广东石油化工学院本科毕业设计：30万吨/年直馏柴油醇氨法化学精制装置工艺设计 第五章 塔设备计算与选型
5.1 柴油气提塔的工艺计算
5.1.1 填料规格的选择
通常，散装填料和规整填料的规格标示方法是不同的，选择的方法也不尽相同。 ①散装填料规格的选择。公称直径是散装填料的规格。工业上常用的散装填料主要有DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料尺寸越小，分离效率就越高，但是阻力增加，通量就会减小，填料费用也增加很多。当大尺寸的填料应用于小型塔径时，会产生液体分布不良和严重的壁流，使塔的分离效率降低。
本课设处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用50 mm。
②规整填料规格的选择。工业上常用规整填料的规格与型号的表示方法很多，国内习惯用比表面积来表示，主要有150、250、350、500、700等几种规格。同类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率就越高，但阻力增加，通量就会减小，填料费用也会明显增加。应从分类的要求、通量的要求、场地的要求、物料性质、设备投资及操作费用等方面进行综合考虑，使所选填料能满足工艺的要求，又具有经济合理性。
应当指出，一座填料塔可以选用同类型与同一规格的填料，也可以使用同类型与不同规格的填料；可以选用同类型的填料，也可以选用不同类型的填料；有的塔段可选用散装填料，而有的塔段可选用规整填料 [9]。
综上所述选用50mm聚丙烯鲍尔环填料 DN50，其主要性能参数查表5-1得： 比表面积a：100 m2/m3 空隙率?：0.917 干填料因子at：130 m-1 国内鲍尔环特性数据见表1。
表5-1 国内鲍尔环特性数据
材质
外径 外径×高×厚 d，mm 塑 料
25 38 50 76
25×25×1.2 38×38×1.44 50×50×1.5 76×76×2.6 d×H×δ
比表面积 at， m2/m3 213 151 100 72
空隙率 e， m3/m3 0.907 0.91 0.917 0.92
个数 n， 个/m3 48300 15800 6300 1830
堆积密度 ρp， kg/m3 85 82 76 73
285 200 130 92 干填料因子 at/ε3，m-1
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第五章 塔设备设计与选型 5.1.2 基础物性数据
（1）液相物性数据
对脱吸过程，由手册查得80℃时柴油的有关数据如下：
密度：?L?851.1kg/m3黏度:?L?5.143 mm?s2
表面张力为：?L?72.6dyn/cm?940896kg/h2
?92?62氨在柴油中的扩散系数 DV?1.72?10m/s?6.336?10m/h
（2）气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为：
Mvm?2.09%?17?(1?2.09%)?28?27.77(kg/kmol) 混合气体的平均密度为
?Vm?PMVm/RT?(200?27.77)/(8.314?353.25)?1.892kg/m3
混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册的80 ℃空气的粘度为
?V?2.11?10?5Pa.s?0.076kg/(m.h)
?92?52氨气在空气中扩散系数为DV?19.8?10m/s?7.128?10m/h
（3）气液相平衡数据
由手册查得，80℃时氨在柴油中相平衡常数m=20.96，溶解度系数H=0.001 kmol/(Kpa.m3)
5.1.3 物料衡算
氨在柴油中溶解度为 X2=0.1% 柴油的质量比为 X1=0.01% 进塔气相质量比为 Y1=0,
出塔气相质量比为 Y2=x2﹒m=2.09% 进塔液相流量为 L=37547.37 kg/h
该脱吸过程属于低浓度脱吸，平衡关系为直线，最小气液比可按下式计算，即
LY2?Y1()min?VY2?m?X1
2.09%?0??23.302.09%?20.96?0.01%取操作液气比为：
?L??L?????1.5?V?V?? ?????min 21
广东石油化工学院本科毕业设计：30万吨/年直馏柴油醇氨法化学精制装置工艺设计
?L????1.5?23.30?34.94
?V? V?37547.37/34.94?1074.6kg?h?1由物料衡算式：V(Y1?Y2)?L(X1?X2)X2?1074.6?(2.09%?0)/37547.37?0.01%?0.07%
5.2 填料塔的工艺尺寸的计算
5.2.1 塔径的计算
采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。 气相质量流量为 1074wv?.6kg?h?1液相质量流量为 L?37547w.37kg?h?1Eckert通用关联图的横坐标为
wL??V ?wV???L????0.5?37547.371.8920.5()?1.651074.6851.1查Eckert图得
2uF?F??v0.2?L?0 .0125 g?L查表得聚丙烯鲍尔环填料平均值为
?F?130m?1uF ?
0.0125g?L0.2?F??v?L?0.0125?9.81?851.1?0.651m?s?10.2130?1?1.892?1u?0.7uF?0.7?0.651?0.4557m?s?1D ?4Vs?u?4?1074.6/3600?0.9135m3.14?0.455722
圆整塔径，取D=1.0m=1000mm
第五章 塔设备设计与选型 1074.6泛点率校核：u?3600?0.380 0.785?12u0.380??58.37% uF0.651在0.5～0.85的允许范围内，合格 填料规格核算
D1000??26.32?8 d38液体喷淋密度核算 取最小润湿速率为
(Lw)min?0.08m3/?m?h?
查表得聚丙烯鲍尔环DN50的比表面积
2m?t?100m3
Umin?(Lw)min.?t?0.08?100?8m3/?m2?h?
U?37547.37/851.1?56.2? Umin
0.785?12经以上核算可知，选用D=1000mm合理
图5-1 填料层的泛点和压强降的通用关联图（ECKERT图）
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广东石油化工学院本科毕业设计：30万吨/年直馏柴油醇氨法化学精制装置工艺设计 5.2.2 填料层高度计算
X1*?Y1/m?0.01%/20.96?4.77?10-6?5X*2?Y2/m?0.07%/20.96?3.34?10
吸收因数为
L37547.37A???1.667
mV20.96*1074.6气相总传质单元数为
??X2?X1*1NOG?ln??1?A??A?*1?A?X1?X1?
??10.1%?4.77?10-6?In?(1?1.667)?1.667??2.498-60.01%?4.77?10 1?1.667??
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算
????c?w??1?exp??1.45????t?L? ?
????0.75?UL?????tL????0.1?U??Lt??2g?L2?????0.05?UL???L?L?t?2????0.2?????查常见材质的临界表面张力值表
?c?61dyn?cm?1?790560kg?h?2
液体质量通量为
WL37547.37U???47831.0kg?m?2?h?1 L220.785D0.785?1?0.050.20.750.12????w47831.02???790560??47831.0??47831.0?100???1?exp??1.45????????28??t940896100?851.1851.1?1.27?10851.1?940986?100?????????????1-0.451?0.549得?w?54.9m2/m3
气膜吸收系数由下式计算
UV k?0.237??G????tV
????0.7??V???D?VV????1/3??tDV??RT?????24