第四章 填料精馏塔的工艺计算4.1 低压塔塔径、泛点气速、空塔气速、填料高度及压降计算由第一章PROII 模拟出的说明书可以得到数据表4.1塔顶蒸汽量G 2 塔中蒸汽量G 14 塔中蒸汽量G 15 塔底蒸汽量G 27 4368Kg/HR 4383Kg/HR 4445Kg/HR 4886Kg/HR 塔顶液体量L 1 塔中液体量L 13 塔中液体量L 14 塔底液体量L 26 3140Kg/HR 3155Kg/HR 7784Kg/HR 8224Kg/HR 汽相密度ρG2 汽相密度ρG14汽相密度ρG15汽相密度ρG272.874369Kg/m 33.03973Kg/m 33.06215Kg/m 33.34082Kg/m 3液相密度ρL1 液想密度ρL13液相密度ρL14液相密度ρL26816.676Kg/m 3 796.028Kg/m 3793.248Kg/m 3777.496Kg/m 3汽相粘度μG2 汽相粘度μG14汽相粘度μG15汽相粘度μG278.9907E-06Pa ·s 9.1563E-06Pa ·s9.1528E-06Pa ·s9.0660E-06Pa ·s液相粘度μL1液想粘度μL13液相粘度μL14液相粘度μL263.1054E-04Pa ·s 2.6658E-04Pa ·s 2.6165E-04Pa ·s 2.2445E-04Pa ·s根据表4.1求平均值可得下表4.2表4.2低压塔精馏段 提馏段 液体量L Kg/HR 3147.5 8004 液相密度ρ Kg/m 3 806.352 785.372 液相粘度μ Pa ·s 2.8856 E-04 2.4305 E-04 蒸汽量G Kg/HR 4375.5 4665.5 汽相密度ρ Kg/m 3 2.9570453.2014854.1.1 塔经的计算L G GL FP ρρ=式中：L ——塔内液相流率，Kg/h ； G ——塔内气相流率，Kg/h ； ρG ——塔内气相密度，Kg/m 3； ρL ——塔内液体密度，Kg/m 3。

由表4-2数据代入公式得： 对于精馏段：04356.0352.806957045.25.43755.3417===L G GL FP ρρ 查《现代填料塔应用指南》第四章图4-8:得：250Y 型C max =0.075； 设计值取Cs=0.8C max =0.0.06。

计算塔截面积：()[]5.03600G L G s T C GA ρρρ-=()[]5.0957045.2352.806957045.206.036005.4375-⨯⨯=T A =0.4156m 2 塔内径m A D TT 728.014.34156.044=⨯==π取D T =800mm 对于提馏段：1095.0372.785201485.35.46658004===L G GL FP ρρ 查<现代填料塔应用指南>第四章图4-8:得：250Y 型C max =0.0648； 设计值取Cs=0.8C max =0.05184。

计算塔截面积：()[]5.03600G L G s T C GA ρρρ-=()[]5.0201485.3372.785201485.305184.036005.4665-⨯⨯=T A=0.4996m 2 塔内径m A D TT 798.014.34996.044=⨯==π取D T =800mm所以塔内径为800mm （取精馏段和提馏段内径的大值）。

4.1.2 填料层高度计算由于填料选用不锈钢金属孔波纹填料250Y ，每米1.5块理论板。

精馏段塔板数（n t ）精=13，精馏段填料层高度Z 精=(13-1)/1.5=8m ；提馏段塔板数（n t ）提=27-13=14，提馏段填料层高度Z 提=(14-1)/1.5=8.67m=9m ； 填料层总高度Z=8＋9=17m 。

4.1.3 液体负荷及持液量的计算低压塔塔径D=800mm ，则2225024.048.014.34m D A T =⨯==πLT A Ll ρ=式中： l ——液体负荷，m 3/(m 2 s) L ——液相的质量流量，Kg/h ； ρL ——液体的密度，Kg/m 3; D ——塔的内径，m; A T ——塔的截面积，m 2。

由表4-2数据代入公式得 精馏段的液体负荷：()()s m m h m m A L l LT ∙⨯=∙=⨯==-23323/101582.2/7965.7352.8065024.05.3147ρ查现代填料塔技术指南图4-17得 持液量h=2.49×10-2 (m 3/m 3)提馏段的液体负荷：()()s m m h m m A L l LT ∙⨯=∙=⨯==-23323/106348.5/2853.20372.7855024.08004ρ查现代填料塔技术指南图4-17得 持液量h=4.92×10-2 (m 3/m 3)4.1.4 泛点气速计算泛点气速计算，根据《现代填料塔应用指南》计算泛点气速公式为：81412.0375.1lg ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙∙∙L G L G Gf G L A a g u ρρμρρε 式中：u Gf ——泛点空塔气速，m/s ；g ——重力加速度，9.81m/s 2； a/ε2——干填料因子，m -1； μL ——液相粘度，mPa ·s ；L 、G ——液相、气相的质量流量，Kg/h ；ρG 、ρL ——液体、气体的密度，Kg/m 3。

金属孔波纹填料250Y 的常用A 值为0.291；a=250；ε=0.97； 由表4-2数据代入公式得 精馏段：ρG =2.957045Kg/m 3 ρL =806.352Kg/m 3G=4375.5Kg/h L=3147.5Kg/h μL =2.8856mPa ·s 代入方程，81412.03352.80657045.25.43755.314775.128856.0352.806957045.297.025081.9lg ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙∙∙A u Gf 得到 u Gf =2.0207m/s 提馏段：ρG =3.201485Kg/m 3 ρL =785.372Kg/m 3 G=4665.5Kg/h L=8004Kg/h μL =2.4305mPa ·s 代入方程，81412.03372.785201485.35.4665800475.124305.0372.785201485.397.025081.9lg ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∙∙∙A u Gf 得到 u Gf =1.4977m/s4.1.5 空塔气速计算精馏段u G =0.8u Gf =0.8×2.0207=1.61656m/s 提馏段u G =0.8u Gf =0.8×1.4977=1.19816m/s4.1.6 压强降计算根据《现代填料塔应用指南》的第四章中计算湿填料压降公式4-8可化简为 降此计算式的计算值与实测值相比，平均偏差为5.5%,最大偏差为10% △P=94.8×（u G ×ρG0.5）1.72式中： △P ——每米填料压降，Pa/m ； u G ——空塔气速，m/s ； ρG ——气体密度，Kg/m 3； 由表4-2数据代入公式得 于是精馏段和提馏段的压降分别为：精馏段 △P=94.8×(1.61656×2.9507450.5)1.72=550.2045 Pa/m 提馏段 △P=94.8×(1.19816×3.2014850.5)1.72=351.9298 Pa/m4.2 高压塔塔经、泛点气速、空塔气速、填料高度及压降计算由第二章模拟出的说明书可以得到数据表4.3塔顶蒸汽量G 2 塔中蒸汽量G 19 塔中蒸汽量G 20 塔底蒸汽量G 35 4608Kg/HR 4647Kg/HR 6018Kg/HR 6617Kg/HR 塔顶液体量L 1 塔中液体量L 18 塔中液体量L 19 塔底液体量L 34 3595Kg/HR 3634Kg/HR 8771Kg/HR 9370Kg/HR 汽相密度ρG2 汽相密度ρG19汽相密度ρG20汽相密度ρG3512.48289Kg/m 3 13.10694Kg/m 313.18546Kg/m 314.20185Kg/m 3液相密度ρL1 液想密度ρL18液相密度ρL19液相密度ρL34742.902Kg/m 3 721.183Kg/m 3719.252Kg/m 3700.900Kg/m 3汽相粘度μG2 汽相粘度μG19汽相粘度μG20汽相粘度μG351.0520E-05Pa ·s 1.0597E-05Pa ·s 1.0586E-05Pa ·s1.0420E-05Pa ·s液相粘度μL1 液想粘度μL18液相粘度μL19液相粘度μL341.8048E-04Pa ·s 1.4527E-04Pa ·s 1.4544E-04Pa ·s 1.2614E-04Pa ·s根据表4.3求平均数可得下表表4.4高压塔精馏段 提馏段 液体量L Kg/HR 3614.5 9250.5 液相密度ρ Kg/m 3 732.0425 710.076 液相粘度μ Pa ·s 1.62875 E-04 1.3579 E-04 蒸汽量G Kg/HR 4627.5 6317.5 汽相密度ρ Kg/m 3 12.79491513.6936554.2.1 塔经的计算L G GL FP ρρ=式中：L ——塔内液相流率，Kg/h ； G ——塔内气相流率，Kg/h ； ρG ——塔内气相密度，Kg/m 3； ρL ——塔内液体密度，Kg/m 3。

由表4-4数据代入公式得 对于精馏段：10326.00425.732794915.125.46275.3614===L G GL FP ρρ 查《现代填料塔应用指南》第四章图4-8:得：250Y 型C max =0.0.0653 设计值取Cs=0.8C max =0.0.0522 计算塔截面积()[]5.03600G L G s T C GA ρρρ-=()[]5.0794915.120425.732794915.120522.036005.4627-⨯⨯=T A=0.2565m 2 塔内径 m A D TT 572.014.32565.044=⨯==π取D T =600mm 对于提馏段：2033.0076.710693655.135.63175.9250===L G GL FP ρρ 查<现代填料塔应用指南>第四章图4-8:得：250Y 型C max =0.0586 设计值取Cs=0.8C max =0.0469 计算塔截面积()[]5.03600G L G s T C GA ρρρ-=()[]5.0693655.13076.710693655.130469.036005.6317-⨯⨯=T A =0.3834m2塔内径 m A D TT 695.014.33834.044=⨯==π取D T =700mm所以塔内径为700mm （取精馏段和提馏段内径的大值） 4.2.2 填料层高度计算精馏段塔板数（n t ）精=18，精馏段填料层高度Z 精=(18-1)/1.5=11.33m=12m提馏段塔板数（n t ）提=35-18=17，提馏段填料层高度Z 提=(17-1)/1.5=10.67m=11m (由于填料选用不锈钢金属孔波纹填料250Y ，每米1.5块理论板) 填料层总高度Z=12＋11=23m 。