【文章內(nèi)容簡介】 要大，填料的潤濕性能要好，單位體積的填料質(zhì)量輕，造價低，并且有足夠的力學(xué)強度。 填料類型 填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可以 分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。 （ 1） 散裝填料 散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內(nèi)，又成為亂堆填料或者顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，又可以分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。 （ 2） 規(guī)整填料 規(guī)整填料是按一定的幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可以分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等，工業(yè)上應(yīng)用的匯整填料絕大部分為波紋填料。波紋填料按結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。加工中，波紋與塔軸的傾角有 30176。和 45176。兩種，傾角為 30176。以代號 BX（或 X）表示，傾角為 45176。以代號 CY（或 Y）表示。 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有 125， 150， 250， 350， 500， 700 等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也明顯增加。選用時應(yīng)從分離要求，通量要求，場地條件，物料性質(zhì)及設(shè)備投資，操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足工藝要求，又具有經(jīng)濟合理性。 應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同一規(guī)格的填料，也可選 用同種類型，不通規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料，有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。一的原則來選擇填料的規(guī)格。 10 填料的選擇 填料的選擇包括填料材質(zhì)的選擇、填料種類的選擇、填料尺寸（規(guī)格）的選擇等內(nèi)容。 （ 1） 填料材質(zhì)的選擇 填料的材質(zhì)可分為金屬、塑料、陶瓷三大類。金屬類有碳鋼、鋁、低合金鋼、不銹鋼、鉬鈦合金以及純鈦等。塑料類有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等。陶瓷類有輕質(zhì)陶瓷、重質(zhì)陶瓷、耐酸陶瓷、耐堿陶瓷等。 選材時，首先要考慮的是能耐介質(zhì)腐蝕。其次，考 慮在操作溫度下，經(jīng)久耐用不變形。第三，考慮不污染或影響產(chǎn)品質(zhì)量。在滿足以上三項要求的基礎(chǔ)上，通過分析比較，最后選定出經(jīng)濟合理的材質(zhì)。 材料的選擇應(yīng)主要從性能和價格兩方面來考慮。所有填料在收到化學(xué)、機械和惹的作用下均會老化、磨損、甚至喪失其性能。具有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐熱性和機械性能的材料，其壽命可以很長，但是價格十分昂貴。因此，在選用填料材料時必須兼顧材料的性能和價格，選用合適的材料。 由于填料一般都要與化學(xué)介質(zhì)接觸，因而填料的耐腐蝕性極為重要。但迄今為止，尚無關(guān)于材料耐腐蝕性能的統(tǒng)一準(zhǔn)則，因為耐腐蝕性往往與 材料和介質(zhì)系統(tǒng)，溫度和作用時間，以及材料收到的額外負(fù)荷（電流、機械應(yīng)力等）密切相關(guān)。因此要判定一種材料是否耐蝕或足夠耐蝕，最好在現(xiàn)場條件下進行實驗。 （ 2） 填料種類的選擇 在選擇填料時，應(yīng)綜合考慮填料的通過能力、壓降、傳質(zhì)效率、操作彈性和成本等各項指標(biāo)。近年來，新型散堆和規(guī)整填料相繼開發(fā)使用，這些新型填料既能提高塔的通量和分離效率，又能保持較小的壓力降。 一般而言，對于需要理論塔板數(shù)很多的難分物系的分離，應(yīng)優(yōu)先考慮選用較高效或高效的規(guī)整材料；對于對于需要理論板數(shù)不多的容易分離物系的分離，應(yīng)優(yōu)先考慮選用較高效的新型 散堆填料。 一座填料塔內(nèi)可以使用同一型號的填料，也可以使用同一結(jié)構(gòu)形式但尺寸不同的填料。塔內(nèi)一段用規(guī)整填料，而其他部分則用規(guī)整填料。 （ 3） 散堆填料尺寸的選擇 常用的散堆填料主要有 Φ 25 ㎜、Φ 38 ㎜和Φ 50 ㎜三種尺寸。為使填料床層 11 結(jié)構(gòu)均勻，保證較好的分離效率，填料尺寸應(yīng)與塔徑大小相匹配。對不同填料，推薦的塔徑 D 與填料公稱尺寸 dp 之比為： 拉西環(huán) D/dp≥ 20— 30 矩鞍形填料 D/dp≥ 15 鮑爾環(huán) D/dp≥ 10— 15 階梯環(huán) D/dp≥ 8 環(huán)矩鞍 D/dp≥ 8 一般而言，填料尺寸大，成本低；通過能力高，而效率較低。大塔常使用Φ50 ㎜的填料。若大于Φ 50 ㎜，則成本的降低和通過能力的提高，往往補償不上分離效率的降低。若使用Φ 25 ㎜以下的小填料，則效率的提高彌補不了由通過能力降低和成本增高帶來的缺點。一般推薦按塔徑大小選定填料尺寸。 填料的確定 該系統(tǒng)不屬于難分離物系，可選用散裝填料，系統(tǒng)中含有 SO2有一定的腐蝕性，所以考慮選用塑料階梯環(huán)，由于系統(tǒng)對壓降無特殊要求，考慮到不同尺寸階梯環(huán)的傳質(zhì)性能，選用 D38 塑料階梯環(huán)填料。該填料的泛點填料因子 1170m? ?? ，壓降填料因子 2=116F m?? ，比表面積α = ㎡ /m179。 表 11 國產(chǎn)塑料階梯環(huán)填料幾何特性數(shù)據(jù)： 公稱尺寸 Dg/mm 外徑高厚 dHδ/(mmmmmm) 堆積個數(shù)n/(個 /m3) 堆積密度γP/(kg/m3) 比表面積a/(m2/m3) 空隙率ε/% 干填料因子a/ε3/m1 38 38191 27200 12 第二章 填料塔工 藝尺寸的計算 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 液相物性數(shù)據(jù) 此次設(shè)計為低濃度吸收。對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取純水的物性數(shù)據(jù)。 由 手冊查得， 20℃ 時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度為 399 8. 2 /L kg m? ? 黏度為 0 .0 0 1 . 3 .6 / ( . )LaP s k g m h? ?? 表面張力為 272 .6d y n / c m 94 08 96 kg /L h? ?? SO2在水中的擴散系數(shù)為 5 2 6 31 .4 7 1 0 c / s 5 .2 9 1 0 /LD m m h??? ? ? ? 氣相物性 數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 7 64 .06 3 29 31 .45 g/V m i iM y M m ol? ? ? ? ? ?＋ 混合氣體的平均密度為 1 0 1 .3 3 1 .4 5 1 .2 8 6 k g /8 .3 1 4 2 9 8VmVm PM mRT? ?? ? ?? ３ 混合氣體的黏度可以近似取為空氣黏度 查手冊得 20℃時空氣的黏度為 5v 1. 81 10 0. 06 5 / ( )P a s k g m h? ?? ? ? ? ? 查手冊得 SO2在空氣中的擴散系數(shù)為 220. 10 8 / 0. 03 9 /vD c m s m h?? 氣液相平衡數(shù)據(jù) 查手冊得，常壓下 20℃ 時 SO2在水中的亨利系數(shù)為 E=103kPa V , Y 2 L , X 2 V, Y 1 L, X 1 圖 21 物料衡算示意圖 13 相平衡 常數(shù)為 m=PE=103/= 物料衡算 ⒈進塔氣相摩爾比 1110 . 0 7 0 . 0 7 5 2 71 1 0 . 0 7yY y? ? ??? ⒉出塔氣相摩爾比 2 0 .0 0 1 5 0 .0 0 1 51 0 .0 0 1 5Y ??? ⒊進塔惰性氣體流量 300 (1 279)/V K m ol h? ? ? ? 該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算， 12m in 12/YYLV Y m X?? ?（ ） 對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為 X2=0 m i n 0 . 0 7 5 2 7 0 . 0 0 1 5 3 4 . 3 40 . 0 7 5 2 7 / 3 5 . 0 4 0LV ????（ ） 取操作液氣比為 ? （ ） 1 .5 3 4 .3 4 5 1 .5 1LV ? ? ? 1435 71. 2 2979 /L K mol h? ? ? 1 2 1 2( ) ( )V Y Y L X X? ? ? 1 2 7 9 ( 0 . 0 7 5 2 7 0 . 0 0 1 5 )1 4 3 7 1 . 2 0019 0 . 4X ??? 14 填料塔的工藝尺寸計算 塔徑計算 采用 Eckert 通用 關(guān)聯(lián)圖 計算泛點氣速 進塔氣相流量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)狀況為 hmVs / 3???? 氣相質(zhì)量流量為 3 0 0 3 1 .4 5 9 4 3 5 /Vw k g h? ? ? 液相質(zhì)量流量為 ? ? ? 采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計算冷卻氣速 查 Eckert 關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為 L 0 . 5 0 . 52 5 8 9 7 0 . 6 5 1 . 2 8 6( ) ( )9 4 3 5 9 9 8 . 2 0 . 9 8 5VvLww ?? ? ? ? 查 Eckert 關(guān)聯(lián)圖的縱坐標(biāo)為 L2 ug ?? ???? VFu = 查《化工原理課程設(shè)計》表 511 得 38mm的聚丙烯階梯環(huán)，填料因子 1170m? ?? 0 . 2 0 . 20 . 0 2 4 0 . 0 2 4 9 . 8 1 9 9 8 . 2 1 . 0 3 7 /1 7 0 1 1 . 2 8 6 1LF F V Lgu m s?? ? ? ? ??? ? ?? ? ? Fuu =～ 取 0 .6 5 0 .6 5 1 .0 3 7 0 .6 /74Fu u m s? ? ? ? 由 4 4 7 3 3 5 .3 8 / 3 6 0 0 1 .9 63 .1 4 0 .6 7 4SVDmu? ?? ? ?? 圓整塔徑，取 D= 泛點率校核： 實際空速 224 4 7 3 3 5 .3 8 / 3 6 0 0 0 .6 4 9 /3 .1 4 2SVu m sD? ?? ? ?? 15 0 .6 4 9 1 0 0 6 2 .5 81 .0 3 7Fuu ? ? ? ? ? （在 50%～ 85%范圍內(nèi)） 填料規(guī)格校核： 2021 5 2 .3 638Dd ? ? ? ? 液體噴淋密度校核： 對于 d≤75㎜的散裝填料，取最小潤濕速率為（ LW） min=h 查書 《 化工原理課程設(shè)計 》 附錄五 得 ： αt= ㎡ /m3 最小噴淋密度為 32m in ( ) 0 .0 8 1 3 2 .5 1 0 .6 /WtU L a m m h? ? ? ? ? 實際噴淋密度為m i n22 5 8 9 7 0 . 6 5 / 9 9 8 . 20. 8 2 . 6 27 8 5 2UU? ? ?? 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑 選用 mmD 2021? 合理。 填