开云 开云体育平台开云 开云体育平台开云 开云体育平台天津科林泰克科技有限公司 精馏塔设计精馏塔设计 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 一、精馏塔设计基本要求 二二、板式塔与填料塔性能对比板式塔与填料塔性能对比 三三、板式塔设计板式塔设计 四四、填料塔设计填料塔设计 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 一、精馏塔设计精馏塔设计基本要求本要求 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 11.生产能力大生产能力大：单位时间单位时间、单位塔截面的处理量大单位塔截面的处理量大； 2.分离效率高：对于板式塔是指每层塔板的分离程度大；对 于填料塔是指单位高度填料层所达到的分离程度大于填料塔是指单位高度填料层所达到的分离程度大；；也就是也就是 说，达到规定分离要求的塔高可以降低； 3.操作弹性大：即最大气速负荷与最小气速负荷之比大，表 明气速负荷波动较大时也能维持正常操作作； 4.流体阻力小：即气体通过每层塔板或单位高度填料层的压 降小降小； 5.塔的结构简单，造价低廉，安装容易，维修方便，运转可 靠靠。。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 二二、、板式塔与填料塔性能对比板式塔与填料塔性能对比 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 塔器按照其内件形式可分为板式塔和填料塔两大类。 板式塔的研究起步早，流体力学和传质模型比较成熟，其 结构简单、造价较低、易于放大； 填料塔处理量大、分离效率高、压降小、操作弹性大、持 液量小液量小。。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 板式塔 填料塔 生产能力 低 高 高压高压、高液量时较高液量时较 真空真空、低液量时较低液量时较 分离效率 高 高 压降 大 小 天津科林泰克科技有限公司 操作弹性 较小 较大 持液量 大 小 造价造价 较低较低 较高较高 不能直接用于含固 物料适应 可用于含固体颗粒 体颗粒或依据和物 性 或易聚合物料 料；适用于热敏性 物系 适用于多侧线出料适用于多侧线出料 不适用于多侧线等不适用于多侧线等 安装维修 等复杂精馏情况； 复杂精馏情况；安 安装维修容易 装维修困难 内部结构简单内部结构简单，便便 于用非金属材料制 多数部件不便于用 材料 作，可用于腐蚀严 非金属材料制作 重的场合重的场合 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 三、板式塔设计 天津科林泰克科技有限公司 1.板式塔结构板式塔结构 板式塔为逐级接触式的气液传质设备。主要由圆柱形壳体、 塔板塔板、溢流堰溢流堰、受液盘受液盘、降液管等部件组成降液管等部件组成。 正常操作时正常操作时，液体靠重力的作用由顶部逐板流向塔底液体靠重力的作用由顶部逐板流向塔底，并在并在 各块板面上形成流动的液层；气体则靠压力差推动，由塔底 向向上依次穿依次穿过各塔板各塔板上的液层而流向塔顶的液层而流向塔顶。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 2.塔板的类型及性能评价 塔板可分为溢流式塔板及穿流式塔板两类； CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 溢流式塔板溢流式塔板，气液两相呈错流方式接触气液两相呈错流方式接触，塔板效率高塔板效率高，且且 具有较大的操作弹性，使用广泛；溢流式塔板主要分为筛 孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、喷射塔板等； 穿流式塔板穿流式塔板，气液两相呈逆流方式接触气液两相呈逆流方式接触，塔板的板面利用塔板的板面利用 率高，生产能力大，结构简单，但它的效率较低，操作弹 性小性小，，工业应用较少工业应用较少。。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 常见塔板性能比较 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 3.板式塔设计基本步骤 （1）根据生产任务和分离要求，进行工艺计算，确 定塔径定塔径、、塔高等工艺尺寸塔高等工艺尺寸；； （2）进行塔板的设计，包括溢流装置的设计、塔板 的布置等； （3）进行流体力学验算； （4 ）绘制塔板的负荷性能图； （（55））根据负荷性能图根据负荷性能图，对设计进行分析对设计进行分析，若设计不若设计不 够理想，可对某些参数进行调整，重复上述设计过 程程，，直至满意直至满意。。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 4.精馏塔工艺计算 （1）全塔物料衡算 总物料衡算：F=D+W 易挥发组分物料衡算：FX =DX +WX F D W CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （（2））回流比的确定回流比的确定 回流比减小，所需的理 论塔板数增加论塔板数增加；当当回流流 比减到使操作线与平衡 线相交时线相交时，所需的理论所需的理论 塔板数为无穷多，相应 回流比即为最小回流比回流比即为最小回流比，， 用Rmin表示。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 最佳回流比的确定依据是设备费用和操作费用之和最小； 一般根据经验一般根据经验，取取R=R= （（11.11～～22））RminRmin CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （3）理论板数的确定 根据全塔的物料衡算数据 以及选取的以及选取的RR值值，结合进结合进 料热状态，确定精馏段操 作线方程及提馏段操作线作线方程及提馏段操作线 方程，在物系y-x 图中画 出y=f(x) ，对角线，精馏 段及提馏段操作线方程， 利用图解法，求出所需理 论板数论板数。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （（44 ））塔有效高度的确定塔有效高度的确定 Z 板式塔的有效高度板式塔的有效高度，，m NT 塔内所需的理论板层数 E 全塔效率 T HT 板间距板间距，m CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 在在一定的生产任务下定的生产任务下，，板间距较大板间距较大，，可使塔的气速增加可使塔的气速增加，， 塔径减小，但塔高要增加；板间距较小，气速降低，塔 径变大，塔高降低。 板间距参考数值 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （5）塔径的确定 D 塔径，m 33 VVS 塔内上升蒸汽的体积流量塔内上升蒸汽的体积流量，mm /s/s u 空塔气速，m/s CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 空塔气速的上限由严重的雾沫夹带或液泛决定空塔气速的上限由严重的雾沫夹带或液泛决定，，下限由漏下限由漏 液决定，适宜的空塔气速介于两者之间。设计时，一般依 据产生严重雾沫夹带时的气速来确定，该气速称为极限空 塔气速塔气速，以以umax表示表示。 ρL 液相密度，Kg/m3 ρv 气相密度，Kg/m3 umax 极限空塔气速，m/s CC 负荷因子负荷因子，m/sm/s，由史密斯关联图确定由史密斯关联图确定 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 得到极限空塔气速后得到极限空塔气速后，考虑到降液管要占去部分塔截面积考虑到降液管要占去部分塔截面积， 因此实际的操作空塔气速应乘上安全系数。根据设计经验， 空塔气速为空塔气速为：： u=((0.6-0.8))umax 对于易起泡物系对于易起泡物系，安全系数应取较小值安全系数应取较小值；对于不易起泡物对于不易起泡物 系，安全系数可以取较大值。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 注：由于精馏塔的精馏段和提馏段的气液负荷及物 性是不相同的，因此在设计时是应分别计算塔径， 若两者相差不大，选较大值为塔径；若相差较大， 应采用变径塔。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 55.塔板的结构设计塔板的结构设计 塔板的结构设计包括塔板溢流形式的确定，板上清液高度， 堰长，堰高的初估与计算，降液管的选型及参数计算，塔 板布置和筛孔布置等板布置和筛孔布置等。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （1）降液管的布置与溢流方式 降液管是塔板间流体流动的通道，也是使溢流液中所夹 带气体得以分离的场所带气体得以分离的场所。降液管有圆形和弓形之分降液管有圆形和弓形之分。圆圆 形降液管一般只用于小直径塔，对于直径较大的塔，常 用弓形降液管用弓形降液管。。 常用的降液管布置方式有U型流，单溢流，双溢流，阶 梯式双溢流等。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 U型流也称回转流。 此种溢流方式液体流 径长径长，可以提高板效可以提高板效 率，其板面利用率也 高高，但它的液面落差但它的液面落差 大，只适用于小塔及 液体液体流量小小的场场合 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 单溢流又称直径流。 此种溢流方式液体流 径较长径较长，塔板效率较塔板效率较 高，塔板结构简单， 加工方便加工方便，在直径小在直径小 于2.2m的塔中被广泛 使用使用。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 双溢流又称半径流。 此种溢流方式的优点 是液体流动的路程短是液体流动的路程短， 可降低液面落差，但 塔板结构复杂塔板结构复杂，板面板面 利用率低，一般用于 直径大径大于2m的塔中塔中。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 阶梯式双溢流可在不 缩短流径的情况下减 小液面落差小液面落差。这种塔这种塔 板结构最为复杂，只 适用于塔径很大适用于塔径很大、液液 流量很大的特殊场合。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 液体在塔板上流径越长，气液接触时间越长，有 利于提高传质效率利于提高传质效率；但液面落差也随之加大但液面落差也随之加大，造造 成气体分布不均，导致漏液现象，使塔板效率下 降降。。因此因此，，选择何种降液装置要根据液体流量选择何种降液装置要根据液体流量、、 塔径大小等综合考虑。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （（2））溢流堰的设计计算溢流堰的设计计算 溢流堰是维持板上有一定高度的液层并使液体在板上均匀 流动的装置流动的装置。溢流堰的设计包括溢流堰型式的确定溢流堰的设计包括溢流堰型式的确定、堰长堰长、 堰高的计算。 溢流堰形状有平直堰、齿形堰、弧形堰等几种型式。 堰长lw一般根据经验确定。对常用的弓形降液管 单溢流单溢流 llww = （（0.60.6-0.80.8））DD 双溢流 lw = （0.5-0.6）D CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 堰高堰高hw需根据需根据工艺条件与操作要求确定艺条件与操作要求确定。设计时设计时，，一般般 保持塔板上的清液层高度在50-100mm。板上清液层高度 为堰高和堰上液层高度之和。即hL=hw+how 堰上液层高度太小，会造成液体在堰上分布不均，影响 传质效果传质效果，设计时应使堰上液层高度大于设计时应使堰上液层高度大于6mm6mm，若小于若小于 此值须采用齿形堰； 堰上液层高度太大堰上液层高度太大，，会增大塔板压降及雾沫夹带量会增大塔板压降及雾沫夹带量，，一 般设计时，堰上液层高度不宜超过60-70mm，超过此值 应改用双溢流型式。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 对于平直堰对于平直堰，，堰上液层高度堰上液层高度how可用弗兰西斯公式计算可用弗兰西斯公式计算：： 3 Lh 塔内液体流量，m /h EE 液流收缩系数液流收缩系数，可由液流收缩系数计算图查出可由液流收缩系数计算图查出 堰高堰高hhw一般一般00.0303-00.05m05m，减压塔应适当降低减压塔应适当降低hhw值值。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （（33））弓形降液管设计计算弓形降液管设计计算 弓形降液管的设弓形降液管的设 计参数有降液管 的宽度Wd及截面 积积Af 。可根据堰可根据堰 长与塔径之比确 定定。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 液体在降液管内应有足够的停留时间液体在降液管内应有足够的停留时间，，使液体使液体 中夹带的气泡得以分离。由实践可知，液体在 降液管内的停留时间不应小于3-5s，对于高压下 操作的塔及易起泡物系操作的塔及易起泡物系，停留时间应更长停留时间应更长一些些。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （（44 ））降液管底隙高度降液管底隙高度 底隙高度ho是指降液管底边与塔板间的距离。确定原则是： 保证液体夹带的悬浮固体在通过底隙时不致沉降下来堵塞 通道；同时又要有良好的液封，防止气体通过降液管造成 短路。 降液管底隙高度应低于溢流堰高hw至少6mm，才能保证降 液管底端有良好的液封液管底端有良好的液封。。 在设计中，对直径较小的塔，ho=25-30mm；对直径较大 的塔，ho ≥40mm 。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （（5））受液盘受液盘 塔板上接受上一层流下的液体的部位称为受液盘，受液盘有 两种形式：平受液盘和凹形受液盘 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 设置进设置进口堰既占用板面堰既占用板面，又易使沉淀物淤积此处造成阻塞又易使沉淀物淤积此处造成阻塞； 凹形受液盘不须设置进口堰，既可在低液量时形成良好的 液封液封，且有改变液体流向的缓冲作用且有改变液体流向的缓冲作用，并便于液体从侧线并便于液体从侧线 的抽出。对于直径大于600mm 以上的塔，多采用凹形受液 盘，深度一般在50mm以上，有侧线采出时宜取深些。凹 形受液盘不适用于易聚合及有悬浮固体的情况，因易造成 死角而堵塞。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 6.塔板布置塔板布置 塔板有整块式与分块式两种。直径≤800mm的塔适宜采 用整块式用整块式，直径直径≥1200mm的塔适宜采用分块式的塔适宜采用分块式，对于介对于介 于二者之间的，由制造和安装情况确定。 塔板板面根据所起作用不同可分为鼓泡区、溢流区、安 定区和无效区定区和无效区。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 安定区作用：液体在进入降液 管之前，有一段不鼓泡的安定 地带，以免大量夹带气泡进入 降液管中降液管中；在液体入口处在液体入口处，由由 于板上液面落差，液层较厚， 有有一段不开孔的安全地带段不开孔的安全地带，，可可 减少漏液量。 当D＜1.5m，Ws=60-75mm 当D≥1.5m，Ws=80-110mm CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 7.筛孔的计算及其排列 （（11））筛孔直径是影响气相分散和气液接触的重要工艺尺筛孔直径是影响气相分散和气液接触的重要工艺尺 寸。工艺筛板的筛孔直径为3-8mm，一般使用4-5mm 。 （（22））孔中心距是指相邻两筛孔中心的距离孔中心距是指相邻两筛孔中心的距离，一般为般为22.55--55 倍筛孔直径；孔中心距过小会使气流相互干扰，过大则 鼓泡不均匀。设计推荐值为3-4倍筛孔直径。 （3）筛孔排列与筛孔数 设计时，筛孔按正三角形排列，筛孔数按下式确定： （（44 ））开孔率开孔率 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 8.筛板的流体力学验算 塔板流体力学验算的目的在于检验初步设计的塔板能否 在较高的效率下正常操作在较高的效率下正常操作，验算中若发现有不合适的地验算中若发现有不合适的地 方，应对有关工艺尺寸进行调整，直到符合要求为止。 流体力学验算内容有：塔板压力降、液泛、雾沫夹带、 漏液、液相负荷上限及下限、液面落差等。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （1）塔板压降 塔板压降由三部分组成，即气体克服干板阻力所产生的压 力降力降、气体克服板上充气液层的静压力所产生的压力降气体克服板上充气液层的静压力所产生的压力降、 气体克服液体表面张力所产生的压力降。 习惯上，常把上述压力降以塔内液体的液柱高度来表示。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 干板压降 干板压降与筛孔直径do 、筛板 厚度厚度δδ、开孔率开孔率φφ以及气体通以及气体通 过筛孔的Re有关。设计时用 以下经验公式估算干板压降以下经验公式估算干板压降：： 式中 uo为气体通过筛孔的速度，m/s； Co为流量系数，其值可由右图查出； CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 气体通过充气液层的压降气体通过充气液层的压降 气体通过充气液层的压降与板上清液层的高度hL及气泡 的状的状况等许多因素有关等许多因素有关，设计中常采用下式估算设计中常采用下式估算 式中 β为充气系数，为反映板上液层充气程度的 因素，通常可取β=0.5-0.6 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 液体表面张力所产生的压降液体表面张力所产生的压降 气体克服液体表面张力所产生的压降可按下式估算气体克服液体表面张力所产生的压降可按下式估算：： 式中 σL为液体的表面张力，N/m 注：液体表面张力所产生的压降很小，可忽略不计。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （（22））液面落差液面落差 筛板上没有突起的气液接触元件，液体流动阻力小， 故液面落差小，通常可忽略不计。只有当液体流量很 大及液体流程很长时，才需要考虑虑液面落差的影响。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （3）液泛 液泛分为降液管液泛和雾沫夹带液泛两种情况。在筛板 的流体力学验算中通常对降液管液泛进行验算。为使液 体能由上层塔板稳定的流入下层塔板体能由上层塔板稳定的流入下层塔板，降液管内须维持降液管内须维持 一定的液层高度Hd 。降液管内液层高度用来克服相邻 两层塔板间的压降两层塔板间的压降、、板上清液层阻力和液体流过降液管板上清液层阻力和液体流过降液管 的阻力。 式中hp为塔板压降； hL为板上液层高度； hd为液体流过降液管的压降； CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 hd主要由降液管底隙处的局部阻力造成，可按以下 经验公式估算： 塔板上不设置进口堰： 塔板上设置进口堰： CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 计算出降液管中的清液层高度Hd ，而降液管中液体和 泡沫的实际高度大于此值。为了防止液泛，应保证降液 管中泡沫液体总高度不能超过上层塔板的出口堰管中泡沫液体总高度不能超过上层塔板的出口堰，即即 式中 φ 为安全系数，对于易发泡物系，φ=0.3-0.5； 对于不易发泡物系，φ=0.6-0.7。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （（44 ））漏液漏液 当气体通过筛孔的流速较小当气体通过筛孔的流速较小，，气体的动能不足以阻止液气体的动能不足以阻止液 体向下流动时，便会发生漏液现象。根据经验，当相对 漏液量小于10%时对塔板效率影响不大，相对漏液量为 10%时的气速称为漏液点气速，用uo,min ，表示它是塔板 气速操作的下限。根据实验观察，筛板塔相对漏液量为 10%10%的动能因子为的动能因子为88-1010。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 利用动能因子计算漏液点气速利用动能因子计算漏液点气速，方法简单方法简单，有足够的准有足够的准 确性。 气体通过筛孔的实际速度uo与漏液点气速uo,min之比， 称为稳定系数称为稳定系数，，即即 式中 K为稳定系数，K值的适宜范围为1.5—2。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （5）雾沫夹带 雾沫夹带造成液相在塔板间的返混雾沫夹带造成液相在塔板间的返混，为保证塔效率的为保证塔效率的 基本稳定，通常将雾沫夹带量限制在一定范围内，设 计中规定雾沫夹带量计中规定雾沫夹带量evev＜＜00.1Kg1Kg液体液体/Kg/Kg气体气体。 计算雾沫夹带计算雾沫夹带量有不同的方法有不同的方法，设计中常采用亨特关设计中常采用亨特关 联图。 式中 hf为塔板上鼓泡层高度，m；根据设计经验，一 般取般取hhff =2=2.5h5hLL。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （（66））性能负荷图性能负荷图 根据流体力学验算 结果，绘制出塔性 能负荷图。 11—漏液线—雾沫夹带线—液相负荷下限线—液相负荷上限线—液泛线 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 4.填料塔设计 天津科林泰克科技有限公司 1.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 传质设备传质设备。。填料塔的塔身是填料塔的塔身是一直立式圆筒直立式圆筒，，底部装有填底部装有填 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小直径塔一般不设置））分布后分布后，与液体呈逆流接触连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 传质传质。。填料塔属于连续接触式的气液传质设备填料塔属于连续接触式的气液传质设备，，正常操正常操 作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 液体沿填料 层下流时， 有逐渐向塔 壁集中的趋壁集中的趋 势，使得塔 壁附近的液壁附近的液 流量逐渐增 大，称为壁 流现象。造 成气液分布 不均匀不均匀，传传 质效率下降。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 2.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 规整填料两大类规整填料两大类。 散装填料根据结构特点不同散装填料根据结构特点不同，分为环形填料分为环形填料、鞍形填料鞍形填料、环环 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 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要 包括比表面积包括比表面积、空隙率空隙率、填料因子等填料因子等。 比表面积比表面积：：单位体积填料层的填料表面积单位体积填料层的填料表面积，，其值越其值越 大，所提供的气液传质面积越大，性能越优； 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； 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它表示填料的流体力学性能，，其值越小其值越小，，表面流体表面流体 阻力越小。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 填料综合性能评价 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 3.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； （（22））根据给定的设计任务根据给定的设计任务，计算塔径计算塔径、填料层高度等工填料层高度等工 艺尺寸； （（33））计算填料层的压降计算填料层的压降；； （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。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 4.填料塔设计填料塔设计 （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 材质进行综合考虑材质进行综合考虑。应尽量选用技术资料齐备应尽量选用技术资料齐备，适用性能成适用性能成 熟的新型填料。对性能相近的填料，应根据它的特点进行技 术经济评价术经济评价，，使所选用的填料既能满足生产要求使所选用的填料既能满足生产要求，，又能使设又能使设 备的和操作费最低。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 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个理论级当量填料层高度表示，即即HETPHETP值值；； 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高传质效率的前提下，应应选择具有较高择具有较高泛点气点气速或气相或气相 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 低低，操作费越小操作费越小；对热敏性物系尤为重要对热敏性物系尤为重要； 填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 填料规格的选择填料规格的选择 填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积； 散装填料规格的选择：工业塔常用的散装填料主要有DN16、 DN25DN25、DN38DN38、DN50DN50、DN76DN76等等；；同类填料同类填料，尺寸越小尺寸越小，分分 离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很 多多；；而大尺寸的填料应用于小直径塔中而大尺寸的填料应用于小直径塔中，，又会产生液体分又会产生液体分 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定限制，一般塔径 与填料公称直径的比值与填料公称直径的比值D/d/d应大于应大于88。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 规整填料规格的选择规整填料规格的选择：：国内习惯用比表面积表示规整填料的国内习惯用比表面积表示规整填料的 型号和规格，主要有125、150、250、350、500、700；同 种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻 力增加力增加，通量减小通量减小，填料费填料费用也也明显增加增加。选选用时应从分离时应从分离 要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备、操作费 用等方面综合考虑用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求使所选填料既能满足技术要求，又具有又具有 经济合理性。 对于同一座填料塔，可以选用不同类型、不同规格的填料， 也可以同时使用散装填料和规整填料。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 填料材质的选择填料材质的选择 填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类 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 下使用下使用，质脆质脆、易碎是陶瓷填料的最大缺点易碎是陶瓷填料的最大缺点。陶瓷填料陶瓷填料 价格便宜、具有很好的表面润湿性能，在气体吸收、气 体洗涤体洗涤、、液体萃取等过程中应用较为普遍液体萃取等过程中应用较为普遍。。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 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。 碳钢填料造价低碳钢填料造价低，，且具有良好的表面润湿性能且具有良好的表面润湿性能，，对于无对于无 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 其表面进行处理其表面进行处理，才能取得良好的使用效果才能取得良好的使用效果。 金属填料通过大金属填料通过大、、气阻小气阻小，，具有很高的抗冲击性能具有很高的抗冲击性能，，能能 在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 塑料填料塑料填料主要包括聚丙烯主要包括聚丙烯 （（PPPP）、）、聚乙烯聚乙烯 （（PEPE））及聚氯乙及聚氯乙 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 降低降低，多用于吸收多用于吸收、解析解析、萃取萃取、除尘等装置中除尘等装置中；塑料填塑料填 料的缺点是表面润湿性能差，需对其表面进行处理。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （2）填料塔工艺尺寸的计算 塔径的计算：采用下式进行计算，其核心问题是确定空 塔气速塔气速uu。。 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塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与操作空塔气速与 泛点气速之比称为泛点率。 对于散装填料对于散装填料：：u/uFu/uF=0.50.5-0.850.85 对于规整填料：u/uF=0.6-0.95 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 泛点率的选择主要考虑两方面因素泛点率的选择主要考虑两方面因素： 第第一，，物系的发泡情况物系的发泡情况，，对于易起泡沫的物系对于易起泡沫的物系，，泛点率应泛点率应 取低限值，而无泡沫的物系，可取较高的泛点率； 第二，填料塔的操作压力，对于加压操作的塔，应取较低 的泛点率，对于减压操作的塔，应取较高的泛点率。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 泛点气速一般通过经验方程式进行计算 贝恩贝恩——霍根关联式霍根关联式：： 式中 uF2为泛点气速，m/s g为重力加速度，9.81m/s2 22 33 a为填料比表面积为填料比表面积，m //m 3 3 ε为填料层空隙率，m /m ρρv 、ρρLL为气相为气相、液相密度液相密度，Kg/mKg/m33 μL为液体粘度，mPa•s WL 、WV为液液相、气气相的质质量流量，Kg/g/h A 、K为关联常数 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 式中式中，，常数常数A和和K与填料的形状及材质有关与填料的形状及材质有关，，不同类型填不同类型填 料的A 、K值列于下表中。由此关联式计算的泛点气速， 误差在15%以内。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 气体动能因子法气体动能因子法：：气相动能因子简称气相动能因子简称FF因子因子，，其定义式其定义式 为 计算时计算时，先从手册或图表中查出填料在操作条件下的先从手册或图表中查出填料在操作条件下的FF 因子，然后依据上式即可计算出操作空塔气速u。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 气相负荷因子法气相负荷因子法：：气相负荷因子简称气相负荷因子简称Cs因子因子，，其定义式其定义式 为： 采用气相负荷因子计算操作空塔气速，先计算出最大气 相负荷因子相负荷因子CsCs,maxmax，然后依据然后依据Cs=0Cs=0.8Cs8Cs,maxmax计算出计算出CsCs 。 Cs,max的数值见有关填料手册。 气相动能因子法和气相负荷因子法一般只适用于规整填 料，且液体粘度不大于2 ×10-3Pa•s，操作压力不大于 00.22MPa的场合的场合。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 填料层高度计算 填料层高度的计算可分为传质单元法和等板高度法。在工程 上上，传质单元法多用于吸收传质单元法多用于吸收、解吸解吸、萃取等填料塔的设计计萃取等填料塔的设计计 算，而对于精馏填料塔，则习惯用等板高度法计算填料层高 度度。。 等板高度法计算填料层的基本公式为： CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 由上式可看出，当工艺计算出完成规定分离任务所需的理 论板层数NT后，关键是确定填料层的等板高度HETP。 等板高度不仅取决于填料的类型和尺寸等板高度不仅取决于填料的类型和尺寸，而且受系统物性而且受系统物性、 操作条件和设备尺寸的影响。一般是通过实验测定，或从 工业应用的实际经验中选取工业应用的实际经验中选取HETPHETP值值。。 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 ZZ ˊ= （（11.33-11.55））ZZ CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （3）填料层压降的计算 填料层压力降是填料塔压力降的主要组成部分。通常，根 据设计据设计 （（或操作或操作））参数参数，由通用关联图由通用关联图 （（或压降曲线或压降曲线））先先 求得每米填料层的压降值，然后再乘以填料层高度，即得 出填料层的压力降出填料层的压力降。。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 散装填料的压降计算散装填料的压降计算 散装填料的压降值可从有关填料手册中查得，也可由埃克 特通特通用关联图关联图计算算。计算时先根据气液负荷算时先根据气液负荷及有关物性数有关物性数 据，求出横坐标 ；再根据操作空塔气速、压降填 料因子及有关物性参数料因子及有关物性参数，求出纵坐标求出纵坐标 ；；通过作通过作 图得出交点，读出过交点的等压线数值，即可得出每米填 料层压降值料层压降值。 Φp为压降填料因子，

　　为液体密度校正系数，ρ水/ ρL CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 规整填料的压降计算规整填料的压降计算 方法一：通过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通常关联成以下形式： 式中式中 p/p/Z为每米填料层高度的压力降为每米填料层高度的压力降，Pa//m △△ u为空塔气速，m/s ρv为气体密度，Kg/m3 α、ββ为关联式常数为关联式常数，可从填料手册中查出可从填料手册中查出 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 方法二方法二：：由实测的填料压降曲线查得由实测的填料压降曲线查得。压降曲线的横坐标压降曲线的横坐标 以F因子表示，纵坐标以单位高度填料层压降 p /Z表示， △ 常见的规整填料F曲线可从填料手册中查出。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 （（44 ））填料塔的结构设计填料塔的结构设计 填料塔的结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分填料塔的结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分，，有有 关填料塔结构设计的方法可参考有关专门书籍，在此不再 介绍。 CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！ 天津科林泰克科技有限公司 谢谢谢谢！！ CLEANTECH 以创新技术服务客户，以高效节能造福人类！

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