工艺专业塔器水力学计算设计导则(5)

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WG =VS

AT-Af (m/s)

Vs AT Af hf

hf =

汽相流率 （m3/s） 塔截面积 （m2） 降液管面积 (m2)

泡沫层高度 （m）

FO·hL 5.3 Fo hL σ

斜孔动能因子

板上清液层高度 （m） 表面张力 （mN/m）

2.7.11 漏液

漏液情况与动能因子Fo、板上液面高度等因素有关。可简单表示（作参考）为：

Fo漏液 = 8

?L1000

式中：

Fo漏液

漏液条件下的孔动能因子

为保证正常操作，一般Fo > Fo漏液。 2.7.12 降液管中清液层高度hd 降液管中清液层高度计算如下：

Hd =△p+hL+hd

(m)

式中：

△p hL hd

压降

（m液柱）

（m）

（m液柱）

板上清液层高度

液体通过降液管出口的局部阻力

(m液柱）

?LS?hd=0.153 ??

?lW·hO?LS lw ho

液相流率 堰长

（m3/s）

（m）

（m）

降液管底间隙

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以上是单溢流型式的情况，对于多溢流降液管，计算如下：

Hd =△p+Φ( hL－ hO)＋hd Φ（m液柱）

式中：

Φ 值。

?L ?hd = 0.2 ?S?

? Ad?2充气系数，一般取0.1～0.6，对于易发泡系统，取较低

(m液柱）

Ad

多溢流降液管液相出口面积 （m2）

对于单溢流型式，Hd≤Φ(HT+hw) 对于多溢流型式，Hd≤Φ(HT+hw-ho) 式中：

HT

塔板间距

（m）

这样可保证降液管中不致产生液泛现象。

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3 填料塔

3.1 填料塔作为传质设备已有悠久的使用历史。过去由于填料塔存在着单位面积的处理能力和效率随塔径的增大而降低的缺点而仅用于小塔径。近年来有了新的突破，它已被成功地用于大直径塔。国外报导美国诺顿公司的金属环矩鞍填料塔直径为十几米。我国在石化工业中亦已普遍地采用填料塔，尤其是改造工程，因而已积累了一定的使用经验。

填料塔的特点是压降小，持液量小，结构简单，填料可用耐腐蚀材料制造，高效填料的处理能力和传质效率可超过相应的板式塔等。但有些填料的价格比较贵，填料对初始分布较敏感，在塔内需要设置再分布装置，高压条件下传质性能降低。

3.2 填料分为散堆填料和规则填料两大类。前者为颗粒型填料如拉西环，鲍尔环，阶梯环，矩鞍型填料等；后者为组合型填料如波纹板，丝网、格栅填料等。两种填料各有其特点和适用范围。

目前新型填料以金属环矩鞍IMTP（Intalox Metal Tower Packing)和波纹填料（Mellapak)为主。普遍认为规则填料比散堆填料价格贵35～50%，而能力和传质效率高10～20%。

填料材料有金属、塑料和陶瓷等。塑料填料具有价格便宜、堆积比重小、耐腐蚀和加工简便等优点，但耐温不太高，强度较差，润湿不易。

3.3 填料塔的传质性能首先取决于填料，其次是塔内件等。塔内件的作用很重要。它要使汽液两相分布均匀，增进填料润湿程度，提高传质效率，减小放大效应。对于填料本身，则需保证质量，否则对传质效率等影响较大。目前填料制造厂家众多，因而用户要慎重选择。

3.4 选择填料应考虑下列因素：

处理能力 压降 传质效率 操作范围 耐化学性

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结构强度 成本

以上因素与填料类型、尺寸、液体分布装置等有关。

3.5 填料持性数据主要有以下几项：

·比表面a（m2/m3），为单位体积填料中的填料表面积

·空隙率ε（%）为干塔状态下，塔的填料床层内净空间所占的分率 操作时，由于填料壁上附有液层，故实际空隙率将低于上述干空隙率。 ·单位体积中填料个数n

·堆积重度（kg/m3）为单位体积中填料的重量 ·填料因子Φ(m-1)

干填料因子为(a/ε3），为表徵填料流体力学特性的数群。

另有实测填料因子Φ，与填料类型和尺寸、材料等有关，对同一种填料，不同厂家产品有不同的实测值，这可能是制造上的差异引起的。要注意国内有些厂家因无实测手段，提供的是国外或别的厂家的数据，仅作参考。

3.6 填料尺寸

大尺寸填料提供较大的处理能力和低的压降，但传质效率相对亦低，而小尺寸填料正好相反。对于小尺寸填料，其传质效率在较大程度上受液体分配不匀的影响，因此考虑填料尺寸的同时，亦要考虑塔径和液体的均匀分配，过去是使塔径与填料直径之比大于10～15，现装置的塔径都较大，此值都能达到。

3.7 传质效率

通常以等板高度（HETP）来表示。即每块理论塔板相当的填料高度。等板高度与许多因素有关，诸如流体力学因素 (速度、湍流或滞流、气液接触状态、压降、汽液分布情况等），物理因素（密度、粘度、表面张力等），热力学因素（汽—液平衡、相对挥发度等）、传递因素（扩散系数）及操作因素（液汽比）等。目前尚未能用计算方法来求取。最好还是用实测数据，或类似装置的经验数据。有些经验式可用来求取预计值，供参考用。当采用的填料尺寸增大，虽然处理能力随之增大和压降减小，但HETP值增大，即传质效率下降，设计中要考虑此关系。

3.8 填料高度

填料总高度为理论塔板数与等板高度的乘积。为使填料的处理能力和传质

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效率不受填充高度的影响或在允许范围内，故需将填料分段填充。

FRI在塔径1.2米的试验装置中试验填料高度为10米，在处理能力和传质效率方面未有变化。一般考虑填料高度6～8米左右设再分布器。当液体在床层顶部分配不是太理想时，可增加填料高度作为安全余量。

确定填料高度时，还需考虑支承强度。

3.9 美国分馏研究公司（FRI）在直径1.2米和2.4米的蒸馏塔上进行真空和压力条件下各种填料的试验，并提供了计算方法和有关报告。可在工程设计中应用。

3.10 设计考虑事项

填料塔与板式塔不同，板式塔辅助装置对系统的影响较小，很少超过一块理论塔板，而填料塔的辅助装置与填料的选择和设计塔尺寸同样重要。因此设计工作中要加以重视。设计应考虑以下几项：

填料类型 填料尺寸 填料高度 液体分配 液体再分配 汽体分配 填料支承

填料限制器或压板 装填和清理方法 安全系数

另外带侧线的塔更要注意流动和集液问题。 3.11 塔径初算

对于散堆填料以下式估算塔径，作为初始计算时参考。

D?113.VLL?lgR3

0.3048R02.445 (m)

式中：

VL=VS?V/(?L—?V） VS

以塔面积为基准的汽速

（m/s)