填料吸收塔課程設計資料

1、目錄一、緒論 3二、設計任務書 4三、設計方案簡介 5四、填料塔的主要工藝尺寸計算 84.1 、物料衡算84.2 、填料吸收塔的工藝尺寸計算104.3 、填料層高度計算134.4 、填料壓降計算13五、填料塔內(nèi)部結(jié)構設計145.1、泵的選擇 145.2、工藝管道的材質(zhì)選擇145.3、液體分布器設計145.4、液體再分布器設計165.5、支承板的設計175.6、壓板的選取18六、 壁厚的計算186.1、筒體的設計計算186.2 、封頭設計計算196.3 、法蘭和墊片的選取20七、 各接管尺寸的設計 207.1、進氣管直徑207.2、出氣管直徑207.3、吸收劑進料管直徑217.4、吸收劑進料管直

2、徑21八、設計結(jié)果一覽表 21九、九、主要符號說明 22十、參考文獻 22十一、設計總結(jié)23一、緒論此次課程設計是我們學完了大學的全部基礎課和專業(yè)課之后進行的， 也是學 校對我們大學四年整個教學計劃里的一個必不可少的總結(jié)性教學環(huán)節(jié)。 在課程設 計過程當中，理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)我們綜合運用本所學基礎理論知識， 解決一特 定設計任務的一次訓練，對于培養(yǎng)我們獨立工作和自學能力起到重要作用， 通過 課程設計就以下幾個方面要求我們加強訓練。1 極大的鞏固了我們大學四年所學的知識，是對之前知識的綜合性檢驗。2.查閱資料選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力。3 樹立正確的設計思想，掌握設計方法，并注意在這種設計思想的指導

3、下 去分析和解決實際問題的能力。4.用簡潔文字和圖表，清晰表達自己設計思想的能力。設計指導思想：滿足工藝要求，在經(jīng)濟上合理，保證生產(chǎn)安全，設計符合國 家相關標準等，滿足環(huán)保要求。塔設備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應用的氣液傳質(zhì)設備。根據(jù)塔 內(nèi)氣液接觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔。板式塔屬于逐級接觸逆流操 作，填料塔屬于微分接觸操作。工業(yè)上對塔設備的主要要求：（1）生產(chǎn)能力大（2） 分離效率高（3）操作彈性大（4）氣體阻力小結(jié)構簡單、設備取材面廣等。塔型的合理選擇是做好塔設備設計的首要環(huán)節(jié)， 選擇時應全面了解物料的性 質(zhì)、操作的條件、塔設備的性能以及塔設備的制造、安裝、運轉(zhuǎn)和維修等方

4、面的 因素。板式塔的研究起步較早，具有結(jié)構簡單、造價較低、適應性強、易于放大等 特點。本次設計為填料吸收塔，板式塔就不必贅述。填料塔由填料、塔內(nèi)件及筒體構成。填料分規(guī)整填料和散裝填料兩大類。 塔 內(nèi)件有不同形式的液體分布裝置、填料固定裝置或填料壓緊裝置、填料支承裝置、 液體收集再分布裝置及氣體分布裝置等。 與板式塔相比，新型的填料塔性能具有 如下特點：生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓力降小、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點。二、設計任務書1.設計題目煉油廠中催化裂化裝置生產(chǎn)的富氣用穩(wěn)定汽油進行吸收。試設計一座穩(wěn)定汽油吸收富氣的填料吸收塔。2.設計任務富氣處理量：10萬噸/年富氣組成：組成C；（乙烷）C3=

5、（丙烯）C3 （丙烷）iC：（異丁烷）nC：（正丁烷）E摩爾組成0.450.350.150.030.021.00吸收劑組成:組分GHl2G以上組分總和摩爾組成0.150.851.00吸收劑在該塔操作溫度下不揮發(fā)。分離要求：nC：吸收率：98%操作條件：平均操作壓力：2MPa（絕）平均液氣比：1.5 L/V min吸收劑溫度30C年工作時間8000小時填料類型：填料規(guī)格和類型自選二、設計方案簡介穩(wěn)定汽油吸收煉油廠催化裂化產(chǎn)生的富氣，該設計任務是富氣年處理量為10萬噸，關鍵組分正丁烷的吸收分率大于等于 98%采用常規(guī)逆流操作流程。首先，據(jù)富氣處理量及關鍵組分的吸收分率， 求出塔頂尾氣的量及塔底吸收

6、 液的量，吸收劑汽油的進料量，再據(jù)富氣及吸收劑的特性選擇合適的填料 （種類、 材質(zhì)、規(guī)格），該設計選取了直徑 d =50mm的拉西環(huán)填料，由此求取塔徑 D = 2000mm及填料層高度Z = 11.29m。再由吸收條件T =30C，P = 20atm （絕）, 選擇合適的鋼號一一筒體和封頭都選用16MnR。其次，塔內(nèi)部構件及附屬構件的設計與選?。阂后w分布器、液體再分布器、 塔底支承板、塔頂壓板、手孔、人孔。再次，各種接管的求取及法蘭規(guī)格的查取，裙座、封頭的設計求算等。即完成設計。最后，整體論證該塔的可行性及經(jīng)濟價值。組分氣化分率e的計算（1）當組分為氣體進料時，假設進料溫度T=35C ,操作壓

7、力P=2MPa寸，列表:組分iC0C3二c?iC40nC0Syi0.450.350.150.030.021.00Ki2.050.80.760.330.1yi/Ki0.220.4380.2140.09680.21.16c yi . Ki=1.161,初始溫度設置低，改設為40C，操作壓力P=2MPa寸，列表:i生組分iC0C3二c?iC40nC0Syi0.450.350.150.030.021.00Ki2.110.850.760.360.25yi/Ki0.2130.4120.1970.0830.080.985cyi Ki =0.9851。說明初始溫度過高，改設為37C，通過查輕烴的p-T-K圖,

8、i 4組分iC0C3=c3iC40nC0Syi0.450.350.150.030.021.00Ki2.090.820.720.340.23yi/Ki0.2150.4260.2080.08820.0871.02c因送yKi =1.02馬。所以此溫度符合條件，即露點溫度為 37E .i 1(2)當泡點進料,設溫度T=20C,操作壓力P=2MPa寸，查輕烴的p-T-K圖,組分iC0C3二C0iC0nC：ZXi0.450.350.150.030.021.00Ki1.60.570.440.230.15KiXi0.720.200.08750.01320.0031.02c因為Kixi =1.021。所以此溫

9、度符合要求，即此組分的泡點溫度為T=20Ci &根據(jù)泡露點溫度假設一溫度T=35C,e=0.95則列表：組分iC0C3二CiC0nCS乙0.450.350.150.030.021.00Ki2.050.80.70.330.1乙人=1 +e(Kj -1)0.15720.46190.21550.084750.071450.9908調(diào)整后Xi0.15870.46620.21750.08550.07211.0000yi =心人0.31110.34770.14790.027360.017450.85151調(diào)整后0.36540.40830.17370.032120.020481.0000原料溫度T=80C

10、操作壓力P=2MPa列表計算液相焓hF組分iC0C3二ciC0nC：ZMi3042445858Zi0.450.350.150.030.021.0012018611711448M i hi zi16203734.2772.2198.3655.686380.44c所以 hF = MihiZi =6380.44KJ/Kmol。i =1進料溫度T=35C操作壓力P=2MPa寸組分氣相焓hv列表:組分iC0C3二c3iC：nC0EMi3042445858yi0.450.350.150.030.021.00hHV96170100159104Miyih12962499660276.66120.644852.

11、3v所以 h =、 Miyih =4852.3KJ/Kmoli d.L進料溫度T=35C操作壓力P=2Mpa寸組分液相焓h列表:組分ic；C3二ciCnC；EMi3042445858Xi0.210.410.210.0430.1271.0000h丄969423.58621Mjh帳604.81618.68794.64214.48154.693387.286c所以 hi= 、MihiZii 4=3387.286KJ/Kmol由熱量平衡式求汽化分率ee =V 斗二 638.44 -4852.3 =o45hv -h4852.3-3387.286與假設的e=0.95基本相符即取e=0.95四、填料塔的主要

12、工藝尺寸計算4.1、物料衡算（1）、物料計算混合組分的處理量：G=10萬噸/年年混合組分的氣相量處理量：G=10X 104X 103/8000=12500Kg/hMi =、Mi yi =My1+My2+My3+My4+My5=30X 0.45+42 X 0.35+44 X 0.15+58 X 0.03+58 X 0.02=37.7g/mol富氣的混合摩爾流量：F=12500/37.7=331.565Kmol/h關鍵組分GH。吸收分率為98%當溫度為35C時，原料各組分各自的平衡常數(shù)如下表：組分C20G-1GiC40nC0Ki2.050.80.70.330.10在最小液氣比下，理論級數(shù)最多。此時

13、關鍵組分 GHw的吸收因數(shù)為:A關=關=0.98 ,由 A關 ,-=K關A關=0.1 X 0.98=0.098GV 關G min得 L=1.5 -=1.5 X 0.098=0.147G G min關鍵組分的吸收因子為：A關 =0.147/0.1=1.47GK關（2）理論板數(shù)由 N 1 =lgA/1.IgA求得 N 1 =lg1.47 -0.98 /1 -0.98 】/lg1.47 =8.39理論級圓整后取為 &各組分Ki及-=0.147，求得A，再由A及N=8,求各組分吸收分率i :G組分C2H6C3H6C3H8C4H10 異丁烷C4H 10止烷Ki2.050.80.70.330.1A =L/

14、（GK0.0710.1840.210.4451.47ni0.0710.1840.210.4451.00由吸收分率計算可知，C4H10的i=1。故該組分幾乎全部被吸收，不進塔頂尾氣。 由物料衡算定出塔頂尾氣量和尾氣組成， 吸收劑用量，塔底吸收液量和組成。各 組分吸收率及尾氣組成見表：組成C2H6C3H6C3H8C4 H10異丁烷C4 H10止烷總和吸收率0.0710.1840.210.4451.00進氣量V+1149.2116.0549.739.956.63331.565被吸收量10.5921.3510.444.436.6353.44尾氣數(shù)量138.6194.7039.295.420278.12

15、5尾氣組成0.4980.3400.1410.019501(4)、吸收劑用量Lo操作液氣比L =0.147G入塔氣體量F =331.565Kmol/h塔頂尾氣量：Gn =278.125Kmol/h塔內(nèi)氣體的平均流率：V=(331.565+278.125)/2=304.845Kmol/h塔內(nèi)液體的平均流率為：L=(L 0+53.44)+L。/2由 L/V=0.147，得吸收劑用量：L=18.09Kmol/h、4.2、填料吸收塔的工藝尺寸計算(塔徑、塔高)(1)、填料選擇直徑.=50mm的瓷質(zhì)拉西環(huán)(2)、塔徑計算公式：。=#營首先求出操作氣速u塔底混合氣質(zhì)量流量：Gm = 331.565kg/h吸

16、收劑平均摩爾質(zhì)量：M2 =72 0.15 86 0.85 = 83.9kg/kmol吸收劑質(zhì)量流量：Lm =L0M2 =18.09 83.9 =1517.75kg/h吸收劑密度：查得c5h12 =626kg/m3匚詛14 = 659kg/m3質(zhì)量分率：aC5H121吸收劑密度：丄Pl0.15 72M2aC5Hl2C5H1210.883.9aC6Hl4+C6H14-0.129aC6H140.85 86 竺I83.9m2疊鳴 0.00T/kg626659得-653.6kg/m3富氣密度:? 一 PM1G RT20 101.3 37.78.314 273.15 30=30.305kg/m3(3) 、

17、采用Eckeret通用關聯(lián)圖法橫坐標為:LmGm0.50.5Pg_ 1517.751(30.305 ! _ 0 026.PL ,- 125001653.6 丿-(4) 、由圖查知asssinEckert通用壓降關聯(lián)圖查化工原理教材附錄可得，其填料因子=205m _1 =205吸收劑粘度：查得JC5H10.229mPa s%6h14 = 0.313mPa s% =0.229 0.15 0.313 0.85 = 0.3mPa s查得：t 水=992.2 kg/m3992.2653.6= 1.52= 0.022Uf 漢 205x1.52 “4.28、門 72 I x 0.39.8(653.6 丿解得

18、：Uf =0.19m/s u =(0.5 0.85)Uf取u =7uf =0.7 0.19 =0.133m/sVs1407300 24 3600 14.283=0.378m /s塔徑：D = . 4Vs =4_0.378 二佃口 nu 3.14x0.133圓整后取塔徑：D = 2000mm(5) 、核算操作氣速把D =2m代入塔徑計算公式，解得：空塔氣速4VsD24 0.37823.14 22= 0.12m/s-乂012 =0.63(在允許范圍內(nèi))uF 0.19(6) 、填料規(guī)格校核D 2000408 (合理)d 50(7) 、噴淋密度校核填料表面充分潤濕，應保證噴淋密度高于最小噴淋密度U m

19、in據(jù)Morris等推薦,d : 75mm的環(huán)形及其填料的最小潤濕速率Lw min為 0.08m3 / m h查填料手冊得：at =93m2/m3L噴 min = Lw min at = 0.08 93 = 7.44m / m hLm/ L2D2 / 4二 34.8 L噴 min71440.85/653.623.14 22 /4經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 D = 2000 m合理。4.3、填料層高度計算(1)、填料層計算采用等板高度法Z 二 N HETP ， HETP=34dpKmG ，- =0.147L G查得：填料外徑dp =0.05m關鍵組分的Km值Km =1.221HETP =34

20、0 0.05 1.221.412m1.469所以填料層高度為：Z =1.412 6.4 -9.0368m而填料層設計厚度：Z丄(1.25 1.5)Z取安全系數(shù)為 1.25，則 Z =1.25 X 9.0368=11.29 m拉西環(huán)分段高度Zs =(1.53)D，取Zs = 3D = 2 2 = 4m故填料層分為3段(2)、塔咼塔頂上部空間取為1.2 m，液體再分布器每個取為1m，塔底液相停留時間3min，塔釜液所占空間高度為:3 60 0.0610.785 4=3.6m塔底下部空間取為1m故塔高 h =12 1.22 13.6 1= 19.8m4.4、填料壓降計算采用Eckeret通用關聯(lián)圖E

21、ckert通用壓降關聯(lián)圖橫坐標:r 05/r0.5鼻匕_ 1517.751 30.305 )= 億Gm (Pl 丿-278.125 203910 18直邊高度2440502540而，K =1，所以代入數(shù)值，得:短軸長0 =500 mm6.3、法蘭和墊片的選取吸收塔的設計壓力為1.3 MPa，設計溫度為40C，內(nèi)徑為2000mm,壁厚 為12mm，所以可選擇公稱直徑為2000mm，公稱壓力為1.6 MPa的甲型平焊標 準法蘭，采用凹凸面密封。相關的尺寸如下：D = 2130mmD2 = 2055mmD3 = 2041mmD4 = 2038mm、 =60mmd =23mm螺栓的規(guī)格 M 20，個數(shù)

22、60七、各接管尺寸的設置7.1進氣管直徑d14 0.378 3.14 20取 uF =20m/s=0.155m圓整后取d1= 200 mm7.2出氣管直徑取 u 二 20m/sd24 0.3543.14 20=0.15m圓整后取d2= 200mm7.3吸收劑進料管直徑取 u = 0.6m/sd34 851.5 83.93.14 3600 653.6 0.6=0.114m圓整后取d3= 200mm7.4吸收劑出料管直徑取 u =1m/sd44 1146 73.2.3.14 3600 645.3 1=0.124m圓整后取d4 = 200mm八、設計結(jié)果一覽表塔徑尺寸2000 mm填料支撐板珊板式壁

23、厚12 mm壓板浮動式填料層咼度11.3m液體分布器盤式分布器填料類型瓷拉西環(huán)（亂堆）再分布器截錐形再分布器填料尺寸50 mm法蘭公稱直徑2000 mm全塔壓降3104 Pa進氣管直徑200 mm出液管直徑200 mm進液管直徑200 mm出氣管直徑200 mm塔高19.8 m九、主要符號說明2 u 空塔氣速，m/s ； g 重力加速度， m/s ;填料因子(packi ng factor ) ,m2/m3 ； -V 氣相密度，kg / m3 ； :-l 液相密度，kg/m3 ; 一液體密度校正系數(shù)，八水/八； Lm 液相的質(zhì)量流率，kg /h ； Gm 氣相的質(zhì)量流率，kg /h ；J 液相粘度，mPa s ；