有害氣體控制工程課程設計

1、課程設計報告名 稱： 有害氣體控制工程 題 目：逆流常壓填料塔設計 院 系： 班 級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 設計周數(shù)： 1周 成 績： A設計前言 填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備，它是化工類企業(yè)中最常用的氣液傳質設備之一。而填料塔內件及工藝流程又是填料塔技術發(fā)展的關鍵。 1.1填料塔技術 填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支撐板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支撐板上。填料的上方安裝填料壓板，以防止上升氣流吹動。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過

2、填料層的空隙，在填料層表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。 當液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質效率下降。因此，當填料層較高時，需進行分段，中間設置分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。 填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點。填料塔也有一些不足之

3、處，如 填料造價高；當液體負荷較小時不能有效地潤濕填料表面，使傳質效率降低；不能直接用于有懸浮物或者容易聚合的物料；對側線進料和出料等復雜精餾不太合適等。1.2填料的類型 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。散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結構特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍填料及球形填料等。規(guī)整填料是按一定的集合構型排列的，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。根據(jù)設計的費用和分離要求來考慮，本設計采用散裝填料。1.3填料的幾何

4、特性 填料的集合特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、孔隙率、填料因子等，是評價填料性能的基本參數(shù)。1.4填料的性能評價 填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)效率、通量及壓降三要素衡量。在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤濕性能越好，則傳質效率越高；填料的孔隙率越大，結構越開敞，則通量越大，壓降亦越低。1.5填料塔的流體力學性能 主要包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛、填料表面的潤濕及返混等。1.6填料的選擇 填料的選擇包括填料種類的選擇、填料規(guī)格的選擇（散裝填料規(guī)格的選擇、規(guī)整填料規(guī)格的選擇）、填料材質的選擇等，所選的填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設備投資和操作費用最低。1.7填料

5、塔的內件 填料塔的內件主要有支承裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理地選擇和設計塔內件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質性能十分重要。B設計報告一、課程設計的目的通過對氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的工藝設計，初步掌握氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)設計的基本方法。培養(yǎng)學生利用所學理論知識，綜合分析問題和解決實際問題的能力、繪圖能力、以及正確使用設計手冊和相關資料的能力。2、 設計內容和要求1）研究分析資料。2）凈化設備的計算，請計算出塔高、塔徑、壓降等，并校核。3）編寫設計計算書。設計計算書的內容應按要求編寫，即包括與設計有關的闡述、說明及計算。要求內容完整，敘述簡明，層次清楚，計算過程詳細

6、、準確，書寫工整，裝訂成冊。設計計算書應包括目錄、前言、正文及參考文獻等。4）設計圖紙。包括工藝流程圖、塔器剖面結構圖。應按比例繪制，標出設備、零部件等編號，并附明細表，即按工程制圖要求。圖紙幅面、圖線等應符合國家標準；圖面布置均勻；符合制圖規(guī)范要求。有能力的同學采用計算機AUTOCAD制圖。三、設計任務和資料任務：試設計常壓填料塔，采用逆流操作，以水為吸收劑，吸收混合氣中的丙酮。資料：1）混合氣（空氣，丙酮蒸汽）處理量為1500m3/h，溫度為35；2）進塔混合氣物性可近似看作空氣物性，比如密度等；3）進塔混合氣含丙酮體積分數(shù)為1.5 %，要求達到的丙酮回收率為90%；4）操作壓力為常壓，1

7、01.325 kPa。5）進塔吸收劑為清水；6）吸收操作為等溫吸收，溫度為35。7）氣液平衡曲線：t=1545時，丙酮溶于水其亨利常數(shù)E(kPa)可用下式計算：lgE=9.171-2040/(t+273)8）液氣比倍數(shù)請自己選定。9）氣速u=（0.60.8）uF范圍。10）kG=1.795×10-3kmol/(m2·s·kPa)；kL=1.81×10-4m/s。四、設計正文1物料衡算1.1進塔氣體摩爾比： 1.2出塔氣體摩爾比：1.3進塔惰性氣相流量： 1.4汽液平衡曲線：t=1545時，丙酮溶于水中其亨利常數(shù)E（kPa）可用下式計算：lgE=9.171

8、-2040/（t+273）由此可知E=352.87kPa1.5對于稀溶液，E與H有近似關系: 式中:為溶液的密度，；為溶劑的相對分子質量18.02g/mol；對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊可查得，35水的物性數(shù)據(jù)：粘度為：；密度為:；由此可知H=0.1564kmol/(m³·kPa)1.6 相平衡系數(shù)：1.7該吸收過程為低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比為：；對于純溶劑吸收過程，進塔液組成為,則根據(jù)生產(chǎn)實踐，取操作液氣比為：L=4.7015·V=274.85kmol/h1.8塔底吸收液組成，依據(jù)可得:1.9吸收塔的操作線方程:

9、2填料選擇選擇填料要從兩方面考慮，一是使用性能要好，即要求比表面積、空隙率、空隙截面積和機械強度都盡量大，堆積密度要小，耐腐蝕性要好；二是要價格便宜，來源方便，制造容易。一般來說，金屬填料可制成薄壁結構，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強度下使用，應用范圍最為廣泛。國內鮑爾環(huán)特性數(shù)據(jù)材質外徑d/mm高×厚/mm比表面積at/(m2/m3)空隙率/(m3/m3)個數(shù)n/(個/m3)堆積密度p/(kg/m3)干填料因子(at/3)/m-1填料因子/m-1金屬1615×0.82390.9281430002162994003838×0

10、.81290.945130003651531405050×1112.30.9496500395131130塑料1616.7×1.11880.9111118401412494232524.2×11940.87535001012943203838.5×11550.8915800982202005048×1.8106.40.90700087.51461207676×2.673.20.92192770.99462陶瓷1625×12×223780.71270000686105510002540×20×3.

11、02000.772582305444333003860×30×41310.804196805022522705075×45×51030.7828710538216122本次課程設計選用規(guī)格的金屬鮑爾環(huán)填料，其參數(shù)為：比表面積，填料因子3塔徑計算 吸收塔的塔徑可根據(jù)圓型管道內的流量公式計算，即： 式中：為塔徑，；為操作條件下混合氣體的體積流量，；為空塔氣速，3.1利用Eckert通用關聯(lián)圖計算泛點氣速；混合氣體的平均摩爾質量為： 混合氣體的平均密度為：液體校正系數(shù)：入塔吸收氣體流量：氣相的質量流量為：液相質量流量可近似按純水的質量流量計算，即Eckert通

12、用關聯(lián)圖的橫坐標為：查Eckert通用關聯(lián)圖得縱坐標為：故可求得泛點氣速為:3.2確定操作氣速,取空塔氣速為：3.3計算填料塔徑為：圓整塔徑，取3.4圓整塔徑后操作氣速為：校核：，符合的要求。3.5校核填料尺寸塔體直徑與填料直徑的比值有一個下限，低于這個值，塔壁附近的填料層空隙率大而不均勻，容易出現(xiàn)壁流現(xiàn)象，影響傳質效果。，符合鮑爾環(huán)填料的要求，故選擇填料合適。4填料層高度的計算 計算填料層高度，即：4.1填料層高度的計算：4.2脫因系數(shù)的計算：4.3氣相傳質單元數(shù)的計算：4.4氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算：式中： 液體的質量通量，kg/(·h)； 液體的粘度，kg/(

13、m·h)； 液體的密度，kg/ m3； 分別為填料的比表面積、潤濕比表面積，m2/m3； 分別為液體的表面張力、填料材質的臨界表面張力，kg/h2； g重力加速度，； 填料的形狀系數(shù)。常見材質的臨界表面張力值如下表：常見填料的形狀系數(shù)如下表：由于鮑爾環(huán)是開孔環(huán)，因此其形狀系數(shù)=1.45。液體的質量通量為：由查表可知；。由于水在35時的表面張力沒有在查閱的相關表格中體現(xiàn)，因此需要進一步計算：已知不同溫度下水的表面張力如下表：不同溫度下水的表面張力溫度（）10305070100表面張力（dyn/cm）74.2271.1867.9164.458.9通過Excel擬合直線法擬合溫度與表面張力

14、的直線，如下圖：由R2=0.9985可知，溫度和表面張力呈很好的線性關系，直線方程已圖中列出，由此可知水在35時的表面張力=70.22dyn/cm=910051kg/h2。通過上述條件可計算： =1-exp=0.6974由可知，=874.8698kmol/(m3·h·kPa)由可知，；因為，所以要按下式進行校正：則有：由得；其中最后，可知，Z=0.24994.6436=1.1604m采用上述方法計算出填料層高度后，還應留出一定的安全系數(shù)，根據(jù)設計經(jīng)驗，填料層的設計高度一般為：本次設計安全系數(shù)選1.5，則有Z/=1.51.1604=1.7406m；設計取填料層高度為Z/=2m

15、5填料層壓降計算（利用?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖方法） 散裝填料的壓降值可由?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算。計算時，先根據(jù)氣液負荷及有關物性數(shù)據(jù)，求出橫坐標值。再根據(jù)操作空塔氣速用有關物性數(shù)據(jù)，求出縱坐標值。通過作圖得出交點，讀出過交點的等壓線數(shù)值，即得出每米填料層壓降值。橫坐標的值為：縱坐標的值為：查通用關聯(lián)圖可得：故填料層壓降為為：6校核液體噴淋密度 填料塔內傳質效率的高低與液體的分布及填料的潤濕情況密切相關，為使填料能獲得良好的潤濕，填料層高度計算出后，應保證塔內液體的噴淋密度大于最小噴淋密度。噴淋密度采用公式：進行計算，并和最小噴淋：進行比較式中：表示潤濕率，為單位填料潤濕周邊長度上的液體體積流量， 表示

16、液體噴淋密度，；表示填料的比表面積，因填料尺寸小于75mm，取可查得所用填料的比表面積為：則：操作條件下噴淋密度:由計算可知：，無需采用增大回流比或液體再循環(huán)等方法加大液體流量。7確定填料分段數(shù)7.1填料的分段數(shù)根據(jù)塔徑D及填料層總高度來決定；如二者比值超過一定界限，則需分段。散裝填料分段高度推薦值填料類型拉西環(huán)矩鞍鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)矩鞍2.558510815815/m46666對于鮑爾環(huán)填料， , 取，則,填料層高度，與此同時，故填料無需分段。對于的小塔， 可取較大的值，可允許比上值較大的；8總塔高H計算 填料塔的總塔高H主要取決于填料層高度，此外還需要考慮塔頂空間、塔底空間及再分布器的布置等。

17、填料塔的總塔高H可由下式進行計算：式中：為安全系數(shù)調整后的填料層高，；為裝配液體再分布器的空間高，m；為塔頂空間高（不包括封頭部分），m，一般取；為塔底空間高（不包括封頭部分），m，一般??；為填料層分層數(shù)；為總塔高，m；取，則：9填料塔附屬設備設計塔的輔助構件包括氣體分布器、填料支承板、填料壓板、液體分布器、液體再分布器、除霧裝置及排液裝置等。填料塔操作性能的好壞與塔內輔助構件的選型和設計緊密相關。合理的選型與設計可保證塔的分離效率、生產(chǎn)能力及壓降要求。9.1支承板：填料的支承結構應該滿足三個基本條件：使氣液能順利通過，設計時應取盡可能大的自由截面。要有足夠的強度承受填料的重量，并考慮填料空隙

18、中的持液重量。要有一定的耐腐蝕性能。填料支承裝置的作用是支承塔內的填料，常用的填料支承裝置有柵板型、孔管型、駝峰型等。支承裝置的選擇主要的依據(jù)是塔徑、填料種類及型號、塔內及填料的材質、氣液流率等。本設計根據(jù)需要，選擇用扁鋼做成柵板形式。9.2填料壓緊裝置：填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發(fā)生送動和跳動。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。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、石墨等制成的易發(fā)生破碎的散裝填料。床層限制板用于金屬、塑料等不易發(fā)生破碎的散裝填料及所有規(guī)整填料。床層限制板要固定在塔壁上，為不影響液體分布器的安裝和使用，不能采用連續(xù)式

19、的塔圈固定，對于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。由于本設計的填料是金屬鮑爾環(huán)，故填料塔在填料裝填后于其上方安裝了床層限制板。9.3液體噴淋裝置：本次填料塔設計直徑為0.5m，選擇蓮蓬頭式噴灑器，見附圖1-1.9.4除沫裝置：除沫裝置安裝在液體再分布器上方，用以除去出氣口氣流中的液滴。填料塔中因氣速較小，氣體中的帯液量較小，一般可不設除霧器，本設計選用絲網(wǎng)除霧器，見附圖1-3（b）. 9.5氣體再分布裝置：計算塔徑為0.5m，選用管端呈向下的斜口式氣體分布裝置較為適宜，見附圖1-4（a）.9.6排液裝置：選用常壓操作的液封結構，見附圖1-5（a）. 9.7防腐蝕設計：由于丙酮對材料基

20、本沒有腐蝕，所以只考慮空氣中氧氣對設備的腐蝕和進出料液對設備的沖蝕，為了提高填料塔的使用壽命和從長遠的經(jīng)濟利益考慮，填料塔體選用Q235剛，塔體外壁用涂層進行防護，塔體內壁用襯里進行防腐，塔內件的設計選用奧氏體耐蝕鋼，塔內各種連接部件也選用此種鋼，避免電偶腐蝕。在塔內件安裝時要檢查是否有銹，如果有應除去鐵銹再安裝，避免點蝕。進出氣液管也選用Q235鋼，在管道轉折處應盡量有一定彎曲度，減小進出氣液時對管壁的沖蝕，在塔體各種開孔處用補強圈補強。適當增加腐蝕余量。填料選用的是鮑爾環(huán)，基本沒有腐蝕。填料塔使用一定時間后應檢修一次，保證安全和提高使用壽命。五、課程設計總結通過此次課程設計，我最大的收獲就

21、是能綜合運用課本知識，進行融會貫通的獨立思考，學會知識的相互融合，通過查閱大量的資料，在規(guī)定時間內完成指定的設計任務，不僅培養(yǎng)了我們分析和解決工程實際問題的能力，而且讓我們對工程設計有了更進一步的認識。課程設計過程中，鍛煉了我的實踐動手能力以及獨立分析問題的能力，獲益良多。通過本課程設計的實踐及其前后準備與總結，復習了有害氣體控制工程課堂上所學的吸收知識，更深入領會了吸收方法在實際工程中應用的意義，鞏固了吸收知識中氣液相平衡的計算、塔徑計算，填料層高度計算等。除此之外，通過查閱資料，學到了更多課堂上學不到的詳細知識，體會了幾門課程知識點的融匯貫通。這次設計讓我更貼切的了解了本專業(yè)工作的內容，也為自己再次重新的深