1、化工原理課程設計水吸收氨填料塔設計目 錄一 前言3二 設計任務3三 設計條件3四 設計方案3 1吸收劑的選擇3 2流程圖及流程說明3 3塔填料的選擇4五 工藝計算4 1物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成4 2塔徑的計算5 3.填料層高度計算7 4.填料層壓降計算10 5.液體分布裝置11 6.液體再分布裝置13 7.填料支撐裝置14 8.流體進出口流差159.填料層的附屬高度16六 設計一覽表17七 對本設計的評述18八 參考文獻19九 附圖（帶控制點的工藝流程簡圖、主體設備設計條件圖）一前言課程設計是本課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際的橋梁，是使學生體察工程實際問

2、題復雜性、學習化工設計基本知識的初次嘗試。通過課程設計，要求學生能綜合利用本課程和前修課程的基本知識，進行融會貫通的獨立思考，在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的化工設計任務，從而得到化工工程設計的初步訓練。通過課程設計，要求學生了解工程設計的基本內(nèi)容，掌握化工設計的程序和方法，培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設計，還可以使學生樹立正確的設計思想，培養(yǎng)實事求是、嚴肅認真、高度責任感的工作作風。課程設計是增強工程觀念，培養(yǎng)提高學生獨立工作能力的有益實踐。二、設計任務： 1、完成填料塔的工藝設計與計算，有關附屬設備的設計和選型;2、繪制吸收系統(tǒng)的工藝流程圖和填料塔裝置圖;3、編寫設計說明書

3、。三、設計條件：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。四、設計方案1吸收劑的選擇 根據(jù)所要處理的混合氣體，可采用水為吸收劑，其廉價易得，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。2流程圖及流程說明該填料塔中，氨氣和空氣混合后，經(jīng)由填料塔的下側進入填料塔中，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。（如右圖所示）3塔填料選擇 塔填料的選擇是填料塔設計中重

4、要一環(huán)，一般要求塔填料具有較大的通量，較低的壓降，較高的傳質(zhì)效率，同時操作彈性大，性能穩(wěn)定，能滿足物系的腐蝕性、污堵性、熱敏性等特殊要求，填料的強度要高，便于塔的拆裝、檢修、并且價格要低廉。為此填料應具有較大的比表面積，較高的空隙率，結構要敞開，死角小， 液體的再分布性能好，填料的類型、尺寸、材質(zhì)選擇適當。塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）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。對于水吸收氨過程，在常溫常壓下進行，所以采用工藝上采用塑料亂堆填料。塑料階梯環(huán)的綜合性能

5、比較好，所以選擇D50聚乙烯階梯環(huán)填料，其主要性能參數(shù)如下：比表面積a：114.2 干填料因子：空隙率：92.7%五、工藝計算對低濃度吸收過程，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?？諝夂退奈镄猿?shù)如下：空氣：水： 1、物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成查表知，20下氨在水中的溶解度系數(shù)亨利系數(shù) 相平衡常數(shù)進塔氣相摩爾比為：出塔氣相摩爾比為：對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為：(清水)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：混合氣體流量：惰性氣體流量：最小液氣比：取實際液氣比為最小液氣比的1.8倍，則可得吸收劑用量為：液氣比 2塔徑計算混合氣體的密度 采用貝恩-霍

6、根泛點關聯(lián)式計算泛點速度：F泛點氣速，m/s； g重力加速度，981m/s2 at填料總比表面積，m2m3 填料層空隙率，m3m3； V,L氣相、液相密度，k/m3； L液體粘度，mPas;A,K關聯(lián)常數(shù)。A,K取值可有表3.1 3.1不同類型填料的A、K值散裝填料類型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取泛點率為0.6，即D塔徑，m；V操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s ;空塔氣速，即按空塔截面積計算的混合氣體線速度，m/s.圓整后取 泛點

7、率校核： （對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為）填料規(guī)格校核： 液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：所以 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。3 填料層高度計算查表知， 0，101.3 下，在空氣中的擴散系數(shù)由，則293，101.3下，在空氣中的擴散系數(shù)為液相擴散系數(shù)液體質(zhì)量通量為氣體質(zhì)量通量為脫吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算：不同材質(zhì)的c值見表3.23.2 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/m10375613340567320查表知，所以，氣膜吸收系數(shù)由下式計算：液膜吸收系數(shù)由下式計算：填料類型球棒拉西環(huán)弧鞍開孔環(huán)值0

8、.720.7511.191.45查表3.2得：則由 得，則 氣膜體積吸收系數(shù)，； 液膜體積吸收系數(shù)，；由 HOG氣相傳質(zhì)單元高度，m 塔截面積，m2由 Z填料層高度，m設計取填料層高度為：對于階梯環(huán)填料，將填料層分為2段設置，每段4.5m，兩段間設置一個液體再分布器。3.4填料層壓降計算采用Eckert通用關聯(lián)圖計算填料層壓降橫坐標為：已知：縱坐標為：查圖3.1得，填料層壓降為：圖3.1通用壓降關聯(lián)圖3.5液體分布裝置液體分布器的作用：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

9、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，以提高分離效果。因此，液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證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. 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310m，做同心圓排列，噴灑角不超過。這種噴淋器結構簡單，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

10、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。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。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。液體分布裝置的安裝位

11、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構。液體引入排管噴淋器的方式采用液體由水平主管一側引入，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。分布點密度計算：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，由于結構的限制，不可能將噴淋點設計得很多。根據(jù)Eckert建議，當時，每塔截面設一個噴淋點。則總布液孔數(shù)為：布液計算：由 取，則 3.

12、6液體再分布裝置實踐表明，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。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。截錐體與塔壁的夾角一般取為35-400，截

13、錐下口直徑D1=（0.70.8）D。截錐型再分布器適于直徑800mm以下的塔應用。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50100mm，可依塔徑大小選取，溢流管直徑為1632mm，一般取34根溢流管。此型結構簡單，氣體通過截面較大，可用于3001000mm直徑的塔中，其缺點是噴灑不夠均勻。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。改進分配錐具有通過能力大，不影響填料塔操作和填料裝填的優(yōu)點。它可以安裝在填料層里，收集壁流液體進行再分布。其參考尺寸如下圖：塔徑錐圓直徑D1錐體高度h110

14、07061501108200145102501901230021514350255164002951845032520500365255504052860044032綜上所述，本設計選用改進形分配錐再分布器，截錐體與塔壁的夾角取為350，截錐下口直徑440mm。 （a）、（b）截錐式 （c）邊圓槽形 （d）改進截錐式圖3.2 常用液體再分布器3.7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）要有一

15、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600800mm時，可以分成兩塊；直徑在9001200mm時，分成三塊；直徑大于1400mm時，分成四塊；使每塊寬度約在300400mm之間，以便拆裝。柵板條之間的距離應約為填料環(huán)外徑的0.60.7。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。當柵板結構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

16、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。本設計塔徑D=600mm，采用結構簡單、自由截面較大、金屬耗用量較小，由于采用的是50mm的填料，所以可用75mm的柵板。 （a）柵板 （b）升氣管式 （c）十字隔板環(huán)層圖3.3 填料支承板填料支撐裝置對于保證填料塔的操作性能具有重大作用。采用結構簡單、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。由于采用的是的填料，所以可用的柵板。塔徑，設計柵板由2塊組成

17、。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，以便從人孔進行裝卸。3.8.流體進出口流差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。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，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器,絲網(wǎng)式。本裝置采用絲網(wǎng)式除霧器。為防止塔內(nèi)與塔外

18、氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口管氣速可取0.81.5m/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。 氣體進氣口氣速取16m/s，液體進液口流速取2.0m/s氣體進出口管直徑： 液體流量： 液體進出口管直徑： 按標準管規(guī)格進行圓整后得，氣體進口出管直徑D1=325mm，厚度為6mm 液體進出管直徑D2=38mm，厚度為5mm。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

19、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。3.9.填料層的附屬高度填料塔的上方空間高度取1.1m，取分布器的高度為0.5m，則液體在分布器的總高度為1m。填料塔塔底液相的停留時間按5min計算，則填料塔釜液所占空間高度的計算式為：h_l=160(4L_s)/(D2 )=1.26m其中 L_s=L_m_l =222.51918.37/998.2=4.087底部空間高度取：1.5m所以填料塔附屬高度?。篽_附=3.5m六 設計一覽表 經(jīng)上述論述和計算得填料吸收塔設計一覽表（見表4.1）表4.1 填料吸收塔設計一覽表吸收塔類型：聚乙烯階梯環(huán)吸收

20、填料塔混合氣處理量： 4000m3/h名稱工藝參數(shù)物料名稱清水混合氣體操作壓力，kPa101.3101.3操作溫度，2020流體密度，kg/m3998.21.205黏度，kg/(m*h)3.60.065表面張力，kg/h(聚乙烯)流量，kg/h4819.3235323.5流速，m/s216接管尺寸（直徑）26.6297塔徑，mm600填料層高度，mm900壓降，KPa14.715操作液氣比0.854分布點數(shù)71七 對本設計的評述歷時兩個星期的化工原理課程設計結束了，在這個課程設計過程當中，我們綜合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，塔板結構的設計，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，使我們的理論知識與實踐充分地結合，做到不