条件

吸收塔操作压力为0.4Mpa(g)；

脱盐水量为1300kg/h，温度40℃；

要求塔顶尾气氨含量≤20PPM。

三．模型建立

利用Aspen 软件建立吸收塔模型，如下图所示。软件自带详细的组分物性

数据库，氨-水体系是常规的物料体系，其气-液平衡数据可以从软件里直接调用，

物性方程采用ElecNRTL电解质模型。

另外，aspen里面自带有著名公司的塔内件参数，如板式塔的泡罩塔盘、筛

板塔盘、固阀塔盘、浮阀塔盘，填料塔的各种型式的散堆填料、规整填料等等，

用户可以自行调用。本项目采用苏尔寿公司的明星产品—规整填料Mellapak

250Y，从aspen里面直接调用，如下图所示。

四．理论塔板数的确定

做理论塔板数与塔顶尾气氨含量(mol)的灵敏度分析，分析结果如下：

将分析结果数据作图，如下所示：

从上述结果可以看出，当填料理论塔板数NT=8块时，尾气氨摩尔含量为

12PPM，满足业主要求的尾气氨含量小于20PPM的指标；但考虑到操作情况的

多变性，从上述曲线的平滑程度（稳定性）来看，我们选取填料的理论板数为

12块。

五．实际填料高度的确定

查资料手册，Mellapak 250Y规整型填料每米提供的理论级数为2.5~2.8，取

下限2.5，安全系数取1.5。

因此，填料高度H=1.5×󰬵󰬶

󰬶.󰬹=7.2m

常见规整填料分段高度为4~6m，故本项目填料段数为2段，每段4m，共

2X4m填料。

Sensitivity Results Curve

VARY 1 ABSORBER PARAM NSTAGENH3

4.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.09.510.010.511.011.512.012.513.013.514.014.515.015.516.016.517.017.518.018.519.019.520.005.0e-51.0e-41.5e-42.0e-42.5e-43.0e-43.5e-44.0e-44.5e-45.0e-45.5e-4