化工原理課程設(shè)計(jì)水吸收氨氣填料塔設(shè)計(jì)

1、 化化工工原原理理 課課程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) 水吸收氨氣填料塔設(shè)計(jì)水吸收氨氣填料塔設(shè)計(jì)學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2012 年 12 月 11 日設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)水吸收氨氣填料塔設(shè)計(jì)水吸收氨氣填料塔設(shè)計(jì)（一）（一） 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量為_(kāi)3200_m3/h，其中含氨為_(kāi)8%_（體積分?jǐn)?shù)） ，混合氣體的進(jìn)料溫度為 25。要求： 塔頂排放氣體中含氨低于_0.04%_（體積分?jǐn)?shù)） ；（二）（二） 操作條件操作條件（1）操作壓力：常壓 （2）操作溫度：20（3）吸收劑用量為最小用量的倍數(shù)自己確定（三）（三） 填料類型填

2、料類型聚丙烯階梯環(huán)吸收填料塔（四）（四） 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)方案的確定和說(shuō)明（2）吸收塔的物料衡算； （3）吸收塔的工藝尺寸計(jì)算； （4）填料層壓降的計(jì)算； （5）液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)； （6）繪制液體分布器施工圖（7）吸收塔接管尺寸計(jì)算； （8）設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表；（9）繪制生產(chǎn)工藝流程圖（A3 號(hào)圖紙） ； （10）繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖（A3 號(hào)圖紙） ； （11）對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。目目 錄錄前前 言言.1第一節(jié)第一節(jié) 填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定.21.1 裝置流程的確定.21.2 吸收劑的選擇.21.3 課程設(shè)計(jì)任務(wù).31.4 填料的類型與選擇.3

3、1.4.1 填料種類的選擇.41.4.2 填料規(guī)格的選擇.61.4.3 填料材質(zhì)的選擇.61.5 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù).71.5.1 液相物性數(shù)據(jù).71.5.2 氣相物性數(shù)據(jù).81.5.3 氣液相平衡數(shù)據(jù).81.5.4 物料橫算.8第二節(jié)第二節(jié) 填料塔工藝尺寸的計(jì)算填料塔工藝尺寸的計(jì)算.102.1 塔徑的計(jì)算.102.2 填料層高度的計(jì)算及分段.122.3 填料層壓降計(jì)算：.14第三節(jié)第三節(jié)填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì)填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì).153.1 液體分布裝置.153.2 液體再分布裝置.173.3 填料支撐裝置.183.4.流體進(jìn)出口流差.20設(shè)計(jì)一覽表設(shè)計(jì)一覽表.21對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述.

4、22參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).230前前 言言 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(lái)由于填料塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，新型的、高負(fù)荷填料的開(kāi)發(fā)，既提高了塔的通過(guò)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)

5、被推廣到大型氣、液操作中，在某些場(chǎng)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(jiàn)。隨著對(duì)填料塔的研究和開(kāi)發(fā)，性能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工業(yè)生產(chǎn)中。為了避免化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對(duì)于工業(yè)尾氣中的氨氣進(jìn)行吸收，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(lái)凈化含有氨氣的工業(yè)尾氣，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。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(guò)程易于進(jìn)行，而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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

6、過(guò)程節(jié)省大量人力和物力。利用混合氣體中各組分在同一種液體(溶劑)中溶解度差異而實(shí)現(xiàn)組分分離的過(guò)程稱為氣體吸收氣體吸收是一種重要的分離操作，它在化工生產(chǎn)中主要用來(lái)達(dá)到以下幾種目的。(1)分離混合氣體以獲得一定的組分。(2)除去有害組分以凈化氣體。(3)制備某種氣體的溶液。一個(gè)完整的吸收分離過(guò)程，包括吸收和解吸兩個(gè)部分。典型過(guò)程有單塔和多塔、逆流和并流、加壓和減壓等。1第一節(jié)第一節(jié) 填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定1.11.1 裝置流程的確定裝置流程的確定本次設(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

7、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。1.2 吸收劑的選擇吸收劑的選擇吸收過(guò)程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解來(lái)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(guò)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

8、提高。(5)其他 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能滿足無(wú)毒性、無(wú)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。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。所以本設(shè)計(jì)選擇用清水作吸收劑，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(guò)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?附圖：工業(yè)常用吸收劑附圖：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、洗油一氧化碳銅氨液1.3 課程設(shè)計(jì)任務(wù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)1. 氣體混合物成分：空氣和氨2. 空氣中氨的含量

9、: 8.0% （體積含量即為摩爾含量）3. 混合氣體流量 3200 m3/h4. 操作溫度 293K5. 混合氣體壓力 101.3KPa6. 尾氣氨含量 0.04%7. 采用清水為吸收劑8. 填料類型：采用聚丙烯鮑爾環(huán)填料設(shè)計(jì)步驟：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計(jì)方案;（2）針對(duì)物系及分離要求，選擇適宜填料；（3）確定塔徑、填料層高度等工藝尺寸（考慮噴淋密度） ；（4）計(jì)算塔高、及填料層的壓降；（5）塔內(nèi)件設(shè)計(jì)。因?yàn)橛盟鑫談?，故采用純?nèi)軇?.4 填料的類型與選擇填料的類型與選擇填料的種類很多，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。3塔填料（簡(jiǎn)稱為填料）是填料塔的核心構(gòu)

10、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(lái)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比值 D/d。1.4.1 填料種類的選擇填料種類的選擇填料種類很多，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

11、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?，F(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(kāi)出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，被切開(kāi)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(kāi)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

12、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大為縮短，減少了氣體通過(guò)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4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?；“疤盍蠈侔靶翁盍系囊环N，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質(zhì)材料制成。弧鞍填料的特點(diǎn)是表面全部敞開(kāi)，不分內(nèi)外，

13、液體在表面來(lái)那個(gè)側(cè)均勻的流動(dòng)，表面利用率高，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。弧鞍填料強(qiáng)度較差，容易破碎，工業(yè)生產(chǎn)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(guó)內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場(chǎng)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)

14、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 2.2 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5到廣泛使

15、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mmmm64紋板片上軋成細(xì)小溝紋，可起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤(rùn)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(chǎng)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，本課設(shè)選擇散裝階梯環(huán)填料。1.4.2 填料規(guī)格的選擇填料規(guī)格的選擇工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 Dn16Dn25Dn38 Dn76

16、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。表 3-1填料種類D/d 的推薦值拉西環(huán)D/d2030鞍環(huán)D/d15鮑爾環(huán)D/d1015階梯環(huán)D/d8環(huán)矩鞍D/d81.4.3 填料材質(zhì)的選擇填料材質(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(jiàn)的各種無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸的腐蝕，對(duì)強(qiáng)堿介質(zhì)，可以選用耐

17、堿配方制6造的耐堿陶瓷填料。陶瓷填料因其質(zhì)脆、易碎，不易在高沖擊強(qiáng)度下使用。陶瓷填料價(jià)格便宜，具有很好的表面潤(rùn)濕性，工業(yè)上，主要用于氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過(guò)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(lái)綜合考慮。碳鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面濕潤(rùn)性能，對(duì)于無(wú)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)，一般能耐以外常見(jiàn)物系的腐蝕，但其造價(jià)較高；鈦材、特種合金cl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)（0.20.1mm），與同種類型、同種規(guī)格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大

18、、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、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(guó)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(wú)機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長(zhǎng)期在 100以下使用。聚丙烯填料在低溫（低于 0）時(shí)具有冷脆性，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(rùn)濕性能較差，在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，需要對(duì)其表面進(jìn)行處理，以提高表面潤(rùn)濕性能。所以本次課設(shè)選用

19、聚丙烯填料。1.5 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)1.5.1 液相物性數(shù)據(jù)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 水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：1. 3998.2/lkg m2. 0.001.3.6/.lpa skg mh黏度：73. 表面張力為:272.6/940896/zdyn cmkg h4. 3320:0.725/CNHHkmol mkpa5. 62320:7.34 10/lCNHDmh6. 22320:0.225/vCNHDcmsmh1.5.2 氣相物性數(shù)據(jù)氣相物性數(shù)據(jù)1. 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 )/(04.2829)08. 01 (1708. 0

20、kmolkgM2. 混合氣體的平均密度 333/166. 1293315. 81004.28103 .101mkgRTMPVR=8.314 3/mKPa kmol K3. 混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊(cè)得 20時(shí)，空氣的黏度C551.73 106228 10/vpa skg m h 注： 1 1Pa.s=1kg/m.s211/Nkg m s2211/1/PaN mkg sm1.5.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得，常壓下，20時(shí)，NH 在水中的亨利系數(shù)為 E=76.3kpa0C3在水中的溶解度: H=0.725kmol/m0320NHC 時(shí),相平衡常數(shù)： 754. 03 .1

21、0102.18725. 02 .998PHMPEmSL溶解度系數(shù): )/(725. 03kpamkmolH1.5.4 物料橫算物料橫算1. 進(jìn)塔氣相摩爾比為 08696. 008. 0108. 01Y82. 出塔氣相摩爾比為 0004. 02Y對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為：(清水)02X混合氣體流量：)/(11.1334 .2212932733200hkmol惰性氣體流量：)/(46.122)08. 01 (11.133hkmolV最小液氣比：7505. 0 . 00754. 008696. 00004. 008696. 0)(21212121minXmYYYXXYYVL取實(shí)際液氣比為最

22、小液氣比的 2.5 倍，則可得吸收劑用量為：)/(77.2295 . 246.1227231. 0hkmolL04613. 05 . 27505. 00004. 008696. 0)(211LYYVXV單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸收塔的惰性氣體量，kmol/s;L單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸收塔的溶解劑，kmol/s;Y1、Y2分別為進(jìn)塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;X1、X2分別為進(jìn)塔及出塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;液氣比 108. 1166. 132001877.229VL經(jīng)計(jì)算該吸收過(guò)程為低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)?；旌蠚怏w的黏度可近似取為空氣的黏

23、度。9第二節(jié)第二節(jié) 填料塔工藝尺寸的計(jì)算填料塔工藝尺寸的計(jì)算填料塔工藝尺寸的計(jì)算包括塔徑的計(jì)算、填料能高度的計(jì)算及分段2.1 塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算混合氣體的密度 333/166. 1293315. 81004.28103 .101mkgRTMPG填料總比表面積：32/5 .132mmat水的黏度smPaL004. 1采用貝恩-霍根泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度：4755. 0)2 .998166. 1()166. 1320018859.137(75. 1204. 0lg81418/ 14/ 12 . 032LVVLLLVtFwwKAagusmugauFLLVtF/9961. 3004. 1166. 1

24、5 .1322 .99891. 081. 93346. 03346. 02 . 032 . 032F泛點(diǎn)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(guān)聯(lián)常數(shù)。3.1不同類型填料的A、K值10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 0.6，即smuuF/3997. 29961. 36 . 06 . 0smuVD

25、S/6872. 036003997. 214. 3320044圓整后取 mD7 . 0D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(jì)算的混合氣體線速度，m/s. u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：smu/311. 27 . 0785. 0360032002 （對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為5783. 09961. 3311. 2Fuu）填料規(guī)格校核： 85. 05 . 0/Fuu842.1838700dD液體噴淋密度校核：取最小潤(rùn)濕速率為

26、：)/(08. 0)(3minhmmLW32/5 .132mmat所以 )/(6 .105 .13208. 0)(23minminhmmaLUtW11min2322)/(78.108 . 0785. 02 .9981877.229785. 0UhmmDLUh經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。mD7 . 02.2 填料層高度的計(jì)算及分段填料層高度的計(jì)算及分段查表知， 0，101.3 下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)Ckpa3NHscmD/17. 02o由，23)(oooTTPPDDG則 293，101.3下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為kkpa3NHscmDDG/189. 0)273293)(3 .1013 .

27、101(223o液相擴(kuò)散系數(shù)smDL/1080. 129液體質(zhì)量通量為)/(27.107527 . 0785. 01877.22922hmkgUL氣體質(zhì)量通量為)/(25.97007 . 0785. 0166. 1320022hmkgUV003478. 004613. 0754. 02211mXYmXY脫吸因數(shù)為4019. 07 .22946.122754. 0LmVS氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：144. 84019. 000004. 0008696. 0)4019. 01(4019. 011)1(112221LnSYYYYSLnSNOG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：)()()()(45

28、. 1exp12 . 0205. 0221 . 075. 0tLLLLtLLtLLctwaUgaUaUaa12不同材質(zhì)的 c值見(jiàn)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，2/427680/33hkgcmdync所以，064365. 0)5 .1329408962 .99827.10752()1027. 12 .9985 .13227.1075()6 . 35 .13227.10752()940896427680(45. 1exp12 . 0205. 08221 . 075. 0twaa氣膜吸收系數(shù)由下式

29、計(jì)算：)/(1141. 0)293314. 8103600189. 05 .132()360010189. 0166. 106228. 0()06228. 05 .13225.9700(237. 0)()()(237. 0243147 . 0317 . 0kpahmkmolRTDaDaUVtVVVvtVG液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：54. 1)2 .9981027. 16 . 3()36001080. 12 .9986 . 3()6 . 35 .132064365. 027.1072(0095. 0)()()(0095. 031821932312132LLLLLLwLLgDaU表 3.3 各類填料

30、的形狀系數(shù)填料類型球棒拉西環(huán)弧鞍開(kāi)孔環(huán) 值0.720.7511.191.45查表得：45. 113則haakpahmkmolaawLLwGG13839.1545. 15 .132064365. 054. 1)/(464. 145. 15 .132064365. 01141. 04 . 04 . 031 . 11 . 15 . 05783. 0Fuu由 得，auuaauuaLFLGFG)5 . 0(6 . 21 )5 . 0(5 . 91 2 . 24 . 1hakpahmkmolaLG13839.15238.15)5 . 05783. 0(6 . 21 )/(857. 1464. 1)5 .

31、05783. 0 . 0(5 . 91 2 . 234 . 1則 )/(5919. 13839.15725. 01857. 1111113kpahmkmolaHaaLGG由 mPaVaKVHGYOG9743. 17 . 0785. 03 .1015919. 146.1222由 mNHZOGOG0787.16144. 89743. 1mZ255.11368. 97 . 0設(shè)計(jì)取填料層高度為：mZ12查表：對(duì)于階梯環(huán)填料，mhDh6,158max將填料層分為兩段設(shè)置，每段 6m，兩段間設(shè)置一個(gè)液體再分布器。2.3 填料層壓降計(jì)算：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

32、：03788. 0)2 .998166. 1(166. 132001877.229)(5 . 05 . 0LVVL查表得：1116mP縱坐標(biāo)為：07383. 0004. 12 .998166. 181. 91116311. 22 . 022 . 02LLVPgu14查圖得，mpaZP/26.451填料層壓降為：kpapaP415. 51226.451第三節(jié)第三節(jié)填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì)填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì)3.1 液體分布裝置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

33、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(rùn)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(dá)到預(yù)期分離效果的15重要條件。從噴淋密度考慮，應(yīng)保證每 60的塔截面上約有一個(gè)噴淋點(diǎn)，這2m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(pán)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(guò)。這種噴淋器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但只適用于直徑小于 600mm80的塔中，且小孔易堵塞。盤(pán)式分布器:盤(pán)低開(kāi)有篩孔的稱為塞孔式，盤(pán)底裝有垂直短管的稱為溢流管式。液體加至分布盤(pán)上，經(jīng)篩孔或溢流短管

34、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(pán)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(guò)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(pán)管、聯(lián)接管及中央進(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。 液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏埽潜ＷC填料塔達(dá)到預(yù)期分離效果的重要條件。近年來(lái)的實(shí)踐表明，大直徑填料塔的放大問(wèn)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(diǎn)數(shù)目與小塔相同，大型填料塔的傳質(zhì)效率將

35、不會(huì)低于小型塔。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(guò)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(guò)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：16 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)時(shí)，每塔截面設(shè)

36、一個(gè)噴淋點(diǎn)。則總布液孔數(shù)為：mmD800260cm6411.6410607 . 0785. 042n布液計(jì)算：由 HgndLoS242smsmLS/00129. 0/2 .99832001877.22933取，60. 0mmH160則 mmmHgnLdSo29. 400429. 016. 081. 926 . 08514. 300129. 04243.2 液體再分布裝置液體再分布裝置實(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、塔中心的填料不被潤(rùn)濕，影響了流體沿塔橫截面分布的均勻性，降低傳質(zhì)效率。

37、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,見(jiàn)圖 3.2。可選用多孔盤(pán)式再分布器。分布盤(pán)上的孔數(shù)按噴淋點(diǎn)數(shù)確定，孔徑為49.7mm。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(pán)外徑-785mm，升氣管數(shù)量-6.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(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17型。截錐體與塔壁的夾角一般取為35-400，截錐下口直徑 D1=（0.

38、70.8）D。截錐型再分布器適于直徑800mm 以下的塔應(yīng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣體通過(guò)截面較大，可用于3001000mm 直徑的塔中，其缺點(diǎn)是噴灑不夠均勻。圖3.2（d）為改進(jìn)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。綜上所述，本設(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。 （a） 、 （b）截錐式 （c）邊圓槽形 （d）改進(jìn)截錐式圖 3.2 常用液體再分布器

39、3.3 填料支撐裝置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)滿足下列三個(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3.3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600800mm 時(shí)，可以分成兩塊；直徑在9001200mm 時(shí)，分成三塊；直徑大于1400mm 時(shí)，分成18四塊；使每塊寬度約在300400mm 之間，以便拆裝。柵板條之間的距離應(yīng)

40、約為填料環(huán)外徑的0.60.7。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3.3（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3.3（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(guò)整個(gè)塔德橫截面積，所以絕不會(huì)在此造成液泛。本設(shè)計(jì)塔徑 D=800mm，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自由截面較大、金屬耗用量較小，由豎扁鋼制成的柵板作為支承板，將其分成兩塊，柵板條之間的距離約為24.7mm。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，

41、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)渡支承，以取得較大的孔隙率。由于采用的是50mm 的填料，所以可用 75mm 的十字環(huán)。 （a）柵板 （b）升氣管式 （c）十字隔板環(huán)層圖3.3 填料支承板19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(guò)渡支撐，以取得較大的孔隙率。由于采用的是的填料，所以可用的十mm38mm75字環(huán)。塔徑，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mmD800支持圈或支持塊上。分塊式柵板，每塊寬度為 4

42、00mm，每塊重量不超過(guò) 700N，以便從人孔進(jìn)行裝卸。3.4.流體進(jìn)出口流差流體進(jìn)出口流差填料塔的氣體進(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。由于本設(shè)計(jì)對(duì)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴(yán)，可不設(shè)除液沫裝置。為防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取 1020m/s（高壓塔氣速低于此值） ；液體進(jìn)出口管氣速可取 0.81.5m/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 15m/s，液體進(jìn)液口流速取 1.2m/s氣體進(jìn)出口管直徑： m2748. 036001514. 320034u4VsD1液體流量： h/m148. 42 .99802.1877.229L3液體進(jìn)出口管直徑： m03497. 036002 . 114. 3148.