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
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/u f =~
贝恩（Bain ）—霍根（Hougen ）关联式 ,即：
2213lg V F L L u a g
ρμερ⎡⎤
⎛⎫⎛⎫⎢⎥
⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦=A-K 14
1V L V L w w ρρ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭
⎝⎭ （3-1） 即：1
124
8
0.23100 1.18363202.59 1.1836lg[
()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2F
u ⎛⎫⎛⎫⎛⎫
=- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭
所以：2
F u /（100/3）（）=
UF=m/s
其中：
f u ——泛点气速,m/s;
g ——重力加速度,9.81m/s 2 W L =㎏/h W V =7056.6kg/h A=； K=；
取u= F u
=2.78220m/s
0.7631D =
=
= （3-2）
圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核：2
6000
3.31740.7850.83600
u =
=⨯⨯ m/s 则
F
u
u 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()3min 0.08m /m h w L ⋅为.
()32min min 0.081008/w t U L m m h α==⨯=⋅ （3-3）
22
5358.8957
10.6858min 0.75998.20.7850.8L L w U D ρ=
==>=⨯⨯⨯⨯ （3-4）
经过以上校验,填料塔直径设计为D=800mm 合理.
填料层高度的计算及分段
*110.049850.75320.03755Y mX ==⨯= （3-5）
*220Y mX == （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
12
OG M
Y Y N Y -=
∆ （3-7） ()**1
1
2
2*
11*
22()
ln
M
Y Y Y Y Y Y Y Y Y ---∆=
-- （3-8）
=
0.063830.00063830.03755
0.02627ln
0.0006383
--
=
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：
()
0.75
0.10.05
2
0.2
2
21exp 1.45/t c l L t L
L V t w l t l L U U U
g ασαρσαασαμρ-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪
⎪
=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭
⎝⎭⎝⎭⎪
⎪⎩
⎭
（3-9） 即：αw/αt =0.
液体质量通量为：L u =WL/××=10666.5918kg/(㎡ h ) 气体质量通量为： V u =60000×=14045.78025kg/(㎡h) 气膜吸收系数由下式计算：
()
10.7
3
0.237(
)
/V
t V G v v V t v
U D k D RT αμραμ⋅⎛⎫=⋅ ⎪⎝⎭
（3-10） =÷×10-5)÷÷
(100×÷÷293)
液膜吸收数据由下式计算：
2113
23
0.0095L L L L w l L L L U g K D μμαμρρ-
⎛⎫⎛⎫⎛⎫
⋅= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ (3-11）
=m/h 因为 1.45ψ=
1.1G G W K K ααϕ== （3-12）
=(m3 h kpa)
0.4L L W K K ααϕ= =×100×× （3-13）
=h 因为：F
u u =
所以需要用以下式进行校正：
1.4
'
19.50.5G G F u k k u αα⎡⎤⎛⎫⎢⎥⋅=+-⋅ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦
（3-14）
=[1＋－] = kmol/(m3 h kpa)
2.2'
1 2.60.5l L F u k k u αα⎡⎤⎛⎫⎢⎥⋅=+-⋅ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦
（3-15）
=[1＋ －] =h
''
111G G L K K HK ααα
=
+ （3-16）
=1÷(1÷+1÷÷
= kmol/(m3 h kpa)
OG Y G V V H K K P αα=
=
Ω
Ω
（3-17）
=÷÷÷÷ =0.491182 m
OG OG Z H N = （3-18）
=×=4.501360m,得
'Z =×=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
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
F u 查表,DG50mm 塑料鲍尔环的压降填料因子φ＝125代替纵坐标中的．
则纵标值为：
2
.02L
L
V P g u μρρϕφ••= (3-19) 横坐标为：
0.5
V L V L W W ρρ⎛⎫
= ⎪⎝⎭
0.5
5358.89572 1.17617056.6998.2⎛⎫ ⎪⎝⎭
=
(3-20)
查图得
P
Z
∆=∆ 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
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.
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
操作液气比倍最小液气比
校正液体流速s
压降6867 Pa
惰性气体流量h
2 填料塔设计数据一览
附件一：塔设备流程图附件二：塔设备设计图
二 基础物性参数的确定 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，2 气相物性参数 设计压力：101.3kPa ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，101.3kPa 在空气中的扩散系数为0.17 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 33 2 2 0002 2 293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ??????==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3 m 101.329.27 1.2178.314293.15 V V m P M kg m R T ρ?= = =? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为
51.81100.065()V Pa s kg m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532 101.3 E m P = == 溶解度系数 3 s 998.20.726076.318.02 L H km ol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 11 0.050.05263110.05 y Y y = =-- 出塔气相摩尔比 3 21(1)0.05263(10.98) 1.05310 A Y Y ?-=-=-=? 混合气体流量 33 0.1013(273.1520) 16.10100.1013273.15V N Q Q m h ? ?+==?? 惰性气体摩尔流量 273.15(10.05)636.1622.4 273.1520 V Q V km ol h = ? -=+ 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 1212 L Y Y V Y m X -??= ? -?? 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 20X = m in 0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -?? == ? ?? 取操作液气比为 m in 1.4L L V V ?? = ??? 1.40.7381 1.0333L V =?= 1.0333636.16657.34L kmol h =?=
一、填料塔的计算 (一) 操作条件的确定 1．1吸取剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃常压 （二）填料吸取塔的工艺尺寸的运算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 关于低浓度吸取过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据
7.熔 依照上式运算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =⨯⨯=301 314.805 .333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为
μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m •h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6⨯105kPa 相平稳常数为m=1.25596 .101106.25 =⨯= P E 溶解度系数为H=)/(1013.218 106.22.9973 45 kPa m kmol E M s •⨯=⨯⨯= -ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸取过程为低浓度吸取，平稳关系为直线，最小液气比按下式 运算，即 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 关于纯溶剂吸取过程，进塔液组成为X2=0 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581
一、 设计方案的 确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃ 常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据 7.熔 根据上式计算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =⨯⨯=301314.805 .333.101RT PMvm 101.6*20.347/ （ 8.314*323）=0.769kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m?h)
查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2 /h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6⨯105kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =⨯=P E 溶解度系数为H= )/(1013.218 106.22.997345kPa m kmol E M s ∙⨯=⨯⨯=-ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即 2121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581 ①塔径计算 采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量计算 即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/h Eckert 通用关联图横坐标为 0.011799 查埃克特通用关联图得226.02.0=∙∙L L V F F g u μρρϕφ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φ Uf=3.964272m/s 取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s 由 =1.839191m
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 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/u f =~ 贝恩（Bain ）—霍根（Hougen ）关联式 ,即： 2213lg V F L L u a g ρμερ⎡⎤ ⎛⎫⎛⎫⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦=A-K 14 1V L V L w w ρρ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭ ⎝⎭ （3-1） 即：1 124 8 0.23100 1.18363202.59 1.1836lg[ ()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2F u ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ =- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 所以：2 F u /（100/3）（）= UF=m/s 其中： f u ——泛点气速,m/s; g ——重力加速度,9.81m/s 2 W L =㎏/h W V =7056.6kg/h A=； K=； 取u= F u =2.78220m/s 0.7631D = = = （3-2） 圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核：2 6000 3.31740.7850.83600 u = =⨯⨯ m/s 则 F u u 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()3min 0.08m /m h w L ⋅为. ()32min min 0.081008/w t U L m m h α==⨯=⋅ （3-3） 22 5358.8957 10.6858min 0.75998.20.7850.8L L w U D ρ= ==>=⨯⨯⨯⨯ （3-4） 经过以上校验,填料塔直径设计为D=800mm 合理. 填料层高度的计算及分段 *110.049850.75320.03755Y mX ==⨯= （3-5） *220Y mX == （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 12 OG M Y Y N Y -= ∆ （3-7） ()**1 1 2 2* 11* 22() ln M Y Y Y Y Y Y Y Y Y ---∆= -- （3-8） = 0.063830.00063830.03755 0.02627ln 0.0006383 -- = 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： () 0.75 0.10.05 2 0.2 2 21exp 1.45/t c l L t L L V t w l t l L U U U g ασαρσαασαμρ-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪ =--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭ ⎝⎭⎝⎭⎪ ⎪⎩ ⎭ （3-9） 即：αw/αt =0. 液体质量通量为：L u =WL/××=10666.5918kg/(㎡ h ) 气体质量通量为： V u =60000×=14045.78025kg/(㎡h) 气膜吸收系数由下式计算：
一、设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA的物性数据 7.熔 根据上式计算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa·s 暂取CO2在水中的扩散系数
表面张力б =72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρ vm = =⨯⨯=301 314.805 .333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μ V =1.78×10 -5 Pa ·s=0.064kg/(m •h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2 /h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6⨯105 kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =⨯=P E 溶解度系数为H=)/(1013.218 106.22 .997345 kPa m kmol E M s ∙⨯=⨯⨯= -ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78
填料塔设计 2012-11-20 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备;填料塔的塔身是一直立式圆筒,底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上;在填料的上方安装填料压板,以限制填料随上升气流的运动;液体从塔顶加入,经液体分布器喷淋到填料上,并沿填料表面流下;气体从塔底送入,经气体分布装置小直径塔一般不设置分布后,与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙,在填料表面气液两相密切接触进行传质;填料塔属于连续接触式的气液传质设备,正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相; 二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件,它提供了气液两相接触传质的相界面,是决定填料塔性能的主要因素;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;散装填料根据结构特点不同,分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等,目前工业上使用最为广泛的是波纹填料,分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数,主要包括比表面积、空隙率、填料因子等;1.比表面积：单位体积填料层的填料表面积,其值越大,所提供的气液传质面积越大,性能越优； 2.空隙率：单位体积填料层的空隙体积；空隙率越大,气体通过的能力大且压降低；
3.填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值,它表示填料的流体力学性能,其值越小,表面流体阻力越小; 三、填料塔设计基本步骤 1.根据给定的设计条件,合理地选择填料； 2.根据给定的设计任务,计算塔径、填料层高度等工艺尺寸； 3.计算填料层的压降； 4.进行填料塔的结构设计,结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分; 四、填料塔设计 1.填料的选择 填料应根据分离工艺要求进行选择,对填料的品种、规格和材质进行综合考虑;应尽量选用技术资料齐备,适用性能成熟的新型填料;对性能相近的填料,应根据它的特点进行技术经济评价,使所选用的填料既能满足生产要求,又能使设备的投资和操作费最低; 1填料种类的选择 填料的传质效率要高：传质效率即分离效率,一般以每个理论级当量填料层高度表示,即HETP值； 填料的通量要大：在同样的液体负荷下,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； 填料层的压降要低：填料层压降越低,塔的动力消耗越低,操作费越小；对热敏性物系尤为重要；
学校代码： 10128 学号： 201320303014 课程设计说明书 题目：S H S20-25型锅炉低硫烟煤烟 气袋式除尘湿式脱硫系统设计学生：周永博 学院：能源与动力工程学院 班级：环工13-1 指导教师：英楠
2016年 7 月 1 日 工业大学课程设计（论文）任务书 课程名称：大气污染控制工程学院：能源与动力工程学院班级：环工13-1 学生：周永博学号： 4 指导教师：英楠
技术参数： 锅炉型号：SHS20-25 即，双锅筒横置式室燃炉（煤粉炉），蒸发量20t/h，出口蒸汽压力25MPa 设计耗煤量：2.4t/h 设计煤成分：C Y=75.2% H Y=3% O Y=4% N Y=1% S Y=0.8% A Y=10% W Y=6%； V Y＝18％；属于低硫烟煤 排烟温度：160℃ 空气过剩系数＝1.25 飞灰率＝29％ 烟气在锅炉出口前阻力800Pa 污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。 连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度150m，90°弯头30个。
参考文献： 《大气污染控制工程》郝吉明、马广大； 《环保设备设计与应用》罗辉...高等教育.1997； 《除尘技术》高香林..华北电力大学.2001.3； 《环保设备?设计?应用》铭...化学工业.2001.4； 《火电厂除尘技术》胡志光、胡满银...中国水利水电.2005； 《除尘设备》金国淼...化学工业.2002； 《火力发电厂除尘技术》原永涛...化学工业.2004.10； 《环境保护设备选用手册》鹿政理...化学工业.2002.5； 《工业通风》一坚主编..中国建筑工业，1994； 《锅炉及锅炉房设备》奚士光等主编..中国建筑工业，1994； 《除尘设备设计》金国淼主编..科学技术，1985； 《环境与工业气体净化技术》. 朱世勇主编.化学工业，2001； 《湿法烟气脱硫系统的安全性及优化》曾庭华，华等主编..中国电力； 《燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例》. 钟主编.化学工业，2004； 《环保工作者使用手册》. 丽芬，友琥主编.冶金工业，2001； 《工业锅炉房设计手册》航天部第七研究编.中国建筑工业，1986； 《火电厂烟气湿法脱硫装置吸收塔的设计》王祖培编.化学工业第二，1995； 《大气污染控制工程》. 标编.科学，2002； 《湿法烟气脱硫吸收塔系统的设计和运行分析》. 曾培华著.电力环境保护，2002。
填料塔计算和设计文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
填料塔设计 2012-11-20 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的主要因素。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。散装填料根据结构特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，目前工业上使用最为广泛的是波纹填料，分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要包括比表面积、空隙率、填料因子等。1.比表面积：单位体积填料层的填料表面积，其值越大，所提供的气液传质面积越大，性能越优；
2.空隙率：单位体积填料层的空隙体积；空隙率越大，气体通过的能力大且压降低； 3.填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值，它表示填料的流体力学性能，其值越小，表面流体阻力越小。 三、填料塔设计基本步骤 1.根据给定的设计条件，合理地选择填料； 2.根据给定的设计任务，计算塔径、填料层高度等工艺尺寸； 3.计算填料层的压降； 4.进行填料塔的结构设计，结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分。 四、填料塔设计 1.填料的选择 填料应根据分离工艺要求进行选择，对填料的品种、规格和材质进行综合考虑。应尽量选用技术资料齐备，适用性能成熟的新型填料。对性能相近的填料，应根据
填料吸收塔设计任务书 一、设计题目 填料吸收塔设计 二、设计任务及操作条件 １、原料气处理量：5000m3/h。 ２、原料气组成：98％空气＋2.5％的氨气。 ３、操作温度：20℃。 ４、氢氟酸回收率：98％。 ５、操作压强：常压。 ６、吸收剂：清水。 ７、填料选择：拉西环。 三、设计内容 1.设计方案的确定及流程说明。 2.填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算。 3.填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。 4.吸收塔的工艺流程图。 5.填料吸收塔的工艺条件图。
目录 第一章设计方案的简介 (4) 第一节塔设备的选型 (4) 第二节填料吸收塔方案的确定 (6) 第三节吸收剂的选择 (6) 第四节操作温度与压力的确定 (7) 第二章填料的类型与选择 (7) 第一节填料的类型 (7) 第二节填料的选择 (9) 第三章填料塔工艺尺寸 (10) 第一节基础物性数据 (10) 第二节物料衡算 (11) 第三节填料塔的工艺尺寸的计算 (12)
第四节填料层压降的计算 (16) 第四章辅助设备的设计与计算 (16) 第一节液体分布器的简要设计 (16) 第二节支承板的选用 (17) 第三节管子、泵及风机的选用 (18) 第五章塔体附件设计 (20) 第一节塔的支座 (20) 第二节其他附件 (20) 第一章设计方案的简介 第一节塔设备的选型 塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 1、板式塔 板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的气液传质设备之一。传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔
填料塔的计算 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
一、设计方案的确定 (一)操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA的物性数据 7.熔根据上式计算如下： 混合密度是：M3 混合粘度·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=cm=940896kg/h3
②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =*44+*64+*14+*96+*18 = 混合气体的平均密度ρvm ==⨯⨯=301 314.805.333.101RT PMvm *（*323）=m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =×10 -5Pa ·s=(m?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =×10-5m 2/s=h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=⨯ 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =⨯=P E 溶解度系数为H= )/(1013.218 106.22.997345kPa m kmol E M s •⨯=⨯⨯=-ρ 物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=（）= 出塔气相摩尔比为Y2=×= 进塔惰性气相流量为V=s=h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即2121min /X m Y Y Y ）V L （--= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0
环境工程原理大作业 填料吸收塔课程设计 说明书 学院名称：环境科学与工程学院 专业：环境工程 班级：环工0801 姓名：黄浩段永鹏魏梦和祥任稳刚 指导老师：*** 2011.1.2
环境工程原理课程设计—填料吸收塔课程设计说明书 目录 (一)设计任务 (1) (二) 设计简要 (2) 2.1 填料塔设计的一般原则 (2) 2.2 设计题目 (2) 2.3 工作原理 (2) (三) 设计方案 (2) 3.1 填料塔简介 (2) 3.2填料吸收塔的设计方案 (3) .设计方案的思考 (3) .设计方案的确定 (3) .设计方案的特点 (3) .工艺流程 (3) （四）填料的类型 (4) 4.1概述 (4) 4.2填料的性能参数 (4) 4.3填料的使用范围 (4) 4.4填料的应用 (5) 4.5填料的选择 (5) （五）填料吸收塔工艺尺寸的计算 (6) 5.1液相物性数据 (6) 5.2气相物性数据 (7) 5.3气、液相平衡数据 (8) 5.4塔径计算 (8) 5.5填料层高度计算 (8) （六）填料层压降的计算 (10) （七）填料吸收塔内件的类型与设计 (10) 7.1 填料吸收塔内件的类型 (10) 7.2 液体分布 (12) （八）设计一览表 (13) （九）对设计过程的评述 (13)
（十）主要符号说明 (14) 参考文献 (15) 附录 (24)
（一）设计任务 设计一填料吸收塔，吸收矿石焙烧炉气中的SO2。 （二）设计简要 （1）填料塔设计的一般原则 填料塔设计一般遵循以下原则: ②:塔径与填料直径之比一般应大于15：1，至少大于8：1； ②：填料层的分段高度为：金属:6.0-7.5m，塑料：3.0-4.5； ③：5-10倍塔径的填料高度需要设置液体在分布装置，但不能高于6m； ④：填料塔操作气速在70%的液泛速度附近； ⑤：由于风载荷和设备基础的原因，填料塔的极限高度约为50米。 （2）设计题目 矿石焙烧炉送出的气体冷却到25℃后送入填料塔，用20℃清水洗涤除去其中的SO2,试设计一填料塔进行上述操作并画出设计方案工艺流程图。 设计要求： 设计方案确定（流体流向、塔高、塔径）； 填料选择； 流体基础物性的计算（液体物性、气体物性、气液平衡、物料衡算）； 填料塔的工艺尺寸计算。 基础数据： 入塔炉气流量：2400m3h⁄; SO2的摩尔分率：0.05； SO2的回收率：95%。 注意：①低浓度气体的吸收溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据； ②气象为混合气体。 （3）工作原理 气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理性质和化学性质的差异而进行的。吸收作为其中一种，它根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的。在物理吸附中，溶质和溶剂的结合力较弱，解析比较方便。 填料塔是一种应用很广泛的气液传质设备，它具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，操作时液体与气体经过填料时被填料打散，增大气液接触面积，从而有利于气体与液体之间的传热与传质，使得吸收效率增加。 （三）设计方案 （1）填料塔简介 填料塔是提供气-液、液-液系统相接触的设备。填料塔外壳一般是圆筒形，也可采用方形。材质有木材、轻金属或强化塑料等。填料塔的基本组成单元有： ①：壳体（外壳可以是由金属（钢、合金或有色金属）、塑料、木材，或是以橡胶、塑料、砖为内层或衬里的复合材料制成。虽然通入内层的管口、支承和砖的机械安装尺寸并不是决定设备尺寸的主要因素，但仍需要足够重视;） ②：填料（一节或多节，分布器和填料是填料塔性能的核心部分。为了正确选择合适的填料，要了解填料的操作性能，同时还要研究各种形式填料的形状差
填料塔计算和设计
填料塔设计 2012-11-20 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的主要因素。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。散装填料根据结构特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，目前工业上使用最为广泛的是波纹填料，分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要包括比表面积、空隙率、填料因子等。
填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类 （a）陶瓷填料陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性，可在低温、高温下工作，具有一定的抗冲击性但不宜在高冲击强度下使用，质脆、易碎是陶瓷填料的最大缺点。陶瓷填料价格便宜、具有很好的表面润湿性能，在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。 （b）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及金属材质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，对于无腐蚀性或低腐蚀性物系有限考虑使用； 不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐Cl-以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润湿性能较差；有时需要对其表面进行处理，才能取得良好的使用效果。 金属填料通过大、气阻小，具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。 （c）塑料填料主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC），国内一般多采用聚丙烯材质。 塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，耐腐蚀性较好，可长期在100℃以下使用；它的通量大、压降低，多用于吸收、解析、萃取、除尘等装置中；塑料填料的缺点是表面润湿性能差，需对其表面进行处理。 2.填料塔工艺尺寸的计算
一、 设计方案的确定 (一)操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据 7.熔 根据上式计算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm ==⨯⨯=301314.805 .333.101RT PMvm 101.6*20.347/ （ 8.314*323）=0.769kg/m 3
混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2 /h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6⨯105kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =⨯=P E 溶解度系数为H= )/(1013.218 106.22.997345kPa m kmol E M s ∙⨯=⨯⨯=-ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）=0.153403 出塔气相摩尔比为Y2=0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即2121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2121min /X m Y Y Y ）V L （--==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581 ①塔径计算 采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量计算 即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/h Eckert 通用关联图横坐标为 0.011799 查埃克特通用关联图得226.02.0=∙∙L L V F F g u μρρϕφ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φ Uf=3.964272m/s 取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s
二 基础物性参数的确定 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程,溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据;由手册查得,20C ︒时 2 气相物性参数 设计压力： ,温度：20C ︒ 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=⨯=⨯ 氨气在空气中的扩散系数： 查表得,氨气在0°C,在空气中的扩散系数为 2/cm s , 根据关系式换算出20C ︒时的空气中的扩散系数： 混合气体的平均摩尔质量为 混合气体的平均密度为 混合气体的粘度可近似取空气的粘度,查手册得20C ︒空气粘度为 3 气液相平衡数据 由手册查得,常压下20C ︒时,氨气在水中的亨利系数 相平衡常数 溶解度系数 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 出塔气相摩尔比 混合气体流量 惰性气体摩尔流量 该吸收过程属低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比可按下式计算：
对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成 取操作液气比为 5 吸收塔的工艺尺寸计算 塔径计算 采用Eckert 通用关联图计算泛点气速; Eckert 通用关联图： 气体质量流量为 液体质量流量可近似按纯水的流量计算： Eckert 通用关联图的横坐标为 根据关联图对应坐标可得 由表2-4-1可知 F φ=260 1m - 取 0.80.8 2.360 1.888/F u u m s ==⨯=
由 1.737D ===m 圆整塔径常用的标准塔径有400mm 、500mm 、600mm 、800mm 、1000mm 、1200mm 、1400mm 、1600mm 、2000mm 、2200mm 等本设计方案取D=2000mm; 泛点率校核： 因为填料塔的适宜空塔气速一般取泛点气速的50%-80%,泛点率值在允许范围内; 填料塔规格校核： 200080825 D d ==>在允许范围之内 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 由表2-4-1可知： 由于喷淋密度过小,可采用增大回流比或采用液体再循环的方法加大液体流量,以保证填料的润湿性能；也可适当的增加填料层高度的办法予以补偿; 填料层高度计算 脱吸因数为 气相总传质单元数为 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： 查表2-4-1得 液体质量通量为 气膜吸收系数可由下式计算： 气体质量通量为： 液膜吸收系数由下式计算： 由 1.1G G W k a k a ψ=得 73.90%50%F u u => ,需选用下面的关系式对气膜和液膜系数进行校核修正; 修正结果： 则 考虑恩田公式的最大误差,为了安全取设计填料层高度为 设计取填料层高度为 Z '=4.0m 在填料塔计过程中,对于阶梯环填料,max 8~15,6h h mm D =≤, 取8h D =,则 计算得填料层高度为4000mm,故不需分段 5.3 填料层压降计算 采用Eckert 通用关联图计算 横坐标为 由表2-4-1得,1176P m φ-= 纵坐标为 查Eckert 通用关联图,P ∆/Z 位于40g ~50gPa/m 范围内,取
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一、设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA的物性数据 7.熔 根据上式计算如下： 混合密度是：M3 混合粘度 Pa·s 暂取CO2在水中的扩散系数
表面张力б=cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =*44+*64+*14+*96+*18 = 混合气体的平均密度ρvm = =⨯⨯=301 314.805 .333.101RT PMvm *（*323）=m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =×10-5Pa ·s=(m?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =×10-5m 2/s=h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=⨯ 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =⨯= P E 溶解度系数为H=)/(1013.218 106.22.9973 45 kPa m kmol E M s •⨯=⨯⨯= -ρ 物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=（）= 出塔气相摩尔比为Y2= ×= 进塔惰性气相流量为V=s=h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2 12 1min /X m Y Y Y ）V L （--==（）/（）= 取操作液气比（）为L/V=V=×=