填料塔的设计

  填料塔的设计_其它_高等教育_教育专区□□□□□。《大气污染控制工程》课程设计 某填料吸收塔 工艺设计 《大气污染控制工程》课程设计 □□□□□□? 课程设计是课程教学中综合性和实践性较强的教学环 节□,是理论联系实际的桥梁□□□□□□,是使学生体会工程实际 问题复杂性

  《大气污染控制工程》课程设计 某填料吸收塔 工艺设计 《大气污染控制工程》课程设计 □□□□□□? 课程设计是课程教学中综合性和实践性较强的教学环 节□□□□□□,是理论联系实际的桥梁□□□,是使学生体会工程实际 问题复杂性□□□□□□、学习环境工程设计基本知识的初次尝试□□。 □□□? 课程设计不同于平时的作业□□□□□□,在设计中需要学生自己 做出决策□,即自己确定方案□□□□□□、选择流程□□□□□□、查取资料□□、 进行过程和设备计算□□□□□,并对自己的选择做出论证和核 算□□□□□□,经过反复的分析比较□□□□,择优选定最理想的方案和 合理的设计□□。 通过课程设计□□□□□,主要提高学生以下能力□: 熟悉查阅文献资料□□□、收集有关数据□□□□、正确选用公式□□□。当缺乏必要 数据时□□□□,尚需要自己通过实验测定或到生产现场进行实际查定□□□□。 在兼顾技术上先进性□、可行性□□□□□□,经济上合理性的前提下□□,综合分 析设计任务要求□□,确定化工工艺流程□,进行设备选型□□,并提出保证过 程正常□□□□□□、安全运行所需的检测和计量参数□□□□□,同时还要考虑改善劳动条 件和环境保护的有效措施□□□□。 准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算□□□□。 用精练的语言□□□□、简洁的文字□□□□□、清晰的图表来表达自己的设计思想 和计算结果□□。 完整的课程设计报告书应包括□□□: □□□? □□□□□□? □□□□□? □□□□? □□□? □? □□□? □□? □□? □□□□? □? 封面 设计任务书 目录 设计任务介绍 设计说明书(方案选择) 设计过程及计算 总结 参考文献 附录 致谢 主要符号说明 填料塔的设计 填料塔的类型很多□,其设计的原则大体相同□□□□□□,一 般来说□□□□,填料塔的设计步骤如下□□: ① 根据设计任务和工艺要求□□,确定设计方案□□□□; ② 根据设计任务和工艺要求□□□□,合理地选择填料□□; 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 进行填料塔塔内件的设计与选型 填料塔总体结构简图 □□□□? 1-气体出口 □□□□□? 2-液体入口 □? 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气体入口 □□□□□□? 10-液体出口 一□□、设计方案的确定 (一)填料吸收塔设计方案的确定 1.装置流程的确定 吸收装置的流程主要有以下几种□□□: (1)逆流操作 气相自塔底进人由塔顶排出□□□□□,液相自塔顶进人 由塔底排出□□□。逆流操作的特点是□□□□,传质平均推动力大□□□□,传质速率快□□□□□□, 分离效率高□□□□□□,吸收剂利用率高□□□。 (2)并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底□□□。并流操作的特点 是□□□□□,系统不受液流限制□□,可提高操作气速□□,以提高生产能力□□□。并流 操作通常用于以下情况□□□□□:易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很 完全□□□□□;吸收剂用量特别大□,逆流操作易引起泛液□□。 ( 3 )吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中□,用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与 补充的新鲜吸收剂一同送回塔内□□□□□,即为部分再循环操作□□□□□□。通常用于 以下情况□□:当吸收剂用量较小□,为提高塔的液体喷淋密度□□□;对于非 等温吸收过程□□□□□□,为控制塔内的温升.需取出一部分热量□。该流程特 别适宜于相平衡常数m值很小的情况□□□□□,通过吸收液的部分再循环□, 提高吸收剂的使用效率□□□。应予指出□□□□□,吸报剂部分再循环操作较逆流 操作平均推动力要低□□□□□,且需设置循环泵□□,操作费用增加□□。 ( 4 )多塔串联操作 若设计的填料层高度过大□□□□□,或由于所处理物理 等原因需经常清理填料□□□□,为便于维修□□□□□,可把填料层分装在几个串联的塔 内□□□□□,每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等□□□□,即为多塔串联操作□□□。此 种操作因塔内需留较大空间□□□□□□,输液□□□□、喷淋□□、支承板等辅助装置增加□□□,使 设备投资加大□。 ( 5 )串联一并联混合操作 若吸收过程处理的液量很大□□□□□□,如果用 通常的流程□□□□□□,则液体在塔内的喷淋密度过大□□□□□,操作气速势必很小(否则 易引起塔的液泛)□□□□□□,塔的生产能力很低□□□□□□。实际生产中可采用气相作串联□□□□、 液相作并联的混合流程□□□□;若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时□□□□□, 可采用液相作串联□□、气相作并联的混合流程总之□□□□□,在实际应用中□□□□,应根 据生产任务□□、工艺特点□□,结合各种流程的优缺点选择适宜的流程布置□□□。 2 .吸收剂的选择 吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的□□,因此□□□□,吸收剂性能的优劣□□□□, 是决定吸收操作效果的关键之一□□□□,选择吸收剂时应着重考虑以下几方面□□□□□。 1□□□、溶解度 需用量□□□。 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 2□□□□□□、选择性 吸收剂对溶质组分要有良好地吸收能力□□□□□□,而对混合气体中的其他组 操作温度下吸收剂的蒸气压要低□□□□,以减少吸收和再生过程中吸 分不吸收或吸收甚微□□,否则不能直接实现有效的分离□□□□□。 3□□□□□、挥发度要低 收剂的挥发损失□□。 4□□□、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 5□□□□□□、其他所选用的吸收剂宜尽可能满足无毒性□□□□□□、无腐蚀性□□□□□□、不易燃易爆□□、不发泡□□、 冰点低□□□□□□、价廉易得以及化学性质稳定等要求□□□□□□:一般说来□□□□,任何一种吸收剂都难以满 足以上所有要求□□□□,选用时应针对具体情况和主要矛盾□□□□□,既考虑工艺要求又兼顾到经 济合理性□。 表 5-8 工业常用吸收剂 3 .操作温度与压力的确定 ( 1 )操作温度的确定 由吸收过程的气液平衡关系可知□□,温度 降低可增加组分的溶解度□□,即低温有利于吸牧□□□,但操作温度的低限 应由吸收系统的具体情况而定□□□。例如水吸收 CO2的操作中用水量极 大□□□,吸收温度主要由水温决定□□□□,而水温又取决于大气温度□□,故应考 虑夏季循环水温高时补充一定量地下水以维持适宜温度□□。 ( 2 )操作压力的确定 由吸收过程的汽液平衡关系可知□,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 具体工艺条件综合考虑□□,以确定操作压力□□□□□□。 二□□□□□□、填料的类型与选择 塔填料(简称为填料)是填料塔中气液接触的 基本构件□□□□□□,其性能的优劣是决定填料塔操作性能的 主要因素□□□□□□,因此□□□□□□,塔填料的选择是填科塔设计的重 要环节□□□□。 (一)填料的类型 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□□。 1 .散装填料 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体□□□□, 一般以随机的方式堆积在塔内□□□,又称为乱堆填料或颗粒填 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□、环鞍形填料及球形填料等□□□□。现介绍几种较典型的 散装填料□□□□□。 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 等材质制造□□□。拉西环填料的气液分布较差□□□□□□,传质效率低□□□, 阻力大□□,通量小□□,目前工业上已很少应用□□□□□。 几种实体填料的形状 几种网体填料的形状 拉西环 勒辛环 鲍尔环 金属环矩鞍 阶梯环 弧鞍环 混堆填料 ( 2 )鲍尔环填料 鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得□□□□□□。鲍尔环由 于环壁开孔□□,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□□□□,其通量可增加 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□□□□□。 ( 3 )阶梯环填料 阶梯环是对鲍尔环的改进□□□□□,与鲍尔环相比□□□,阶梯 环高度减少了一半□□□□□□,并在一端增加了一个锥形翻边□□□□□。这样不但增加了填 料间的空隙□□□□□□,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□□□□□□, 成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种□。 ( 4 )弧鞍填料 弧鞍填料属鞍形填料的一种□□,其形状如同马鞍□,一般 采用瓷质材料制成□□□。弧鞍填料的特点是表面全部敞开□□□□□□,不分内外□,液体 在表面两侧均匀流动□□,表面利用率高□□□,流道呈弧形□□,流动阻力小□□□□。其缺 点是易发生套叠□,致使一部分填料表面被重合□□,使传质效率降低□□□□□。弧鞍 填料强度较差□□□□□□,容易破碎□□□,工业生产中应用不多□□□□□□。 ( 5 )矩鞍填料 将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面□□,且两面大小 不等□□,即成为矩鞍填称若鞍填料堆积时不会套叠□□□□□□,液体分布较均匀□。矩 鞍填料一般采用瓷质材料制成□□,其性能优于拉西环□□□□□□。目前□□□□□□,国内绝大多 数应用瓷拉西环的场合□□,均已被瓷矩鞍填料所取代□□□。 (6)环矩鞍填料 是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型 填料□□□□,该填料一般以金属材质制成□□,故又称为金属环矩鞍填料□□□。环矩鞍 填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体□□□□□□,其综合性能能优于鲍 尔环和阶梯环□□□,是工业应用最为普遍的一种金属散装填料□□。 2.规整填料 规整填料是按一定的几何图形排列□□□□□,整齐堆砌的填料□。规整填料 种类很多□□□□□□,根据其几何结构可分为格栅填科□□□□、波纹填料□□□□□、脉冲填料等□□□□□□, 工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料□□□□□□。波纹填料按结构分为网 波纹填料和板波纹填料两大类.可用淘瓷□□□、塑料□□□□□、金属等材质制造□□□□□□。 加工中□,波纹与塔轴的倾角有300和450两种□□,倾角为300以代号Bx (或x)表示□□□□□□,倾角为45 0以代号CY(或Y)表示□□。 金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式□□□□□□,是由金属丝网制成 的□□。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□□□□、热敏性物系的精馏提供了有效的手段□□□□。尽管其 造价高□□□□□,但因性能优良仍得到了广泛的应用□。 金属板波纹填料是板波纹填料的主要形式□。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□□□□□。波纹板片上轧成细小沟纹□□□□,可起到细分配板 片上的液体□□□□、增强表面润湿性能的作用□。u乐国际,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□□□□□□。其缺点是不适于处理粘度大□□□□□、易聚合或有悬浮物的物 料□□□□,且装卸□□□□□、清理困难□□□,造价高□□□□。 规整填料 规整填料一般由波纹状的金属网丝或多孔板重叠而成□□□。 使用时根据填料塔的结构尺寸□□□□□,叠成圆筒形整块放入塔内或分块拼成圆 筒形在塔内砌装□□□□。 优点□:空隙大□□□□□□,故生产能力大□□□□,压降小□□□,且因流道规则□□□□□□,所以只要液体 初始分布均匀□,则在全塔中分布也均匀□□□□□□,因此规整填料几乎无放 大效应□□□,通常具有很高的传质效率□□□□。 缺点□□□□:造价较高□□,易堵塞难清洗□□□□□,因此工业上一般用于较难分离或分离 要求很高的情况□□。 规整填料 Corrugated Metal Plates Packings □□? 6400金属板波纹规整填料 □□? 300脉冲规整填料 各种陶瓷规整填料 (二)填料的选择 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 作费月较低□. 1 .填料种类的选怪 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□□□□。 (1) 传质效率 传质效率即分离效率□□□□□,它有两种表示方法□□□□□□:一 是以理论级进行计算的表示方法□,以每个理论级当量填料层高度表 示□□□□□□,即 HETP 值□□;另一是以传质速率进行计算的表示方法□□□□□,以每个 传质单元相当的填料层高度表示□,即 HTU值□□□□□□。 (2)通量 在相同的液体负荷下□□□□□,填料的泛点气速愈高或气相动能因 子愈大□□□□□□,则通量愈大□,塔的处理能力亦越大□□□□。因此□□,在选择填料种类时□□□□, 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□□□。对于大多数常用填料□□□□□,其泛点气速或气相动能因子可由有关 手册或文献中查到□□□□□□,也可通过一些经验公式来估算□□□□□□。 (3)填料层的压降 填料层的压降是填料的主要应用性能□□□□,填料层的 压降愈低□□□,动力消耗越低□□□,操作费用愈小□□□□□。选择低压降的填料对热敏性物 系的分离尤为重要□□□□□。比较填料的压降有两种方法□,一是比较填料层单位高 度的压降△P/Z□□;另一是比较填料层单位传质效率的比压降 △P/NT□□□.填料 层的压降可用经验公式计算□□□□□□,亦可从有关图表中查出 (4)填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作弹性□□、抗污堵性及 抗热敏性等□□□□□。所选填料应具有较大的操作弹性□□□□□,以保证塔内气液负荷发生 波动时维持操作稳定□。同时□□,还应具有一定的抗污堵□□□□□、抗热敏能力□□□□□□,以适 应物料的变化及塔内温度的变化□□□□□。 此外□□□□□,所选的填料要便于安装□□□□□、拆卸和检修□□□□□。 2 .填料规格的选择 通常□□□□□,散装填料与规整填料的规格表示方法不同□□,选择的方 法亦不尽相同□□□□,现分别加以介绍□□□□。 ( l )散装填料规格的选择 散装填料的规格通常是指填料的公 称直径□。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□□□□,通量减小□□□,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□□□□□□,常用填料的塔 径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于表 5-9 □□。 表5-9塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值 ( 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□□,通量减小□□□,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工艺要求□□□,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 工业上□□□□□,填料的材质分为陶瓷□、金属和塑料三大类□□□□。 ( 1 )陶瓷填料 陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性□□□□□□,一般能 耐除氢氟酸以外的常见的各种无机酸□□、有机酸的腐蚀□□□□□,对强碱介质□□, 可以选用耐碱配方制造的耐碱陶瓷填料□□□□□。陶瓷填料因其质脆□□、易碎□□□□□, 不宜在高冲击强度下使用□。陶瓷填料价格便宜□□□□,具有很好的表面润湿 性能□□□□□,工业上□,主要用于气体吸收□□□、气体洗涤□□□、液体萃取等过程□□□□□□。 ( 2 )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和金属材质的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□□□□;钛材□□□、特种合金钢等材质制成的填料造价 极高□□,一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用□□□□□。 ( 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□□□□□□。 塑料填料具有质轻□、价廉□□□□、耐冲击□□□、不易破碎 等优点□□□□□□,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□,在某些特殊应用 场合□□□□□□,需要对其表面进行处理□□,以提高表面润湿性能□□□□□。 三□□□□、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□、填料层高度的计 算及分段等□□□□□。 (一)塔径的计算 填料塔直径仍采用下式计算□□,即 式中气体体积流量Vs由设计任务给定□。 由上式可见□,计算塔径的核心问题是确定空塔气速u 1 .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□。 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□□□□。 A□□□□□□、K值 ( 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 散装填料泛点填料因子平均值 (3)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 气相动能因子法多用于规整填料空塔气速的确定□□□。计算时□□, 先从手册或图表中查出填料在操作条件下的F因子□□□□□。然后依据上式 即可计算出操作空塔气速 u□□□□□□。常见规整填料的适宜操作气相动能 因子可从有关图表中查得□□□□。 应予指出□□□□,采用气相动能因子法计算适宜的空塔气速□□□,一般 用于低压操作(压力低于 0□.2MPa)的场合 (4)气相负荷因子 C 因子法 气相负荷因子简称 C 因子.其定义为 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 Cs□□□□□,max□□□□□□,然后依据以下关 系 计算出 cs□,再依据式 前式求出操作空塔气速 u □□。 2 .塔径的计算与圆整 根据上述方法得出空塔气速 u 后□□□,即可计算出塔径 D □□□□□□: 应予指出□□□□□,由式计算出塔径 D 后□□□□,还应按塔径系列标准进行圆 整□□。常用的标准塔径为□□□□□:400□□□□□□、500□□□□□□、600□□□□□□、700□□、800□□□□、1000□□□□、 1200□□□、1400□、1600□□□、2000□□□□□□、2200mm等□□□□。圆整后□□□□,再核算操作空 塔气速u与泛点率□□□□□□。 3 .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□□□□□: 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□□□□□: 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□□□。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□□□□□。 (二)填料层高度计算及分段 1 .填料层高度计算 填料层高度的计算分为传质单元数法和等板高度法□□□□。 在工程设计中□□,对于吸收□□□□、解吸及萃取等过程中的填料塔 的设计□□□□□,多采用传质单元数法□□□;而对于精馏过程中的填料 塔的设计□□□,则习惯用等板高度法□□□□□□。 1)传质单元数法 采用传质单元数法计算填料层高度的基本公式为□□□□: (1)传质单元数的讨一算传质单元数的计算方法在 《 化工传 质与分离过程 》 教材的吸收 (2)传质单元高度的计算传质过程的影响因素十分复杂□□□□□,对 于不同的物系□□□□□□、不同的填料以及不同的流动状况与操作条件□□□,传 质单元高度各不相同□□,迄今为止□□□□,尚无通用的计算方法和计算公 式□□□□。目前□□,在进行设计时多选用一些准数关联式或经验公式进行 计算□□□□□□,其中应用较为普遍的是修正的恩田( Onde )公式□□□。 修正的恩田公式为 式中 常见材质的临界表面张力值 常见填料的形状系数 由修正的恩田公式计算出kGa和kLa后□□,可按下式计算 气相总传质单元高度 HOG□□□□: 2)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)理论板数的计算 理论板数的计算方法在 《化工传质与分离过程 》 教材的蒸馏一章中已详 尽介绍□□□□□□,此处不再赘述□□□。 ( 2 )等板高度的计算 等板高度与许多因 素有关□□□□□,不仅取决于填料的类型和尺寸□,而且受系 统物性□、操作条件及设备尺寸的影响□□。目前尚无准 确可靠的方法计算填料的 HETP 值□□□□□□。一般的方法 是通过实验测定□□□□□,或从工业应用的实际经验中选取 HETP 值□□□□,某些填料在一定条件下的 HETP值可从 有关填料手册中查得□。近年来研究者通过大量数据 回归得到了常压蒸馏时的 HETP 关联式如下□□□□□: 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 2 .填料层的分段 液体沿填料层下流时□□□□,有逐渐向塔壁方向集中 的趋势□□□,形成壁流效应□□□□□□。壁流效应造成填料层气液 分布不均匀□□□,使传质效率降低□□□□□。因此□□□□□□,设计中□□□,每 隔一定的填料层高度□□□,需要设置液体收集再分布装 置□□□□□,即将填料层分段□。 (l )散装填料的分段 对于散装填料□□□□□□,一 般推荐的分段高度值可查表 □□。 (2)规整填料的分段对于规整填料□□□,填料层 分段高度可按下式确定□□: h =( 15 -20 )HETP 四□□、填料层压降的计算 填料层压降通常用单位高度填料层的压降 △P/Z 表示□□。设计时□□□□□,根据 有关参数□□□□,由通用关联图(或压降曲线)先求得每米填料层的压降值□□,然 后再乘以填料层高度□□,即得出填料层的压力降□□□□□□。 (一)散装填料的压降计算 1 .由埃克特通用关联图计算 散装填料的压降值可由埃克特通用关联图计算□。计算时□□□,先很据气液负 荷及有关物性数据□□□,求出横坐标 值□□,再根据操作空塔气速u及有 关物性参数□□□□,求出纵坐标 值□;通过作图得出交点□□,读出过交点的 等压线数值□。即得出每米填料层压降值□□□□□。 应予指出□□□,用埃克特通用关联图计算压降时□□□□□,所需的填料因子为操作 状态下的湿填料因子□□□□□,称为压降填料因子□□□□□,以中ΦP表示□□。压降填料因子 ΦP与液体喷淋密度有关□,为了工程计算的方便□,常采用与液体喷淋密变 无关的压降填料因子平均值□□□□□。表 5-18 列出了部分散装填料的压降填料 因子平均值□,可供设计中参考□。 2 .由填料压降曲线查得 散装填料压降曲线的横坐标通常以空塔气 速u表示□□□□□□,纵坐标以单位高度填料层压降ΔP/Z 表示□□□□□,常见散装填料的u- ΔP/Z曲线可从有关 填料手于中查得□□□。 (二)规整填料的压降计算 1 .由填料的压降关联式计算 规整填料的压降通常关联成以下形式 2 .由填料压降曲线查得 规整填料压降曲线的横坐标通常以 F 因子表示□□□, 纵坐标以单位高度填料层压降 ΔP/Z表示□□□□□,常见规整 填料的 F -ΔP/Z 曲线可从有关填料手册中查得□□□。 五□□、填料塔内件的类型与设计 (一)塔内件的类型 塔内件主要有填料支承装置□□□、填料压紧装 置□□□□□、液体分布装置□□□□□、液体收集再分布装置等□□□□□□。 合理地选择和设计塔内件□□□□□,对保证填料塔的正 常操作及优良的传质性能十分重要□。 1 .填料支承装置 填料支承装置的作用是支承塔内的填料□□□。常用的填 料支承装置有栅板型□□、孔管型□□□□、驼峰型等□□□□□□。对于散装填 料□□□□□,通常选用孔管型□、驼峰型支承装置□□□□;对于规整填料□□□, 通常选用栅板型支承装置□□。设计中□□□□□,为防止在填料支承 装置处压降过大甚至发生液泛□□,要求填料支承装置的自 由截面积应大于 75 %□□□□。 较常用的支承装置是栅板型□□□□□,由竖立的扁钢条构成□□□□□□, 结构简单□□、制造方便□□□。 栅板在塔内的安装及栅板结构 2 .填料压紧装置 为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动□□□□□,需在填 料层上方设置填料压紧装置□□□□□□。填料压紧装置有压紧栅板□□□□□、压紧网板□□□、 金属压紧器等不同的类型□。对于散装填料□□□,可选用压紧网板□□□□□,也可 选用压紧栅板□□□□□,在其下方□,根据填料的规格敷设一层金属网□□□□□,并将 其与压紧栅板固定□□□□□;对于规整填料□□□□□□,通常选用压紧栅板□□□□□□。设计 中.为防止在填料压紧装置处压降过大甚至发生液泛□□□□□,要求填料压 紧装置的自由截面积应大于 70 %□□□。 为了便于安装和检修□□□□,填料压紧装置不能与塔壁采用连续固定 方式□□□,对于小塔可用螺钉固定于塔壁□□□,而大塔则用支耳固定□□□□□。 3 .液体分布装置 液体分布装置的种类多样□,有喷头式□□□□、盘式□□□□□、管式□□□、 槽式及槽盘式等□□□□。工业应用以管式□□、槽式及槽盘式为主□□□□□□。 管式分布器由不同结构形式的开孔管制成□□□□□□。其突出的 特点是结构简单□,供气体流过的自由截面大□□□,阻力小但小 孔易堵塞□□□□□,操作弹性一般较小□□。管式液体分布器多用于中 等以下液体负荷的填料塔中□□□。在减压精馏及丝网波纹填料 塔中□,由于液体负荷较小□□□,设计中通常用管式液体分布器□□□□□□。 槽式液体分布器是由分流槽(又称主槽或一级槽)□□□□、 分布槽(又称副槽或二级槽)构成的□□□□。槽式液体分布器 具有较大的操作弹性和极好的抗污堵性□□□□,特别适合于大 气液负荷及含有固体悬浮物□□□□□、粘度大的液体的分离场合□, 应用范围非常广泛□□□□。 槽盘式分布器是近年来开发的新型液体分布器□□□□□,它兼 有集液□□、分液及分气三种作用□□□□,结构紧凑□,气液分布均 匀□□□□□,阻力小□□,操作弹性10 □□□□□□: 1 □□,适用于各种液体喷淋量□□□□□。 近年来应用非常广泛□□□□□□,在设计中建议优先选用□□□□。 4 .液体收集及再分布装置 为减小壁流现象□□,当填料层较高时需进行分段□□□□□,故需设置液体 收集及再分布装置□。 最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器□□□□。截锥式再分布器 结构简单□□□□,安装方便□□□,但它只起到将壁流向中心汇集的作用□□□,无液 体再分布的功能□□,一般用于直径小于 0□□□□.6 m的塔中□。 在通常情况下□□□,一般将液体收集器及液体分布器同时使用□□□□□□,构 成液体收集及再分布装置□□□□□。液体收集器的作用是将上层填料流下的 液体收集□□□□□,然后送至液体分布器进行液体再分布□。常用的液体收集 器为斜板式液体收集器□□□。槽盘式液体分布器兼有集液和分液的功能□, 故槽盘式液体分布器是优良的液体收集及再分布装置□□。 截锥式再分配器 (二)塔内件的设计 填料塔操作性能好坏□□□、传质效率的高低在很大程度上与塔内件 的设计有关□□□□□□。在塔内件设计中□□□,最关键的是液体分布器的设计□□□□。 1.液体分布器设计的基本要求 (1)液体分布均匀 ① 分布点密度□□□□□□。 评价液体分布均匀的标准是□□□□□:足够的分布 液体分布器分布点密度的选取与填料类型及 点密度□□□;分布点的几何均匀性□□□;降液点间流量的均匀性□□□□□。 规格□□□、塔径大小□□□□□、操作条件等密切相关□□□,各种文献推荐的值也相差 很大□。大致规津是□:塔径越大□,分布点密度越小□□□;液体喷淋密度越 小□□□□□,分布点密度越大□。 ② 分布点的几何均匀性□□□□□□。分布点在塔截面上的几何均 匀分布是较之分布点密度更为重要的问题□□□□。设计中□□□□,一般需通过 反复计算和绘图排列□□□□,进行比较□□□□□□,选择较佳方案□□□□。分布点的排列 可采用正方形□□□、正三角形等不同方式□□□□□□。 ③ 降液点间流量的均匀性□□□□。为保证各分布点的流量均匀□□□□, 需要分布器总体的合理设计□□□□□□、精细的制作和正确的安装□□□□。高性能 的液体分布器□,要求各分布点与平均流量的偏差小于 6 %□□□□。 ( 2 )操作弹性大 液体分布器的操作弹性是指液体的最 大负荷与最小负荷之比□□□□□□。设计中□□□□,一般要求液体分布器的操作弹 性为 2 ~4 □□,对于液体负荷变化很大的工艺过程□□□□,有时要求操作 弹性达到 10 以上□。 (3 )自由截面积大 液体分布器的自由截面积是指气体 通道占塔截面积的比值□□□□□。根据设计经验□,性能优良的液体分布器□□□□□□, 其自由截面积为 50 %~70 %□□□□。设计中□□□,自由截面积最小应在 35 %以上□□□□。 (4 )其他液体分布器应结构紧凑□□□、占用空间小□□□□□、制造容易□□□□□□、 调整和维修方便□。 2 .液体分布器布液能力的计算 液体分布器布液能力的计算是液体分布器设计的重要内容□。设 计时□,按其布液作用原理不同和具体结构特性□□□,选用不同的公式计 算□□□。 (1 )重力型液体分布器布液能力计算 重力型液体分布器有多孔型和溢流型两种型式□,工业上以多孔 型应用为主□□□,其布液工作的动力为开孔上方的液位高度□□□□。多孔型分 布器布液能力的计算公式为□□: (2)压力型液体分布器布液能力计算 压力型液体分布器布液工作的动力为压力差(或压降)□□□□□,其布液 能力的计算公式为□: 设计中□□□□□□,液体流量Ls 为已知□□,给定开孔上方的 液位高度△H(或已知分 布器的工作压力差△P)□□□□, 依据分布器布液能力计算 公式□□,可设定开孔数目n □□□, 计算孔径d0□□□;亦可设定孔 径d0 □□□□□,计算开孔数目n □。

上一篇:u乐国际:问答题] 填料函的作用是什么?常用哪几种形式填料函?
下一篇:u乐国际:冷却塔填料

 

资讯 News
相关资讯 Releva ntnews
热点资讯 Hot spot
新型生物填料【价格 型号 品牌 图片】- 谷瀑环保
服务热线

网站地图