本文格式為Word版，下載可任意編輯——化工原理課程設(shè)計(jì)（氨氣填料吸收塔設(shè)計(jì)）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(jiǎn)介：對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)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NH3氣體，混合氣體處理量5000m3/h，其中NH3含量為0.14kg/m3干空氣（標(biāo)態(tài)），干空氣溫度為25℃，相對(duì)濕度為設(shè)計(jì)參數(shù)70%，要求凈化氣中NH3含量不超過0.07%（體積分?jǐn)?shù)），氣體入口溫度40℃，入塔吸收劑中不含NH3，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天輔助設(shè)備選型計(jì)算／繪制工藝流程圖……1.0天繪制主要設(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1.《化工原理課程設(shè)計(jì)》，賈紹義等編，天津大學(xué)出版社，2023.082.《化工原理》（上、下冊(cè)），夏清，陳常貴主編，天津大學(xué)出版社，2023.013.《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(cè)》（第三版）（上、下冊(cè)），化學(xué)工業(yè)出版社，2023.085.《化學(xué)工程手冊(cè)》（其次版）（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，2023.017.《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；2.工藝流程圖為A2幅面；3.設(shè)備工藝條件圖為A3幅面；設(shè)計(jì)計(jì)劃進(jìn)度主要

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：132.5m2/m3空隙率?：0.91

干填料因子?：175.6m?1

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2333333-1-1質(zhì)d，mmd×H×δat，m/mε，m/mn，個(gè)/mρp，kg/mat/ε，mΦ，m塑2538料507625×17.5×1.438×19×150×30×1.576×37×3228132.5114.289.950.900.910.9270.92981500272009980342097.857.576.868.4313175.6143.11122401208072

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：空氣：

密度：??1.165kg/m3粘度：??1.86?10Pa?s?0.067kg/(m?h)?5

密度：?L?995.7kg/m3水：粘度：?L?80.07?10?5Pa?s表面張力：?L?72.6dyn/cm?940896kg/h2

5.1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)H?0.4146kmol/(m3?kpa)亨利系數(shù)E??LHMSEP

m?相平衡常數(shù)

995.7???1.3156HMSP0.4146?18.02?101.3?L。

0.1968?0.2450

1?0.19680.1968?(1?0.9964)出塔氣相摩爾比為：Y2??0.0008821

1?0.1968進(jìn)塔氣相摩爾比為：Y1?對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：X2?0(清水)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：

M?0.1968?17.031?(1?0.1968)?29?26.64(kg/kmol)

PM101.3?103?26.64?10?3??1.037kg/m3混合氣體的密度為：??vRT8.314?313混合氣體流量：5000?2731??194.688(kmol/h)31322.4惰性氣體流量：V?194.688?(1?0.1968)?156.373(kmol/h)

LY?Y2()min?11??X2最小液氣比：

Y1?Y20.2450?0.0008821???1.3109Y10.2450?X2?0m1.3156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：

L?1.3109?156.373?1.5?307.484(kmol/h)

V(Y1?Y2)L

0.2450?0.0008821??0.12411.3109?1.5X1?液氣比

?L307.484?18.02??1.069?V5000?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)?；旌蠚怏w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)量流量：

WV?5000?1.037?5185kg/h

液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即：

WL?307.484?18.02?5540.862kg/h

填料總比表面積：at?132.5m2/m3水的黏度：?L?0.8007mPa?s

?wLuat?V0.2lg[?3???L]?A?K??wg??L?V142F????1/4??V????L18????1/8?5540.862??1.037??0.204?1.75???????5185??995.7???0.5501uFat?V0.2??0.2818L3g??LuF?0.2818?9.81?0.91?995.7?3.973m/s0.2132.5?1.037?0.800732

A、K取值可由表2查得。表2不同類型填料的A、K值散裝填料類型塑料鮑爾環(huán)金屬鮑爾環(huán)塑料階梯環(huán)A0.09420.10.204K1.751.751.75規(guī)整填料類型金屬階梯環(huán)瓷矩鞍金屬環(huán)矩鞍A0.1060.1760.06225K1.751.751.75取泛點(diǎn)率為0.7，即u?0.7uF?0.7?3.973?2.781m/s則D?4VS??u4?5000/3600?0.7976m

3.14?2.781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）泛點(diǎn)率校核：u?5000/3600?2.765m/s

0.785?0.82u/uF?2.765/3.973?0.6959（對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為u/uF?0.5~0.85）

填料規(guī)格校核：

D800??21.05?8d38液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：(LW)min?0.08m3/(m?h)

at?132.5m2/m3

所以Umin?(LW)min?at?0.08?132.5?10.6m3/(m2?h)

U?Lh0.785?D2

307.484?18.02?995.7732??1.098?10m/(m?h)?Umin20.785?0.8經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D?0.8m合理。

5.3填料層高度計(jì)算

查表知，0?C，101.3kpa下，NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)Do?0.17cm2/s

PT由DG?Do(o)()2，

PTo3則303k，101.3kpa下，NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為：

?101.3??303?DG?D?????101.3273????32?0.1988cm2/s

液相擴(kuò)散系數(shù)DL?2.105?10?9m2/s

307.484?18.022?11028.785kg/(m?h)20.785?0.85000?1.0372氣體質(zhì)量通量為UV??10320.462kg/(m?h)20.785?0.8液體質(zhì)量通量為UL?Y1?mX1?1.3156?0.1241?0.1633Y2?mX2?0??

脫吸因數(shù)為S?mV1.3156??0.6691L1.3109?1.5?氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：

NOG?1Y?Y?ln[(1?S)?12??S]1?SY2?Y2

10.2450?0?ln[(1?0.6691)??0.6691]?13.681?0.66910.0008821?0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：

aw?UL0.1ULat?0.05UL?1?exp{?1.45?(c)0.75?()?(2)?()0.2}at?Lat??L?L?Lat?Lg不同材質(zhì)的бc值見表3。

22表3不同材質(zhì)的бc值材質(zhì)3鋼陶瓷61聚乙烯33聚氯乙烯40碳56玻璃73涂石蠟的表面20表面張力，N/m×1075查表知，?c?33dyn/cm?427680kg/h2

aw4276800.7511028.7850.111028.7852?132.5?0.05?1?exp{?1.45?()?()?()28at940896132.5?2.883995.7?1.27?10?(11028.785)0.2}?0.3560995.7?940896?132.52所以，

氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：

U?aD?G?0.237(V)0.7?(V)3?(tV)at?v?VDVRT10320.4620.70.067132.5?0.1988?3600?10?43?0.237?()?()?()?4132.5?0.0671.037?0.1988?10?36008.314?303?0.1206kmol/(m2?h?kpa)液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：

11UL3?L?1??g?L?0.0095?()?()2?(L)3aw??L?L?DL?L18?11028.7852.8832.883?1.27?10?0.0095?()3?()2?()3?90.3560?132.5?2.883995.7?2.105?10?3600995.7?0.65242121表4各類填料的形狀系數(shù)填料類型Ψ值球0.72棒0.75拉西環(huán)1弧鞍1.19開孔環(huán)1.45查表4得：??1.45則

?Ga??G?aw??1.1?0.1206?0.3560?132.5?1.451.1?8.561kmol/(m3?h?kpa)?La??L?aw??0.4?0.6524?0.3560?132.5?1.450.4?35.701

hu/uF?2.765/3.973?0.6959?0.5

?a?[1?9.5?(?G由

u?0.5)1.4]??GauFu?a?[1?2.6?(?0.5)2.2]??La?LuF得，

?a?[1?9.5?(0.6959?0.5)1.4]?8.561?16.86kmol/(m3?h?kpa)?G?a?[1?2.6?(0.6959?0.5)2.2]?35.70?38.261?Lh

?Ga?則

111??aH??L?a?G1?8.173kmol/(m3?h?kpa)

?11?16.860.4146?38.26VKYa??HOG?由

V156.373???0.3759m2?Ga?P??8.173?101.3?0.785?0.8

由Z?HOG?NOG?0.3759?13.68?5.142mZ??1.30?5.142?6.68設(shè)計(jì)取填料層高度為：Z?7m對(duì)于階梯環(huán)填料，

h?8~15，hmax?6mD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

h?12，則填料塔總高度為：h?12D?12?0.8?9.6mD5.4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?V0.5307.484?18.021.0370.5()??()?0.03449?V?L5000?1.037995.7查表知：?P?116m?1

u2?P??V0.22.7652?116?11.037縱坐標(biāo)為：???L???0.80070.2?0.09006

g?L9.81995.7查圖3得，

?P?735.8pa/mZ填料層壓降為：?P?735.8?7pa?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，特別需要性能良好的液體分布裝置。

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，以提高分開效果。因此，液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達(dá)到預(yù)期分開效果的重要條件。從噴淋密度考慮，應(yīng)保證每60m2的塔截面上約有一個(gè)噴淋點(diǎn)，這樣，可以防止塔內(nèi)壁流和溝流現(xiàn)象。

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。

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80?。這種噴淋器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但只適用于直徑小于600mm的塔中，且小孔

易堵塞。

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。

齒槽式分布器：液體先經(jīng)過主干齒槽向其下個(gè)條形做第一級(jí)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。

多孔環(huán)管式分布器：由多孔圓形盤管、聯(lián)接納及中央進(jìn)料管組成。這種分布器氣體阻力小，特別使用于液量小而氣量大的填料吸收塔。

液體分布裝置的安裝位置，須高于填料層表面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(yīng)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)。

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。排管式噴淋器采用塑料制造。分布點(diǎn)密度計(jì)算：

為了使液體初始分布均勻，原則上應(yīng)增加單位面積上的噴淋點(diǎn)數(shù)。但是，由于結(jié)構(gòu)的限制，不可能將噴淋點(diǎn)設(shè)計(jì)得好多。根據(jù)Eckert建議，當(dāng)D?750mm時(shí)，每60cm2塔截面設(shè)一個(gè)噴淋點(diǎn)。則總布液孔數(shù)為：

0.785?0.82n??83.73?84

60?10?4布液計(jì)算：由LS??4307.484?18.023LS?m/s?0.001546m3/s

3600?995.7do2n?2g?H

取??0.60，?H?160mm

do?則?4LS?n??2g?H4?0.001546

3.14?84?0.6?2?9.81?0.16?0.004696m?4.70mm

5.6液體再分布裝置

實(shí)踐說明，當(dāng)噴淋液體沿填料層向下滾動(dòng)時(shí)，不能保持噴淋裝置所提供的原始均勻分布狀態(tài)，液體有向塔壁滾動(dòng)的趨勢(shì)。因而導(dǎo)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(shè)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(jìn)截錐形再分布器。

圖4（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(jiǎn)單的一種。（b）型是在截錐上方設(shè)支承板，截錐以下隔一段距離再放填料，需分段卸出填料時(shí)可用此型。截錐體與塔壁的夾角一般取為35-400，截錐下口直徑D1=（0.7～0.8）D。截錐型再分布器適于直徑800mm以下的塔應(yīng)用。

（a）、（b）截錐式（c）邊圈槽形（d）改進(jìn)截錐式

圖4常用液體再分布器圖4（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(jiǎn)單，氣體通過截面較大，可用于300～1000mm直徑的塔中，其缺點(diǎn)是

噴灑不夠均勻。

圖4（d）為改進(jìn)形分派錐，此型既改善了液體分布狀況，又有較大的自由截面積，適用于600mm以下塔徑。綜上所述，本課程設(shè)計(jì)選用邊圈槽形再分布器，邊槽寬度為70mm，溢流管直徑為25mm。

5.7填料支撐裝置

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(shí)起著氣液流道及氣體均布作用。故在設(shè)計(jì)支承板是應(yīng)滿足以下三個(gè)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(qiáng)度承受填料重量及填料空隙的液體；（3）要有一定的耐腐蝕性。

用豎扁鋼制成的柵板作為支承板最為常用，如圖5中的（a）柵板可以制成整塊或分塊的。一般當(dāng)直徑小于500mm時(shí)可制成整塊；直徑為600～800mm時(shí)，可以分成兩塊；直徑在900～1200mm時(shí)，分成三塊；直徑大于1400mm時(shí)，分成四塊；使每塊寬度約在300～400mm之間，以便拆裝。

（a）柵板（b）升氣管式（c）十字隔板環(huán)層

圖5填料支承板

柵板條之間的距離應(yīng)約為填料環(huán)外徑的0.6～0.7。在直徑較大的塔中，當(dāng)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5（c）所示。

當(dāng)柵板結(jié)構(gòu)不能滿足自由截面要求時(shí)，可采用如圖5（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(shí)，氣相的自由截面積可以超過整個(gè)塔德橫截面積，所以絕不會(huì)在此造成液泛。

填料支撐裝置對(duì)于保證填料塔的操作性能具有重大作用。采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自由截面較大、金屬耗用量較小的柵板作為支撐板。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)，作為過渡支撐，以取得較大的孔隙率。由于采用的是?38mm的填料，所以可用?75mm的十字環(huán)。

塔徑D?800mm，設(shè)計(jì)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400mm，每塊重量不超過700N，以便從人孔進(jìn)行裝卸。

5.8流體進(jìn)出口裝置

填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布，對(duì)500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)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(duì)1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b置。

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(jiǎn)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(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。

常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取10～20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口管氣速可取0.8～1.5m/s（必要時(shí)可加大些）。管徑依所選氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整，并規(guī)定其厚度。

氣體進(jìn)氣口氣速取16m/s，液體進(jìn)液口流速取1.2m/s。氣體進(jìn)出口管直徑：D1?4Vs4?5000??0.3325m?333mm?u3.14?16?3600液體流量：L?174.866kmol/h?

397.484?18.02?5.565m3/h

995.7液體進(jìn)出口管直徑：D2?4?5.565?0.04051m?40.5mm

3.14?1.2?3600按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格（GB8163-87）進(jìn)行圓整后得，氣體進(jìn)口出管直徑D1=351mm，厚度為10mm；液體進(jìn)出管直徑D2=42mm，厚度為8mm。

設(shè)計(jì)位于塔底的進(jìn)氣管時(shí)，主要考慮兩個(gè)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(dòng)的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時(shí)，本裝置由于直徑較小，可采用簡(jiǎn)單的進(jìn)氣分布裝置。

5.9水泵及風(fēng)機(jī)的選型

吸收劑實(shí)際流速：u實(shí)?4Vs?1.116m/s2?D2根據(jù)初步設(shè)計(jì)，l垂直=10m，l水平及彎=2m，l總=12m。

Re?du??0.042?1.116?995.7?5.829?104

0.0008007?新的無縫鋼管絕對(duì)粗糙度約值為0.02～0.1mm，相對(duì)粗糙度為查莫狄圖得摩擦系數(shù)λ約為0.026。

?d?0.1/1000?0.002381,

0.042列出液體進(jìn)口和液體出口的兩截面的機(jī)械能守恒方程，即可求得壓頭H：

?u2?pH??Z????H2g?g取?Z?10，?u2?0l?leu2121.1162?Hf???0.026???4.716m

d2g0.00422?9.81操作壓力為常壓，所以?p即填料層壓降?5151Pa5151H?10??4.716?14.72m995.7?3600泵功率Ne?HQ?g?14