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1、一、设计方案的确定(一)填料精馏塔设计方案的确定 包括:1、装置流程的确定;2、操作压力的确定;3、进料热状态的确定;4、加热方式的确定;5、回流比的选择等;上述选择原则与板式精馏塔设计基本相同,待学习板式塔设计再加以讨论。第1页/共27页(二)填料吸收塔设计方案的确定1、装置流程的确定 吸收流程一般有:(1)逆流操作 (2)并流操作 (3)吸收剂部分再循环 (4)多塔串联操作 (5)串联并联操作第2页/共27页2 2、吸收剂的选择 吸收剂的选择着重考虑以下几个方面:(1)溶解性;(2)选择性;(3)挥发性;(4)粘滞性;(5)其他如腐蚀性、毒性、易燃易爆、不发泡、冰点低、嘉廉易得、化学稳定性
2、等。3、操作温度与压力的确定(1)温度的确定溶解度(2)压力的确定溶解度和操作费第3页/共27页二、填料类型的选用(一)填料类型散装填料和规整填料 1、散装填料拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩鞍填料、环矩鞍填料等。2、规整填料网波纹填料和板波纹填料(二)填料选择 1、填料种类选择要求传质效率、通量、填料层压降、填料的操作性能。2、填料规格选择 散装填料工程直径;规整填料比表面积、经济性。3、填料材质的选择陶瓷、金属和塑料三大类。第4页/共27页三、填料塔工艺尺寸的计算(一)塔径的计算 式中:气体体积流量。由设计任务给定。核心问题:如何计算空塔气速u1、空塔气速的确定1)泛点气速法散装填料规
3、整填料泛点气速可用经验公式法,也可采用Eckert通用关联图求解:第5页/共27页(1 1)贝恩霍根关联式(2)Eckert关联图见图21横坐标:纵坐标:注:用Eckert关联图计算泛点气速时,填料因子为湿填料因子,即泛点因子与液体喷淋密度有关,但为了工程计算方便,常采用与液体喷淋密度无关的泛点填料因子的平均值,见数据表11。A,K关联系数(可由表10查得)第6页/共27页第7页/共27页第8页/共27页2)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:该公式多用于规整填料空塔气速的计算。可先从相关手册查出填料在操作条件下的F因子,后计算空塔气速u。且在低压条件下应用(0.2MPa
4、)。3)气相负荷因子(Cs 因子)法气相负荷因子定义: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;常用规整填料的最大气相负荷因子可通过有关填料手册查知,也可从图22曲线(适于波纹板填料)查得,如为其他填料,可以250Y型波纹板填料为基准,乘以修正系数C,见表12后按下式计算:第9页/共27页第10页/共27页2 2、塔径的计算与圆整计算的塔径从经济性考虑必须圆整;圆整后,再核算操作泛点气速。3、液体喷淋密度的验算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:式中:液体喷淋密度,液体喷淋量,D填料塔直径,m 为使填料获得良好的润湿,塔内液体喷淋量应不
5、低于某一极限值,称之为最小喷淋密度。对散装填料:式中:最小喷淋密度,最小润湿速率,填料的总比表面积,第11页/共27页 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。其值可由相关经验公式计算,或采用一些经验值。l对于直径小于75mm的散装填料,可取0.08;对于直径大于75mm的散装填料,取0.12.l对规整填料,其最小喷淋密度可从相关手册查知,设计中,常取0.2。l实际操作中采用的液体喷淋密度大于最小喷淋密度。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。注意:第12页/共27页(二)填料层高度计算及分段 1、填料层高度计算1)传质单元数法传质单元数的计算详
6、见吸收章节;传质单元高度的计算因传质过程复杂,至今无通用的计算方法和公式。目前,在设计中多选用一些准数关联式进行计算,应用较多的是恩田公式:修正的恩田公式为:第13页/共27页其中:第14页/共27页第15页/共27页第16页/共27页2 2)等板高度法 1、理论塔板数的计算参蒸馏章节2、等板高度的计算 等板高度与许多因素有关,如填料的类型、尺寸、流体的物性、操作条件及设备尺寸等。其计算方法一般通过实验测定,或从相关手册查知。近年来研究这总结大量数据得到如下常压精馏时的等板高度计算式:上述方法计算的填料层高度,在实际应用中应留有一定的余量,其经验公式为:第17页/共27页第18页/共27页 2
7、 2、填料层的分段 因液体向下流动时,通过一定的距离,易发生偏集流现象,造成气液分布不均,降低传质效率。设计中,应每隔一定的填料层高度,进行分段,同时加装液体再分布器。(1)散装填料的分段 以h/D(分段高度与塔径之比)作为基本分段比例,h max 为允许最大填料层高度。见表16。第19页/共27页(2)规整填料的分段亦可参阅表17推荐的分段高度值。第20页/共27页四、填料层压降的计算 计算方法:通过关联图求得单位填料层高度的压降,结合填料层高度,进行计算。(一)散装填料的压降计算1、埃克特通用关联图计算注意:用埃克特通用关联式计算压降时,填料因子为湿填料因子,简称压降填料因子。因其与液体喷
8、淋密度有关,为工程计算方便,常采用与液体喷淋密度无关的压降填料因子平均值。部分散装填料因子压降填料因子平均值见表18:第21页/共27页2、由填料压降曲线查得(二)规整填料压降的计算 1、由填料的压降关联式计算2、由填料压降曲线得到第22页/共27页五、填料塔附属内件的类型设计 (一)塔内件的类型1、填料支撑板2、填料压紧板类型:栅板型、孔管型、驼峰型等。选用:散装填料孔管型或驼峰型;规整填料栅板型。类型:压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等。选用:散装填料压紧网板或压紧栅板;规整填料压紧栅板;且:要求压紧装置的自由截面积大于70%。第23页/共27页 3、液体分布器类型:喷头式、盘式、管式、槽式
9、、槽盘式等。4、液体收集及再分布装置液体再分布器:截锥式分布器(最常用)无液体收集作用;液体收集器:斜板式液体收集器,与液体再分布器联用。(二)塔内件的设计1、液体分布器设计的基本要求(1)液体分布均匀足够的分布点密度(见表19,20);分布点的几何均匀;降液点间的流量均匀性。(2)操作弹性大液体分布器的操作弹性为24(3)自由截面大自由截面积为50%70%。(4)其他结构紧凑、占空间小、制作容易、调整和维修方便。第24页/共27页2、液体再分布能力的计算 (1)重力型分布器布液能力的计算类型:多孔型和溢流型,工业上以多孔型为主。(2)压力型液体分布器布液能力计算 设计中,液体流量已知,给定开孔上方的液位高度(或压差),依据计算公式,可设定开孔数目,计算孔径;亦可设定孔径,计算开孔数目。第25页/共27页六、示例分析见参考资料。第26页/共27页谢谢您的观看!第27页/共27页
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