水吸收氨過程填料吸收塔的設(shè)計(jì)綜述

1、華北電力大學(xué)題目：水吸收氨過程填料吸收塔的設(shè)計(jì)班級(jí)：應(yīng)化 1102姓名：學(xué)號(hào)：201105020226第一章 前言1、設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量為1000 m3/h ，其中含氨 5%，要求塔頂排放氣體中含氨低于 0.02%。采用清水進(jìn)行 吸收，吸收劑的用量為最小量的 1.5 倍。2、操作條件a) 操作壓力 常壓b) 操作溫度 20 填料類型和規(guī)格均自選3、工作日 每年 300天，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行4、廠址 華北地區(qū) 第二章 設(shè)計(jì)方案的確定2.1 裝置流程的確定本次設(shè)計(jì)采用逆流操作： 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，即逆

2、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。2.2 吸收劑的選擇 吸收劑又叫溶劑，吸收過程是依靠氣體在吸收劑中的溶解來實(shí)現(xiàn)的，因此， 選擇良好的吸收劑是吸收過程的重要一環(huán)。選擇吸收劑的基本要求 :1. 吸收劑應(yīng)具有較大溶解度，以提高吸收速率減少吸收劑用量，降低輸送 與再生的能耗。2. 選擇性好，吸收劑對(duì)混合氣體的溶質(zhì)要有良好的吸收能力，而對(duì)其它組 分不吸收或吸收甚微。以提高吸收速率，減小吸收劑用量。3. 操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，以為離開吸收設(shè)備的氣體往往被吸收 劑所飽和，吸收劑的揮發(fā)度愈大，則在吸收和再生過程中吸收劑損失

3、愈大。4. 粘度要低，以利于傳質(zhì)與輸送；有利于氣液接觸，提高吸收速率。5. 具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，以減少吸收劑的降解和變質(zhì)，尤其 在使用化學(xué)吸收劑時(shí)。6. 其它，所選用的吸收劑還應(yīng)滿足無毒性，無腐蝕性，不易燃易爆，不發(fā) 泡，冰點(diǎn)低，廉價(jià)易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。因?yàn)橛盟鑫談?，故采用純?nèi)軇?.3 填料的選擇2.3.1 填料層填料塔內(nèi)充以某種特定形狀的固體填料以構(gòu)成填料層。填料層是塔實(shí)現(xiàn)氣、 液接觸的主要部位。 填料的主要作用是： 填料層內(nèi)空隙體積所占比例很大， 填 料間隙形成不規(guī)則的彎曲通道， 氣體通過時(shí)可達(dá)到很高的湍動(dòng)程度； 單位體積 填料層內(nèi)提供很大的固體表面， 液體分布于

4、填料表面呈膜狀流下， 增大了氣、 液 之間的接觸面積。填料的選擇包括確定填料的種類、 規(guī)格及材質(zhì)等。 所選填料既要滿足生產(chǎn)工 藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用最低。2.3.2 填料種類的選擇填料的選擇包括確定填料的種類、 規(guī)格及材質(zhì)等。 所選擇填料既要滿足生產(chǎn) 工藝的要求， 又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用較低。 填料種類的選擇要考慮分離工藝 的要求，通?？紤]以下幾個(gè)方面：(1) 傳質(zhì)效率要高 一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料(2) 通量要大 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(3) 填料層的壓降要低(4) 填料抗污堵性能強(qiáng)，拆裝、檢修方便2.3.

5、3 填料規(guī)格的選擇填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。( 1)散裝填料規(guī)格的選擇 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 DN16、DN25、DN38、 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， 通量減少， 填料費(fèi)用也增加很多。 而大尺寸的填料應(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，一般塔徑與填料公稱直徑的比值 D/d 應(yīng)大于 8。( 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(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

6、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 量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、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技術(shù)要求， 又具有經(jīng)濟(jì)合理性。應(yīng)予指出， 一座填料塔可以選用同種類型， 同一規(guī)格的填料， 也可選用同種類型 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。 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)靈活掌握， 根據(jù)技 術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原則來選擇填料的規(guī)格。2.3.4 填料材質(zhì)的選擇填料的類型1 拉西環(huán)填料 優(yōu)點(diǎn)：易于制造，價(jià)格低廉，且對(duì)它的研究

7、較為充分，所以在過去較長的時(shí) 間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。缺點(diǎn)：由于高徑比大，堆積時(shí)填料間易形成線接觸，因此液體在填料層流動(dòng) 時(shí)，常存在嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象。 且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面潤濕率較低， 因而傳 質(zhì)速率也不高2 階梯環(huán)填料( Stair ring ) 填料的階梯環(huán)結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層 交錯(cuò) 45的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻 邊。這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高， 其生產(chǎn)能力 可提高約 10%，壓降則可降低 25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較 好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性

8、能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填料，因 此獲得廣泛的應(yīng)用。3 鮑爾環(huán)填料 在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的鮑爾環(huán)是在的側(cè)壁上開一層或兩層長方形小 孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而是形成向內(nèi)彎的葉片。同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同的比表面積和空隙率， 但鮑爾環(huán)在其側(cè)壁 上的小孔可供氣液流通，使環(huán)內(nèi)壁面充分利用。比之拉西環(huán)，鮑爾環(huán)不僅具有較大的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且分離效率較 高，溝流現(xiàn)象也大大降低。鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣泛?？捎商沾伞?金屬或塑料制成。金屬英特洛克斯( Intalox )填料 將環(huán)形結(jié)構(gòu)與鞍形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)集于一體而形成的一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的填料， 具有 生產(chǎn)能力大、壓降低、

9、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高及操作彈性大等優(yōu)良性能， 因而獲得廣泛應(yīng)用，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢(shì)更為顯著。網(wǎng)體填料( Wire gauze packings ) 上述幾種形式的填料屬實(shí)體填料， 與之對(duì)應(yīng)的另一類金屬絲網(wǎng)制成的填料稱 為網(wǎng)體填料。網(wǎng)體填料也有多種形式，如網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。優(yōu)點(diǎn)：因網(wǎng)絲細(xì)密，填料的空隙很高，比表面積很大。由于毛細(xì)管作用，填 料表面潤濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣體阻力小，傳質(zhì)速率高。缺點(diǎn)：造價(jià)很高，故多用于實(shí)驗(yàn)室中難分離物系的分離。規(guī)整填料規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。 使用時(shí)根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸， 疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或分塊拼成圓筒形 在塔內(nèi)砌裝。優(yōu)點(diǎn)：空隙大

10、，故生產(chǎn)能力大，壓降小，且因流道規(guī)則，所以只要液體初始 分布均勻， 則在全塔中分布也均勻， 因此規(guī)整填料幾乎無放大效應(yīng)， 通常具有很 高的傳質(zhì)效率。缺點(diǎn)：造價(jià)較高，易堵塞難清洗， 因此工業(yè)上一般用于較難分離或分離要求 很高的情況。第三章 吸收塔的工藝計(jì)算3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.1 液相物性數(shù)據(jù)L 998.2(kg / m3)L 1004 10 6(Pa s) 3.6(kg / m h)L 72. 6(dynm/ c ) 9 4k0g8 92h6 ( / )DL 1.76 10 9(m3 / s)3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)3混合氣體平均密度： v 1.181(kg / m )空氣黏度： v 1

11、.81 105(Pa s) 0.065(kg / m h)273K，101.3Kpa.氨氣在空氣中擴(kuò)散系數(shù)： D0 0.17(m2 /s)3.2 物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成20， 101.3Kpa下氨氣在水中的溶解度系數(shù) H 0.725kmol / m3 kpa進(jìn)塔氣相摩爾比：ssHM SP998.20.785 18 101.30.7540.051 0.050.0526出塔氣相摩爾比： Y2 = 0.0002/ (1 0.0002 ) = 0.000211對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成： X2 0混合氣體流量 ： V1 = (1000*273)/(293*22.4) = 41.

12、596 kmol/h 進(jìn)塔惰性氣體流量： V = 41.596 *(1 0.05) = 39.5162kmol/h 吸收過程屬于底濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小氣液比可按下式計(jì)算：L Y1 Y20.0526 0.000211 0.751V min x1e X2 (0.0526 / 0.754) 0Y1x1em取操作氣掖比為最小氣液比的 1.5 倍，可得吸收劑用量為：L = 1.5 * 0.751 * 39.5162 = 44.515kmol/h根據(jù)全塔物料衡算式 :V * (Y 1 Y2) = L * (X 1 X2)X1 = V * (Y 1 Y2) / L + LX 2 = (0.0526

13、 0.0002)/(0.751*1.5) = 0.0685液氣比 ： Wl/Wv = (44.515*18)/(1000*1.181) = 0.6783.3 塔徑的計(jì)算3.3.1 塔徑的計(jì)算考慮到填料塔內(nèi)塔的壓力降 ,塔的操作壓力為 101.3 KPaM 0.05 17 0.95 29 28.4 Kg / KmolPMRT33101.3 103 28.4 10 38.3145 273 201.181 Kg / m3液體密度可以近似取為3L 998.2 Kg /m3采用貝恩 霍夫泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式 :11lg ufat3vL0.2A K WLv= -0.48g3LL WvLuF 4.535m / su

14、0.5 0.8 uf取泛點(diǎn)率為 0.6. 即 u = 0.6u f = 0.6 * 4.535 = 2.721m/s0.5 0.5D = 4*V S/( *) 0.5 = 4 1000(36003.142.721)0.5 = 0.361m圓整后取 D = 0.4m =400mm3.3.2 泛點(diǎn)率校核= 4 * V ( * D 2) = 2.212m/su/uf = 2.721 4.535 = 60% 在(50%-80%)之間, 所以符合要求 .3.3.3 填料規(guī)格校核根據(jù)要求應(yīng)選擇環(huán)形填料中的塑料階梯環(huán) . 由于所選用的塔徑為 700 mm,又 根據(jù)填料與塔徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系及實(shí)際操作要求 , 區(qū)尺

15、寸為 38 的塑料階梯環(huán) , 此填料 規(guī)格如下 :公稱直徑:38 mm 孔隙率 :0.92比表面積 a:133 m2 / m3 填料因子 :176 m 1 填料常數(shù) A:0.0942 所以有 D/d = 400/38 = 10.53, 即符合要求 . 見下圖：3.3.4 液體噴淋密度校核最小的噴淋密度 LW min 0.08m3 /(m h)= 0.08 * 133 = 10.6423t=133 m /mm3/(m 2*h)2) = 11.6m 3/(m 2*h)=1451.7 * 18/(998.2*0.785*0.4U Umin 故滿足最小噴淋密度的要求3.4 填料層高度計(jì)算3.4.1 傳

16、質(zhì)單元高度計(jì)算273K， 101.3kpa 下 ， 氨 氣 在 空 氣 中 的 擴(kuò) 散 系 數(shù) Do 0. 1 7c(m2 s/. )由 p T 3/2DV D0 p0 T , 則 293K， 101.3kpa 下， 氨氣在空 氣中的 擴(kuò)散系數(shù) p T0Dv 0.189(cm2 / s)92 293K，101.3kpa 下，氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù) DL 1.76 10 9 m2 /s ( 查化工原 理附錄)Y1* = mX1 = 0.754 * 0.0685 = 0.051649Y2* mX2 0脫吸因數(shù)為： S = mV/L = 0.754 / (0.751*1.5) = 0.700氣相總傳質(zhì)

17、單元數(shù)為：1 Y Y*NOG 11Sln 1 S YY12 YY22* S = 12.24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：0.2aw 1 exp 1.45 at0.75 0.1ULUL2at 0.05L2gUL2L Lat液體質(zhì)量通量為 :UL= WL/(0.785*D 2)=155.801*18/ (0.785*0.7222)=7290.83kg/(m 2.h)氣體質(zhì)量通量為：UV = WV/(0.785*D 2)=3500*1.181/(0.785*0.72)=10746.13 kg/(m 2.h)awat1 exp 1.45 427680 0.75 9640.060.1964

18、0.062 114.2 0.05940896 114.2 3.6998.22 1.27 1080.2997.08 940896 114.29640.062= 0.9812氣膜吸收系數(shù)：kG 0.2370.7 UV at VVV DVRTatDV = 0.1009 Kmol /(m2 h kpa)液膜吸收系數(shù)= 0.4761 Kmol / (m2 h kpa)查表得 =1.45 故KGa KGaW 1.1 =0.1009 0.9812 72 1.451.1=10.727 Kmol / m3 h kpaKLa KLaW 0.4 =0.4761 0.9812 72 1.450.4 =39.024 1

19、/ h0.590.5 uf以下公式為修正計(jì)算公式：u 1.4KG a 1 9.5 u 0.5 KGa = 10.185 Kmol /(m3 h kpa) ufu2.2KLa1 9.50.5KLauff= 24.576則 KGa111 KGa HK LaKmol /(m3 h kpa)H為溶解度系數(shù)) = 6.579 Kmol /(m3 h kpa)由HOGV V =138.305/(7.679*101.3*0.785*0.72)OG KYaKGaP= 0.462m3.4.2 填料層高度的計(jì)算由 Z = H OGNOG = 0.462 12.24 = 5.655m 取上下活動(dòng)系數(shù)為 1.5故 Z

20、= 1.5Z = 1.5*5.655 = 8.48m 故取填料層高度為 9m. 查散裝填料分段高度推薦值查得：塑料階梯環(huán) h/d 815 hmax 6m取 h/d=8 得 h=8 700=5600 m 計(jì)算得填料層高度為 9000mm，故不需分段3.5 填料層壓降的計(jì)算填料層壓降 :氣體通過填料層的壓降采用 Eckert 關(guān)聯(lián)圖計(jì)算 ,其中橫坐標(biāo)為：=0.0234查得 p 92m 12(2.528 2 92 1.45/9.81)=0.103縱坐標(biāo)為查圖得Eckert 圖P790Pa / mz填料層壓力降 P = 790*9 = 7110m第四章 塔附屬設(shè)備工藝計(jì)算4.1 塔附屬高度的計(jì)算取塔上

21、部空間高度可取 1.5m,塔底液相停留時(shí)間按 5min考慮, 則塔釜所占空間高 度為2h1 = (5*60*155.801*18)/(0.7 2*0.785*3600*998.2) = 0.609m 考慮到氣相接管所占的空間高度 , 空間高度可取 2.5m,所以塔的附屬高度可以取 4.0m. 填料層在中間高度取 0.7m.所以塔高為 H = 4.0 + 9 + 0.7 = 13.7m4.2 液體初始分布器和再分布器的選擇與計(jì)算4.2.1 液體分布器 液體分布器可分為初始分布器和再分布器， 初始分布器設(shè)置于填料塔內(nèi)， 用 于將塔頂液體均勻的分布在填料表面上， 初始分布器的好壞對(duì)填料塔效率影響很

22、大，分布器的設(shè)計(jì)不當(dāng)， 液體預(yù)分布不均， 填料層的有效濕面積減小而偏流現(xiàn)象 和溝流現(xiàn)象增加， 即使填料性能再好也很難得到滿意的分離效果。 因而液體分布 器的設(shè)計(jì)十分重要。 特別對(duì)于大直徑低填料層的填料塔， 特別需要性能良好的液 體分布器。液體分布器的性能主要由分布器的布液點(diǎn)密度 (即單位面積上的布液點(diǎn)數(shù)) 各布液點(diǎn)均勻性， 各布液點(diǎn)上液相組成的均勻性決定， 設(shè)計(jì)液體分布器主要是決 定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。 對(duì)液體分布器的選型和設(shè)計(jì)， 一般要求： 液體分布要均 勻；自由截面率要大；操作彈性大；不易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可 用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調(diào)整水平。液體分布器的種類較多

23、， 有多種不同的分類方法， 一般多以液體流動(dòng)的推動(dòng) 力或按結(jié)構(gòu)形式分。 若按流動(dòng)推動(dòng)力可分為重力式和壓力式， 若按結(jié)構(gòu)形式可分 為多孔型和溢流型。其中，多孔型液體分布器又可分為：蓮蓬式噴灑器、直管式 多孔分布器、 排管式多孔型分布器和雙排管式多孔型分布器等。 溢流型液體分布 器又可分為：溢流盤式液體分布器和溢流槽式液體分布器。根據(jù)本吸收的要求和物系的性質(zhì)可選用重力型排管式液體分布器， 布液孔數(shù) 應(yīng)依據(jù)所用填料所需的質(zhì)量分布要求決定， 噴淋點(diǎn)密度應(yīng)遵循填料的效率越高所 需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律。分布點(diǎn)密度計(jì)算：按 Eckert 建議值， D750時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為 170 點(diǎn)m2，所以設(shè)計(jì)取噴淋

24、 點(diǎn)密度為 170 點(diǎn)m2。2總布液孔數(shù) n = 0.785 * 0.7 2 * 170 = 65.40 。取布液孔數(shù)為： 48 點(diǎn)布液計(jì)算：由 L S = 155.801*18/(3600*998.2) = 6.808*10-4m3/s取 =0.60 ， H=0.2 m3.63*10 -3m取 d 0 = 4mm由計(jì)算得，設(shè)計(jì)布液點(diǎn)數(shù)為 48 點(diǎn)，直徑為 4 mm4.2.2 液體再分布器液體在亂堆填料層內(nèi)向下流動(dòng)時(shí)， 有一種逐漸向塔壁流動(dòng)的趨勢(shì)， 即壁流現(xiàn) 象。為提高塔的傳質(zhì)效果， 當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過某一數(shù)值時(shí)， 填料層需 分段。為改善壁流造成的液體分布不均，在各段填料層之間安設(shè)液體

25、再分布器， 以收集來自上一填料層來的液體， 為下一填料層提供均勻的液體分布。 在填料層 中每隔一定高度應(yīng)設(shè)置一液體再分布器。在通常情況下，一般將液體收集器與液體分布器同時(shí)使用，構(gòu)成液體收集及 再分布裝置。 液體收集器的作用是將上層填料流下的液體收集， 然后送至液體分 布器進(jìn)行液體再分布。液體收集再分布器的種類很多， 大體上可分為兩類： 一類是液體收集器與液 體再分布器各自獨(dú)立， 分別承擔(dān)液體收集和再分布的任務(wù)。 另一類是集液體收集 和再分布功能于一體而制成的液體收集和再分布器。液體再分布器有與百葉窗式集液器配合使用的管式或槽盤式液體再分布器、多孔盤式再分布器和截錐式液體再分布器。 最簡單的液體

26、再分布裝置為截錐式再分布器，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，一般多用于直徑小于 0.6m 的填料塔中，以克 服壁流作用對(duì)傳質(zhì)效率的影響。由于此次設(shè)計(jì)填料層高度為 10m需分段，根據(jù)實(shí)際情況選取多孔盤式液體再 分布器。為防止上一填料層來的液體直接流入升氣管，應(yīng)于升氣管上設(shè)蓋帽。 4.2.3 塔底液體保持管高度塔底液體保持管高度可以根據(jù)液體的流率及布液孔的直徑選定。 ：塔底液位保持管高度與所需的布液孔直徑兩者之間的關(guān)系如下V d 2nk 2gk布液孔直徑為 4mm液, 體保持管高度為=0.096mk 為孔流系數(shù)，其值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定，在雷諾數(shù)大于1000 的情況下,可取 0.60-0.62 。液位高

27、度的確定應(yīng)和布液孔徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì) ,使各項(xiàng)參數(shù)均在定范圍對(duì)于重力式排管液體分布器， 液位保持管的高度由液體最大流率下的最高液 位決定，一般取最高液位的 1.12-1.15 倍。4.3 其它附屬塔內(nèi)件的選擇填料塔的內(nèi)件主要有填料支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收 集再分布裝置等，還有封頭、管法蘭、筒體等。合理地選擇和設(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。4.3.1 填料支撐裝置填料支承裝置的作用是支承填料以及填料層內(nèi)液體的重量，同時(shí)保證氣液兩 相順利通過。支承若設(shè)計(jì)不當(dāng)， 填料塔的液泛可能首先發(fā)生在支承板上。 為使氣 體能順利通過，對(duì)于普通填料塔， 支承件上的流體通

28、過的自由截面積為填料面的 50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的 截面堵去一些， 所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。 自由截面太小， 在操作中 會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承裝置本 身對(duì)塔內(nèi)氣液的流動(dòng)狀態(tài)也會(huì)產(chǎn)生影響， 因此作為填料支承裝置， 除考慮其對(duì)流 體流動(dòng)的影響外，一般情況下填料支承裝置應(yīng)滿足如下要求：（ 1） 足夠的強(qiáng)度和剛度，以支持填料及所持液體的重量（持液量） ，并考慮填 料空隙中的持液量， 以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動(dòng)， 機(jī)械震動(dòng)， 溫度波動(dòng) 等因素。（ 2） 足夠的開孔率（一般要大于填料的空隙率） ，以防止首先

29、在支撐處發(fā)生液泛；為使氣體能順利通過， 對(duì)于普通填料塔， 支承件上的流體通過的自由 截面積為填料面的 50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝 上填料后要將支承板上的截面堵去一些， 所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由 截面。自由截面太小，在操作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。 增加壓強(qiáng)降， 降低效率， 甚至形成液泛。（ 3） 結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于氣液相的均勻分布， 同時(shí)不至于產(chǎn)生較大的阻力 （一般阻 力不大于 20Pa）；（ 4） 結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造安裝和維修。（ 5） 要有一定的耐腐蝕性。 常用的填料支承裝置有柵板形和駝峰形及各種具有氣升管結(jié)構(gòu)的支承板。 由設(shè)計(jì)條件，本次設(shè)計(jì)中選用柵板形支承板。4.3.

30、2 填料壓緊裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)或跳動(dòng)， 保持操作中填料床層 為一恒定的固定床，從而必須保持均勻一致的空隙結(jié)構(gòu)，使操作正常、穩(wěn)定，故 需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。 對(duì)于散裝填料， 可選用壓 緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將 其與壓緊柵板固定；對(duì)于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設(shè)計(jì)中，為防止在填料 壓緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于 70 。填料壓板自由放置于填料層上端，靠自身重量將填料壓緊，它適用于陶瓷、 石墨制成的散裝填料。它的作用是在高氣速（高壓降）和

31、負(fù)荷突然波動(dòng)時(shí)，阻止 填料產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而避免填料松動(dòng)、破損。由于填料易碎，當(dāng)碎屑淤積在床 層填料的空隙間， 使填料層的空隙率下降時(shí)， 填料壓板可隨填料層一起下落， 緊 緊壓住填料而不會(huì)形成填料的松動(dòng)、降低填料塔的生產(chǎn)能力及分離效率。床層限制板用于金屬散裝填料、塑料散裝填料及所有規(guī)整填料。它的作用 是防止高氣速高壓降或塔的操作突然波動(dòng)時(shí)填料向上移動(dòng)而造成填料層出現(xiàn)空 洞，使傳質(zhì)效率下降。由于金屬及塑料填料不易破碎，且有彈性，在裝填正確時(shí) 不會(huì)使填料下沉，故床層限制板要固定在塔壁上。為了便于安裝和檢修，填料壓緊裝置不能與塔壁采用連續(xù)固定方式，對(duì)于 小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。本

32、次設(shè)計(jì)的填料塔采用押金網(wǎng)板，設(shè)置自由截面積為 85%。采用支耳固定。4.3.3 氣體的進(jìn)出口裝置 填料塔的氣體進(jìn)口裝置盡量使氣體分散均勻， 同時(shí)還能防止塔內(nèi)下流的液體 流入氣體管路中。常用的辦法是使進(jìn)氣管伸至塔的中心線位置 , 管端為向下的 45o 切口或向下的缺口。 這樣氣體從切口或缺口處折轉(zhuǎn)向上。 由于這種進(jìn)氣管不能使 氣體分布均勻，所以只能用于直徑在 500 以下的塔中。對(duì)于直徑較大的塔， 進(jìn) 氣管的末端為向下的喇叭口，對(duì)于直徑更大的塔，則應(yīng)采取氣體均布措施。氣體的出口裝置既要保證氣流暢通，又要能除去被氣體夾帶的液體液霧。目 前常用的除霧裝置有折板除霧器和絲網(wǎng)除霧器。折板除霧器，這種裝置

33、較簡單， 除霧效果較好。絲網(wǎng)除霧器，這種裝置效率高，可除去直徑大于5um的液滴。4.3.4 液體的出口裝置填料塔的出口裝置既能使液體通暢引(排)出外，還要保證形成對(duì)塔內(nèi)氣體 的液封， 并能防止液體夾帶氣體。 常用的液體出口裝置可采用水封。 本設(shè)計(jì)中塔 內(nèi)外壓差較大時(shí)，可采用倒 U 形管密封裝置。4.3.5 除沫裝置 由于氣體在塔頂離開填料塔時(shí)，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液相，經(jīng)常需 要在頂設(shè)置除沫器。 常用的除沫器有以下幾種： 折流板式除沫器， 它是一種利用慣性使液滴 得以分離的裝置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器， 由幾塊固定的旋流板片組成， 氣體 通過時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 造成一個(gè)

34、離心力場(chǎng)， 液滴在離心力作用下，向塔壁運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了氣液 分離。適用于大塔徑凈化要求高的場(chǎng)合。絲網(wǎng)除沫器，它由金屬絲卷成高度為100-150 的盤狀使用。安裝方式多種多樣，氣體通過除霧沫器的壓強(qiáng)降約為 120-250Kp ，絲網(wǎng)除沫器的直 徑由氣體通過絲網(wǎng)的最大氣速?zèng)Q定。根據(jù)本吸收特點(diǎn)及要求，本吸收操作選用金屬絲網(wǎng)除沫器。4.4 吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算 吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)主要包括氣體通過填料塔的壓力降、泛點(diǎn)率、氣體動(dòng) 能因子等，此外，還應(yīng)了解塔內(nèi)液體和氣體的分布狀況。4.4.1 吸收塔的壓力降由離心泵的選擇計(jì)算 全塔壓降p p p1 p2p 7900 145.55 72.77 8118.32(

35、pa)4.4.2 吸收塔的泛點(diǎn)率填料塔的泛點(diǎn)率是指塔內(nèi)操作氣速與泛點(diǎn)氣速的比值。 操作氣速是指操作條 件的空塔氣速， 泛點(diǎn)氣速采用貝恩霍根關(guān)系式計(jì)算。 盡管近年來， 有些研究者 認(rèn)為填料塔在泛點(diǎn)附近操作時(shí)， 仍具有較高的傳質(zhì)效率， 但由于泛點(diǎn)附近流體力 學(xué)性能的不穩(wěn)定性，一般較難穩(wěn)定操作，故一般要求泛點(diǎn)在 50% 85% 之內(nèi)，而 對(duì)于易起泡的物系可低至 40% 。吸收塔操作氣速為 2.528m/s ，泛點(diǎn)氣速為 4.535m/s 所以泛點(diǎn)率為2.528 4.535 = 60%對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為：F 因子，其定義為4.4.3 氣體動(dòng)能因子氣體動(dòng)能因子是操作氣速與氣相密度平方根的乘

36、積，簡稱FuV故吸收塔內(nèi)氣體動(dòng)能因子為2.528 * 1.181 0.5 = 2.747 氣能因子在常用的范圍內(nèi)。從以上的各項(xiàng)指標(biāo)分析， 該吸收塔的設(shè)計(jì)合理， 可以滿足吸收操作的工藝要 求。4.5 其他附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇4.5.1 吸收塔的主要接管尺寸的計(jì)算1 、氣體進(jìn)料管由于常壓下塔氣體進(jìn)出口管氣速可取 1020m/s，故若取氣體進(jìn)出口流速近似為 16m/s，則由公式 qV 4 d2u可求得氣體進(jìn)出口內(nèi)徑為= 3500/(3600*0.785*16)0.5 = 278.22mm采用直管進(jìn)料， 由化工原理 第三版王志魁主編 化學(xué)工業(yè)出版社 查得 選擇 273mm 6.5mm 熱軋無縫鋼管，則

37、18.32m/s （在符合范圍內(nèi)）氣體進(jìn)出口壓降 :進(jìn)口：出口：= 0.5*1.181*18.32 2 =198.185(Pa)= 0.5*1.181*18.32 2 =198.185(Pa) P2 = 0.58 * P1 = 99.09(Pa)2 、液體進(jìn)料管由于常壓下塔液體進(jìn)出口管速可取 1 3m/ s ，故若取液體進(jìn)出口流速近似為2.6m/s ，則由公式 qVd2u 可求得液體進(jìn)出口內(nèi)徑為4d9640.064998.2 3600 0.785 2.6 0.036m采用直管進(jìn)料， 由化工原理第三版 王志魁主編 化學(xué)工業(yè)出版社 P381查得 選擇 42mm 2.5mm 熱軋無縫鋼管，則d2u

38、4qV29640.064 / (998.2 3600) 2 2.50m / s (在符合范圍內(nèi))2 0.785 (0.042 0.0025 2)24.5.2 離心泵的計(jì)算與選擇計(jì)算過程如下：管內(nèi)液體流速：u 2.50m / s則雷諾數(shù) Rdu 0.037 2.50 998.2 e1.004 10 49.20 1050.3164Re 0.25 0.0102局部阻力損失：三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截止閥全開3 6.4 19.2 ;三個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 90彎頭2 3 0.75 2.25 ；管路總壓頭損失lu2Hf ( l ) uf d 2g122.502(0.0102 21.45) 7.90m0.037 2 9.81填料塔壓降： p p p1 p2p 7900 145.55 72.77 8118.32(pa)揚(yáng)程 H e z Pg其它阻力壓降較小可忽略。H f 10