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填料塔泛点／压降模型计算比较 10CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2004,14(4) 填料塔泛点/压降模型计算比较 何红阳上海化工设计院有限公司上海200032 摘要以文献报道的实验数据及关联式为基础,比较了Billet模型,s—B—F模型及常用泛点/压降 计算模型在国产散堆和规整填料的泛点/压降上的计算偏差,并对国产散堆和规整填料的泛点/压降计算模 型进行了总结. 关键词泛点压降模型 填料塔具有结构简单,处理能力高,操作弹 性大等优点,在石油炼制,化工,医药,湿法冶 金和环境工程等领域中得到了广泛的运用.而泛 点气速,压降是填料塔设计的重要参数.填料塔 只有在泛点气速以下才能稳定操作,但如果操作 气速太低又会造成气液分布不均和投资浪费.所 以填料塔设计的首要任务是根据选用的填料,计 算操作条件下的泛点气速和压降,从而确定适宜 的塔径.为此,准确的泛点/压降计算模型在设 计计算中显得尤为重要. 从上世纪60年代至今,国内外科研人员对 各种填料进行了广泛的实验研究,得到了泛点, 压降,持液量等大量数据和计算公式J.近年 来一些研究者从基本原理出发,综合了现代填料 的实验数据,提出了系统的流体力学参数和计算 关联式,其中国外报道运用较好的有Billet模型 和S—B—F模型.对于国产的各类散堆和规整 填料,Billet模型和S—B—F模型在设计中的具 体运用情况未见详细报道. 本文以不同文献[9儿14儿15儿16]报道的国产散堆 和规整填料实验数据,关联式为基础,通过不同 的泛点模型(Eckert泛点关联图和Bain— Hougen公式)和压降模型(Eckert压降通用关 联图和Kister通用压降关联图)与Billet模型及 S—B—F模型泛点/压降的计算结果进行比较, 考察Billet模型和S—B—F模型在国产填料运用 中的计算偏差,并提出设计建议,为进一步的工 业实践运用提供参考和依据. 1泛点和压降计算模型 1.1常用泛点计算模型 目前,工程上运用较为广泛的泛点气速求取方 法为:Eckert泛点关联图和Bain—I-~en公式. (1)Eckert泛点关联图中的曲线是基于那些 泛点压降在165～290mmI--I20/m之问的散装填 料绘制的.对于早期无开槽的散装填料和尺寸较 小的新型开槽填料,其填料因子操作200m～, 泛点压降超过165mmI--I20/m,采用Eekert泛点 关联图较为准确;对于尺寸较大的新型填料,其 填料因子一般在50～100～,泛点压降在60～ 100mmH20/m之问,采用Eekert泛点关联图来 计算泛点气速的误差则相当大. (2)Bain—Hougen公式是从早期Sherwood 等人提出的一种图解关联形式修正得到的计算 式. 2D..D. 1og[()]=A—B(吉){()吉(1) 式中,U,为泛点空塔气速,m/s;g为重力加速 度,9.81m/s;为干填料因子,m-1;P1,,』D, 为气相及液相重度,kg/m3;/1为液相的粘度, cP;L,G为液相及气相的流量,kg/h;A,B 为与填料结构相关的系数;一般取B=1.75,A 值[]的取值见表1. 何红阳:工程师.1989年毕业于云南大学化学系.一直从事化工工艺设计工作.联系电话:(021E.mail HeHongyang@~idi.CFI. 婶 ～计术一《》驴～设技一 何红阳填料塔泛点/压降模型计算比较11 表1不同填料的结构系数 填料类型常用A值 瓷拉西环 瓷弧鞍 瓷矩鞍 瓷阶梯环 金属鲍尔环 金属阶梯环 金属环矩鞍 塑料共轭环[10】 塑料鲍尔环 塑料阶梯环 金属QH一1扁环 压延孔板波纹4.5 压延孔板波纹6.3 CY型金属丝网波纹 金属板波纹(250Y)C9】 0.022 0.26 0.176 0,2943 0.1 0.106 0.06225 — 0.2552(B=1.2542) 0.0942 0.204 0.0749(B=1.446) 0.35 0.49 0.30 0.291 1.2常用压降计算模型 填料的压降决定着填料塔操作的可靠性和经 济性,其范围一般控制在8～65mmH20/m.具 体压降见表2. 表2填料塔压降范围[】单位:rr—H20/m (1)目前,工程上广泛运用的散堆填料压 降计算模型是Eckert填料层压降通用关联图, 总的来说,通用关联图具有较高的准确性,特别 是对于空气一水系统.对于大多数非水系统,当 流动参数FP在0.05～0.3时,其准确性较高; 当流动参数FPgt;0.3或FPlt;0.05时,其准确性 比较差,且往往偏低.同时,Eckert压降通用关 联图仅适用于散堆填料,对于规整填料误差较 大. (2)Kister[11]等人将规整填料的流体力