1、精品化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目填料吸收塔設(shè)計(jì) 151、設(shè)計(jì)方案簡介：對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備進(jìn)行簡要論述；2、主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算：物料衡算、能量衡算、工藝參數(shù)的選定、填料塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算；主要內(nèi)容3、輔助設(shè)備的選型4、繪流程圖：以單線圖的形式描繪，標(biāo)出主體設(shè)備和輔助設(shè)備的物料方向、物流量、能流量。5、吸收塔的設(shè)備工藝條件圖6、編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書用清水吸收空氣中的NH 3 氣體，混合氣體處理量 5000m 3/h ，其中NH 3 含量為 0.14kg/m 3 干空氣（標(biāo)態(tài)），干空氣溫度為 25 ，相對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)濕度為 70% ，要求凈化氣中NH 3 含量不超過 0.0

2、7% （體積分?jǐn)?shù)），氣體入口溫度 40 ，入塔吸收劑中不含NH 3 ，水入口溫度 30 。布置任務(wù)，學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，其它準(zhǔn)備 0.5 天主要工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 2.5 天設(shè)計(jì)計(jì)劃輔助設(shè)備選型計(jì)算繪制工藝流程圖 1.0 天進(jìn)度繪制主要設(shè)備工藝條件圖 1.0 天編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（考核） 1.0 天合計(jì)：（1 周） 6.0天-可編輯-精品1. 化工原理課程設(shè)計(jì)，賈紹義等編， 天津大學(xué)出版社， 2002.08 2.化工原理（上、下冊），夏清，陳常貴主編，天津大學(xué)出版社，2005.013. 化工原理課程設(shè)計(jì)，大連理工大學(xué)編， 大連理工大學(xué)出版社，1994.074.化工工藝設(shè)計(jì)手冊（第三版）（上、下冊），

3、化學(xué)工業(yè)出版社，主要參考2003.08文獻(xiàn)5.化學(xué)工程手冊（第二版）（上、下卷），時(shí)鈞等主編，化學(xué)工業(yè)出版社， 1998.116.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，董大勤編，化學(xué)工業(yè)出版社，2003.017.化工數(shù)據(jù)導(dǎo)引，王福安主編，化工出版社，1995.108.化工工程制圖，魏崇光等主編，化學(xué)工業(yè)出版社1994.059.現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南，王樹楹主編，中國石化出版社， 1998.081.設(shè)計(jì)說明書不得少于7000 字， A4 幅面；設(shè)計(jì)文件2.工藝流程圖為 A2 幅面；要求3.設(shè)備工藝條件圖為A3 幅面；備注目錄 3 4 4 5-可編輯-精品152537 111112 12 3. 144.165. 176.

4、197. 208.219.222323242425一 前言在石油化工、食品醫(yī)藥及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，塔設(shè)備屬于使用量大應(yīng)用面廣的重要單元設(shè)備。塔設(shè)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(shè)備的研究一直是國內(nèi)外學(xué)者普遍關(guān)注的重要課題。-可編輯-精品在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個(gè)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(jìn)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(dá)到分離的目的。塔設(shè)備按其結(jié)構(gòu)形式基本上可

5、分為兩類：板式塔和填料塔。以前在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)處理量大時(shí)多用板式塔，處理量小時(shí)采用填料塔。近年來由于填料塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，新型的、高負(fù)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(diǎn)。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(duì)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。氨是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，但是其強(qiáng)烈的刺激性氣味對(duì)于人體健康和大氣環(huán)境都會(huì)造成破壞和污染，氨對(duì)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

6、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。氨的溶解度極高，所以主要對(duì)動(dòng)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(duì)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(jìn)入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞運(yùn)氧功能。進(jìn)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(huì)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(dǎo)致血液中氨濃度過高，就會(huì)通過三叉神經(jīng)-可編輯-精品末梢的反射作用而引起心臟的停搏和呼吸停止，危及生命。因此

7、，吸收空氣中的氨，防止氨超標(biāo)具有重要意義。本次課程設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有氨氣的空氣。設(shè)計(jì)采用填料塔進(jìn)行吸收操作是因?yàn)樘盍峡梢蕴峁┚薮蟮臍庖簜髻|(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況， 從而使吸收過程易于進(jìn)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(diǎn)，從而可以使吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。二 設(shè)計(jì)任務(wù)完成填料塔的工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型，繪制吸收系統(tǒng)的工藝流程圖和填料塔裝置圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。三 設(shè)計(jì)條件查表知，25 C 下水的飽和蒸氣壓為3.169KPa ，干空氣的密度為 1.185kg/m3 ，20C 下氨氣的密度

8、為 0.7601kg/m 3 。水蒸氣的飽和分壓為： PVPS3.169 0.72.2183 KPa0.622PV0.6222.21830.01393 kg水汽 / kg 絕干氣濕空氣的濕度： HPV101.32.2183PvH1H22.4 273 t 101.32918273101.310.013932981濕空氣的比體積：291822.42730.8621m3濕空氣 / kg絕干氣1m3 濕空氣11.1850.9789m3干空氣0.86211m3 干空氣11.0216m3濕空氣0.97891.0216 273標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下， 1m3 干空氣0.9359m3濕空氣298-可編輯-精品氨氣的體積分

9、數(shù)0.14=100% 19.68%0.76010.93590.19680.0007100% 99.64%回收率 =0.1968綜上所述，本課程設(shè)計(jì)中填料塔的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：1 、氣體混合物成分：空氣和氨氣；2 、氨的含量： 19.68 （體積）；3 、混合氣體流量： 5000m 3/h ；4 、操作溫度： 303K ；5 、混合氣體壓力： 101.3KPa ；6 、回收率： 99.64 。四 設(shè)計(jì)方案4.1 吸收劑的選擇吸收過程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解來實(shí)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(shí)應(yīng)著重考慮以下幾方面。(1) 溶解度 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解

10、度要大， 以提高吸收速率并減少吸收劑的用量。(2) 選擇性 吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分要有良好的吸收能力，而對(duì)混合氣體中其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實(shí)現(xiàn)有效分離。(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。(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(dòng)性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。(5) 其他 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能滿足無毒性、無腐蝕性，不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。-可編輯-精品吸收劑對(duì)溶質(zhì)的組分要有良好地吸收能力，而對(duì)混合氣體中的其他組分不吸收，且揮發(fā)度要低。所以本課程設(shè)計(jì)選擇用清水作吸收劑，

11、氨氣為吸收質(zhì)。水廉價(jià)易得，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對(duì)吸收劑的基本要求。且氨氣不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?.2 流程選擇及流程說明吸收裝置的流程主要有以下幾種：（1 ）逆流操作氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多用逆流操作。（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(diǎn)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(dāng)吸收過程的平衡曲線較平坦時(shí)，流向?qū)ν苿?dòng)力影響不大；易溶氣體的吸收或處理的氣體不需吸收很完全；吸收

12、劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。（3 ）吸收劑部分再循環(huán)操作在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排除液體的一部分冷卻后與補(bǔ)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(dāng)吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度；對(duì)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(yīng)當(dāng)指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動(dòng)力要低，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用增加。（4 ）多塔串聯(lián)操作若設(shè)計(jì)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(gè)串聯(lián)的塔內(nèi)，每個(gè)吸收塔通過

13、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-可編輯-精品板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。（5 ）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），塔的生產(chǎn)能力很低。實(shí)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(shí)，可采用液相作串聯(lián)、氣相作并聯(lián)的混合流程。列出幾種常見的吸收過程如圖1。（ a）并流（b ）逆流圖 1 吸收流程用水吸收 NH 3 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(shè)計(jì)選用逆流吸收流程。該填料塔

14、中，氨氣和空氣混合氣體，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進(jìn)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(jìn)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。4.3 塔填料選擇塔填料（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-可編輯-精品分布也就越均勻，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(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。塔填料的選擇包括確定填料的種類、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

15、比值D/d 。4.3.1 填料性能評(píng)價(jià)填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通常考慮一下幾個(gè)方面：(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(jí)進(jìn)行計(jì)算的表示方法，以每個(gè)理論級(jí)當(dāng)量的填料層高度表示，即HETP 值；另一方面是以傳質(zhì)速率進(jìn)行計(jì)算的表示方法，以每個(gè)傳質(zhì)單元相當(dāng)高度表示，即HTU 值。在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)選用傳質(zhì)效率高，即HEYP(或 HTU 值)低的填料。對(duì)于常用的工業(yè)填料，其HEYP(或 HTU 值 )可由有關(guān)手冊或文獻(xiàn)中查到，也可以通過一些經(jīng)驗(yàn)公式來估算。(2) 通量 在相同的液體負(fù)荷下，填料的泛點(diǎn)氣速愈高或氣相動(dòng)能因子愈大，則通量愈大，塔的處理能力亦

16、越大。因此在選擇填料種類時(shí)，在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料。對(duì)于大多數(shù)常用填料其泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子可由有關(guān)手冊或文獻(xiàn)中查到，也可以通過一些經(jīng)驗(yàn)公式來估算。(3) 填料層的壓降 填料層的壓降是填料的主要應(yīng)用性能，填料層的壓降越低，動(dòng)力消耗越低，操作費(fèi)用越小。選擇低壓降的填料對(duì)熱敏性物系的分離尤為重要。比較填料的壓降有兩種方法， 一是比較填料層單位高度的壓降 P/Z ；另一是比較填料層單位傳質(zhì)效率的比壓降P/NT 。填料層的壓降可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，亦可從有關(guān)圖表中查出。(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

17、應(yīng)具有較大的操作彈性， 以保證塔內(nèi)氣、 液負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn)定。 同時(shí)，還應(yīng)具有一定的抗污堵、抗熱敏能力，以適應(yīng)物料的變化及塔內(nèi)溫度變化。-可編輯-精品此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修。4.3.2 裝填類型選擇填料種類很多，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。1 、散裝填料散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)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(diǎn)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填料。(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

18、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。(2) 鮑爾環(huán)填料 鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)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(yīng)用較廣的填料之一。(3) 階梯環(huán)填料 階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)， 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(gè)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

19、大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的間隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)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。(4) 弧鞍填料 弧鞍填料屬鞍形填料的一種，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質(zhì)材料制成?；“疤盍系奶攸c(diǎn)是表面全部敞開，不分內(nèi)外，液體在表面來那個(gè)側(cè)均勻的流動(dòng)，表-可編輯-精品面利用率高，流道呈弧形，流動(dòng)阻力小。其缺點(diǎn)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?；“疤盍蠌?qiáng)度較差，容易破碎，工業(yè)生產(chǎn)

20、應(yīng)用不多。(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(shí)不會(huì)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(yīng)用瓷拉西環(huán)的場合，均已被矩鞍填料所取代。(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(diǎn)而設(shè)計(jì)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(diǎn)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(yīng)用最為普遍的一種金屬散裝填料。下圖為幾種實(shí)體填料：拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)弧鞍形填料矩鞍形填料圖 2 幾種實(shí)體填料2 、規(guī)整填料規(guī)整填料是按一定的幾何

21、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(yīng)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，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。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(diǎn)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(jià)高，但因性能優(yōu)良仍得到廣泛使用。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-可編輯-精品4mm 6mm 的小孔，可起到粗分配板片上的液體，加強(qiáng)橫向混和作用。波紋板片上軋成細(xì)小溝紋，可

22、起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大氣直徑塔及氣、液負(fù)荷較大的場合。波紋填料的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)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(jià)高。綜上所述，經(jīng)分析各填料特點(diǎn)、性能，本課程設(shè)計(jì)選擇散裝階梯環(huán)填料。4.3.3 填料材質(zhì)的選擇工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。(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(jī)酸、 有機(jī)酸的腐蝕， 對(duì)強(qiáng)堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料。陶瓷填料因其質(zhì)脆、易碎，不易

23、在高沖擊強(qiáng)度下使用。陶瓷填料價(jià)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。(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(jià)低，且具有良好的表面濕潤性能，對(duì)于無腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般能耐cl以外常見物系的腐蝕，但其造價(jià)較高；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價(jià)級(jí)高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用。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

24、壓、高沖擊強(qiáng)度下使用，工業(yè)應(yīng)用主要以金屬填料為主。(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(jī)酸、堿和有機(jī)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(shí)具有-可編輯-精品冷脆性，在低于0的條件下使用要謹(jǐn)慎，可選用耐低溫性能好的聚氯乙烯填料。塑料填料具有輕質(zhì)、廉價(jià)、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤濕性能較差，在某些特殊應(yīng)用場合，需要對(duì)其表面進(jìn)行處理，以提高表面潤濕性能。所以本次課程設(shè)計(jì)選用聚丙烯填料。4.3.4 填料

25、規(guī)格的選擇通常，散裝填料與規(guī)整填料的規(guī)格標(biāo)示方法不同，選擇地方法亦不盡相同。散裝填料規(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，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小塔徑中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。本課程設(shè)計(jì)處理量不大，所用的塔直徑不會(huì)太大，故選用38mm 。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(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125 、150 、250 、350 、500 、700

26、 等幾種規(guī)格。同種類型的規(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(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)從分類要求、通量要求、場地要求、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)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(jì)合理性。應(yīng)當(dāng)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，而有的塔段可選用散裝填料。綜上所述選用 38mm 聚丙烯階梯環(huán)塔填料，其主要性能參數(shù)查表1 得：比表面積 a：132.5 m2 / m3空隙率 ： 0.91干填料因子： 175.6m 1-可編輯-精

27、品表1國內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)材外徑外徑×高×厚比表面積空隙率個(gè)數(shù)堆積密度干填料因子填料因子質(zhì) d ，d ×H ×t，n ，個(gè)pt3-1，m-1a ，a/ ， mmmm 2/m 3m 3 /m 3/m 3kg/m 3塑2525 ×17.5 ×1.42280.908150097.83132403838 ×19 ×1132.50.912720057.5175.6120料5050 ×30 ×1.5114.20.927998076.8143.1807676 ×37 ×389.950.929

28、342068.411272五 工藝計(jì)算查表知， 30 C 下空氣和水的物理性質(zhì)常數(shù)如下：密度：1.165kg / m3空氣：1.86 10 5 Pa s 0.067kg /( m h)粘度：密度：水： 粘度：L 995.7kg / m3L80 .0710 5 Pa s表面張力：L72.6 dyn/cm940896 kg/h 25.1 物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成查表知， 30 C 下氨在水中的溶解度系數(shù)H0.4146 kmol /( m3 kpa)亨利系數(shù) ELHM SEm相平衡常數(shù)P。L995.7HM S P 0.41461.315618.02 101.3進(jìn)塔氣相摩爾比為： Y1

29、0.19680.24500.196810.1968(10.9964)出塔氣相摩爾比為： Y210.00088210.1968-可編輯-精品對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：X20(清水)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：M0.196817.031(1 0.1968 )2926.64(kg / kmol )混合氣體的密度為：vPM101.310 326.64 10 31.037kg / m3RT8.3143132731194.688(kmol / h)混合氣體流量： 500031322.4惰性氣體流量： V194.688 (10.1968)156.373( kmol / h)( L ) minY1Y2

30、VX 1X 2最小液氣比：Y1Y20.24500.0008821Y10.24501.3109X 20m1.3156取實(shí)際液氣比為最小液氣比的 1.5 倍，則可得吸收劑用量為：L1.3109156.3731.5 307.484(kmol / h)XV (Y1Y2 )1L0.24500.00088211.31091.50.1241L液氣比V307.484 18.021.0695000 1.037經(jīng)計(jì)算該吸收過程為低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度。5.2 塔徑計(jì)算采用貝恩（ Bain ）- 霍根（ Hougen ）泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度：氣體質(zhì)

31、量流量：WV50001.0375185kg / h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即：-可編輯-精品WL307.48418.025540.862kg / h填料總比表面積： at132.5m2/ m3水的黏度：L0.8007 mPa su F21 / 41 / 8atV0.2A KwLVlg3LwVgLL5540.86211.03710.204481.755185995.70.5501uF2 atV0 .20.2818g 3LLuF0.28189.810.913995.73.973m / s132.51.0370.80070.2A、 K 取值可由表 2 查得。表2不同類型填料的 A、K 值

32、散裝填料類型AK規(guī)整填料類型AK塑料鮑爾環(huán)0.09421.75金屬階梯環(huán)0.1061.75金屬鮑爾環(huán)0.11.75瓷矩鞍0.1761.75塑料階梯環(huán)0.2041.75金屬環(huán)矩鞍0.062251.75取泛點(diǎn)率為0.7，即 u0.7uF0.73.9732.781m / s則D4VS45000 / 36000.7976mu3.142.781圓整后取D=0.8m （常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑為400 、500 、600 、 700 、800 、1000 、1200 、1400 、1600 、 2000 、2200 ）5000 / 36002.765m / s泛點(diǎn)率校核： u0.820.785u / u F 2.7

33、65 / 3.9730.6959 （對(duì)于散裝填料， 其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為 u / uF0.5 0.85 ）填料規(guī)格校核： D80021.05 8d38-可編輯-精品液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：LW )min0.08m3/(m h()at 132.5m2/ m3所以 U min( LW ) min at0.08 132.5 10.6m 3 /( m 2h)LhUD 20.785307.48418.02 995.71.098 107 m3 /(m 2h) U min0.7850.82經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D0.8m 合理。5.3 填料層高度計(jì)算查表知， 0 C， 101.3kpa 下

34、， NH 3 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù) Do 0.17cm2 / s3由 DGDo ( Po )( T ) 2 ，P To則 303 k ，101.3 kpa下， NH 3 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為：D GD101 .3303101 .3273320 .1988 cm 2 / s液相擴(kuò)散系數(shù) D L2.105 10 9 m2 / s液體質(zhì)量通量為 U L307.48418.0211028 .785kg /( m2h)0.7850.82氣體質(zhì)量通量為 U V50001.03710320 .462kg /( m2h)0.7850.82Y1mX11.31560.12410.1633Y2mX 20mV1.315

35、60.6691脫吸因數(shù)為 S1.31091.5L氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：N OG1ln( 1S) Y1Y2S1SY2Y21ln( 10.6691)0.2450013.6810.00088210.66910.66910氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：-可編輯-精品awU L)0.1 (U L2at ) 0. 05 (U21 exp 1.45 ( c ) 0.75 (L0.22)atLatLLgLL at不同材質(zhì)的c 值見表 3 。表 3 不同材質(zhì)的c 值材質(zhì)鋼陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蠟的表面表面張力， N/m ×7561334056732010 3查表知，c33dyn /

36、cm427680kg / h 2aw4276800.7511028.7850. 111028.7852132.50.05所以， at1exp1.45(940896)(132.52.883)(995.72 1.27108)(11028 .785 2)0.20.3560940896995.7132.5氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：0.237( UV)0.71( at DV )G(V) 3atvV DVRT0.237 ( 10320.4620.0671(132.5 0.19883600 10 4)0.7(3600) 3)132.50.0671.0370.198810 48.3143030.1206kmol

37、 /(m2hkpa)液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：( U L211L 0.0095) 3(L) 2(L g ) 3awLLDLL11028.78522.8830.0095() 3()132.52.8832.10510 90.3560995.736000.652412.8831.271081) 32(995.7表 4各類填料的形狀系數(shù)填料類型球棒拉西環(huán)弧鞍開孔環(huán)值0.720.7511.191.45-可編輯-精品查表 4 得：1.45G a1.1Gaw則0.4L aLaw0.12060.3560 132.5 1.451. 18.561kmol /( m3 h kpa)0.65240.3560132.51

38、.450.435.701hu / u F2.765 / 3.9730.69590.5G a19.5(u0.5) 1.4 G a由uF得，uL a12.6(0.5) 2.2 L auFG a19.5(0.69590.5)1 .4 8.56116.86kmol /( m3 h kpa)L a12.6(0.69590.5)2.2 35.7038.261hG a111則G aHL a1118.173kmol /(m3 h kpa)16.860.414638.26H OGVK Y a由V156.3730.820.3759mG aP8.173101.30.785由 ZH OGN OG0.375913.68

39、5.142mZ1.305.1426.68設(shè)計(jì)取填料層高度為： Z7m對(duì)于階梯環(huán)填料， h8 15， hmax6mD將填料層分為 2 段設(shè)置，每段 3.5m ，兩段間設(shè)置一個(gè)液體再分布器。取 h12 ，則填料塔總高度為：h12D120.89.6mD5.4 填料層壓降計(jì)算采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降：橫坐標(biāo)為：L (V )0.5307.48418.02( 1.037)0.50.03449VL50001.037995.7-可編輯-精品查表知： P116m 1u2PV0.22.7652 116 11.0370.20.09006縱坐標(biāo)為：gL9.810.8007L995.7P735.8 pa / m查圖3得，Z填料層壓降為：P 735.87 pa 5.151kpa圖 3 通用壓降關(guān)聯(lián)圖5.5 液體分布裝置液體分布器的作用：液體分布裝置設(shè)于填料層頂部，用于將塔頂液體均勻分布在填料表面上，液體的分布裝置性能對(duì)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。-可編輯-精品由于