大型实战讲座：塔器流体力学设计大讲堂——Wiseboy主讲

第十二课 散装填料泛点气速计算之Eckert关联图法（二）
手算举例：
填料塔基本条件：某一块塔盘上：
气体：
ρ_G=3.68 kg/m³；
G=13900 kg/h;
μ_L=0.23 cP；
液体：
ρ_L=757 kg/m³;
L=15300 kg/h;
φ=66 1/m。
用Eckert关联图法计算泛点气速u_f.

计算：
FLV=（L/G）(ρG/ρL)^0.5=(15300/13900)(3.68/757)^0.5=0.0770
根据FLV差Eckert图上的乱堆填料泛点曲线：
(u²φψ/g)(ρG/ρL)μ_L^0.2=0.1550
ψ=1000/757=1.32
所以：
(u²66×1.32/9.81)(3.68/757)×0.23^0.2=0.1550
u²×0.03218=0.1550
u=u_f=2.19 m/S.
至此，我们计算出了泛点气速u_f。这是一步比较繁琐的工作。

第十三课 散装填料泛点气速计算之软件算法（三）
在十二课，我们体验了泛点气速的手算，尽管它很繁琐，毕竟满足了手算人的心愿。不过对于流体力学而言，它才是万里长征的第一步。
本节课程很轻松，它是软件算法，填好数据即可。我们使用的是中国.西安，维维计算机技术有限责任公司的WPTR。
软件计算的是2.13 m/S，和手工计算基本一致。误差在于软件的“查图”更准确——它使用了图形数字化技术。当然你看不到Eckert图形。
输入7个数据，WPTR自动计算。这是：即输、即算、即见的3S理念软件。

第十四课 空塔速度和塔径计算
大多数教科书，空塔速度u计算使用下式：
k_f=u/u_f或者：u=k_fu_f
比如：泛点率k_f=0.65，泛点气速u_f=2.19，u=0.65×2.19=1.4235 m/S。
但这个算法是不对的，现在必须予以纠正。为此引入系统因子的概念。如果物料是容易气泡的，那么显然要降低气速u，以抵消泡沫的影响。我们用系统因子k_b来表达物料的气泡性能。这时：
u=k_fk_bu_f
关于系统因子的叫法最为混乱，它有多个名字：系统因子，泡沫因子、发泡因子、发泡系数，泡沫密度。很多初学者为此痛断肝肠，说不清真正含义。理论上，叫泡沫密度最为合适。这样理解：泡沫密度越小，说明泡沫中气体越多，泡沫越严重。
泡沫密度=1.0，全部是液体，没有气体，等于没有泡沫；
泡沫密度=0.8，80%是液体，20%是气体，泡沫较小；
泡沫密度=0.7，70%是液体，30%是气体，泡沫比较严重；
泡沫密度=0.6，60%是液体，40%是气体，泡沫很严重。
......
可见：叫泡沫密度是名副其实的。不过其他叫法我也无权反对，大家看文献、软件时候，知道怎么回事就行。
比如在上面的：u=0.65×2.19=1.4235 m/S。
考虑轻度泡沫k_b=0.8
u=0.65×0.8×2.19=1.1388 m/S。
显然，考虑了泡沫，u小了，塔径自然就大了。这也是一些塔器设计失败的原因之一：没有考虑泡沫因素，塔径D算小了。
根据：V=Au=（πD²/4）u
内径：D=（4V/πu）^0.5
至此，我们可以完全计算出塔径了。对于大多数读者而言，一个塔的一半计算任务完成了。

学习到了。请教一下  为什么HYSYS模拟出来的塔径和实际的有很大的差距。另外有一个现成的处理量为30t/h的塔，现在要做 一个15t/h的塔可以用根2的关系来计算塔径吗？

学习到了。请教一下  为什么HYSYS模拟出来的塔径和实际的有很大的差距。另外有一个现成的处理量为30t/h的塔，现在要做 一个15t/h的塔可以用根2的关系来计算塔径吗？

sdxiaolu 发表于 2020-12-15 12:46
学习到了。请教一下  为什么HYSYS模拟出来的塔径和实际的有很大的差距。另外有一个现成的处理量为30t/h的塔 ...

据我所知：
1. Hysys 并没有模拟塔径。塔径是让你输入的，充其量Hysys放了一个塔径初值：1.5，并不是它计算的—它计算不了；
2. 目前为止，所有的流程模拟软件，塔流体力学计算都是假的：要你输入本来需要计算的数据。
    好多人自然而然的认为，外国的软件是万能的，人家没有的功能都要硬给它贴上。
3.“另外有一个现成的处理量为30t/h的塔...根2...”，要看你的塔径大小。因为设计者对塔径做了一定的园整、放大处理，
不一定是“根2”的关系。

wiseboy 发表于 2020-12-15 15:33
据我所知：
1. Hysys 并没有模拟塔径。塔径是让你输入的，充其量Hysys放了一个塔径初值：1.5，并不是它 ...

受教了。谢谢

第十五课 塔压降计算之Eckert 关联图法
在第十二课，有该式:
(u²φψ/g)(ρG/ρL)μL^0.2=0.1550
由此：
（u/uf）²=(y/0.1550)
或者：y=0.1550（u/uf）²
式中 y——Eckert 关联图的纵坐标。
根据十二课，uf=2.19 m/S
根据十四课，u=1.1388  m/S
y=0.1550(1.1388/2.19)²=0.0419
根据十二课，FLV=x=0.0770
现在根据坐标（x,y）=（0.0770,0.0419）在Eckert图上查压降曲线，
得到：△P=31 mm液柱/m填料。

第十六课 塔压降计算之软件算法（一）
首先给大家讲一下填料因子的历史。最初、传统的认识，每一种填料的填料因子的是固定的，是填料本身决定的，多少年来一直是这么做的。这种方法现在仍然存在于很多手册、著作上。但事实并非如此。现代研究认为：每一种填料的填料因子的不是固定的，除过填料本身、还和物系、流体力学状态（L,G）有关。基于这种思想的算法也是比较好的现代算法。显然在前面几节课中，我们举例的填料因子是固定的66，这是、古老的、落后的传统算法。
现在，我们使用WPTR(维维塔器流体力学)软件来计算一下这个例子。WPTR既可以使用传统算法，也可以选择现代算法。我们先用软件的传统算法计算，以期对比第十五课手工算法的压件。
软件按传统算法计算的填料压降为30.6 mm液柱/m填料，和十五课的手算结果31 mm液柱/m填料非常接近。

第十七课 塔压降计算之软件算法（二）
我们在第十六课介绍了散装填料塔的软件算法之一，它是以传统的填料因子作为基础。也谈到了填料因子的一点历史。这一课，我们进一步介绍一下填料因子的新进展。
为了更进一步精确描述填料，出现了泛点填料因子和压降填料因子，用于计算泛点速度和压降。这两种填料因子也和下面两个因素相关。
1. 填料本身的材料、几何结构；
2. 物料系统的流体力学（L,G）
这意味着：
1. 同一个填料，对于不同物系，填料因子不同：
2. 同一个填料，对于同样物系，（L,G）不同填料因子不同
3. 计算泛点速度的填料因子和计算压降的填料因子不同
需要声明的是：中国科技工作者为此做出了重大贡献，并测试了大部分常用填料的泛点填料因子和压降填料因子，给出了关联式。就是说泛点填料因子和压降填料因子，都是（L,G）的函数。说的这么绕口，其实是问题太复杂了。大多数人无心承受这么复杂的东西，手工计算也可能性不大。有关专业软件已经有了这种计算，我们会用就可以了。我们仍然使用前面的例子，改用泛点填料因子和压降填料因子计算一下。我们惊奇地发现：改用泛点填料因子和压降填料因子，并考虑（L,G）后，结果和使用固定填料因子66，差别太大了。
泛点速度大变，塔径大变，压降大变。这就是说，古老的算法太粗早了，核心问题是固定填料因子66没有考虑（L,G）的影响。好了，如果你对固定填料因子66的算法仍不甘心，觉得它用过后还可以，我将在下一节课给你解惑。

wiseboy 发表于 2020-12-14 10:31
还没有讲到板式塔。提前回答一下：降液管一般不液泛就可以，通常它＜=80%即可。确定当然是同时进行的。一 ...

好的 谢谢。
有个概念请教下：
陈敏恒版化工原理（下），给的液泛气速的定义见图片，跟您提到的泛点气速是一个概念吗？如果是一个概念，对同一个塔而言，根据教材定义得到的液泛气速比您讲的这个要大，那以哪个为准？

Zhenglily 发表于 2020-12-17 13:58
好的 谢谢。
有个概念请教下：
陈敏恒版化工原理（下），给的液泛气速的定义见图片，跟您提到的泛点气 ...

第十八课 填料塔和板式塔液泛的区别（答疑课）

可能有点理解误会吧？到目前为止，我并没有给出针对板式塔的液泛气速的任何定义。当然也不存在“根据教材定义得到的液泛气速比您讲的这个要大”。你给的这段话，显然是针对板式塔的。
而且，填料塔的一段是“均匀”的，它可能是好几块板。比如说，一段填料4米，它等于8快板，这就是说：8块板是4米高度的填料是均匀的，而板式塔8块塔板，就是8个板、8个板空间，不均匀。液泛现象也不同。液泛的时候，填料塔的液体沿着均匀的填料可以逆流而上；板式塔液泛却是：先是塔板上液层变厚，这是大多数情况，如果气速再增大，大到非常大的程度，才可能飞跃空间（板间距），泛滥到上一块塔板。
简单说来：
填料塔液泛了，液体就飞越塔板（理论板），泛滥在几个塔板（理论板）间进行。你可以想象，填料塔液泛了，它就是“活塞流”，整个塔就是一个气液两相流体“管道”，是流体自下而上的一根“管子”。
板式塔液泛了，轻度的话就在本塔板液泛，十分严重时才飞越塔板（理论板）。
填料塔和板式塔，两种液泛现象是不同的。至于教科书，从上个世纪50年代到你的说的那本书，描述大同小异，并没有多大改变，基本上都是对的，但把填料塔和板式塔描述的液泛有所不同的在教材上似乎不多，好像就没有。如果有耐心你查阅一下历史文献。另外，我在开场白也说过，教科书上“不够准确部分，我要加以纠正”。当然，教科书不能和专业文献相提并论，是正常的。

wiseboy 发表于 2020-12-18 10:35
第十八课 填料塔和板式塔液泛的区别（答疑课）

可能有点理解误会吧？到目前为止，我并没有给出针对板 ...

您得意思泛点气速跟液泛气速不是一回事是嘛？

第十九课 散装填料泛点气速计算之公式法（一）
在前面讲了散装填料泛点气速计算之Eckert关联图法，现在将另一种比较简洁的方法：公式法也称为解析法。即：贝恩—霍根(Bain-Haugen)公式。

式中：A、B为某一种填料的特性参数，由实验确定。其中泛点气速u_f通过解方程方法得到。贝恩—霍根公式中反应填料本身特性的参数有4个：A、B、α和ε，不用填料因子的概念。4个参数已经能够很好地表征填料的性质了。贝恩—霍根写成这种形式，最大的优点是适合实验数据回归、作图。贝恩—霍根看起来很优美，但是手工求解uf需要对它变形。
先辈们通过大量实验，测定了常见填料的A、B，可供使用，需要时可参阅相关文献。
但一些填料企业发明的新填料，并没有做这方面的基础工作，没有测试A、B，这是非常勉强的发明，不具备发明的基本要素。
举例：在第十二课的例子里，Eckert关联图法计算的uf=2.19 m/S。仍然以此为例，用贝恩—霍根计算的uf=1.77 m/S。

想问一个问题，大神
您这个过程很详细，我想问下是不是这个泛点流速或泛点率的计算，前提都是有填料的前提下，如果没有设置填料，采用空塔，是不是就不用考虑液泛的现场了？