填料吸收塔分離工程課程設計

1、分離工程課程設計說明書系 別：化學與化學工程系專 業(yè)：化學工程與工藝姓 名： *學 號：*指導老師： *化學與化學工程系2011-6-13目錄一、設計任務書1二、緒論2三、設計方案簡介3四、填料塔的主要工藝尺寸計算44.1、物料衡算 4 4.2、填料吸收塔的工藝尺寸計算64.3、填料層高度計算94.4、填料壓降計算10五、填料塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)設計115.1、泵的選擇115.2、工藝管道的材質(zhì)選擇115.3、液體分布器設計115.4、液體再分布器設計145.5、支承板的設計155.6、壓板的選取16六、壁厚的計算17 6.1、筒體的設計計算176.2、封頭設計計算186.3、法蘭和墊片的選取18七、各

2、接管尺寸的設計197.1、進氣管直徑197.2、出氣管直徑197.3、吸收劑進料管直徑197.4、吸收劑進料管直徑19八、設計結(jié)果一覽表20九、主要符號說明20十、參考文獻 21十一、設計體會及今后改進意見221一、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：9.0萬噸年富氣組成：組成總和摩爾組成0.090.350.050.030.080.110.070.170.051.00吸收劑組成：組分C5H12C6以上組分總和摩爾組成0.100.901.00吸收劑在該塔操作溫度下不揮發(fā)。分離要求：C3H6吸收率：

3、93%CO2、N2、H2不吸收。操作條件：平均操作壓力：（絕）平均液氣比： 平均溫度：50工作日：每年300天，24小時連續(xù)生產(chǎn)填料類型：填料規(guī)格和類型自選 二、緒論課程設計是“分離工程”課程的一個總結(jié)性教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生綜合運用本門課程及有關(guān)先修課程的基本知識去解決某一設計任務的一次訓練，在整個教學計劃中它也起著培養(yǎng)學生獨立工作能力的重要作用，通過課程設計就以下幾個方面要求學生加強訓練1查閱資料選用公式和搜集數(shù)據(jù)的能力。2樹立既考慮技術(shù)上的先進性與可行性，又考慮經(jīng)濟上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護的正確設計思想，在這種設計思想的指導下去分析和解決實際問題的能力。3迅速準確的進

4、行工程計算（包括電算）的能力。4用簡潔文字清晰表達自己設計思想的能力。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(gòu)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)，選擇時應考慮物料的性質(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)和維修等方面的因素。板式塔的研究起步較早，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價較低、適應性強、易于放大等特點。塔的種類很多，對塔設備進行分類：按操作

5、壓力分有加壓塔，常壓塔，減壓塔；按單元操作分有精餾塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反應塔，干燥塔等；按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分有填料塔，板式塔。目前工業(yè)上應用最廣泛的還是填料塔和板式塔。 填料塔由填料、塔內(nèi)件及筒體構(gòu)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。3、 設計方案簡介 根據(jù)設計任務書所提供的條件和要求，通過對現(xiàn)有資料的分析對比，選定適宜的流程方案和設備類型，初步確定工藝流程。對選定的工藝流程、主要

6、設備的型式進行簡要的論述。 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9.0萬噸，關(guān)鍵組分丙烯的吸收分率大于等于93%。采用常規(guī)逆流操作流程流程如附圖1。 首先，據(jù)富氣處理量及關(guān)鍵組分的吸收分率，求出塔頂尾氣的量及塔底吸收液的量，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），該設計選取了直徑的拉西環(huán)填料，由此求取塔徑及填料層高度。再由吸收條件，(絕),選擇合適的鋼號筒體和封頭都選用。其次，塔內(nèi)部構(gòu)件及附屬構(gòu)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

7、。即完成設計。最后，整體論證該塔的可行性及經(jīng)濟價值。四、填料塔的主要工藝尺寸計算4.1、物料衡算（1）、物料計算據(jù)設計任務書計算富氣處理量為:=9.0萬噸/年=富氣平均摩爾質(zhì)量：=0.09+0.352+0.0516+0.0328+0.0830+0.1142+0.0744+0.1758+0.0572=29.14富氣的摩爾流量：因、極易揮發(fā)，它們的吸收量可忽略不計，其余部分各自的平衡常數(shù)如下表：組分19.06.604.501.881.620.560.21表1設關(guān)鍵組分吸收分率為93%在最小液氣比下，理論級數(shù)最多。此時關(guān)鍵組分的吸收因數(shù)為：= =0.93由=1.880.93=1.75=1.4=1.4

8、1.75=2.45關(guān)鍵組分的吸收因子為：=1.303（2）、理論級由 求得 理論級圓整后取為6。各組分及=2.45，求得，再由及N=6求各組分吸收分率：表2組分19.06.604.501.881.620.560.210.1290.3710.5441.3031.5124.37511.6670.1290.3700.5370.9440.9701.001.00（3）、各組分吸收率及尾氣組成見表：表3組成總和000.1290.3700.5370.9440.9701.001.00進氣量38.606150.13621.44812.86934.31747.18630.02772.92321.448428.96

9、002.7674.76218.42844.54429.12672.92321.448193.99838.606150.13618.6818.10715.8892.6420.90100134.9620.1640.6390.0800.0340.0680.0110.004001.00由吸收分率計算可知，由于、的=1.0。故這兩組分幾乎全部被吸收，不進塔頂尾氣中，尾氣主要組成及含量表3.（4）、吸收劑用量操做液氣比： =2.45入塔氣體量：=428.96塔頂尾氣量：=234.962吸收劑用量：塔底吸收液量：塔底吸收液質(zhì)量流量：4.2、填料吸收塔的工藝尺寸計算（塔徑、塔高）（1）、填料選擇直徑的瓷質(zhì)拉西

10、環(huán)如圖1(亂堆)圖1（2）、塔徑計算公式： 首先求出操作氣速塔底混合氣質(zhì)量流量：吸收劑平均摩爾質(zhì)量：吸收劑質(zhì)量流量：吸收劑密度：查得 質(zhì)量分率：吸收劑密度：富氣密度：（3） 、采用貝恩霍根關(guān)系式吸收劑粘度：查得 查得：則：由貝恩霍根關(guān)系式即：解得：m/s取塔徑：圓整后取塔徑：（4）、核算操作氣速把=1.6m代入塔徑計算公式，解得:空塔氣速 (在允許范圍內(nèi))（5）、填料規(guī)格校核（合理）（6）、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據(jù)Morris等推薦,的環(huán)形及其填料的最小潤濕速率為查填料手冊得:經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。4.3、填料層高度計算（1）、填料層計算采用

11、等板高度法查得：填料外徑 關(guān)鍵組分的值所以填料層高度為：而填料層設計厚度：取安全系數(shù)為1.25則=1.257.824=9.78取=10m拉西環(huán)分段高度取故填料層分為3段，則：（2）、塔高塔頂上部空間取為1.2，液體再分布器每個取為1，塔底液相停留時間3，塔釜液所占空間高度為：塔底下部空間取為1裙座取2.0m故塔高4.4、填料壓降計算采用Eckeret通用關(guān)聯(lián)圖法：Eckert通用壓降關(guān)聯(lián)圖查化工原理教材附錄可得，其填料因子=205橫坐標：縱坐標：查圖得：填料層壓降：五、填料塔內(nèi)部構(gòu)件設計5.1泵的選擇穩(wěn)定汽油為易燃易爆的介質(zhì)，還是高危害介質(zhì)，因此汽油等介質(zhì)輸送的泵的選型很重要。一般選型，對輸送

12、汽油的泵，要求軸封可靠且無泄漏泵，多選用屏蔽泵，這樣可有效避免介質(zhì)的泄漏和設備漏電，且占地面積較小，貧富油泵要選用密封性能較好、質(zhì)量可靠的化工泵。5.2.工藝管道的材質(zhì)選用因汽油工段輸送的是易燃易爆的高度危險介質(zhì)，汽油生產(chǎn)的管道數(shù)量多，尺寸、型式多種多樣，管道布置錯綜復雜，這樣就增加了發(fā)生事故的可能性和危險性。因此，在汽油管道材質(zhì)選用上建議選擇加厚的16碳鋼管，而低溫管道則可選用普通16碳鋼管。這樣可大大減少因管道泄漏和設備停產(chǎn)檢修帶來的環(huán)境污染和產(chǎn)量、原材料損失。5.3、液體分布器設計如果液體在塔截面上分布不良，則填料表而不能最大限度地潤濕，將會產(chǎn)生溝流，從而降低了氣、液兩相接觸的有效傳質(zhì)面

13、積，使傳質(zhì)速率減小。這就要求液體分布器能為填料層提供一個良好的液體初始分布，使填料層一開始就能得到均勻的噴淋點和均量的噴淋液。液體分布器的結(jié)構(gòu)形式很多，目前常用的有以下幾種。管式噴淋器這是結(jié)構(gòu)最簡單的種裝置。有多種形式，這里僅介紹其中的彎管式和缺口式兩種，分別如圖53(a)利(b)所示。噴口下面有圓形擋板，既可濺射起分散的液體，也可減輕液流對填料的直接沖擊。這種噴淋器一船只用于塔徑在300以下的塔。蓮蓬式噴淋器這是應用最普遍的一種噴淋裝置，如圖53(c)所示。它的結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，噴淋較均勻，但小孔容易堵塞，且液體的噴淋面積和分布受液體壓頭影響較大，所以適用于料液較清潔且壓頭變化不大的情況一

14、般用于直徑600以下的塔中。盤式噴淋器其結(jié)構(gòu)如圖53(d)所示。液體通過進液管流到液體分布盤內(nèi)，再由盤圍板上邊緣的齒隙式盤上的小篩孔流出，淋灑到填料上。盤式噴淋器的結(jié)構(gòu)簡單，液體通過時的阻力較小但加工較復雜。一般分布盤直徑為塔徑的0.650.8倍。這種裝置一般適用于直徑800以上的塔。多孔管式噴淋器這種裝置有多孔直管式和多孔盤管式兩種，分別如圖53(e)和(f)所示。前者多用于直徑600以下的塔，后者適用于直徑為6001200的塔。噴液孔均勻地開在管底部，直徑為36。圖53各種形式液體噴淋器（a）彎管式；（b）缺口式；（c）蓮蓬式；（d）盤式；（e）直管式；（f）盤管式由于所設計的吸收塔有較大

15、的塔徑所以選用盤式明淋器，如上圖（d）所示。盤上有孔徑=310的小孔 取孔徑為4分布盤直徑為塔徑的（0.60.8）倍 分布盤直徑塔徑為1.6左右時，篩孔密度=150個/盤上篩孔數(shù)按下式計算個圖3盤式噴淋器5.4、液體再分布器設計液體沿填料(尤其是拉西環(huán)等實體填料)自頂層往下流動時，會逐漸流向塔壁，再沿塔壁流下，以致使填串舊中心處液流量不足。此處的填料得不到有效潤濕，減少了有效傳質(zhì)面積，使傳質(zhì)效率大為降低。為克服此種不良趨勢，常在填料層內(nèi)每隔一定距離設置液體再分布器，使液體重新均勻分布后再流到下一段填料中。再分布器的距離與塔徑的關(guān)系：對于拉西環(huán)，(2.53.0)；對直徑400以下的小塔，可用比上

16、值較大的；對于大塔，不宜超過6，對于鮑爾環(huán)或鞍形填料，則允許更大的。實際中常用的是截錐式再分布器，如圖54所示。其中(a)型是將截錐體焊(或擱置)在塔體上，截錐上下仍能全部堆滿填料，不占空間。如需分段卸出填料時，則可采用圖54中(b)型的結(jié)構(gòu)，截錐上加設支撐板，截錐下要隔段距離再裝填料。截錐體與塔壁的夾角。一般為3545，截錐下端的直徑可取塔徑的0.70.8倍。這種結(jié)構(gòu)適用于直徑600800以下的塔。圖54截錐式液體再分布器5.5、支承板的設計塔內(nèi)填料無論亂堆還是整砌，均需置放在支撐板上。這就要求支樣板應有足夠的強度，足以承受持液后填料層的重量；其次它的氣體通道面積應大于填料的自由截而積(數(shù)值

17、上等于空隙率)，不然在支撐板處會產(chǎn)生過大的氣體阻力而且當氣速增大時將會在支撐扳上產(chǎn)生攔液現(xiàn)象，降低丁塔的流通量，嚴重時會在支撐板處首先出現(xiàn)液泛。圖55填料支撐板常用的支撐板有柵板式的，如圖55(b)所示。它是由側(cè)立的扁鋼條組成，扁鋼條之間的距離一船為填料外徑的0.60.8倍左右，但在直徑較大的增中，間距也應放大。此時為了防止填料漏下，往往在柵板先先鋪一層孔眼小于填料直徑的粗金屆網(wǎng)、如圖55(a)所示。為了兼顧支撐裝胃的強度和自由截面兩方面的要求，同時又能適應高空隙率填料，可采用力氣管式支撐裝置，如圖55(c)所示。氣體經(jīng)升氣管上升，通過管頂部的孔及側(cè)面的齒縫進入填料，而液體則由支撐板底的許多小

18、孔及齒縫底部溢流而下。這種裝置因有足夠的齒縫而較好地避免液泛。鑒于以上敘述，設計所用塔徑較大，且吸收液粘度較大，所以選用珊板式的支撐板。5.6、壓板的選取 壓板放在填料上部，對填料期固定作用，防止氣速過大把填料吹碎，影響傳質(zhì)效果。壓板有固定和浮動兩種，該設計采用浮動式壓板，如圖浮動式壓板六、壁厚的計算6.1、筒體的設計計算（1）、根據(jù)化工機械基礎(chǔ)中有關(guān)容器材料設計公式顯示，可選用16。筒體的設計厚度：式中： =0.85（采用雙面焊局部無損探傷）得：考慮鋼板負偏差，取，圓整后（2）、水壓測試：水壓試驗取設計壓力的1.25倍。取。代入查表知16的為345（教材化工機械基礎(chǔ)）水壓試驗滿足強度要求。6

19、.2、封頭設計計算（1）、綜合考慮，采用帶直邊的標準橢圓形封頭，選用16。標準橢圓封頭的設計厚度：式中： =1600 =1.0（整體沖壓）得：考慮鋼板負偏差，取mm，圓整后封頭壁厚應與筒體壁厚保持一致，故將封頭壁厚圓整為8（2）、標準橢圓封頭直邊高度h（）封頭材料碳素鋼普通鋼復合鋼不銹鋼，耐酸鋼封頭壁厚4810182039101820直邊高度254050254050取直邊高度封頭短軸長用下式求：而，所以代入數(shù)值，得：短軸長6.3、法蘭和墊片的選取吸收塔的設計壓力為1.1，設計溫度為50，內(nèi)徑為1600，壁厚為8，所以可選擇公稱直徑為1600，公稱壓力為1.6的長頸對焊法蘭，采用凹凸面密封。相關(guān)

20、的尺寸如下： 螺栓的規(guī)格，個數(shù)52七、各接管尺寸的設置7.1 進氣管直徑取圓整后取=2007.2 出氣管直徑取圓整后取=2007.3吸收劑進料管直徑取圓整后取=3007.4吸收劑出料管直徑取圓整后取=300八、設計結(jié)果一覽表塔徑尺寸1600填料支撐板珊板式壁厚8壓 板浮動式填料層高度9.78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法蘭公稱直徑1600全塔壓降2450進氣管直徑200出液管直徑300進液管直徑300出氣管直徑200塔 高19.9九、主要符號說明空塔氣速，；重力加速度， ；填料因子（packing factor）,；氣相密度，；液相密度，；液

21、體密度校正系數(shù)，；液相的質(zhì)量流率，；氣相的質(zhì)量流率，；液相粘度，；亨利系數(shù)，；液泛氣速，；填料層高度，；塔直徑，；填料直徑，；單位體積填料的潤濕比表面積，；氣體常數(shù)；吸收劑流量，；總壓， 十、參考文獻1、潘國昌, 郭慶豐. 化工設備設計. 北京: 清華大學出版社. 19962、譚天恩, 竇梅. 化工原理. 第三版. 北京: 化學工業(yè)出版社. 20063、陳國恒. 化工機械基礎(chǔ). 第二版. 北京: 化學工業(yè)出版社. 20064、賈紹義, 柴誠敬. 化工傳質(zhì)與分離過程. 北京: 化學工業(yè)出版社. 20075、冷士良, 陸清. 化工單元操作及設備. 北京: 化學工業(yè)出版社. 20076、王紹亭,陳濤. 化工傳遞過程基礎(chǔ). 北京: 化學工業(yè)出版社. 19877、婁愛娟, 吳志泉. 化