化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：清水吸收氨氣的填料塔裝置設(shè)計(jì)專業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：院級(jí)班：指導(dǎo)老師：刖言：課程設(shè)計(jì)是比較綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問(wèn)題復(fù)雜性、學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)基本知識(shí)的初次嘗試。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合利用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計(jì)的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還可以使學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度責(zé)任感的工作作風(fēng)。課程設(shè)計(jì)是增強(qiáng)工程觀念，培養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)，我知道，填料塔吸收凈化工藝不單應(yīng)用在化工領(lǐng)域，在低濃度工業(yè)廢氣凈化方面也能很好地發(fā)揮作用。工程實(shí)踐表明，合理的系統(tǒng)工藝和塔體設(shè)計(jì)，是保證凈化效果的前提。這次課程設(shè)計(jì)我把聚丙烯階梯填料應(yīng)用于水吸收氨過(guò)程的工藝設(shè)計(jì)以及工程問(wèn)題。目錄第一章緒論錯(cuò)誤！未定義書簽。第二章填料塔的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)條件6TOC\o"1-5"\h\z2.1填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6\o"CurrentDocument"2.3填料塔的設(shè)計(jì)任務(wù)6\o"CurrentDocument"2.3填料塔的設(shè)計(jì)條件6\o"CurrentDocument"第三章填料塔的設(shè)計(jì)方案7\o"CurrentDocument"3.1吸收劑的選擇7\o"CurrentDocument"3.2裝置流程圖的確定及流程說(shuō)明7\o"CurrentDocument"3.3填料的類型與選擇8\o"CurrentDocument"3.3.1填料種類的選擇8\o"CurrentDocument"3.3.2填料規(guī)格的選擇8\o"CurrentDocument"3.3.3填料材質(zhì)的選擇9\o"CurrentDocument"3.3.4填料尺寸的選擇9\o"CurrentDocument"3.4基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)9\o"CurrentDocument"3.4.1液相物性數(shù)據(jù)93.4.2氣相物性數(shù)據(jù)103.4.3氣液平衡數(shù)據(jù)10\o"CurrentDocument"第四章填料塔的工藝計(jì)算104.1物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成114.2塔徑的計(jì)算124.3填料層高度的計(jì)算144.4填料層壓降的計(jì)算16\o"CurrentDocument"第五章填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì)17\o"CurrentDocument"5.1塔內(nèi)件類型17\o"CurrentDocument"5.2塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)17\o"CurrentDocument"5.2.1填料支撐件的設(shè)計(jì)17\o"CurrentDocument"5.2.2填料床層壓板和限制器的設(shè)計(jì)17\o"CurrentDocument"5.2.3液體分布器的設(shè)計(jì)18\o"CurrentDocument"5.2.4液體收集再分布器的設(shè)計(jì)19\o"CurrentDocument"第六章吸收塔塔體材料的選擇196.1吸收塔塔體材料19\o"CurrentDocument"6.2吸收塔的內(nèi)徑19\o"CurrentDocument"6.3壁厚的計(jì)算19\o"CurrentDocument"6.4強(qiáng)度校核20\o"CurrentDocument"第七章封頭的選型依據(jù)，材料及尺寸規(guī)格20\o"CurrentDocument"7.1封頭的選型：標(biāo)準(zhǔn)的橢圓封頭20\o"CurrentDocument"7.2封頭材料的選擇20\o"CurrentDocument"7.3封頭的高207.4封頭的壁厚21\o"CurrentDocument"第八章液體的噴淋裝置21\o"CurrentDocument"第九章除沫裝置22\o"CurrentDocument"9.1設(shè)計(jì)氣速的計(jì)算22\o"CurrentDocument"9.2絲網(wǎng)盤的直徑22\o"CurrentDocument"9.3絲網(wǎng)層厚度H的確定22\o"CurrentDocument"第十章管結(jié)構(gòu)23\o"CurrentDocument"10.1氣體和液體的進(jìn)出的裝置23\o"CurrentDocument"10.2填料卸出口23\o"CurrentDocument"10.3塔體各開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)23\o"CurrentDocument"第十一章填料塔高度的確定（除去支座）2411.1吸收高度25\o"CurrentDocument"11.2支持圈高度25\o"CurrentDocument"11.3柵板高度25\o"CurrentDocument"11.4支持板高度25\o"CurrentDocument"11.5液體再分布裝置高度25\o"CurrentDocument"11.6液體噴淋裝置高度25\o"CurrentDocument"11.7塔底除霧沫器高度25\o"CurrentDocument"11.8塔底段高度25\o"CurrentDocument"11.9封頭高度26\o"CurrentDocument"第十二章塔體總設(shè)備總質(zhì)量26\o"CurrentDocument"12.1塔體的質(zhì)量26\o"CurrentDocument"12.2封頭的質(zhì)量26\o"CurrentDocument"12.3填料質(zhì)量26\o"CurrentDocument"12.4內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其它附件總質(zhì)量27\o"CurrentDocument"12.5水壓試驗(yàn)的質(zhì)量27\o"CurrentDocument"第十三章容器的支座與焊接27\o"CurrentDocument"第十四章設(shè)計(jì)一覽表27第十五章主要符號(hào)說(shuō)明28\o"CurrentDocument"第十六章總結(jié)29\o"CurrentDocument"第十七章參考文獻(xiàn)30第一章緒論填料塔屬于化工單元操作中蒸餾（精餾）、吸收等的過(guò)程設(shè)備。物料在填料塔中的傳質(zhì)、分離主要是分散在填料表面進(jìn)行。填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效地潤(rùn)濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對(duì)側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。規(guī)整填料塔的分離性能取決于內(nèi)件，即填料、分布器、收集器等。同時(shí)也取決于許多參數(shù)，如氣體負(fù)荷、液體負(fù)荷、物料性質(zhì)、操作壓力、填料濕潤(rùn)性能和液體分布不均勻等等。至今不能由填料的幾何形狀來(lái)精確計(jì)算塔的分離性能，需要通過(guò)填料塔的理論和不同條件下通過(guò)試驗(yàn)塔來(lái)測(cè)定準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。可根據(jù)資料以一級(jí)近似程度確定塔的尺寸和需要的填料高度。1、規(guī)整填料2、支撐柵板3、液體收集器4、集液環(huán)5、多級(jí)槽式液體分布器6、填料壓圈7、支撐柵板8、蒸汽入口管9、塔底10、全再沸器循環(huán)管11、裙座12、底座環(huán)第二章填料塔的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)條件2.1填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)結(jié)構(gòu):圖1-1填料塔結(jié)構(gòu)圖填料塔不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且流體通過(guò)填料層的壓降較小，易于用耐腐蝕材料制造，所以她特別適用于處理量肖，有腐蝕性的物料及要求壓降小的場(chǎng)合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過(guò)填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。2.2填料塔的設(shè)計(jì)任務(wù)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(shuō)明書。2.3填料塔的設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)條件：1、氣體混合物成分：空氣和氨；2、氨的含量：4.5%（體積）；3、混合氣體流量：4000m3/h；4、操作溫度:293K；5、混合氣體壓力：101.3KPa；6、回收率：99.8%。第三章填料塔的設(shè)計(jì)方案填料塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易加工、生產(chǎn)能力大、壓降小、吸收效果好、操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)吸收操作中被廣泛應(yīng)用。在這次課程設(shè)計(jì)中，有很多操作條件，所以我們需要準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)好填料塔的每一部分。3.1吸收劑的選擇：因?yàn)橛盟鑫談什捎眉內(nèi)軇?。如下工業(yè)常用吸收劑溶質(zhì)溶劑溶質(zhì)溶劑氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氫水二氧化碳水、堿液二氧化硫水硫化氫堿液、有機(jī)溶劑苯蒸汽煤油、洗油氧化碳銅氨液3.2裝置流程圖的確定及流程說(shuō)明裝置流程圖的確定：本次設(shè)計(jì)采用逆流操作：氣相自塔低進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，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)中多采用逆流操作。流程說(shuō)明：該填料塔中，氨氣和空氣混合后，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清水逆流接觸，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。（如下圖所示）

液體再

分布器塔底取祥水潔3.3填料的類型與選擇液體再

分布器塔底取祥水潔填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。填料的選擇主要根據(jù)以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：比表面積要大，有較高的傳質(zhì)效率。有較大的通量。填料層的壓降小。填料的操作性能好。液體的再分布性能要好。要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。價(jià)格低廉。填料的選取包括確定其種類、規(guī)格、及材質(zhì)等。3.3.1填料種類的選擇顆粒填料包括拉稀環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)等，規(guī)整填料主要有波紋填料、格柵填料、繞卷填料等。本次課程設(shè)計(jì)采用散裝填料。鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一，本次選用鮑爾環(huán)。3.3.2填料規(guī)格的選擇工業(yè)塔常用的散裝填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\Dn76等幾種規(guī)格。同類料，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。大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，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。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定。常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值列于。如下表：填料種類D/d的推薦值拉西環(huán)D/d>20~30鞍環(huán)D/d>15鮑爾環(huán)D/d>10~15階梯環(huán)D/d>8環(huán)矩鞍D/d>83.3.3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。塑料材質(zhì)主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，其特點(diǎn)是耐腐蝕性能好，質(zhì)量輕，價(jià)格適中，但耐溫性及濕潤(rùn)性較差。金屬材質(zhì)有碳鋼、鋁鋼和鋁合金等，多用于操作溫度較高而無(wú)顯著腐蝕性的操作。陶瓷材質(zhì)的材料耐腐蝕性較好，耐濕性強(qiáng)，價(jià)格便宜，但易破損。由于聚丙烯填料在低溫（低于0度）時(shí)具有冷脆性，在低于0度的條件下使用要慎重，所以本次課程設(shè)計(jì)我們選耐低溫性能良好的聚氯丙烯填料。綜合以上：選擇塑料鮑爾環(huán)散裝填料Dn503.3.4填料尺寸的選擇徑比D/d有一個(gè)下限值（一般為10），若徑比低于此下限值時(shí)，塔壁附近的填料層孔隙率大而不均勻，氣流易走短路、液體壁流加劇。綜上，由于該過(guò)程處理量不大，所用的塔直徑不會(huì)太大，可選用38mm聚丙烯階梯環(huán)塔填料，其主要性能參數(shù)如下：比表面積a：132.5m2/m3空隙率￡:0.91填料因子①:115m-13.4基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.4.1液相物性數(shù)據(jù)對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查得20°C水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：1.n：=998.2Kg/】】L2.粘度：二二0.001Pa.s=3.6Kg/m.h3.4.5.6.j=72.6dyn/cm=940896Kg/l「205二土:3.4.5.6.j=72.6dyn/cm=940896Kg/l「205二土:H=0.725Kmol/n『.kpa20°CN-f：*7.34X二-?「/h20°CN-f：二.二0.225cu/s=：Hlu/h3.4.2氣相物性數(shù)據(jù)2.3.3.4.3氣液相平衡數(shù)據(jù)1.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M=Zymi=0.06x17.03040.94x29—28.2818混合氣體的平均密度2.3.3.4.3氣液相平衡數(shù)據(jù)由P=PMm-盅2818—1.176kg/由質(zhì)rt8.314<293m得：R=8.314m-KPdikmolK混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊(cè)得20°C時(shí)，空氣的黏度^=1.73x10-5pa?s=6228x10-5kg/m-hv注：1N=1kg?m/s21Pa=1N/m2—1kg/s2?m1Pa.s=1kg/m.s由手冊(cè)查得，常壓下，200C時(shí)，NH3在水中的亨利系數(shù)為E=76.3kpa200C時(shí),NH在水中的溶解度：H=0.725kmol/m3Em==07532相平衡常數(shù)：mpU.SH=_L^=998.2/76.3x18.02溶解度系數(shù)：EMs—0.726kmo〃kpa?m第四章填料塔的工藝計(jì)算概述:第四章填料塔的工藝計(jì)算整個(gè)工藝計(jì)算過(guò)程包括以下幾點(diǎn)：1.確定氣液平衡關(guān)系（若為非等溫吸收，各物性參數(shù)隨組成變化而變化，求取時(shí)應(yīng)取平均值，計(jì)算時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)）。確定吸收劑用量及操作線方程。填料的選擇。確定塔徑及塔的流體力學(xué)性能計(jì)算。填料層高度的計(jì)算。管路及輔助設(shè)備的計(jì)算。對(duì)低濃度吸收過(guò)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?？諝夂退奈镄猿?shù)如下：日=1.81X10-5Pa-s=0.065kg/(m-h)空氣：p=1.205kg/m3p=998.2kg/m3口l=100.4x10-5Pa-s4.1物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成查表知，20c下氨在水中的溶解度系數(shù)H=0.725kmol/(m3-kpa)亨利系數(shù):pLHMS相平衡常數(shù):p_99&2HMsp-0.725x18.02x101.3=0.754進(jìn)塔氣相摩爾比為:Y=0.045=0.0471211-0.045出塔氣相摩爾比為:Y=°.045x(1-0.998)=0.0000942421-0.045對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)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=0.045x17+(1-0.045)x29=28.46(kg/kmol)混合氣體流量:4000x乎x」_29322.4=166.382(kmol/h)惰性氣體流量：V=166.382x(1-0.045)=158.895(kmol/h)最小液氣比：(L)=匕一七TOC\o"1-5"\h\zVmin—X*-X12_匕-七_(dá)0.04712-0.00009424_0=F亡=0.04712-=._1-X-0m20.754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=0.752x158.895x1.5=179.233(kmol/h)X=V(F12)1L0.04712-0.00009424八==0.04169wL液氣比：wVwL液氣比：wVX18=0.6824000x1.1834.2塔徑的計(jì)算混合氣體的密度:PM101.3x103x28.46x10-3…，p===1.183kg/m3gRT8.315x293采用貝恩-霍根泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度：TOC\o"1-5"\h\zu2aplg[―已-—J-G?日0.2JgS3pLLx18/1.1831=0.204—1.75x()4x()8\o"CurrentDocument"4000x1.183998.2=—0.481%氣「g-^0.2=0.3304彥3pl

L,■0.3304x9.81x0.913x998.2=3.942m/s132.5x1.183x1.0040.2取泛點(diǎn)率為0.6,即u=0.6〃尸=0.6x3.942=2.365m/取泛點(diǎn)率為0.6,兀uD=4V4x4000=0.7736m/s3.14x2.365x3600圓整后取泛點(diǎn)率校核:4000u=3600=2.212m/s0.785x0.82填料規(guī)格校核:uFD~d2.212_3.942=0.5611(在允許的范圍內(nèi))霉=21g8液體噴淋密度校核：取最小潤(rùn)濕速率為：氣)min=0.08m3/(m-h)a=132.5m2/m3所以U.=(L^).a=0.08x132.5=10.6m3/(m2-h)LU=h_0.785-D2179.233x18x998.2=6.41x106m3/(m2?h)〉Umin0.785x0.82經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=0.8m合理。4.3填料層高度的計(jì)算填料層高度計(jì)算涉及物料橫算、傳質(zhì)速率和相平衡關(guān)系。對(duì)于整個(gè)吸收塔，氣、液的濃度分布都沿塔高變化，吸收速率在變化。所以要在全塔范圍應(yīng)用吸收速率關(guān)系式，就要采用微分方法，然后積分得到填料層的總高度。選取傳質(zhì)單元數(shù)法求解填料層高度。原料氣組成中氨氣含4.5%，屬于低濃度吸收。查表知，0C，101.3kpa下NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D"mg/S-—P、，T、3,一，……，一一由Dg=Do(寸)(—)2，則293k，101.3kpa下，NH3在空氣中的擴(kuò)散系o數(shù)為D=DGo(101，3)(293)t=0.189cm2/s101.3273液相擴(kuò)散系數(shù):液體質(zhì)量通量為:Dl=1.80x10-9m2/s179.233x18=6421.56kg/(m2-h)0.785x0.82氣體質(zhì)量通量為:4000x1.183=9418.79kg/(m2-h)0.785x0.82脫吸因數(shù)為:Y*1Y2=mX1=0.754x0.04169=0.03143=mX2=0S=mL=0.754=0.6684L0.752x1.5氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：1y—y*N=Ln[(1—S)?+S]°G1—SY—Y*1004712—0=xLn[(1—0.6684)x_-+0.6684]=15.4251—0.66840.00009424—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：)—0.05?("L)0.2}pbaaw=1一exp{-1.45?(Zc)0.75?(Ul)0.1?("l)—0.05?("L)0.2}pbatLtLL杳表知，b=33dyn/cm=427680kg/h26421賓2x132.5)—6421賓2x132.5)—0.056421.562匕=1—exp{—1.45x(4276^)0.75x(64孔56)0』乂(a940896132.5x3.6998.22x1.27x108x(:)0.2}=6421.562998.2x940896x132.5氣膜吸收系數(shù)可由下式計(jì)算：U口1aDk=0.237(—)0.7?(畚)3?(-^v)Ga日pDRT=0237x(9418.79x(0.065)1x(132.5x0.189x3600x10—=.x(132.5x0.065爐次(1.183x0.189x10-4x3600)3次8.314x293=0.1095kmol/(m2?h?kpa)尸?尸?g、1?(—L—)3

pL3.6k=0.0095.(Ul)；?(%、』3.6x1.27x1081)一2x()3)998.2la?、』3.6x1.27x1081)一2x()3)998.20.2929x132.5x3.6998.2x1.80x10-9x3600=0.3983查表得：w=1.45則KGa=Kg?a叩1.1=0.1095x0.2929x1325x1.45i.i=6.3952mol/(m3.h-kpa)ka=k.a叩0-4=0.3983x0.2929x1325x1.450.4=17.935%0.5611〉0.5k'aG=[1+9.5-(匕-0.5)1.4].kyF得，u由kLa=[1+2.6.(—-0.5)2.2].kLaFk'a=[1+9.5-(0.5611-0.5)1.4]x6.3952=7.6087kmol/(m3.h-kpa)k'aG得，GkLa=[1+2.6.(0.5611-0.5)2.2]x17.935=18.034k'aGH.ka1r~1+7.60870.725x18.034=4.8097kmol/(m3.h?kpa)HOGKa?QV158.895=0.648m4.8097x101.3x0.785xk'aGH.ka1r~1+7.60870.725x18.034=4.8097kmol/(m3.h?kpa)HOGKa?QV158.895=0.648m4.8097x101.3x0.785x0.82Z=HOGZ'=1.20OG=0.648x15.425=9.9954mx9.9954q11.99m4.4填料層壓力降的計(jì)算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降&="一18哽=0.0235Pl4000x1.183998.2=116m-1p橫坐標(biāo)為:查表得：縱坐標(biāo)為:S_LSV①XX1.0040.2=0.0686998.29.81查圖得，AP

~Z451XX1.0040.2=0.0686998.29.81查圖得，AP

~Z451.26pa/m?日0.2=L填料層壓降為：AP=451.26x13pa=5.86kpa填料層壓降為：至此，吸收塔的物科衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出。第五章填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì)5.1塔內(nèi)件類型填料塔的內(nèi)件主要包括填料、填料支撐件（支撐板、支撐柵等）、填料層壓環(huán)、填料層限位器、液體（氣體）分布器、液體收集再分布器、破旋渦器等。合理的選擇和設(shè)計(jì)塔內(nèi)件，對(duì)保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。5.2塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)5.2.1填料支撐件的設(shè)計(jì)填料支撐器對(duì)于保證填料塔的操作性能具有重大作用。其作用是用于支撐塔填料及所特有的氣體、液體的質(zhì)量，同時(shí)起著氣液流道及氣體均布作用：大體可分為兩類：（1）平板形支撐板（2）氣體噴射型。填料支撐器采用結(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(guò)渡支撐，以取得較大的孔隙率。由于采用的是438mm的填料，所以可用475mm的十字環(huán)。塔徑D=800mm，設(shè)計(jì)柵板由兩塊組成。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(guò)600N，以便從人孔進(jìn)行裝入、取出。5.2.2填料床層壓板和限制器的設(shè)計(jì)填料床層壓板和限制器的作用是使填料塔在操作中保持填料床層為一恒定的固定床，從而使塔橫截面上填料層的自由截面（空隙率）始終保持均勻一致，

保證塔的穩(wěn)定操作。由于塔徑D=800mm,填料床層壓板可以采用分塊式柵板，每塊寬度為400mm,每塊重量不超過(guò)600N，以便于從人孔中裝入、取出。一由于塔徑D=800mm，填料床層限制器可選用梁形氣體噴射式限制器，采用卡子K10B(K14B)(JB1119-1981)。5.2.3液體分布器的設(shè)計(jì)液體在填料塔頂噴淋的均勻狀況是提供塔內(nèi)氣液均勻分布的先決條件，也是使填料塔達(dá)到預(yù)期分離效果的保證。選型與設(shè)計(jì)要求：1.液體分布要均勻。自由截面率要大。操作彈性大。不易堵塞引起霧沫夾帶及起泡等。可用多種材料制作，且制造安裝方便，容易調(diào)整水平。液體分布器的選型：液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達(dá)到預(yù)期分離效果的重要條件。液體分布器的安裝位置，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(guò)分布器。根據(jù)該物系性質(zhì)，可選用目前應(yīng)用較為廣泛的多孔型布液器中的排管式噴淋器。多孔型布液器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(guò)支管上的小孔向填料層噴淋。由于液體的最大負(fù)荷低于25m3/(m2?h)，按照設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)可提供良好的液體分布：主管直徑一-50mm，支管排數(shù)---5，排管外緣直徑---760mm，最大體積流量12.5m3/h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)得很多。根據(jù)Eckert建議，當(dāng)D牝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：0.785x0.8260x10-4=0.785x0.8260x10-4=83.73牝84_d2n①J2g△H

x18m3/s=1.772m3/s3600x998.2?、?0.60,2H=160mm1.7720.785x84x0.6xJ'2x9.81x0.160.0036m5.2.4液體收集再分布器的設(shè)計(jì)?、?0.60,2H=160mm實(shí)踐表明，當(dāng)噴淋液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，不能保持噴淋裝置所提供的原始均勻分布狀態(tài)，液體有向塔壁流動(dòng)的趨勢(shì)。因而導(dǎo)致壁流增加、填料主體的流量減小，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?？蛇x用多孔盤式再分布器。分布盤上的孔數(shù)按噴淋點(diǎn)數(shù)確定，孔徑為①3.6mm。為了防止上一填料層來(lái)的液體直接流入升氣管，應(yīng)在升氣管上設(shè)帽蓋。它的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：分布盤外徑---785mm，升氣管數(shù)量一-6第六章吸收塔塔體材料的選擇6.1吸收塔塔體材料：Q235-B依據(jù)：我們的操作壓力是101.3kpa，最大的操作溫度為293k，并且所要分離的物質(zhì)是氨和空氣，對(duì)材料的腐蝕性不大，在滿足條件的材料中Q235-B的價(jià)格相對(duì)便宜，所以選擇Q235-B。6.2吸收塔的內(nèi)徑D=800mm6.3壁厚的計(jì)算Q235-B當(dāng)5在3-4mm的范圍內(nèi)時(shí)Is1=113MPa，操作壓力P=101.3kpa，設(shè)計(jì)壓力為：p=1.1p=11143pa=。.1114珈。，選取雙面焊無(wú)損檢測(cè)的比例C為全部，所以中=1計(jì)算壁厚：5=#」+c+c=0.11143x800+C+C取C=02Jd2|s_l^-p122x113x1-0.1114312'取1un，21所以5d=0?395^0?2+1=1.59mm|J整后取5=3mm（因?yàn)镼235-B材料的設(shè)備dn

最少壁厚為3mm，即8min3""6.4強(qiáng)度校核求水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力。因?yàn)?.95甲=0.9xlx235=2115MPa，Q235-B的屈服極限5求水壓試驗(yàn)時(shí)的應(yīng)力。因?yàn)?.95甲=0.9xlx235=2115MPa，Q235-B的屈服極限5=235MPa，所以［』p=1.25P卜t

，5=5—C=3—(1+0.2)=1.8，8enT5=Pt(Di+5e)t25e0.11143k(800+1.8)24.79MPa2x1.8°t<°.如,，水壓試驗(yàn)滿足要求。第七章封頭的選型依據(jù)，材料及尺寸規(guī)格7.1封頭的選型：標(biāo)準(zhǔn)的橢圓封頭選型依據(jù)：從工藝操作考慮，對(duì)封頭形狀無(wú)特殊要求。球冠形封頭、平板封頭都存在較大的邊緣應(yīng)力，且采用平板封頭厚度較大，故不宜采用。理論上應(yīng)對(duì)各種凸形封頭進(jìn)行計(jì)算、比較后，再確定封頭形狀。但由定性分析可知：半球形封頭受力最好，壁厚最薄，但深度大，制造較難，中、低壓小設(shè)備不宜采用；碟形封頭的深度可通過(guò)過(guò)渡半徑r加以調(diào)節(jié)，但由于碟形封頭母線曲率不連續(xù)，存在局部應(yīng)力，故受力不如橢圓形封頭；標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭制造比較容易，受力狀況比碟形封頭好，故可采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。7.2封頭材料的選擇封頭材料的選擇：Q235-B7.3封頭的高因?yàn)殚L(zhǎng)軸：短軸二2即竺=2所以"，D=200皿2hi其中：Di——吸收塔的內(nèi)徑hi——封頭的高直邊高度為：h2=25mm（查JB/T4337-95可知）7.4封頭的壁厚計(jì)算壁厚：對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，K=1取封頭是由整塊鋼板沖壓而成中=1,所以—P^+SC=°-11143800+2+0.2=2.595d2l5_l卜0.5p122乂113-0.5乂0.11143圓整后取5n=3mm強(qiáng)度校核：bT校核筒體與封頭水壓試驗(yàn)強(qiáng)度，根據(jù)式p(D+5)

T25ee<0.9bs

式中5=5-C=3-(1+0.2)=1.8np(D+5)

T25ee[b]p‘=1.25P〒T[b]t=235MPa，50.11143x(800+1.8)=24.79MPa2x1.8<0.9pasbTs滿足條件且5=5-C=3-(1+0.2)=1.85t<0.99D.5x0.15%=800x0.15%=1.2mm所以5e>DiX0-15%滿足條件。第八章液體的噴淋裝置噴淋裝置的作用是為了能有效的分布液體提高填料表面的有效利用。本設(shè)計(jì)考慮到填料塔的直徑為800mm，則選用的是盤式分布器。溢流盤式分布器是目前最廣泛應(yīng)用的分布器，特別適用于大型的填料塔，他的優(yōu)點(diǎn)是操作彈性大，不易堵塞，操作可靠，由分布盤和進(jìn)口管兩部分組成.以下是分布盤結(jié)構(gòu)參考數(shù)據(jù)：塔徑D分布盤直徑D2分布盤厚度緩沖管尺寸700mm560mm4~6108X4mm800mm640mm900mm740mm本設(shè)計(jì)取填料塔D=800mm分布盤的直徑為640mm,分布盤的厚度為5mm以下分布盤邊緣鋸齒的結(jié)構(gòu)名稱齒高齒寬齒距板厚數(shù)值10~2010~2010~20>30第九章除沫裝置除沫裝置安裝在液體再分布器上方，用以除去出氣口氣流中的液滴。由于氨氣溶于水中易于產(chǎn)生泡沫為了防止泡沫隨出氣管排出，影響吸收效率，采用除沫裝置，根據(jù)除沫裝置類型的使用范圍，該填料塔選取絲網(wǎng)除沫器。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除霧器，絲網(wǎng)除霧器是一種分離效率較高阻力較小，重量較輕，所占空間不大的除霧器，可除去含有大于5um的霧滴，效率可達(dá)到98%?99%，壓力降不超過(guò)250Pa。絲網(wǎng)除霧器的設(shè)計(jì)計(jì)算如下：9.1設(shè)計(jì)氣速的計(jì)算氣體通過(guò)除霧器的速度是影響除霧器取得高效率的重要因素，設(shè)計(jì)氣速可通過(guò)下式求?。簎=K1PL—PGVPG式中：u—?dú)馑?，m/sK一系數(shù)，可去0.08-0.11；P一密度,kg/m39.2絲網(wǎng)盤的直徑絲網(wǎng)盤的直徑取決于氣體的處理量，可按下式計(jì)算:八'4^4x4000=0.7736mD=、、=1、，兀u\：3.14x2.365=0.7736m式中：y—?dú)怏w處理量，m3/S圓整到0.8m9.3絲網(wǎng)層厚度H的確定對(duì)于金屬絲網(wǎng)，當(dāng)絲網(wǎng)直徑為0.076-0.4mm時(shí)，在適宜氣速下，絲網(wǎng)層的厚

度取為100-150mm時(shí)，就能把氣體中的絕大部分霧滴分離下來(lái)，當(dāng)合成纖維絲網(wǎng)直徑為0.005-0.03mm時(shí)，絲網(wǎng)厚度一般取H=150mm，則H1=226mm.第十章管結(jié)構(gòu)10.1氣體和液體的進(jìn)出的裝置流體的進(jìn)出口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先要確定的是管道口徑，根據(jù)管口所輸氣體或液體的流量大小，由下式計(jì)算管口的直徑：d=V兀u①氣體進(jìn)出口裝置氣體進(jìn)口裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)能防止淋下的液體進(jìn)入管內(nèi)，同時(shí)要使氣體分散均勻。因此，不宜使氣體直接由接管口或水平管沖入塔內(nèi)，而應(yīng)使氣體的出口朝向下方，使氣流折轉(zhuǎn)向上。工業(yè)上，一般氣體進(jìn)料流速為10-20m/s:~~4x40001:~~4x40001：3.14x15x3600=309mm厚度為8mm，所以取外徑為0.325m。②液體進(jìn)出口裝置工業(yè)上，一般液體進(jìn)料流速為0.5-1.5m/s=37.0mm，厚度為4mm,所以取外徑45mm。八W:~~4x3.878D='—&=1=37.0mm，厚度為4mm,所以取外徑45mm。i*兩3.14x1.0x3600液體出口裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)便于塔內(nèi)液體的排放，防止破碎的環(huán)塞住出口，并且要保證塔內(nèi)有一定的液封高度，防止氣體斷路。本設(shè)計(jì)選用的是彎管式液體的出口裝置。10.2填料卸出口根據(jù)填料塔的特點(diǎn)，需要有填料卸出口，以便于檢修時(shí)將填料卸出，填料卸出口的結(jié)構(gòu)與人孔或手孔類似。10.3塔體各開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)（1）開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法a、適用的開孔范圍

圓筒當(dāng)內(nèi)徑Dj1500mm時(shí)，開孔最大直徑d"《2且d<520mm。凸形dVD/封頭的開孔最大直徑/2b、內(nèi)壓容器開孔所需補(bǔ)強(qiáng)的面積內(nèi)壓容器的圓筒、橢圓形封頭開孔夠所需的補(bǔ)強(qiáng)面積為:A=d5+255(1-f)2初J丫mm2式中：d——開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍壁厚附加量，mm5——?dú)んw開孔處的計(jì)算厚度，5et5et接管有效厚度f(wàn)——強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比值，當(dāng)該比值大于1.0時(shí)取fr=1,0c、殼體開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積殼體開孔處的計(jì)算壁厚按以下公式計(jì)算圓筒:pD2W^橢圓形封頭:KpD2仕｝*-0.5p(2)開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)圓筒:pD2W^橢圓形封頭:KpD2仕｝*-0.5p(a)補(bǔ)強(qiáng)形式采用外加強(qiáng)接管依據(jù)：外加強(qiáng)接管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，又能滿足補(bǔ)強(qiáng)要求，特別適用于中低壓容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)。(b)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)采用整段件補(bǔ)強(qiáng)依據(jù):這種結(jié)構(gòu)是將接管與殼體連同加強(qiáng)部分作成整體鍛件，然后與殼體焊在一起。其優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)強(qiáng)金屬集中于開孔應(yīng)力最大部分，應(yīng)力集中現(xiàn)象得到大大緩和。第十一章填料塔高度的確定(除去支座)首先對(duì)塔體的尺寸的設(shè)計(jì)，塔體總有效高度（不包括裙座）由下列關(guān)系計(jì)算：塔高（H）二吸收段高度（H1）+支持圈高度（H2）+柵板高度（H3）+支持板高度（H4）+液體再分布裝置高度（H5）+液體噴淋裝置高度（H6）+塔底除霧沫器高度（H7）+塔底段高度（H8）+封頭尺寸（H9）+其他附屬高度（H10）11.1吸收高度通過(guò)化工原理相應(yīng)知識(shí)的運(yùn)用計(jì)算得，吸收段的高度為H1=12m,同時(shí)將填料吸收段劃分為三段。11.2支持圈高度支持圈采用圓環(huán)式支持圈，支持圈厚度應(yīng)當(dāng)考慮在塔高之中，以保證填料段的吸收效果。本設(shè)計(jì)中選用厚度為10mm的支持圈。11.3柵板高度本設(shè)計(jì)選用柵板式支撐板，柵板式的支撐結(jié)構(gòu)較為常用，由豎立的扁鋼制成。柵板可以制成整塊式或分塊式的。針對(duì)于本設(shè)計(jì)中塔徑為700mm，所以將柵板設(shè)定為整塊。柵板的運(yùn)用起到了對(duì)吸收過(guò)程中，吸收效果的恒定和維持的重要作用，本設(shè)計(jì)中選用厚度為10mm的柵板。11.4支持板高度支持板對(duì)于支撐支持圈，同時(shí)為支撐填料起著全關(guān)重要的作用。本設(shè)計(jì)中選用支持板上段高度為10mm的支持板。11.5液體再分布裝置高度填料塔內(nèi)當(dāng)液體沿填料層下流時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生壁流現(xiàn)象，使塔中心填料得不到良好的潤(rùn)濕，減少了氣液接觸的有效面積。為了克服這種現(xiàn)象，當(dāng)填料層過(guò)高時(shí)，應(yīng)將填料層分段裝填，并在塔內(nèi)每?jī)啥翁盍现g安裝液體再分布裝置，是液體重新分布。本次設(shè)計(jì)使用分配錐形再分布器，高度為80mm。11.6液體噴淋裝置高度液體噴淋裝置的作用是為了能有效地分布液體，提高填料表面的有效利用率。液體噴淋裝置的安裝位置，通常需高于填料層表面150-300mm，本設(shè)計(jì)取250mm,，提高足夠的自由空間，讓上升氣流不受約束地穿過(guò)噴淋器。11.7塔底除霧沫器高度對(duì)于金屬絲網(wǎng)，當(dāng)絲網(wǎng)直徑為0.076-0.4mm時(shí)，在適宜氣速下，絲網(wǎng)層的厚度取為100-150mm時(shí)，就能把氣體中的絕大部分霧滴分離下來(lái)，當(dāng)合成纖維絲網(wǎng)直徑為0.005-0.03mm時(shí)，絲網(wǎng)厚度一般取H=150mm，則H1=226mmo11.8塔底段高度塔底空間高度具有中間貯槽的作用，塔釜料液最好能在塔底有5-8分鐘的儲(chǔ)量，以保證塔底料液不致排完。本設(shè)計(jì)選用8分鐘的儲(chǔ)存時(shí)間則高度為,8x215.08x13…h(huán)=t==1.344^60x0.785x￡)2x^z60x0.785x0.72x998.2塔底空間高度一般取1.0?1.5m，本設(shè)計(jì)去1.2m，加之塔底液體的儲(chǔ)備高度，則塔底段高度取2.544m。11.9封頭高度本設(shè)計(jì)中選用橢圓封頭，根據(jù)填料塔的筒體尺寸為800m，則橢圓的深度取為200mm，直邊高度25mm。其他附屬高度：3.77m綜上所述的介紹，則填料的總高度取為19.83m。第十二章塔體總設(shè)備總質(zhì)量塔設(shè)備的總質(zhì)量：M=m1+m2+m3+氣+m5式中：M代表塔設(shè)備得總質(zhì)量，kg；m1代表塔體的質(zhì)量，kg；m2代表封頭的質(zhì)量，kg；m3代表填料的質(zhì)量，kg；m4代表內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其它附件總質(zhì)量；12.1塔體的質(zhì)量DN=800mm,，直邊高度的橢圓形封頭，其每米質(zhì)量為79kg，則m=qxL=79x15=118知ii12.2封頭的質(zhì)量因?yàn)樘盍纤腄N=800mm，，直邊高度為25mm，其質(zhì)量為q2=23-9kg則m2=2q2=2x23.9=47.8kg12.3填料質(zhì)量填料堆積密度Pp=76.8kg/m3，填料高度為h=12m,則m=pV=76.8x12xlx0.72=354.49kg3P412.4內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其它附件總質(zhì)量m5=600kg12.5水壓試驗(yàn)的質(zhì)量m5=9982x7x4:3.14x0.49=109kg則塔的大體質(zhì)量約為：M=m+m+m+m+m=3277.29kg第十三章容器的支座與焊接本設(shè)計(jì)選用裙式支座，也稱裙座。裙座設(shè)計(jì)主要包括裙座圈、基礎(chǔ)環(huán)厚度的確定、地腳螺栓個(gè)數(shù)，公稱直徑的確定及螺栓座幾何尺寸的確定等。1、裙座常用材料為Q235-B的圓筒形裙座和圓錐形裙座，本次設(shè)計(jì)采用圓筒形。群座的上端與塔體的底封頭焊接，下端與基礎(chǔ)環(huán)、筋板焊接，距地面一定高度處出料孔。裙座體上放開直徑為50mm的排氣孔，在底部開設(shè)排液孔，以便液體隨時(shí)排出液體。由于本次設(shè)計(jì)的裙座直徑為800mm，所以無(wú)需開人孔，只需開兩個(gè)手孔。工業(yè)上裙座的高度一般取3-5m,本次設(shè)計(jì)選用4m的裙座，材料為Q235-B，DN=800mm，厚度為8mm的裙座。本次設(shè)計(jì)地腳螺栓選擇螺栓圓直徑為60寸，螺栓數(shù)為12個(gè)。2、裙座體與塔體的焊接形式有搭接焊縫與對(duì)接焊縫。本次設(shè)計(jì)采用對(duì)接焊縫，要求裙座與塔體直徑相等，兩者對(duì)接在一起，兩邊焊，可承受較大的軸