水吸收氨填料塔課程設計

1、<p><b>　　設計任務書</b></p><p><b>　　設計題目</b></p><p>　　試設計一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的NH3，混合氣體的處理為2000Nm3/h,其中NH3 5﹪。要求塔板排放氣體中含NH3低于0.5％，采用清水進行吸收。</p><p><b>　　操作條

2、件</b></p><p><b>　　常壓，20℃</b></p><p><b>　　填料類型</b></p><p>　　選用聚丙烯鮑爾環(huán)填料，填料規(guī)格自選</p><p><b>　　設計內(nèi)容</b></p><p><b>

3、;　　吸收塔的物料衡算</b></p><p>　　吸收塔的工藝尺寸計算</p><p><b>　　填料層壓降的計算</b></p><p>　　吸收塔接管尺寸的計算</p><p><b>　　繪制吸收塔的結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　對設計過程的評述和

4、有關(guān)問題的討論</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　附表</b></p><p><b>　　1緒論3</b></p><p>　　2設計方案的確定6</p><p>　　2.1吸收劑的選擇6</p>

5、;<p>　　2.2流程選擇及流程說明6</p><p>　　2.3塔填料選擇8</p><p>　　2.3.1填料性能評價8</p><p>　　2.3.2裝填類型選擇9</p><p>　　2.3.3填料材質(zhì)的選擇10</p><p>　　2.3.4填料規(guī)格的選擇11</p>

6、<p><b>　　3 工藝計算13</b></p><p>　　3.1物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成13</p><p>　　3.2塔徑計算14</p><p>　　3.3填料層高度計算16</p><p>　　3.4填料層壓降計算18</p><p>　　3.5

7、液體分布裝置19</p><p>　　3.6液體再分布裝置21</p><p>　　3.7填料支撐裝置22</p><p>　　3.8.流體進出口流差23</p><p>　　4 設計一覽表25</p><p>　　5對本設計的評述26</p><p><b>　　參考文獻

8、27</b></p><p>　　附圖 填料塔總體結(jié)構(gòu)簡圖28</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　在煉油、石油化工、精細化工、食品、醫(yī)藥及環(huán)保等部門，塔設備屬于使用量大應用面廣的重要單元設備。塔設備廣泛用于蒸餾、吸收、萃取、洗滌、傳熱等單元操作中。所以塔設備的研究一直是國內(nèi)外學者普遍關(guān)注的重要課題。

9、</p><p>　　在化學工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個組分加以分離，其主要目的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進一步加工處理，或除去工業(yè)放空尾氣中的有害成分，以免污染空氣。吸收操作是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度不同而達到分離的目的。</p><p>　　塔設備按其結(jié)構(gòu)形式基本上可分為兩類；

10、板式塔和填料塔。以前在工業(yè)生產(chǎn)中，當處理量大時多用板式塔，處理量小時采用填料塔。近年來由于填料塔結(jié)構(gòu)的改進，新型的、高負荷填料的開發(fā)，既提高了塔的通過能力和分離效能又保持了壓降小、性能穩(wěn)定等特點。因此，填料塔已經(jīng)被推廣到大型氣、液操作中，在某些場合還代替了傳統(tǒng)的板式塔。如今，直徑幾米甚至幾十米的大型填料塔在工業(yè)上已非罕見。隨著對填料塔的研究和開發(fā)，性能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工業(yè)生產(chǎn)中。</p><p>　　綜合

11、考察各分離吸收設備中以填料塔為代表，填料塔技術(shù)用于各類工業(yè)物系的分離,雖然設計的重點在塔體及塔內(nèi)件等核心部分,但與之相配套的外部工藝和換熱系統(tǒng)應視具體的工程特殊性作相應的改進。例如在DMF回收裝置的擴產(chǎn)改造項目中,要求利用原常壓塔塔頂蒸汽,工藝上可以在常壓塔及新增減壓塔之間采用雙效蒸餾技術(shù),達到降低能耗、提高產(chǎn)量的雙重效果；在硝基氯苯分離項目中，改原多塔精餾、兩端結(jié)晶工藝為單塔精餾、兩端結(jié)晶流程,并對富間硝基氯苯母液進行精餾分離,獲得9

12、9%以上的間硝基氯苯,既提高產(chǎn)品質(zhì)量,又取得了降低能耗的技術(shù)效果。</p><p>　　過程的優(yōu)缺點：分離技術(shù)就是指在沒有化學反應的情況下分離出混合物中特定組分的操作。這種操作包括蒸餾，吸收，解吸，萃取，結(jié)晶，吸附，過濾，蒸發(fā)，干燥，離子交換和膜分離等。利用分離技術(shù)可為社會提供大量的能源，化工產(chǎn)品和環(huán)保設備，對國民經(jīng)濟起著重要的作用。為了使填料塔的設計獲得滿足分離要求的最佳設計參數(shù)(如理論板數(shù)、熱負荷等)和最優(yōu)操

13、作工況(如進料位置、回流比等),準確地計算出全塔各處的組分濃度分布(尤其是腐蝕性組分)、溫度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分離技術(shù)。而且,20世紀80年代以來,以高效填料及塔內(nèi)件為主要技術(shù)代表的新型填料塔成套分離工程技術(shù)在國內(nèi)受到普遍重視。由于其具有高效、低阻、大通量等優(yōu)點,廣泛應用于化工、石化、煉油及其它工業(yè)部門的各類物系分離。</p><p>　　氨是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，但是其強烈的刺激

14、性氣味對于人體健康和大氣環(huán)境都會造成破壞和污染， 氨對接觸的皮膚組織都有腐蝕和刺激作用，可以吸收皮膚組織中的水分，使組織蛋白變性，并使組織脂肪皂化，破壞細胞膜結(jié)構(gòu)。氨的溶解度極高，所以主要對動物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，常被吸附在皮膚粘膜和眼結(jié)膜上，從而產(chǎn)生刺激和炎癥?？陕楸院粑览w毛和損害粘膜上皮組織，使病原微生物易于侵入，減弱人體對疾病的抵抗力。氨通常以氣體形式吸入人體，氨被吸入肺后容易通過肺泡進入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞

15、運氧功能。進入肺泡內(nèi)的氨，少部分為二氧化碳所中和，余下被吸收至血液，少量的氨可隨汗液、尿液或呼吸排出體外。　　短期內(nèi)吸入大量氨氣后會出現(xiàn)流淚、咽痛、咳嗽、胸悶、呼吸困難、頭暈、嘔吐、乏力等。若吸入的氨氣過多，導致血液中氨濃度過高，就會通過三叉神經(jīng)末梢的反射作用而引起心臟的停搏和呼吸停止，危及生命?！　￠L期接觸氨氣，部分人可能會出現(xiàn)皮膚色素沉積或手指潰瘍等癥狀；氨氣被呼入肺后容易通過肺泡進入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞運氧功能。短期內(nèi)吸

16、入大量氨氣后可出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、痰帶血絲、胸悶、呼吸困難</p><p>　　因此，為了避免化學工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對于工業(yè)尾氣中的氨氣進行吸收，本次課程設計的目的是根據(jù)設計要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有氨氣的工業(yè)尾氣，使其達到排放標準。設計采用填料塔進行吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液傳質(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而

17、使吸收過程易于進行，而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，從而可以使吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。</p><p>　　利用混合氣體中各組分在同一種液體(溶劑)中溶解度差異而實現(xiàn)組分分離的過程稱為氣體吸收。氣體吸收是一種重要的分離操作，它在化工生產(chǎn)中主要用來達到以下幾種目的。(1)分離混合氣體以獲得一定的組分。(2)除去有害組分以凈化氣體。(3)制備某種氣體的溶液。一個完整的吸收分離

18、過程，包括吸收和解吸兩個部分。典型過程有單塔和多塔、逆流和并流、加壓和減壓等。</p><p><b>　　2設計方案的確定</b></p><p>　　2.1吸收劑的選擇 </p><p>　　吸收過程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解來實現(xiàn)的，因此，吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇吸收劑時應著重考慮以下幾方面。</p&

19、gt;<p>　　(1)溶解度 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的用量。</p><p>　　(2)選擇性 吸收劑對溶質(zhì)組分要有良好的吸收能力，而對混合氣體中其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實現(xiàn)有效分離。</p><p>　　(3)揮發(fā)度要低 操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)損失。</p><p

20、>　　(4)黏度 吸收劑在操作溫度下的黏度越低，其在塔內(nèi)的流動性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。</p><p>　　(5)其他 所選用的吸收劑應盡可能滿足無毒性、無腐蝕性，不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得以及化學性質(zhì)穩(wěn)定等要求。</p><p>　　吸收劑對溶質(zhì)的組分要有良好地吸收能力，而對混合氣體中的其他組分不吸收，且揮發(fā)度要低。所以本設計選擇用清水作吸收劑，氨氣為吸收

21、質(zhì)。水廉價易得，物理化學性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對吸收劑的基本要求。且氨氣不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?lt;/p><p>　　2.2流程選擇及流程說明</p><p>　　吸收裝置的流程主要有以下幾種：</p><p>　　(1)逆流操作 氣相自塔底進入由塔頂排出，液相自塔頂進入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點是傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，

22、吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多用逆流操作。</p><p>　　(2)并流操作 氣、液兩相均從塔頂流向，此即并流操作。并流操作的特點是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常用于以下情況：當吸收過程的平衡曲線較平坦時，流向?qū)ν苿恿τ绊懖淮?；易溶氣體的吸收或處理的氣體不需吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。</p><p>　　(3)吸收劑部分再循環(huán)操作

23、在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排除液體的一部分冷卻后與補充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以下操作：當吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度;對于非等溫吸收過程，為控制塔內(nèi)的溫升，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平衡常數(shù)m值很小的情況，通過吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。應當指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動力要低，且需設置循環(huán)泵，操作費用增加。</p><p>　

24、　(4)多塔串聯(lián)操作 若設計的填料層高度過大，或由于所處理物料等原因需經(jīng)常清理填料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個串聯(lián)的塔內(nèi)，每個吸收塔通過的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作。此種操作因塔內(nèi)需留較大空間，輸液、噴淋、支撐板等輔助裝置增加，使設備投資加大。</p><p>　　串聯(lián)-并聯(lián)混合操作 若吸收過程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內(nèi)的噴淋密度過大，操作氣速勢必很?。ǚ駝t易引起塔的液泛），

25、塔的生產(chǎn)能力很低。實際生產(chǎn)中可采用氣相作串聯(lián)、液相作并聯(lián)的混合流程；若吸收過程處理的液量不大而氣相流量很大時，可采用液相作串聯(lián)、氣相作并聯(lián)的混合流程。</p><p>　　列出幾種常見的吸收過程如圖2.1。</p><p>　　并流 （b）逆流</p><p>　　圖2.1 吸收流程 </p><p>　　用

26、水吸收NH3屬高溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率和分離效率，所以，本設計</p><p><b>　　選用逆流吸收流程。</b></p><p>　　該填料塔中，氨氣和空氣混合氣體，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進入填料塔中，與從填料塔頂流下的水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排除，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。</p><p>

27、;<b>　　2.3塔填料選擇 </b></p><p>　　塔填料（簡稱為填料）是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣、液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，其性能優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面積越大，氣液分布也就越均勻，傳質(zhì)效率也越高，它與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。因此，填料的選擇是填料塔設計的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　塔填料的選擇包括確定填料的種類、

28、規(guī)格及材料。填料的種類主要從傳質(zhì)效率、通量、填料層的壓降來考慮，填料規(guī)格的選擇常要符合填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d。</p><p>　　2.3.1填料性能評價</p><p>　　填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]一下幾個方面:</p><p>　　(1)傳質(zhì)效率 傳質(zhì)效率即分離效率，它有兩種表的方法：一是以理論級進行計算的表示方法，以每個理論級當

29、量的填料層高度表示，即HETP值；另一方面是以傳質(zhì)速率進行計算的表示方法，以每個傳質(zhì)單元相當高度表示，即HTU值。在滿足工藝要求的前提下，應選用傳質(zhì)效率高，即HEYP(或HTU值)低的填料。對于常用的工業(yè)填料，其HEYP(或HTU值)可由有關(guān)手冊或文獻中查到，也可以通過一些經(jīng)驗公式來估算。</p><p>　　(2)通量 在相同的液體負荷下，填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大，則通量愈大，塔的處理能力亦越大。因

30、此在選擇填料種類時，在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。對于大多數(shù)常用填料其泛點氣速或氣相動能因子可由有關(guān)手冊或文獻中查到，也可以通過一些經(jīng)驗公式來估算。</p><p>　　(3)填料層的壓降 填料層的壓降是填料的主要應用性能，填料層的壓降越低，動力消耗越低，操作費用越小。選擇低壓降的填料對熱敏性物系的分離尤為重要。比較填料的壓降。</p><p>

31、;　　(4)填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等。所選填料應具有較大的操作彈性，以保證塔內(nèi)氣、液負荷發(fā)生波動時維持操作穩(wěn)定。</p><p>　　同時，還應具有一定的抗污堵、抗熱敏能力，以適應物料的變化及塔內(nèi)溫度變化。</p><p>　　此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修。</p><p>　　2.3.2裝填類型選擇 </

32、p><p>　　填料種類很多，根據(jù)填料方式不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。</p><p><b>　　1、散裝填料</b></p><p>　　散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。現(xiàn)介紹幾種典型的散裝

33、填料。</p><p>　　(1)拉西環(huán)填料。其結(jié)構(gòu)為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)速率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已很少用了。</p><p>　　(2)鮑爾環(huán)填料。鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎上改進而得。其結(jié)構(gòu)為在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相

34、搭，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣體阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，其通量可增加50%左右。鮑爾環(huán)是目前應用較廣的填料之一。</p><p>　　(3)階梯環(huán)填料。階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加

35、了填料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的間隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。</p><p>　　(4)弧鞍填料?；“疤盍蠈侔靶翁盍系囊环N，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質(zhì)材料制成?；“疤盍系奶攸c是表面全部敞開，不分內(nèi)外，液體在表面來那個側(cè)均勻的流動，

36、表面利用率高，流道呈弧形，流動阻力小。其缺點是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，使傳質(zhì)效率降低。弧鞍填料強度較差，容易破碎，工業(yè)生產(chǎn)應用不多。</p><p>　　(5)矩鞍填料。將弧鞍填料兩端的弧形面改成矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時不會套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前國內(nèi)絕大多數(shù)應用瓷拉西環(huán)的場合，均已被矩鞍填料所取代。</p>

37、<p>　　(6)環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點而設計出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，是工業(yè)應用最為普遍的一種金屬散裝填料。下圖為幾種實體填料：</p><p>　　拉西環(huán) 鮑爾環(huán) 階梯環(huán) 弧鞍形填料

38、 矩鞍形填料</p><p>　　圖2.2 幾種實體填料</p><p><b>　　2、規(guī)整填料</b></p><p>　　規(guī)整填料是按一定的幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。工業(yè)上應用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料。波紋填料按結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，可

39、用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。</p><p>　　金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，是由金屬絲網(wǎng)制成的。其特點是壓降低、分離效率高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價高，但因性能優(yōu)良仍得到廣泛使用。</p><p>　　金屬板波紋填料是板波紋填料的主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多的小孔，可起到粗分配板片上的液體，加強橫

40、向混和作用。波紋板片上軋成細小溝紋，可起到細分配板片上的液體、增強表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別適用于大氣直徑塔及氣、液負荷較大的場合。</p><p>　　波紋填料的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大。其缺點是不適用于處理黏度大、易聚合或有懸浮物的材料，且裝卸、清理困難，造價高。</p><p>　　綜上所述，經(jīng)分析各填料特點、性能，

41、本課設選擇散裝鮑爾環(huán)填料。</p><p>　　2.3.3填料材質(zhì)的選擇</p><p>　　工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類.</p><p>　　(1)陶瓷填料。陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的常見的各種無機酸、有機酸的腐蝕，對強堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料。</p><p>　　陶瓷填

42、料因其質(zhì)脆、易碎，不易在高沖擊強度下使用。陶瓷填料價格便宜，具有很好的表面潤濕性，工業(yè)上，主要用于氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程。</p><p>　　(2)金屬填料。金屬填料可用多種材質(zhì)制成，金屬材料的選擇主要根據(jù)物系的腐蝕性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來綜合考慮。碳鋼填料造價低，且具有良好的表面濕潤性能，對于無腐蝕或低腐蝕性物系應優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強，一般能耐以外常見物系的腐蝕，但其造價較高；鈦材、

43、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價級高，一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用。</p><p>　　金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)（0.2~0.1mm），與同種類型、同種規(guī)格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強度下使用，工業(yè)應用主要以金屬填料為主。</p><p>　　(3)塑料填料。塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，國內(nèi)一般多采

44、用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在100℃以下使用。聚丙烯填料在低溫（低于0℃）時具有冷脆性，在低于0℃的條件下使用要謹慎，可選用耐低溫性能好的聚氯乙烯填料。</p><p>　　塑料填料具有輕質(zhì)、廉價、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點是表面潤濕性能較差，在某些特殊應用場合，需要對其表面進行處理，以提高表

45、面潤濕性能。所以本次課設選用聚丙烯填料。</p><p>　　2.3.4填料規(guī)格的選擇</p><p>　　通常，散裝填料與規(guī)整填料的規(guī)格標示方法不同，選擇地方法亦不盡相同。</p><p>　?、偕⒀b填料規(guī)格的選擇。散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公稱直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效

46、率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小塔徑中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。</p><p>　　本課設處理量不大，所用的塔直徑不會太大，可選用50mm。</p><p>　　②規(guī)整填料規(guī)格的選擇。工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內(nèi)習慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格。同

47、種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也明顯增加。選用時應從分類要求、通量要求、場地要求、物料性質(zhì)及設備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足工藝要求，又具有經(jīng)濟合理性。</p><p>　　應當指出，一座填料塔可以選用同種類型、同一規(guī)格的填料，也可以使用同種類型、不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段

48、可選用散裝填料。</p><p>　　綜上所述選用50mm聚丙烯鮑爾環(huán)填料，其主要性能參數(shù)查表2.1得：</p><p>　　比表面積a：100 </p><p><b>　　空隙率：0.917</b></p><p>　　干填料因子at：130m-1 </p><p

49、>　　國內(nèi)鮑爾環(huán)特性數(shù)據(jù)見表2.1。</p><p>　　表2.1 國內(nèi)鮑爾環(huán)特性數(shù)據(jù)</p><p><b>　　3 工藝計算</b></p><p>　　3.1物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成</p><p>　　空氣和水的物性常數(shù)(20)如下：</p><p><b&g

50、t;　　空氣：</b></p><p><b>　　水：</b></p><p>　　表面張力為：σL=72.6 dyn/cm=940896 kg/h2</p><p>　　已知20下氨在水中的溶解度系數(shù)</p><p>　　亨利系數(shù) </p><p><b>

51、　　相平衡常數(shù)</b></p><p><b>　　E——亨利系數(shù)</b></p><p><b>　　H——溶解度系數(shù)</b></p><p>　　Ms——相對摩爾質(zhì)量</p><p><b>　　m——相對平衡常數(shù)</b></p><p>

52、;<b>　　進塔氣相摩爾比為：</b></p><p><b>　　出塔氣相摩爾比為：</b></p><p>　　對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為：(清水)</p><p>　　混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：</p><p><b>　　混合氣體流量：</b></p&g

53、t;<p><b>　　惰性氣體流量：</b></p><p><b>　　最小液氣比：</b></p><p>　　取實際液氣比為最小液氣比的1.4倍，則可得吸收劑用量為：</p><p>　　V——單位時間內(nèi)通過吸收塔的惰性氣體量，kmol/s;</p><p>　　L——單位時間

54、內(nèi)通過吸收塔的溶解劑，kmol/s;</p><p>　　Y1、Y2——分別為進塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;</p><p>　　X1、X2——分別為進塔及出塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;</p><p><b>　　液氣比 </b></p><p>　　經(jīng)計算該吸收過程為低濃度吸

55、收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)?；旌蠚怏w的黏度可近似取為空氣的黏度。</p><p><b>　　3.2塔徑計算</b></p><p><b>　　混合氣體的密度 </b></p><p>　　采用?？颂胤狐c關(guān)聯(lián)式計算泛點速度：</p><p><b>　　氣體質(zhì)量流量：&

56、lt;/b></p><p>　　液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即：</p><p><b>　　填料總比表面積：</b></p><p><b>　　水的黏度</b></p><p>　　Eckert通用關(guān)聯(lián)圖橫坐標為</p><p>　　查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖得&

57、lt;/p><p>　　查表（散裝填料泛點填料因子平均值）得</p><p>　　μF——泛點氣速，m/s；</p><p>　　g——重力加速度，9．81m/s2</p><p>　　at——填料總比表面積，m2／m3</p><p>　　ρV,ρL——氣相、液相密度，k/m3；</p><p>

58、　　μL——液體粘度，mPa·s;</p><p>　　取泛點率為0.6，即</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　D——塔徑，m；</b></p><p>　　V——操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s ;</p><p>　　

59、——空塔氣速，即按空塔截面積計算的混合氣體線速度，m/s. </p><p>　　圓整后取 D=0.6m（常用的標準塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）</p><p><b>　　泛點率校核：</b></p><p>　?。▽τ谏⒀b填料，其泛點率的經(jīng)驗值為）</p

60、><p>　　填料規(guī)格校核： </p><p><b>　　液體噴淋密度校核：</b></p><p><b>　　取最小潤濕速率為：</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。</

61、p><p>　　3.3填料層高度計算</p><p>　　查表知， 0，101.3 下，在空氣中的擴散系數(shù)</p><p><b>　　由，</b></p><p>　　則293，101.3下，在空氣中的擴散系數(shù)為 </p><p><b>　　液相擴散系數(shù)</b><

62、/p><p><b>　　液體質(zhì)量通量為</b></p><p><b>　　氣體質(zhì)量通量為</b></p><p><b>　　脫吸因數(shù)為</b></p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：</p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：&

63、lt;/p><p>　　不同材質(zhì)的бc值見表3.2</p><p>　　3.2 不同材質(zhì)的бc值</p><p><b>　　查表知，</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　氣膜吸收系數(shù)由下式計算：</p><p>　　液

64、膜吸收系數(shù)由下式計算：</p><p>　　表3.3 各類填料的形狀系數(shù)</p><p><b>　　查表3.2得：</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　由 得，</b></p><p><b>　　

65、則 </b></p><p>　　——氣膜體積吸收系數(shù)，；</p><p>　　——液膜體積吸收系數(shù)，；</p><p><b>　　由 </b></p><p>　　HOG——氣相傳質(zhì)單元高度，m</p><p><b>　　——塔截面積，m2</b></

66、p><p><b>　　由 </b></p><p>　　Z——填料層高度，m</p><p>　　設計取填料層高度為：</p><p><b>　　對于鮑爾環(huán)填料，</b></p><p>　　將填料層分為4段設置，每段4m，每兩段間設置一個液體再分布器。</p>

67、<p>　　3.4填料層壓降計算</p><p>　　采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降</p><p><b>　　橫坐標為：</b></p><p><b>　　已知：</b></p><p><b>　　縱坐標為：</b></p><

68、p>　　圖3.1通用壓降關(guān)聯(lián)圖</p><p><b>　　查圖3.1得，</b></p><p><b>　　填料層壓降為：</b></p><p><b>　　3.5液體分布裝置</b></p><p>　　液體分布器的作用：液體分布裝置設于填料層頂部，用于將塔頂液體

69、均勻分布在填料表面上，液體的分布裝置性能對填料塔效率影響很大，特別是大直徑、低填料層的填料塔，尤其需要性能良好的液體分布裝置。</p><p>　　由于液體在填料塔內(nèi)分布均勻，可以增大填料的潤濕表面積，以提高分離效果。因此，液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏埽潜ＷC填料塔達到預期分離效果的重要條件。從噴淋密度考慮，應保證每60的塔截面上約有一個噴淋點，這樣，可以防止塔內(nèi)壁流和溝流現(xiàn)象.</p><p&g

70、t;　　常用的液體分布裝置有蓮蓬式、盤式、齒槽式及多孔管式分布器等。</p><p>　　蓮蓬式噴淋器:液體經(jīng)半球形噴頭的小孔噴出。小孔直徑為3~10m，做同心圓排列，噴灑角不超過。這種噴淋器結(jié)構(gòu)簡單，但只適用于直徑小于600mm的塔中，且小孔易堵塞。</p><p>　　盤式分布器:盤低開有篩孔的稱為塞孔式，盤底裝有垂直短管的稱為溢流管式。液體加至分布盤上，經(jīng)篩孔或溢流短管流下。篩孔式的

71、 液體分布效果好，而溢流管式自由截面積較大，且不易堵塞。盤式分布器常用于直徑較大的塔中，基本可保證液體分布均勻，但其制造較麻煩。 </p><p>　　齒槽式分布器:液體先經(jīng)過主干齒槽向其下個條形做第一級分布，然后再向填料層上面分布。這種分布自由截面積大，不易堵塞，多用于直徑較大的填料塔。</p><p>　　多孔環(huán)管式分布器:由多孔圓形盤管、聯(lián)接管及中央進料管組成。這種分布器

72、氣體阻力小，特別使用于液量小而氣量大的填料吸收塔。</p><p>　　液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏埽潜ＷC填料塔達到預期分離效果的重要條件。</p><p>　　近年來的實踐表明，大直徑填料塔的放大問題主要是保證液體初始分布均勻，若能保證單位塔截面的噴淋點數(shù)目與小塔相同，大型填料塔的傳質(zhì)效率將不會低于小型塔。</p><p>　　液體分布裝置的安裝位置，須高于填料層表

73、面200mm,以提供足夠的自由空間，讓上升氣流不受約束地穿過分布器。根據(jù)氨氣易溶解的性質(zhì)，可選用目前應用較為廣泛的多孔型布液裝置中的排管式噴淋器。多孔型布液裝置能提供足夠均勻的液體分布和空出足夠大的氣體通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆結(jié)構(gòu)。</p><p>　　液體引入排管噴淋器的方式采用液體由水平主管一側(cè)引入，通過支管上的小孔向填料層噴淋。</p><p>　　排管式

74、噴淋器采用塑料制造。</p><p><b>　　分布點密度計算：</b></p><p>　　為了使液體初始分布均勻，原則上應增加單位面積上的噴淋點數(shù)。但是，由于結(jié)構(gòu)的限制，不可能將噴淋點設計得很多。根據(jù)Eckert建議，當時，噴淋點密度為246點/，因該塔液相負荷較大，設計去噴淋點密度為246點/。</p><p><b>　　則

75、總布液點數(shù)為：</b></p><p><b>　　布液計算：</b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　取，</b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　

76、3.6液體再分布裝置</p><p>　　實踐表明，當噴淋液體沿填料層向下流動時，不能保持噴淋裝置所提供的原始均勻分布狀態(tài)，液體有向塔壁流動的趨勢。因而導致壁流增加、填料主體的流量減小、塔中心的填料不被潤濕，影響了流體沿塔橫截面分布的均勻性，降低傳質(zhì)效率。所以，設置再分布裝置是十分重要的。液體分布器分為截錐形再分布器、邊圈槽型再分布器、改進截錐形再分布器,見圖3.2?？蛇x用多孔盤式再分布器。分布盤上的孔數(shù)按噴淋點

77、數(shù)確定，孔徑為2.67mm。為了防止上一填料層來的液體直接流入升氣管，應在升氣管上設帽蓋。</p><p>　　圖3.2（a）、（b）為兩種截錐式再分布器。其中（a）型是將截錐體固定在塔壁上，其上下均可裝滿填料，錐體不占空間，是最簡單的一種。（b）型是在截錐上方設支承板，截錐以下隔一段距離再放填料，需分段卸出填料時可用此型。</p><p>　　截錐體與塔壁的夾角一般取為35-400，截錐

78、下口直徑D1=（0.7～0.8）D。</p><p>　　截錐型再分布器適于直徑800mm以下的塔應用。</p><p>　　圖3.2（c）為邊圈槽形再分布器。壁流液匯集于邊圈槽中，再由溢流管引入填料層。邊槽寬度為50～100mm，可依塔徑大小選取，溢流管直徑為16～32mm，一般取3～4根溢流管。此型結(jié)構(gòu)簡單，氣體通過截面較大，可用于300～1000mm直徑的塔中，其缺點是噴灑不夠均勻。

79、</p><p>　　圖3.2（d）為改進形分配錐，此型既改善了液體分布情況，又有較大的自由截面積，適用于600mm以下塔徑。</p><p>　　綜上所述，本設計選用邊圈槽形再分布器，邊槽寬度為70mm，溢流管直徑為25mm。</p><p>　?。╝）、（b）截錐式 （c）邊圓槽形 （d）改進截錐式</p&g

80、t;<p>　　圖3.2 常用液體再分布器</p><p><b>　　3.7填料支撐裝置</b></p><p>　　填料支承裝置用于支承塔填料及其所持有的氣體、液體的質(zhì)量，同時起著氣液流道及氣體均布作用。故在 設計支承板是應滿足下列三個基本條件：（1）自由截面與塔截面之比不小于填料的空隙率；（2）要有足夠的強度承受填料重量及填料空隙的液體；（3）要有

81、一定的耐腐蝕性。</p><p>　　用豎扁鋼制成的柵板作為支承板最為常用，如圖3.3中的（a）。柵板可以制成整塊或分塊的。一般當直徑小于500mm時可制成整塊；直徑為600～800mm時，可以分成兩塊；直徑在900～1200mm時，分成三塊；直徑大于1400mm時，分成四塊；使每塊寬度約在300～400mm之間，以便拆裝。</p><p>　　柵板條之間的距離應約為填料環(huán)外徑的0.6～0

82、.7。在直徑較大的塔中，當填料環(huán)尺寸較小的，也可采用間距較大的柵板，先在其上布滿尺寸較大的十字分隔瓷環(huán)，再放置尺寸較小的瓷環(huán)。這樣，柵板自由截面較大，如圖3.3（c）所示。</p><p>　　當柵板結(jié)構(gòu)不能滿足自由截面要求時，可采用如圖3.3（b）所示的升氣管式支承板。氣相走升氣管齒縫，液相由小孔及縫底部溢流而下。這類支承板，有足夠齒縫時，氣相的自由截面積可以超過整個塔德橫截面積，所以絕不會在此造成液泛。<

83、;/p><p>　　本設計塔徑D=600mm，采用結(jié)構(gòu)簡單、自由截面較大、金屬耗用量較小，由豎扁鋼制成的柵板作為支承板，將其分成兩塊，柵板條之間的距離約為24.7mm。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支承，以取得較大的孔隙率。由于采用的是φ50mm的填料，所以可用φ75mm的十字環(huán)。</p><p>　?。╝）柵板

84、 （b）升氣管式 （c）十字隔板環(huán)層</p><p>　　圖3.3 填料支承板</p><p>　　塔徑，設計柵板由2塊組成。且需要將其擱置在焊接于塔壁的支持圈或支持塊上。分塊式柵板，每塊寬度為300mm，每塊重量不超過700N，以便從人孔進行裝卸。</p><p>　　3.8.流體進出口流差</p><p&

85、gt;　　填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布，對500mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成450向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴大器，或采用其它均布氣流的裝置。</p><p>　　氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對除沫要求高時

86、可采用旋流板除霧器。由于本設計對排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴，可不設除液沫裝置。</p><p>　　為防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。</p><p>　　常壓塔氣體進出口管氣速可取10～20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口管氣速可取0.8～1.5m/s（必要時可加大些）。管徑依所選氣速決定后，應按標準管規(guī)格進行圓整，并規(guī)定其厚度。</p>

87、<p>　　氣體進氣口氣速取15m/s，液體進液口流速取1.2m/s</p><p>　　氣體進出口管直徑： </p><p>　　液體流量： </p><p>　　液體進出口管直徑： </p><p>　　按標準管規(guī)格進行圓整后得，氣體進口出管直徑D1=224.38mm，厚度為9mm &

88、lt;/p><p>　　液體進出管直徑D2=21.21mm，厚度為4mm。</p><p>　　設計位于塔底的進氣管時，主要考慮兩個要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時，本裝置由于直徑較小，可采用簡單的進氣分布裝置。由于對排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴，可不設除液沫裝置。</p><p><

89、;b>　　4 設計一覽表</b></p><p>　　經(jīng)上述論述和計算得填料吸收塔設計一覽表（見表4.1）</p><p>　　表4.1 填料吸收塔設計一覽表</p><p><b>　　5對本設計的評述</b></p><p>　　歷時三個星期的化工原理課程設計結(jié)束了，在這個課程設計過程當中，我們綜合

90、地運用了我們所學習過的流體力學，吸收等方面的化工基礎知識，設計了一款可應用于吸收氨的填料塔。在為期三周的課程設計當中我感觸最深的便是實踐聯(lián)系理論的重要性，當遇到實際問題時，只要認真思考，用所學的知識，再一步步探索，是完全可以解決遇到的一般問題的。這次的課程設計內(nèi)容包括工藝流程的設計，塔板結(jié)構(gòu)的設計，數(shù)據(jù)的校驗。目的主要是使我們對化學工藝原理有一定的感性和理性認識；對水吸收氨等方面的相關(guān)知識做進一步的理解；培養(yǎng)和鍛煉我們的思維實踐能力，使

91、我們的理論知識與實踐充分地結(jié)合，做到不僅具有專業(yè)知識，而且還具有較強的實踐能力，能自主分析問題和解決問題。</p><p>　　在大一和大二我們學的都是一些理論知識，而這一次的課程設計更多的是要我們?nèi)W會運用理論知識思考。好多東西看起來十分簡單，一看結(jié)構(gòu)圖都懂，但它在實際設計中就是有許多要注意的地方，有些東西也與你的想象不一樣，我們這次的課程設計就是要我們跨過這道實際和理論之間的鴻溝。</p>&l

92、t;p>　　在設計的過程當中，有很多數(shù)據(jù)設計出來不一定能如人意，有些要反復試算很多遍，很能考驗耐性。有些人可能會為了美觀或省事而在圖上面改數(shù)據(jù)或者采用跟計算不一致的畫法，但是本人認為，應當實事求是，該是怎樣的就怎么樣。畢竟這是一個訓練的過程，如果我們都不抱著實事求是的態(tài)度的話，那么這個訓練的意義就沒有那么大了。整個設計的過程絕大部分數(shù)據(jù)都是有書可查，有標準可參照的。</p><p>　　三周的課程設計雖然短

93、暫而勞累，但卻給我以后的道路指出一條明路，那就是思考著做事，將事半功倍。我做事的心態(tài)也得到磨練，也改變了很多不良的習慣，這就是此次課程設計最大的的收獲吧。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]匡國柱,史啟才,化工單元過程及設備課程設計[M].化學工業(yè)出版社 :197-234</p><p>　　[2]路秀林,

94、王者相,塔設備[M].化學工業(yè)出版社</p><p>　　[3] 姚玉英，陳常貴，劉邦孚，等.化工原理[M].第1版.天津科學技術(shù)出版社，</p><p>　　2006：71-195</p><p>　　[4]馬江權(quán),化工原理課程設計[M].北京市:中國石化出版社.2009</p><p>　　[5]涂偉萍，陳佩珍，程達芳，等.化工過程及設備

95、設計[M].第1版.化學工業(yè)出版社， </p><p>　　2000：79-114</p><p>　　[7] 陳英南，劉玉蘭.常用化工單元設備的設計[M].第1版.華南理工大學出版社，</p><p>　　2005：66-94</p><p>　　附圖 填料塔總體結(jié)構(gòu)簡圖</p><p