填料吸收塔分離工程課程設(shè)計

1、目錄一、設(shè)計任務(wù)書21.1、設(shè)計題目21.2、設(shè)計任務(wù)2二、緒論3三、設(shè)計方案簡介4四、填料塔的主要工藝尺寸計算54.1、物料衡算54.2、填料吸收塔的工藝尺寸計算（塔徑、塔高）84.3、填料層高度計算104.4、填料壓降計算11五、填料塔內(nèi)部構(gòu)件設(shè)計135.1泵的選擇135.2.工藝管道的材質(zhì)選用135.3、液體分布器設(shè)計135.4、液體再分布器設(shè)計165.5、支承板的設(shè)計175.6、壓板的選取18六、壁厚的計算186.1、筒體的設(shè)計計算186.2、封頭設(shè)計計算196.3、人孔的選取20七、各接管尺寸的設(shè)置207.1 進(jìn)氣管直徑207.2 出氣管直徑207.3吸收劑進(jìn)料管直徑207.4吸收劑

2、出料管直徑21八、設(shè)計結(jié)果一覽表21九、主要符號說明22十、參考文獻(xiàn)23十一、設(shè)計體會及今后改進(jìn)意見24一、設(shè)計任務(wù)書1.1、設(shè)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(jìn)行吸收。試設(shè)計一座穩(wěn)定汽油吸收富氣的填料吸收塔。1.2、設(shè)計任務(wù)富氣處理量：8.0萬噸年富氣組成：組成總和摩爾組成0.090.300.100.030.100.110.070.150.051.00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：95%，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：

3、每年280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(shè)計是“分離工程”課程的一個總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門課程及有關(guān)先修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務(wù)的一次訓(xùn)練，在整個教學(xué)計劃中它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用，通過課程設(shè)計就以下幾個方面要求學(xué)生加強(qiáng)訓(xùn)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(jìn)性與可行性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時的勞動條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計思想，在這種設(shè)計思想的指導(dǎo)下去分析和解決實際問題的能力。3迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行工程計算（包括電算）的能力。4用簡潔文字清晰表達(dá)自己設(shè)計思想的能力。塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工

4、等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)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(shè)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(shè)備取材面廣等。 塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計的首要環(huán)節(jié)，選擇時應(yīng)考慮物料的性質(zhì)、操作的條件、塔設(shè)備的性能以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)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(yīng)性強(qiáng)、易于放大等特點(diǎn)。塔的種類很多，對塔設(shè)備進(jìn)行分類：按操作壓力分有加壓塔，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(yīng)塔，干燥塔等；按

5、內(nèi)部結(jié)構(gòu)分有填料塔，板式塔。目前工業(yè)上應(yīng)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(diǎn)：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(diǎn)。三、設(shè)計方案簡介根據(jù)設(shè)計任務(wù)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(shè)備類型，初步確定工藝流程。對選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)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(shè)計任務(wù)是富氣年處理量為8.0萬噸

6、，關(guān)鍵組分丙烯的吸收分率大于等于95%。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(jìn)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(shè)計選取了直徑的塑料鮑爾環(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(shè)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(shè)計求算等。即完成設(shè)計。最后，整體論證該塔的可行性及經(jīng)濟(jì)價值。四、填料塔的主要工藝尺寸計算4.1、物料衡算（1）

7、、物料計算據(jù)設(shè)計任務(wù)書計算富氣處理量為:=8.0萬噸/年=富氣平均摩爾質(zhì)量：=0.09×+0.30×2+0.10×16+0.03×28+0.10×30+0.11×42+0.07×44+0.15×58+0.05×72=29.28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：表1組分19.06.604.501.881.620.560.21設(shè)關(guān)鍵組分吸收分率為95%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：= =0.95由=1.88×0.95=1.7

8、86=1.4=1.4×1.786=2.50關(guān)鍵組分的吸收因子為：=1.33（2）、理論級由 求得 理論級圓整后取為7。各組分及=2.50，求得，再由及N=7求各組分吸收分率：表2組分19.06.604.501.881.620.560.210.1320.3790.5561.331.5434.46411.9050.1320.3790.5520.9620.9831.001.00（3）、各組分吸收率及尾氣組成見表：表3組成總和000.1320.3790.5520.9620.9831.001.00進(jìn)氣量36.593121.97740.65912.86940.65944.72528.46160.

9、98920.33406.59005.3674.63222.44443.02527.97760.98920.33184.75536.593121.97735.2927.57518.2151.700.48400221.8360.1650.5500.1590.0340.0820.0080.002001.00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(jìn)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： =2.50入塔氣體量：=406.59塔頂尾氣量：=221.836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）

10、、填料選擇直徑的塑料鮑爾環(huán)亂堆填料。（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=1.4m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(yīng)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

11、計算采用等板高度法查得：填料外徑關(guān)鍵組分的值所以填料層高度為：而填料層設(shè)計厚度：取安全系數(shù)為1.25則=1.25×8.946=11.18取=12m塑料鮑爾環(huán)分段高度取由于對塑料鮑爾環(huán)不宜超過,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，其填料因子橫坐標(biāo)：縱坐標(biāo)：查圖得：填料層壓降：五、填料塔內(nèi)部構(gòu)件設(shè)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

12、等介質(zhì)輸送的泵的選型很重要。一般選型，對輸送汽油的泵，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(shè)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(fù)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(shè)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(shè)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)

13、生溝流，從而降低了氣、液兩相接觸的有效傳質(zhì)面積，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(diǎn)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(yīng)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

14、，所以適用于料液較清潔且壓頭變化不大的情況一般用于直徑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(jìn)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(fù)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。由于所設(shè)計的吸收塔有較大的塔徑所以選用盤式明淋器，如下圖（d）所示。盤上有孔徑=31

15、0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1.4左右時，篩孔密度=150個/盤上篩孔數(shù)按下式計算個圖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）盤管式盤式噴淋器5.4、液體再分布器設(shè)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(shè)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：對于鮑爾環(huán)，(251

16、0)；對直徑400以下的小塔，可用比上值較大的；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(shè)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35°45°，截錐下端的直徑可取塔徑的0.70.8倍。圖54截錐式液體再分布器5.5、支承板的設(shè)計圖55填料支撐板塔內(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(yīng)有足夠的強(qiáng)度，足以承受持液后填料層的重量；其次它的氣

17、體通道面積應(yīng)大于填料的自由截而積(數(shù)值上等于空隙率)，不然在支撐板處會產(chǎn)生過大的氣體阻力而且當(dāng)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(yán)重時會在支撐板處首先出現(xiàn)液泛。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(yīng)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(qiáng)度和自由截面兩方面的要求，同時又能適應(yīng)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(jìn)入填料，而液

18、體則由支撐板底的許多小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(shè)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(shè)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(shè)計計算（1）、根據(jù)化工機(jī)械基礎(chǔ)中有關(guān)容器材料設(shè)計公式顯示，可選用16。筒體的設(shè)計厚度：式中：=0.85（采用雙面焊局部無損探傷）得：考慮鋼板負(fù)偏差，取，圓整后（2）、水壓測試：水壓試驗取設(shè)計壓力的1.25倍。取。代入查表知16的為345（教材化工機(jī)械基礎(chǔ)）水壓試

19、驗滿足強(qiáng)度要求。6.2、封頭設(shè)計計算（1）、綜合考慮，采用帶直邊的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，選用16。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的設(shè)計厚度：式中：=1400=1.0（整體沖壓）得：考慮鋼板負(fù)偏差，取mm，圓整后封頭壁厚應(yīng)與筒體壁厚保持一致，故將封頭壁厚圓整為8（2）、標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭直邊高度h（）封頭材料碳素鋼普通鋼復(fù)合鋼不銹鋼，耐酸鋼封頭壁厚4810182039101820直邊高度254050254050取直邊高差得封頭參數(shù)如下表公稱直徑/mm曲面高度/mm直邊高度/mm內(nèi)表面積/容積/1400350252.230.3986.3、人孔的選取吸收塔的設(shè)計壓力為1.1，人孔標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按公稱壓力為1.6的等級選取。為便于檢修選用

20、高水平吊裝人孔。人孔類型：RF（AG）450-1.6。七、各接管尺寸的設(shè)置7.1 進(jìn)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(jìn)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(shè)計結(jié)果一覽表塔徑尺寸1400填料支撐板珊板式壁厚8壓 板浮動式填料層高度12液體分布器盤式分布器填料類型塑料鮑爾環(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2700進(jìn)氣管直徑200出液管直徑300進(jìn)液管直徑300出氣管直徑200塔 高22.8九、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，

21、；液相密度，；液體密度校正系數(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(xiàn)1、潘國昌, 郭慶豐. 化工設(shè)備設(shè)計. 北京: 清華大學(xué)出版社. 19962、譚天恩, 竇梅. 化工原理. 第三版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 20063、陳國恒. 化工機(jī)械基礎(chǔ). 第二版. 北京: 化學(xué)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(xué)工業(yè)出版社. 20075、冷士良, 陸清. 化工單元操作及設(shè)備. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 20076、王紹亭,陳濤