AZ31B 镁合金电子外壳表面处理配套 Aspen 持液量
模拟完整分析报告
报告编号：MG-Aspen-Report-2025-001
报告周期：年__月__日 — 年__月__日
模拟对象：乙醇 - 水逆流吸收塔（配套镁合金表面处理工艺尾气吸收）
编制人：_
审核人：_________
编制日期：____年__月__日
目录
报告概述
模拟基础数据
敏感性分析结果与图表
工艺优化建议
异常问题与解决方案
结论与展望
附件
一、 报告概述
模拟背景
本报告针对 AZ31B 镁合金电子外壳表面处理工艺中的尾气吸收塔展开 Aspen Plus 持液量模拟。吸收塔
采用 50mm 金属鲍尔环散堆填料，用于处理工艺尾气中的乙醇蒸气，通过气液逆流接触实现尾气净化。持液
量作为塔器水力学性能的核心指标，直接影响气液接触效率、压降及运行稳定性，本次模拟旨在确定最优操作
与设备参数区间，保障镁合金表面处理工艺的连续性与环保达标。
模拟目标
探究液相流量、塔径、填料类型、液泛率对吸收塔总持液量、静持液量、动持液量的影响规律；
确定兼顾吸收效率与运行稳定性的最优参数组合；
为吸收塔的设计、操作及工艺优化提供数据支撑。
模拟范围
本次模拟采用 Aspen Plus RadFrac 模块，基于 Onda 模型计算散堆填料持液量，Billet & Schultes 模型对
比规整填料性能，重点分析以下 4 类变量：
变量类型 变量名称 取值范围
操作变量 液相进料流量 600~1000 kg/h
设备变量 塔径 ~ m
设备变量 填料类型 50mm 金属鲍尔环 / Mellapak 250Y 规整填料
模型变量 液泛率 60%~85%
二、 模拟基础数据
物系与操作参数
参数类别 参数名称 数值 单位
物系组成 气相进料（空气 - 乙醇） 空气 94%、乙醇 6% 摩尔分数
液相进料 纯水 -
操作条件 操作温度 30 ℃
操作压力 kPa
气相进料流量 1500 kg/h
设备参数
设备参数 数值 备注
塔径（基准值） m
填料高度 6
m，分 10 段，每段
50mm 金属鲍尔环
参数
比表面积 \(a_p\)=93 m²/m³；空隙率 \(\varepsilon\)=；
临界表面张力 \(\sigma_c\)=40 N/m
散堆填料，Onda 模
型计算
Mellapak 250Y 规
整填料参数
比表面积 \(a_p\)=250 m²/m³；空隙率 \(\varepsilon\)=
规整填料，Billet &
Schultes 模型计算
模型参数
模型参数 取值 说明
物性方法 NRTL 适配乙醇 - 水非电解质二元体系
持液量计算模型 Onda（散堆）/ Billet & Schultes（规整） 软件内置行业标准关联式
收敛方法 Newton-Raphson 适配强非线性水力学计算
收敛容差 1e-4 兼顾计算精度与收敛速度
三、 敏感性分析结果与图表
液相流量对持液量及液泛率的影响
控制条件：塔径 、50mm 鲍尔环填料、液泛率 75%
数据结果
液相流量
（kg/h）
塔底总持液量
（m³/m³）
塔底静持液量
（m³/m³）
塔底动持液量
（m³/m³）
液泛率
（%）
收敛状态
600 收敛
700 收敛
800（基准） 收敛
900 收敛
1000
未收敛（液
泛）
图表展示
图表名称：液相流量对吸收塔持液量及液泛率的影响（双轴折线图）图表样式：主坐标轴为持液量（蓝色
/ 橙色折线），次坐标轴为液泛率（绿色虚线），标注 “液泛风险区（液泛率＞90%）”
分析结论
总持液量、动持液量与液相流量呈正相关，静持液量受填料固有特性影响，变化幅度＜5%；
液相流量≤900kg/h 时，液泛率＜85%，塔器运行稳定；流量≥1000kg/h 时，液泛率＞90%，塔内发生液泛，
模拟无法收敛；
最优液相流量区间：700~900 kg/h。
塔径对持液量及压降的影响
控制条件：气相 1500kg/h、液相 800kg/h、鲍尔环填料、液泛率 75%
数据结果
塔径（m） 塔底总持液量（m³/m³） 液泛率（%） 单位高度压降（kPa/m） 收敛状态
收敛（迭代步数增加）
（基准） 收敛
收敛
图表展示
图表名称：塔径对吸收塔持液量及压降的影响（组合图）图表样式：柱状图展示持液量，折线图展示压降
（次坐标轴），柱子配色为深蓝色
分析结论
塔径与总持液量、液泛率、压降呈负相关，塔径增大 ，持液量降低约 20%，压降降低约 40%；
塔径 时液泛率接近 90%，压降偏高，能耗增加；塔径 时持液量过低，气液接触不充分，吸
收效率下降；
最优塔径：。
填料类型对持液量的影响
控制条件：气相 1500kg/h、液相 800kg/h、塔径 、液泛率 75%
数据结果
填料类型
持液量计算模
型
塔底总持液量（m³/m³） 液泛率（%） 空隙率（%）
50mm 金属鲍尔环（散堆） Onda （基准） 95
Mellapak 250Y（规整）
Billet &
Schultes
98
图表展示
图表名称：散堆填料与规整填料持液量对比（簇状柱状图）图表样式：柱子区分散堆 / 规整填料，并列
展示总持液量、静持液量、动持液量，配色为蓝色（总持液量）、灰色（静持液量）、橙色（动持液量）
分析结论
规整填料空隙率更高（98% vs 95%），总持液量较散堆填料降低 %，液泛风险显著降低；
散堆填料持液量更高，气液接触时间更长，吸收效率更优；规整填料压降更低，适合高负荷操作场景；
工艺匹配建议：镁合金表面处理常规尾气吸收选散堆鲍尔环，高负荷扩产场景选规整填料。
液泛率对持液量的影响
控制条件：气相 1500kg/h、液相 800kg/h、塔径 、鲍尔环填料
数据结果
液泛率设置值（%） 塔底总持液量（m³/m³） 实际液泛率（%） 收敛状态
60 收敛
70 收敛
75（基准） 收敛
80 收敛
85 收敛（波动大）
分析结论
液泛率设置值与总持液量呈正相关，设置值每提高 5%，持液量增加约 8%；
液泛率＞80% 时，模拟迭代波动增大，需切换收敛方法或放宽容差；
推荐液泛率设置区间：70%~80%。
四、 工艺优化建议
不同操作场景参数组合
场景类
型
气相流量 推荐参数组合 预期效果
常规操
作场景
1500kg/h
塔径 + 50mm 鲍尔环 + 液相
700~800kg/h + 液泛率 75%
持液量 ~³/m³，液泛率
65%~75%，兼顾效率与稳定性
高负荷
扩产场景
＞
1600kg/h
塔径 + Mellapak 250Y 规整填
料 + 液相 800~900kg/h + 液泛率 70%
持液量＜³/m³，液泛率＜60%，
避免液泛，降低能耗
低负荷
维护场景
＜
1200kg/h
塔径 + 50mm 鲍尔环 + 液相
600~700kg/h + 液泛率 70%
持液量＞³/m³，保证气液充分接
触，避免吸收效率下降
日常操作注意事项
液相流量调整需逐步进行，每次调整幅度不超过 50kg/h，避免塔内参数突变引发液泛；
定期监测填料状态，若出现堵塞，需及时清洗或更换，避免填料比表面积降低导致持液量异常；
季节温度变化时，需修正液相黏度、表面张力等物性参数，重新模拟持液量，确保操作参数适配。
五、 异常问题与解决方案
异常现象 可能原因 对应解决方案
模拟收敛失败，液
泛率＞90%
气液负荷过高、塔
径过小
1. 降低液相流量 10%~20%；2. 增大塔径 ；3. 切换为
规整填料
持液量模拟值与
实验值偏差＞30%
填料临界表面张
力设置不合理
手动修正 \(\sigma_c\)：金属填料调整为 35~45N/m，重新运
行模拟
不同 Aspen 版本
模拟结果不一致
内置填料参数、物
性数据库差异
1. 手动输入填料比表面积、空隙率；2. 补充乙醇 - 水二元
交互参数；3. 统一使用 Aspen Plus V12 及以上版本
图表联动失效，数
据不更新
Excel 动态名称区
域公式错误
1. 检查 OFFSET 函数参数完整性；2. 确保数据列使用绝对
引用；3. 清除数据源表中空行与合并单元格
六、 结论与展望
核心结论
AZ31B 镁合金表面处理尾气吸收塔的最优操作参数为：液相流量 700~900kg/h、塔径 、液泛率
70%~80%，采用 50mm 金属鲍尔环填料时，持液量稳定在 ~³/m³，塔器运行效率与稳定性最佳；
规整填料相较于散堆填料，持液量更低、液泛风险更小，适合高负荷扩产场景；散堆填料气液接触效率更
优，适合常规尾气吸收；
持液量受液相流量、塔径影响显著，静持液量受填料特性控制，动持液量随操作负荷变化，实际操作中需
重点监控动持液量，避免液泛发生。
未来展望
可进一步结合镁合金表面处理尾气的实际组分（如含少量镁离子、酸雾等），修正物系参数，开展更贴近
工业实际的模拟；
探索多塔串联工艺的持液量分布规律，为尾气深度净化工艺提供数据支撑；
结合 CFD 模拟技术，可视化展示塔内持液量分布，优化填料装填方式。
七、 附件
附件 1：Aspen Plus 模拟备份文件（.bkp）
附件 2：Excel 敏感性分析数据源表与联动图表
附件 3：乙醇 - 水二元体系物性参数表
附件 4：模拟收敛日志与水力学报告
