填料塔设计流程课件

填料塔（吸收塔）的课程设计填料塔（吸收塔）的课程设计1引言一、构造二、优点、应用三、设计的要求四、设计的具体步骤引言一、构造2构造塔体塔填料塔内件构造塔体塔填料塔内件3填料塔总体结构简图1-气体出口2-液体人口3-液体分布装置4-塔壳5-填料6-液体再分布器7-填料8-支承栅板9气体人口10-液体出口填料塔总体结构简图1-气体出口4优点结构简单、阻力小、加工容易、耐腐蚀、吸收效果好、装置灵活应用1、硝酸、硫酸吸收塔2、二氧化硫、二氧化碳回收塔优点结构简单、阻力小、加工容易、耐腐蚀、吸收效果好5设计的要求保证实现工艺指标结构尺寸合理操作故障少价格低廉维修方便能耗省设计的要求保证实现工艺指标6设计方案的选定填料选择填料吸收塔工艺计算填料塔的辅助构件设计的具体步骤设计方案的选定填料选择填料吸收塔工艺计算填料塔的辅助构件设计7设计方案的选定一、布置工艺流程吸收装置的工艺的流程布置指气体和液体进出吸收塔的流向安排。主要有以下几种1、逆流操作2、并流操作3、吸收剂部分再循环操作4、单塔或多塔操作设计方案的选定一、布置工艺流程8二、选择适宜的吸收剂

吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂应着重考虑以下几方面。1、溶解度大2、选择性好3、挥发度低4、黏度低5、对设备的腐蚀性小或无腐蚀性，尽可能无毒6、价廉、易得、稳定、可再生、不易燃、经济和安全二、选择适宜的吸收剂9三、操作温度与压力1、温度

大多数物理吸收，气体溶解过程是放热的。温度降低可提高溶质组分的溶解度，即减少吸收剂液面上的平衡分压，有利于吸收。所以要确定适宜的温度。2、压力

操作总压力提高，溶质气体分压提高，加大吸收的推动力，减少吸收剂的单位消耗量，有利于吸收。所以要确定适宜的压力。三、操作温度与压力10VBY2LSX2

VBY2

LSX2四、吸收剂用量

对全塔进行物料衡算:

VB(Y1-Y2)=LS(X1-X2)

整理得:VB=LS(X1-X2）/（Y1-Y2)

注意:VB、LS、X1、X2、Y1、Y2的含义和具体的单

位，不能忽视！VBY2LSX2

VBY211填料选择选择填料的特点：1、有较大的比表面积2、较高的孔隙率3、结构要敞开4、死角要小5、液体的再分布效能好6、对填料的类型、材质、尺寸选择合理填料选择选择填料的特点：12

一、填料的类型（一）颗粒型填料：一般为湿法和干法乱堆的散装填料1、拉西环

：结构简单、制造容易、价格低廉、塔内易产生壁流效应和内部沟流。2、鲍尔环：对气流阻力小、通量大、传质效率高、弹性大。3、鞍型填料：床层均匀、空隙率达、对气流阻力较拉西环小、传质效率高。4、阶梯坏：传质效率高5、金属环矩鞍:有利于汽液通过、内部死角少、壁流减少、气流阻力小、通量大、效率高。（二）规整填料：是由若干形状和几何尺寸相同单元组成的填料1、波纹网填料：空隙率大、比表面积大、流通量大、阻力小、湿润率高、操作范围宽、持液量小。2波纹板填料：格较波纹网低、刚度较大。二、填料要求

（一）填料尺寸（二）填料材质

一、填料的类型13填料吸收塔工艺计算一、物料衡算与操作线方程

（一）物料衡算：

ＶＢ（Ｙ１－Ｙ２）＝ＬＳ（Ｘ１－Ｘ２）

（二）操作线方程：

Ｙ＝（ＬＳ/ＶＢ）Ｘ＋{Ｙ２－（ＬＳ/ＶＢ）Ｘ２}注意：该线斜率、通过的点以及各字母的含义。填料吸收塔工艺计算一、物料衡算与操作线方程14二、最小吸收剂用量与吸收剂用量

（ＬＳ/ＶＢ）ｍｉｎ＝ｎ（ＬＳ/ＶＢ）

三、塔经计算

U=安全系数×泛点气速uf式中气体体积流量VS有设计任务给定。由上式可见，计算塔径的核心问题是确定空塔气速u二、最小吸收剂用量与吸收剂用量151．空塔气速的确定1）泛点气速法

泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。对于散装填料，其泛点率的经验值为：对于规整填料，其泛点率的经验值为：泛点率的选择主要考虑填料塔的操作压力和物系的发泡程度两方面的因素。设计中，对于加压操作的塔，应取较高的泛点率；对于减压操作的塔，应取较低的泛点率；对易起泡沫的物系，泛点率应取低限值；而无泡沫的物系，可取较高的泛点率。1．空塔气速的确定1）泛点气速法16

泛点气速可用经验方程式计算，亦可用关联图求取。(1）贝恩（Bain）－霍根（Hougen）关联式填料的泛点气速可由贝恩－霍根关联式计算，即式中常数A和K与填料的形状及材质有关．不同类型填料的A、K值列于表中。由上式计算泛点气速，误差在15％以内。泛点气速可用经验方程式计算，亦可用关联图求取。17A、K值A、K值18(2）埃克特（Eckert）通用关联图

计算时，先由气液相负荷及有关物性数据求出横坐标的值，然后作垂线与相应的泛点线相交，再通过交点作水平线与纵坐标相交，求出纵坐标值。此时所对应的u即为泛点气速uF。应予指出，用埃克特通用关联图计算泛点气速时，所需的填料因子为液泛时的湿填料因子，称为泛点填料因子，以ΦF表示。泛点填料因子ΦF与液沐喷淋密度有关，为了工程计算的方便，常采用与液体喷淋密度无关的泛点填料因子平均值。下表列出了部分散装填料的泛点填料因子平均值，可供设计中参考(2）埃克特（Eckert）通用关联图19填料塔设计流程202安全系数一般工业装置常用填料的安全系数如下。

填料安全系数拉西环60%~80%矩鞍及鲍尔环填料60%~85%

对有气泡倾向的物系，安全系数可取45%~55%。也可根据生产条件，有可允许的压力降反算出适宜的气速。

213．液体喷淋密度的验算

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，其计算式为：3．液体喷淋密度的验算填料塔的液体喷淋密22

为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以Umin

表示。对于散装填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算，即：为使填料能获得良好的润湿，塔内液23

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。其值可由经验公式计算，也可以采用一些经验值。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率为0.08m3/mh；对于直径大于75mm的散装填料，可取最小润湿速率为0.12m3/mh。对于规整填料，其最小喷淋密度可从有关填料手册中查得，设计中，通常取Umin＝0.2。实际操作时采用的液体喷淋密度应大于最小喷淋密度。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。最小润湿率是指在塔的截面上，24四、填料高度层计算

填料层高度＝传质单元高度×传质单元数

（一）传质单元数：１、吸收因数法２、对数平均推动力法

（二）传质单元高度四、填料高度层计算25

（三）等板高度法

采用等板高度法计算填料层高度的基本公式为：1、理论板数

公式见《化工单元过程课程设计》75页

（三）等板高度法采用等板高度法计算填料层高度的基26填料塔设计流程27

应予指出，采用上述方法计算出填料层高度后，还应留出一定的安全系数。根据设计经验，填料层的设计高度一般为应予指出，采用上述方法计算出填料层高度后，还应留28填料塔的辅助构件一、液体分布器作用：均匀分布液体，以避免发生沟流现象。二、液体再分布器作用：避免壁流现象的发生三、填料支承装置作用：用于支承塔内填料及其所有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及气体均布作用填料塔的辅助构件一、液体分布器29

练习：《化工单元过程课程设计》81页的计算应用举例！填料塔设计流程30Tank

youTankyou31填料塔（吸收塔）的课程设计填料塔（吸收塔）的课程设计32引言一、构造二、优点、应用三、设计的要求四、设计的具体步骤引言一、构造33构造塔体塔填料塔内件构造塔体塔填料塔内件34填料塔总体结构简图1-气体出口2-液体人口3-液体分布装置4-塔壳5-填料6-液体再分布器7-填料8-支承栅板9气体人口10-液体出口填料塔总体结构简图1-气体出口35优点结构简单、阻力小、加工容易、耐腐蚀、吸收效果好、装置灵活应用1、硝酸、硫酸吸收塔2、二氧化硫、二氧化碳回收塔优点结构简单、阻力小、加工容易、耐腐蚀、吸收效果好36设计的要求保证实现工艺指标结构尺寸合理操作故障少价格低廉维修方便能耗省设计的要求保证实现工艺指标37设计方案的选定填料选择填料吸收塔工艺计算填料塔的辅助构件设计的具体步骤设计方案的选定填料选择填料吸收塔工艺计算填料塔的辅助构件设计38设计方案的选定一、布置工艺流程吸收装置的工艺的流程布置指气体和液体进出吸收塔的流向安排。主要有以下几种1、逆流操作2、并流操作3、吸收剂部分再循环操作4、单塔或多塔操作设计方案的选定一、布置工艺流程39二、选择适宜的吸收剂

吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂应着重考虑以下几方面。1、溶解度大2、选择性好3、挥发度低4、黏度低5、对设备的腐蚀性小或无腐蚀性，尽可能无毒6、价廉、易得、稳定、可再生、不易燃、经济和安全二、选择适宜的吸收剂40三、操作温度与压力1、温度

大多数物理吸收，气体溶解过程是放热的。温度降低可提高溶质组分的溶解度，即减少吸收剂液面上的平衡分压，有利于吸收。所以要确定适宜的温度。2、压力

操作总压力提高，溶质气体分压提高，加大吸收的推动力，减少吸收剂的单位消耗量，有利于吸收。所以要确定适宜的压力。三、操作温度与压力41VBY2LSX2

VBY2

LSX2四、吸收剂用量

对全塔进行物料衡算:

VB(Y1-Y2)=LS(X1-X2)

整理得:VB=LS(X1-X2）/（Y1-Y2)

注意:VB、LS、X1、X2、Y1、Y2的含义和具体的单

位，不能忽视！VBY2LSX2

VBY242填料选择选择填料的特点：1、有较大的比表面积2、较高的孔隙率3、结构要敞开4、死角要小5、液体的再分布效能好6、对填料的类型、材质、尺寸选择合理填料选择选择填料的特点：43

一、填料的类型（一）颗粒型填料：一般为湿法和干法乱堆的散装填料1、拉西环

：结构简单、制造容易、价格低廉、塔内易产生壁流效应和内部沟流。2、鲍尔环：对气流阻力小、通量大、传质效率高、弹性大。3、鞍型填料：床层均匀、空隙率达、对气流阻力较拉西环小、传质效率高。4、阶梯坏：传质效率高5、金属环矩鞍:有利于汽液通过、内部死角少、壁流减少、气流阻力小、通量大、效率高。（二）规整填料：是由若干形状和几何尺寸相同单元组成的填料1、波纹网填料：空隙率大、比表面积大、流通量大、阻力小、湿润率高、操作范围宽、持液量小。2波纹板填料：格较波纹网低、刚度较大。二、填料要求

（一）填料尺寸（二）填料材质

一、填料的类型44填料吸收塔工艺计算一、物料衡算与操作线方程

（一）物料衡算：

ＶＢ（Ｙ１－Ｙ２）＝ＬＳ（Ｘ１－Ｘ２）

（二）操作线方程：

Ｙ＝（ＬＳ/ＶＢ）Ｘ＋{Ｙ２－（ＬＳ/ＶＢ）Ｘ２}注意：该线斜率、通过的点以及各字母的含义。填料吸收塔工艺计算一、物料衡算与操作线方程45二、最小吸收剂用量与吸收剂用量

（ＬＳ/ＶＢ）ｍｉｎ＝ｎ（ＬＳ/ＶＢ）

三、塔经计算

U=安全系数×泛点气速uf式中气体体积流量VS有设计任务给定。由上式可见，计算塔径的核心问题是确定空塔气速u二、最小吸收剂用量与吸收剂用量461．空塔气速的确定1）泛点气速法

泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。对于散装填料，其泛点率的经验值为：对于规整填料，其泛点率的经验值为：泛点率的选择主要考虑填料塔的操作压力和物系的发泡程度两方面的因素。设计中，对于加压操作的塔，应取较高的泛点率；对于减压操作的塔，应取较低的泛点率；对易起泡沫的物系，泛点率应取低限值；而无泡沫的物系，可取较高的泛点率。1．空塔气速的确定1）泛点气速法47

泛点气速可用经验方程式计算，亦可用关联图求取。(1）贝恩（Bain）－霍根（Hougen）关联式填料的泛点气速可由贝恩－霍根关联式计算，即式中常数A和K与填料的形状及材质有关．不同类型填料的A、K值列于表中。由上式计算泛点气速，误差在15％以内。泛点气速可用经验方程式计算，亦可用关联图求取。48A、K值A、K值49(2）埃克特（Eckert）通用关联图

计算时，先由气液相负荷及有关物性数据求出横坐标的值，然后作垂线与相应的泛点线相交，再通过交点作水平线与纵坐标相交，求出纵坐标值。此时所对应的u即为泛点气速uF。应予指出，用埃克特通用关联图计算泛点气速时，所需的填料因子为液泛时的湿填料因子，称为泛点填料因子，以ΦF表示。泛点填料因子ΦF与液沐喷淋密度有关，为了工程计算的方便，常采用与液体喷淋密度无关的泛点填料因子平均值。下表列出了部分散装填料的泛点填料因子平均值，可供设计中参考(2）埃克特（Eckert）通用关联图50填料塔设计流程512安全系数一般工业装置常用填料的安全系数如下。

填料安全系数拉西环60%~80%矩鞍及鲍尔环填料60%~85%

对有气泡倾向的物系，安全系数可取45%~55%。也可根据生产条件，有可允许的压力降反算出适宜的气速。

523．液体喷淋密度的验算

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，其计算式为：3．液体喷淋密度的验算填料塔的液体喷淋密53

为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以Umin

表示。对于散装填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算，即：为使填料能获得良好的润湿，塔内液54