1、學(xué)校代碼： 10128學(xué) 號： 201220517018 課程設(shè)計說明書題 目：填料塔吸收合成氨廠精煉再生氣中的氨學(xué)生姓名： 陳卉學(xué) 院： 化工學(xué)院班 級： 應(yīng)用化學(xué)13-2班指導(dǎo)教師： 高智二一六年六月三十日內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書摘要填料塔洗滌吸收凈化工藝不單應(yīng)用在化工領(lǐng)域，在低濃度工業(yè)廢氣凈化方面也能很好地發(fā)揮作用。工程實踐表明，合理的系統(tǒng)工藝和塔體設(shè)計，是保證凈化效果的前提。此設(shè)計是在各種版本教材和資料的基礎(chǔ)上，在吸收原理的支持下，由本人設(shè)計而成的。其中的各種物性數(shù)據(jù)全部來自于各種版本與吸收有關(guān)的教材、圖書或其他電子資料。選材和計算理論的依據(jù)與其他吸收過程的基本原理相同。首先，在說

2、明書中概述了吸收分離技術(shù)和吸收設(shè)備的發(fā)展，除去有害組分（NH3 ）以凈化氣體的必要性；其次，根據(jù)任務(wù)書對填料塔設(shè)計的要求，選擇合適的吸收劑，吸收過程，吸收塔設(shè)備以及合適填料，在據(jù)此計算設(shè)計出塔徑，塔高。并選擇合理的輔助設(shè)備。最后用簡潔清晰的流程圖來表達(dá)自己設(shè)計思想。關(guān)鍵詞: 吸收 填料塔 水 低濃度氨氣 逆流內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書目錄1 設(shè)計方案- 1 -1.1 概述- 1 -1.2 吸收設(shè)備的發(fā)展- 3 -1.3 吸收劑的選擇- 4 -1.4 吸收流程的選擇- 5 -1.4.1 吸收工藝流程的選擇- 5 -1.4.2吸收塔設(shè)備及填料的選擇- 6 -1.4.3

3、填料的選擇- 6 -2 塔的計算- 8 -2.1 氣液平衡關(guān)系- 8 -2.2 吸收劑用量的確定- 10 -2.3操作線方程- 11 -2.4 塔徑- 11 -2.5 校核- 15 -2.6 填料層高度的確定- 20 -3. 輔助設(shè)備的計算及選型- 28 -3.1 填料支承設(shè)備- 28 -3.2填料壓緊裝置- 29 -3.3液體再分布裝置- 29 -3.4 液體分布器- 29 -3.5氣體分布裝置- 30 -3.6輔助設(shè)備計算- 31 -3.6.1 輸送氣體管徑- 31 -3.6.2 輸送液體管徑- 31 -3.6.3 泵- 32 -3.6.4 風(fēng)機(jī)- 33 -計算結(jié)果匯總表- 36 -符號表

4、- 38 -參考文獻(xiàn)- 40 -附 錄41結(jié)束語44內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計說明書1 設(shè)計方案1.1 概述在煉油、石油化工、精細(xì)化工、食品、醫(yī)藥及環(huán)保等部門，塔設(shè)備屬于使用量大應(yīng)用面廣的重要單元設(shè)備。塔設(shè)備廣泛用于蒸餾、吸收、萃取、洗滌、傳熱等單元操作中。所以塔設(shè)備的研究一直是國內(nèi)外學(xué)者普遍關(guān)注的重要課題。在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個組分加以分離，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

5、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)處理量大時多用板式塔，處理量小時采用填料塔。近年來由于填料塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，新型的、高負(fù)荷填料的開發(fā)，既提高了塔的通過能力和分離效能又保持了壓降小、性能穩(wěn)定等特點。因此，填料塔已經(jīng)被推廣到大型氣、液操作中，在某些場合還代替了傳統(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。隨著對填料塔的研究和開發(fā)，性能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工業(yè)生產(chǎn)中。綜合考察各分離吸收設(shè)備中以填料塔為代表，填料塔技術(shù)用于各類工業(yè)物系的分離,雖然設(shè)計的重點在塔體及塔內(nèi)件等核心部分,但與之相配套的外部工藝和換熱系統(tǒng)應(yīng)視具體的

6、工程特殊性作相應(yīng)的改進(jìn)。例如在DMF回收裝置的擴(kuò)產(chǎn)改造項目中,要求利用原常壓塔塔頂蒸汽,工藝上可以在常壓塔及新增減壓塔之間采用雙效蒸餾技術(shù),達(dá)到降低能耗、提高產(chǎn)量的雙重效果，在硝基氯苯分離項目中;改原多塔精餾、兩端結(jié)晶工藝為單塔精餾、端結(jié)晶流程,并對富間硝基氯苯母液進(jìn)行精餾分離,獲得99%以上的間硝基氯苯,既提高產(chǎn)品質(zhì)量,又取得了降低能 耗的技術(shù)效果。過程的優(yōu)缺點：分離技術(shù)就是指在沒有化學(xué)反應(yīng)的情況下分離出混合物中特定組分的操作。這種操作包括蒸餾，吸收，解吸，萃取，結(jié)晶，吸附，過濾，蒸發(fā)，干燥，離子交換和膜分離等。利用分離技術(shù)可為社會提供大量的能源，化工產(chǎn)品和環(huán)保設(shè)備，對國民經(jīng)濟(jì)起著重要的作用

7、。為了使- 1 -填料塔的設(shè)計獲得滿足分離要 - 39 - 求的最佳設(shè)計參數(shù)(如理論板數(shù)、熱負(fù)荷等)和最優(yōu)操作工況(如進(jìn)料位置、回流比等),準(zhǔn)確地計算出全塔各處的組分濃度分布(尤其是腐蝕性組分)、溫度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分離技術(shù)。而且,20世紀(jì)80年代以來,以高效填料及塔內(nèi)件為主要技術(shù)代表的新型填料塔成套分離工程技術(shù)在國內(nèi)受到普遍重視。由于其具有高效、低阻、大通量等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于化工、石化、煉油及其它工業(yè)部門的各類物系分離。氨是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，但是其強(qiáng)烈的刺激性氣味對于人體健康和大氣環(huán)境都會造成破壞和污染，氨對接觸的皮膚組織都有腐蝕和刺激作用，可以吸收皮膚

8、組織中的水分，使組織蛋白變性，并使組織脂肪皂化，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。氨的溶解度極高，所以主要對動物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，常被吸附在皮膚粘膜和眼結(jié)膜上，從而產(chǎn)生刺激和炎癥?？陕楸院粑览w毛和損害粘膜上皮組織，使病原微生物易于侵入，減弱人體對疾病的抵抗力。氨通常以氣體形式吸入人體，氨被吸入肺后容易通過 肺泡進(jìn)入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞運氧功能。進(jìn)入肺泡內(nèi)的氨，少部分為二氧化碳所中和，余下被吸收至血液，少量的氨可隨汗液、尿液或呼吸排出體外。短期內(nèi)吸入大量氨氣后會出現(xiàn)流淚、咽痛、咳嗽、胸悶、呼吸困難、頭暈、嘔吐、乏力等。若吸入的氨氣過多，導(dǎo)致血液中氨濃度過高，就會通過三叉神經(jīng)末梢的反射作用而

9、引起心臟的停搏和呼吸停止,危及生命。長期接觸氨氣，部分人可能會出現(xiàn)皮膚色素沉積或手指潰瘍等癥狀；氨氣被呼入肺后容易通過肺泡進(jìn)入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞運氧功能。短期內(nèi)吸入大量氨氣后可出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、痰帶血絲、胸悶、呼吸困難，可伴有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、乏力等，嚴(yán)重者可發(fā)生肺水腫、成人呼吸窘迫綜合癥，同時可能生呼吸道刺激癥狀。因此，吸收空氣中的氨，防止氨超標(biāo)具有重要意義。因此，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于工業(yè)尾氣中的氨氣進(jìn)行吸收，本次課程設(shè)計的 目的是根據(jù)設(shè)計要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有氨氣的工業(yè)尾氣

10、,其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計采填料塔進(jìn)行吸收操作是因為填料可以提供巨大 的氣液傳質(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進(jìn)行,而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，從而可以使吸收操作過程節(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)中溶解度差異而實現(xiàn)組分分離的過程稱為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。一個完整的吸收分離過程，包括吸收和解吸兩個部分。典型過程有單塔和多塔、逆流和并流、加壓和減壓等。1.2 吸收設(shè)備的發(fā)展

11、吸收用塔設(shè)備與精餾需要的塔設(shè)備具有相似的原則要求，用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，便于安裝、操作和維修等。對于吸收過程來說，一般采用填料塔。隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模的吸收設(shè)備已廣泛用于實際生產(chǎn)中。具有很高的吸收效率，且在節(jié)能方面也日趨完善。填料塔的工藝設(shè)計內(nèi)容是在明確了裝置的處理量、操作溫度及操作壓力及相應(yīng)的相平衡關(guān)系的條件下，完成填料塔的工藝尺寸及其他塔內(nèi)件設(shè)計。在以后的化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)中，對吸收設(shè)備的要求及效率將會有更高的要求，所以日益完善的吸收設(shè)備會逐漸應(yīng)用于實際的工業(yè)生產(chǎn)中。在吸收過程中，質(zhì)量交換是在兩相接

12、觸面上進(jìn)行的。因此，吸收設(shè)備應(yīng)具有較大的氣液接觸面，按吸收表面的形成方式，吸收設(shè)備可分為下列幾類：（1）表面吸收器 吸收器中兩相間的接觸面是靜止液面（表面吸收器本身的液面）或流動的液膜表面（膜式吸收器）。這類設(shè)備中的接觸表面在相當(dāng)大的程度上決定于吸收器構(gòu)件的幾何表面。這類設(shè)備還可分為以下幾種基本類型：水平液面的表面吸收器：在這類吸收器中，氣體在靜止不動或緩慢流動的液面上通過，液面即為傳質(zhì)表面，由于傳質(zhì)表面不大，所以此種表面吸收器只適用于生產(chǎn)規(guī)模較小的場合。通常將若干個氣液逆流運動的吸收器串聯(lián)起來使用。為了能使液體自流，可將吸收器排列成階梯式，即沿流體的流向，后一個吸收器低于前一個吸收器。水平液

13、面的表面吸收器的效率極低，現(xiàn)在應(yīng)用已很有限。只有從體積量不大的氣體中吸收易溶組分，并同時需要散除熱量的情況下才采用它們。這類吸收器有時還用于吸收高濃度氣體混合物中的某些組分。液膜吸收器：在液膜吸收器中，氣液兩相在流動的液膜表面上接觸。液膜是沿著圓管或平板的縱向表面流動的。已知有三種類型的液膜吸收器：列管式吸收器：液膜沿垂直圓管的內(nèi)壁流動；板狀填料吸收器：填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的兩測流動； 升膜式吸收器：液膜向上（反向）流動。填料吸收器： 填料吸收器是裝有各種不同形狀填料的塔。噴淋液體沿填料表面流下，氣液兩相主要在填料的潤濕表面上接觸。設(shè)備單位體積內(nèi)的填料表面積可以相當(dāng)大，因此，能

14、在較小的體積內(nèi)得到很大的傳質(zhì)表面。但在很多情況下，填料的活性接觸表面小于其幾何表面。機(jī)械液膜吸收器：機(jī)械液膜吸收器可分為兩類。在第一類設(shè)備中，機(jī)械作用用來生成和保持液膜。屬于這一類的有圓盤式液膜吸收器。當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到液面上方時，便被生成的液膜所覆蓋，吸收過程就在這一層液膜表面上進(jìn)行。圓盤的圓周速度為0.20.3米/秒。這種吸收器的傳質(zhì)系數(shù)與填料吸收器相近。（2）鼓泡吸收器在這種吸收器中，接觸表面是隨氣流而擴(kuò)展。在液體中呈小氣泡和噴射狀態(tài)分布。這樣的氣體運動（鼓泡）是以其通過充滿液體的設(shè)備（連續(xù)的鼓泡）或通過具有不同形式塔板的塔來實現(xiàn)。在充填填料的吸收器中，也可看到氣體和液體相互作用的特征。這一類吸

15、收器也包括以機(jī)械攪拌混合液體的鼓泡吸收器。鼓泡吸收器中，接觸表面是由流體動力狀態(tài)（氣體和液體的流量）所決定的。（3）噴灑吸收器噴灑吸收器中的接觸表面是在氣相介質(zhì)中噴灑細(xì)小液滴的方法而形成的。接觸表面取決于流體動力學(xué)狀態(tài)（液體流量）。這一類的吸收器有：吸收器中液體的噴灑是用噴霧器（噴灑或空心的吸收器）；用高速氣體運動流的高速并流噴灑吸收器；或用旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置的機(jī)械噴灑吸收器。在這些不同形式的設(shè)備中，現(xiàn)在最通用的是填料及鼓泡塔板吸收器。1.3 吸收劑的選擇在填料吸收塔的設(shè)計中，選擇合適的吸收劑，對物系的有效分離、流程的確定、溶劑的用量或循環(huán)量、設(shè)備的尺寸大小等都有至關(guān)重要的影響，也直接決定了分離操作

16、的經(jīng)濟(jì)效益。對吸收劑的選擇，一般有以下幾方面考慮：（1）溶解度大： 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的需用量。（2）選擇性好： 吸收劑對溶質(zhì)組分要有良好地吸收能力，而對混合氣體中的其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實現(xiàn)有效的分離。（3）揮發(fā)度要低： 操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(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)的流動性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱率的提高。（5）其他： 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能滿足無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。一般很難有一種吸收劑滿足以上所有要求，

17、所以，經(jīng)綜合考慮，我們采用清水作為吸收劑進(jìn)行吸收氨氣。物理吸收劑和化學(xué)吸收劑的特性物理吸收劑化學(xué)吸收劑（1）吸收容量正比于溶質(zhì)分壓（2）吸收熱效應(yīng)很?。ń诘葴兀?）常用降壓閃蒸解吸（4）適于溶質(zhì)含量高，而凈化度要求不太高的場合（5）對設(shè)備腐蝕性小，不易變質(zhì)（1）吸收容量對溶質(zhì)分壓不太敏感（2）吸收熱效應(yīng)顯著（3）用低壓蒸汽氣提解吸（4）適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場合（5）對設(shè)備腐蝕性大，易變質(zhì)1.4 吸收流程的選擇1.4.1 吸收工藝流程的選擇工業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同角度進(jìn)行分類，從所選用的吸收劑的種類看，有僅用一種吸收劑的一步吸收流程和使用兩種吸收劑的兩步吸收流

18、程，從所用的塔設(shè)備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程和多塔吸收流程，從塔內(nèi)氣液兩相的流向可分為逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環(huán)流程。經(jīng)過考慮，本人采用逆流操作氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出。此操作的特點：傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。1.4.2吸收塔設(shè)備及填料的選擇對于吸收過程，能夠完成其分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種，如何從眾多的塔設(shè)備中選出合適的類型是進(jìn)行工藝設(shè)計的首要工作。而進(jìn)行這一項工作則需對吸收過程進(jìn)行充分的研究后，并經(jīng)多方案對比方能得到較滿意的結(jié)果。一般吸收用塔設(shè)備與精餾過程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求

19、，即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量,塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，易于制造、安裝、操作和維修等。但吸收過程一般具有操作液起比大的特點，因而更適用于填料塔。此外,填料塔阻力小，效率高，有利于過程節(jié)能，所以對于吸收過程來說，以采用填料塔居多。但在液體流率很低難以充分潤濕填料，或塔徑過大，使用填料塔不經(jīng)濟(jì)的情況下，以采用板式塔為宜。因此，經(jīng)過多方面考慮之后，該過程處理量不大，所以用的塔直徑不會太大，以采用填料塔較為適宜。1.4.3填料的選擇各種填料的結(jié)構(gòu)差異較大，具有不同的優(yōu)缺點，因此在使用上應(yīng)根據(jù)具體情況選擇不同的塔填料。在選擇塔填料時，應(yīng)該考

20、慮如下幾個問題：(1) 選擇填料材質(zhì) 選擇填料材質(zhì)應(yīng)根據(jù)吸收系統(tǒng)的介質(zhì)以及操作溫度而定，可選用塑料，金屬，陶瓷等材料。對于腐蝕性介質(zhì)應(yīng)采用相應(yīng)的抗腐蝕性材料，對于溫度較高的情況應(yīng)考慮材料的耐溫性能。(2) 填料類型的選擇 填料類型的選擇是一個比較復(fù)雜的問題。一般來說，同一類填料塔中，比表面積大的填料雖然具有較高的分離效率，但是由于在同樣的處理量下，所需要的塔徑較大，塔體造價升高。(3) 填料尺寸的選擇 實踐表明，填料塔的塔徑與填料直徑的比值應(yīng)保持不低于某一下限值，以防止產(chǎn)生較大的壁效應(yīng)，造成塔的分離效率下降。填料尺寸大，成本低，處理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往難以

21、抵償其效率降低所造成的成本增加。拉西環(huán) 2030 （最小不低于810）鮑爾環(huán) 1015 （最小不低于8）鞍形填料 15 （最小不低于8）對一定的塔徑而言，滿足徑比下限的填料可能有幾種尺寸，需要根據(jù)填料的性能及經(jīng)濟(jì)因素選定。一般推薦，當(dāng)：D300時，選用25的填料；300D900時，選用2538的填料；D900時，選用5070的填料。填料的尺寸大則成本低，通量大，但分離效率低。50以上的大填料，雖然成本合算，但通量的提高不能補(bǔ)償成本的降低，故一般大塔中更常使用50的填料。2 塔的計算2.1 氣液平衡關(guān)系在水吸收氨氣的過程中會產(chǎn)生很大的熱效應(yīng)，使塔內(nèi)溫度顯著升高，對氣液平衡關(guān)系和吸收速率產(chǎn)生明顯影

22、響，所以該過程視為非等溫吸收。對于低濃度氣體的非等溫吸收過程，由于塔頂?shù)剿椎臏囟茸兓容^明顯，平衡關(guān)系的確定常采用近似法。將吸收塔按也想濃度x的變化分成若干段，每段濃度變化為x,則有： 式中：， 第i段兩端的液相溫度， 第i段兩端的液相濃度差 L 溶液流率，（于液相濃度差很小，L可視為常數(shù)） 溶液的平均比熱 溶液的微分溶解熱（取 與 之間的平均值）在塔頂液相濃度、溫度已知的情況下，可利用上式逐段進(jìn)行計算出每個組分下的液相溫度，建立吸收塔中液相濃度x與溫度t的對應(yīng)關(guān)系。 （其中P為操作壓力，mmHg。）非等溫吸收時實際平衡線的確定2.2 吸收劑用量的確定 式中： V 惰性氣體流率，K mol/

23、h； 最小吸收劑用量，K mol/h； Y、X 氣相和液相組成，摩爾比。 下標(biāo)： 1塔底 ； 2塔頂； 與平衡的液相組成，摩爾比。為汽液平衡線縱坐標(biāo)y=0.1時的橫坐標(biāo)， 查平衡關(guān)系曲線圖得到xe1=0.044 清水吸收，則=0 選根據(jù)設(shè)計要求知道再生氣處理量：操作條件下在再生氣的摩爾流量為： 惰性氣體（co）的摩爾流量為：那么液體的摩爾流量為： 2.3操作線方程對于逆流吸收過程，其操作線方程： 換成摩爾分?jǐn)?shù)，操作線方程為 =2.4 塔徑塔內(nèi)平均溫度：T=1/2(T頂+T底)=（30+20）/2+273=298塔頂混合氣體的平均相對分子質(zhì)量：塔底混合氣體的平均相對分子質(zhì)量：塔內(nèi)混合氣體的平均相

24、對分子質(zhì)量：塔內(nèi)氣相密度：塔內(nèi)吸收劑密度（低濃度氨水近似于水）：298K時 kg/ 泛點氣速，m/s； 空塔氣速，m/s。計算泛點氣速采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖方法。Eckert關(guān)聯(lián)圖中最上面兩條為線液泛線，由已知參數(shù)（液氣相流率、液氣相密度），計算出該圖的橫坐標(biāo)值，查圖讀取亂堆填料泛點線曲線的縱坐標(biāo)值。再根據(jù)所選材料和已知條件求出泛點氣速，進(jìn)而確定u。圖2-4 Eckert通用關(guān)聯(lián)圖， 液氣相流率，Kg/s , 液氣相密度，Kg/ 液相粘度，m Pa.s 液相密度校正系數(shù)，= 填料因子，1/m g 重力加速度, m/s2如圖2-3所示，根據(jù)氣液相流量及密度計算出橫標(biāo)值，縱坐標(biāo)查圖知，其對應(yīng)縱

25、坐標(biāo)為：0.145A:鮑爾環(huán)a:選用的塑料50鮑爾環(huán):d=50mm、A = 0.0942、K = 1.75、查得：=1、=120m-1 、 g=9.81 、 =0.895 m Pa.s算得：=3.49 m Pa.s=(0.5-0.8) 選=0.6=0.6×3.49=2.094 m/s塔徑： 式中：操作條件下混合氣體體積流量，； D塔徑，m。將與代入上式得：當(dāng)計，往往需要算的塔徑不足整數(shù)時圓整。圓整的根據(jù)是符合加工要求及設(shè)備定型，以便設(shè)備加工。根據(jù)我國壓力容器的公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)（JB-1153-71），直徑在1m以上時，間隔為200mm；直徑在1m以下時，間隔為100mm。則圓整后D=0.

26、5m.B:拉西環(huán)選用的陶瓷50拉西環(huán) 的d=50mm、查得：=1、=120m-1 、 g=9.81 、 =0.895 m Pa.s算得：=2.5782 m Pa.s=(0.5-0.8) 選=0.6=0.6×2.58=1.55 m/s塔徑： 根據(jù)我國壓力容器的公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)（JB-1153-71），直徑在1m以上時，間隔為200mm；直徑在1m以下時，間隔為100mm。則圓整后D=0.6m.2.5 校核A:鮑爾環(huán)1.噴淋密度(U)的校核為使填料表面充分濕潤，應(yīng)保證噴淋密度大于最小噴淋密度,即。最小噴淋密度能維持填料的最小濕潤速率，關(guān)系為： 式中：填料的比表面積，； 最小的噴淋密度，； 最

27、小潤濕速率，。潤濕速率是指在塔的橫截面上，單位長度的填料周邊上液體的體積流量。對直徑不超過75mm的拉西環(huán)及其他填料，取為0.08。查表得填料的比表面積，那么經(jīng)計算后符合要求。2.泛點率u/uF的校核式中： 泛點氣速，m/s； 空塔氣速，m/s。u=VS3600×D2×4=1245.963600×0.785×0.52=1.776u/uF=0.513. 單位高度填料層壓降的校核壓強(qiáng)降是塔設(shè)計的重要參數(shù)，氣體通過填料層壓強(qiáng)降的大小決定了操作過程的動力消耗。Eckert關(guān)聯(lián)圖中除了液泛線以外，還有許多等壓降線。由已知參數(shù)（氣液負(fù)荷、物性）及所用填料的壓降填料因

28、子，計算出該圖的縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)值，查圖讀取相應(yīng)壓降曲線的值（若交點沒正好落在壓降線上，可用相鄰的兩條線內(nèi)讀取），即為單位高度填料層的壓降橫座標(biāo)值：塑料鮑爾環(huán)的壓降填料因子縱坐標(biāo)1.7762×1×1259.81×0.9925997.04×0.8950.2=0.0391Eckert通用關(guān)聯(lián)圖由坐標(biāo)點（0.08758,0.0391），找到對應(yīng)的所以符合標(biāo)準(zhǔn)B:拉西環(huán)1.噴淋密度(U)的校核對直徑不超過75mm的拉西環(huán)及其他填料，取為0.08。查表得填料的比表面積，那么經(jīng)計算后符合要求。2.泛點率u/uF的校核u=VS3600×D2×4=12

29、45.963600×0.785×0.52=1.234u/uF=0.5013. 單位高度填料層壓降的校核橫座標(biāo)值：陶瓷拉西環(huán)的壓降填料因子縱坐標(biāo)1.2342×1×2889.81×0.9925997.04×0.8950.2=0.04352Eckert通用關(guān)聯(lián)圖由坐標(biāo)點（0.087,0.044），找到對應(yīng)的所以符合標(biāo)準(zhǔn)2.6 填料層高度的確定1.傳質(zhì)單元數(shù)的計算本設(shè)計應(yīng)用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式，其特點是將為液體潤濕的填料表面作為有效專職面積，因此先分別計算有效專職面積a和傳質(zhì)系數(shù)、，然后相乘得到體積傳質(zhì)系數(shù)和。A:鮑爾環(huán)有效傳質(zhì)面積（潤濕面積） 式中：

30、單位體積填料的傳質(zhì)總表面積，/； t單位體積填料的總表面積，/； 液體的表面張力，； c填料材質(zhì)臨界表面張力，； 液體通過塔截面的質(zhì)量流率，； 液相粘度，； 液氣相密度， /； g重力加速度, ； 是考慮不同材質(zhì)的填料被潤濕的情況不同而引入的值.材質(zhì)鋼陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蠟的表面75 61 3340 56 73 20填料材質(zhì)的臨界表面張力值查表，已知 250C時,液體粘度，液體密度L=997.04 kgm3，液體的表面張力則 C=0.556將以上數(shù)據(jù)代入式得：則有效傳質(zhì)面積： 液相傳質(zhì)系數(shù) 式中：D溶質(zhì)在液相中的擴(kuò)散系數(shù)，； 填料的名義尺寸，m。由液體擴(kuò)散系數(shù)表可查5 0C時， 15

31、0C時，由內(nèi)插法：D1-D2D1-DL=5-155-25=12=(1.24-1.77)(1.24-D)算得：DL=2.3×10-9 m/s查得塑料50鮑爾環(huán) dp=50mm=50×10-3 m 可得：atdp=106×50×10-3=5.32代入上式得：液相傳質(zhì)系數(shù)kL得： 氣相傳質(zhì)系數(shù)式中：C系數(shù)，一般環(huán)形填料和鞍形填料為5.23；小于15mm的填料為2.00； R氣體常數(shù)，； T氣體溫度，K； 溶質(zhì)在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)，/s； 氣體通過空塔截面的質(zhì)量流率，； 氣體粘度，； 氣體密度，。已知C=5.23，R=8.314，T=273.15+25=298K，

32、25 0C氣體密度溶質(zhì)在氣相中的擴(kuò)撒系數(shù)DV=0.918× 10-4 m2/s 25 0C CO的粘度NH3的粘度V=yiiMi12yiMi12=0.9×1.768×10-5×2812+0.1×1.027×10-5×17120.9×2812+0.1×1712 =1.322×10-5 pa.s將以上數(shù)據(jù)代入式得：2 填料層高度的計算對于穩(wěn)態(tài)操作的、對高濃度氣體的吸收的吸收塔，氣液流率沿塔高變化明顯，溶液熱效應(yīng)大，氣液溫度升高，平衡線斜率也將沿塔高改變。高濃度氣體的吸收可用如下公式計算：Z=HOGN

33、OG NOG=Y1-Y2 Ym HOG=VKYa KYa=KGaP1KGa=1kGa+1kLa式中 Z： 填料層高度 m KYa: 氣膜體積吸收系數(shù) KGa: 總傳質(zhì)系數(shù) NOG: 傳質(zhì)單元數(shù) HOG: 傳質(zhì)單元高度 mLV=Y1-Y2X1-X2X1-X2=VY1-Y2L=50.42×0.11-0.0004192.09=0.0288X1=0.0288作圖找出對應(yīng)斜率：Y=1.9065X-0.0082 斜率m=1.9065溶解度系數(shù)H=PLPM1m=997.0489.59×27.45×11.9265=0.212 1KGa=1kGa+1kLa=13.371×

34、10-5×51.072+10.212×2.345×10-4×51.072=974.697 KGa=1.026×10-3 KYa=KGaP=1.026×10-3×89.59=0.0919 =r2=3.14×(0.52)2=0.1963 m2 HOG=VKYa=50.4225/36000.0919×0.19625=0.78 Ye1=1.9065×0.0288-0.0028=0.053 X2=0, Ye2=0 Y1=Y1-Ye1=0.11-0.053=0.057 Y2=Y2-Ye2=0.0004-0=

35、0.0004 Ym=Y1-Y2lnY1Y2=0.057-0.0004ln0.0570.0004=0.0114 NOG=Y1-Y2 Ym=0.11-0.00040.0114=9.61 Z=HOGNOG=0.78×9.61=7.50 mB:拉西環(huán)有效傳質(zhì)面積（潤濕面積） 填料材質(zhì)的臨界表面張力值材質(zhì)鋼陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蠟的表面75 61 3340 56 73 20查表，已知 250C時,液體粘度，液體密度L=997.04 kgm3，液體的表面張力則 C=0.8476將以上數(shù)據(jù)代入式得：則有效傳質(zhì)面積： 液相傳質(zhì)系數(shù) 查得陶瓷50拉西環(huán) dp=50mm=50×10-3

36、m 是由填料類型與尺寸決定的一個無因次數(shù)，由表可查=4.7 已經(jīng)求得DL=2.3×10-9 m/s代入上式得：液相傳質(zhì)系數(shù)kL得： 氣相傳質(zhì)系數(shù)已知C=5.23，R=8.314，T=273.15+25=298K，混合氣體的粘度V=1.322×10-5 pa.s將以上數(shù)據(jù)代入式得：2 填料層高度的計算已求得溶解度系數(shù)H=0.212 1KGa=1kGa+1kLa=13.346×10-5×51.628+10.212×1.742×10-4×51.628=1041.55 KGa=9.6×10-4 KYa=KGaP=9.6&#

37、215;10-4×89.59=0.0822 =r2=3.14×(0.62)2=0.2826 m2已求得NOG=9.61 Z=HOGNOG=0.60×9.61=5.77 m Z'=1.3×5.77+1.2=8.7m所以我們選擇拉西環(huán)，拉西環(huán)對鮑爾環(huán)的改進(jìn)，環(huán)的高徑比為1:2，并在一端增加了錐形翻邊，減少了氣體通過床層的阻力，并增大了通量，填料強(qiáng)度較高，由于其結(jié)構(gòu)特點，使氣液分布均勻，增加了氣液接觸面積而提高了傳質(zhì)效率。陶瓷拉西環(huán)也改變了環(huán)填料的環(huán)高與直徑相等的習(xí)慣，降低了環(huán)的高度，減薄了材質(zhì)的厚度，并在拉西環(huán)的一側(cè)端增加了翻邊。由于拉西環(huán)填料的一側(cè)

38、端增加了翻邊，不但可以增加填料環(huán)的機(jī)械強(qiáng)度，而且由于破壞了填料結(jié)構(gòu)的對稱性，因而增加了填料投放時的定向幾率。又由于翻邊的影響，使得填料在堆積時填料環(huán)隙之間的接觸由此線性接觸為主變?yōu)橐渣c接觸為主。這樣，不但增加了填料顆粒之間的空隙，減少了氣體穿過填料層的阻力，而且這些接觸點還可以為液體沿填料表面流動的匯聚分散點，從而促進(jìn)了液膜的表面更新，有利于填料傳質(zhì)效率的提高。因此，陶瓷拉西環(huán)填料的性能較塑料鮑爾環(huán)又有了進(jìn)一步的提高。陶瓷拉西環(huán)具有優(yōu)異的耐酸耐熱性能，能耐除氫氟酸以外的各種無機(jī)酸、有機(jī)酸及有機(jī)溶劑腐蝕，可在各種高溫場合使用，應(yīng)用范圍十分廣泛，可用于化工、冶金、煤氣、環(huán)保等行業(yè)的干燥塔、吸收塔、

39、冷卻塔、洗滌塔、再生塔等。3. 輔助設(shè)備的計算及選型3.1 填料支承設(shè)備支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，同時起著氣液流道及氣體均布作用。故在設(shè)計支承板是應(yīng)滿足下列三個基本條件：（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，如下圖中的（a）。柵板可以制成整塊或分塊的。一般當(dāng)直徑小于500mm時可制成整塊；直徑為600800mm時，可以分成兩塊；直徑在9001200mm時，分成三塊；直徑大于1400mm時，分成四塊；使每塊寬度約在300400mm之間，以便拆裝

40、。柵板條之間的距離應(yīng)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，如下圖（c）所示。當(dāng)柵板結(jié)構(gòu)不能滿足自由截面要求時，可采用如下圖（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，氣相的自由截面積可以超過整個塔德橫截面積，所以絕不會在此造成。填料支撐裝置對于保證填料塔的操作性能具有重大作用。采用結(jié)構(gòu)簡單、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，然后按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作

41、為過渡支撐，以取得較大的孔隙率。由于采用的是的填料，所以可用的十字環(huán)。3.2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)生松動和跳動。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類，每類又有不同的型式，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、塑料等制成的不易發(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)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。本設(shè)計中填料塔在填料裝填后于其上方安裝了填料壓緊柵板。3.3液體再分布裝置氣液兩相在

42、填料層中流動時，受阻力的影響，易發(fā)生偏流現(xiàn)象，導(dǎo)致亂堆填料層內(nèi)氣液分布不均，使傳質(zhì)效率下降。為防止偏流，可間隔一定高度在填料層內(nèi)設(shè)置再分布裝置，將流體先經(jīng)收集后重新分布。最簡單的再分布裝置為截錐式再分布器，其結(jié)構(gòu)簡單安裝方便。故選擇截錐式再分布器。3.4 液體分布器液體在填料塔頂噴淋的均勻狀況是提供塔內(nèi)氣液均勻分布的先決條件，也是使填料塔達(dá)到預(yù)期分離效果的保證。選型與設(shè)計要求：1. 液體分布要均勻2自由截面率要大3. 操作彈性大4不易堵塞、引起霧沫夾帶及起泡等5.可用多種材料制作，且制造安裝方便，容易調(diào)整水平管式分布器具有結(jié)構(gòu)簡單、供氣體流過的自由截面大、阻力小等優(yōu)點，并且在吸收過程中液體負(fù)荷

43、小，不會發(fā)生堵塞。本設(shè)計選擇雙排管式多孔分布器，它是在中間的主管上交錯布置上下兩排排管。在低負(fù)荷時，僅下層排管排液，隨著液體負(fù)荷加大，一部分液體溢入上層排管，則上下兩層排管同時工作。這種分布器是目前應(yīng)用較廣的分布器，其液體的分布點多且均布性好，能對氣體提供較大的通道。而且安裝、拆卸方便，對規(guī)整填料與散裝填料均適用，可用不銹鋼、塑料等材質(zhì)制作。雙排型操作彈性較大。常用于液體負(fù)荷不太高，要求噴淋點數(shù)多的清潔物系。3.5氣體分布裝置 填料塔是氣液兩相的傳質(zhì)設(shè)備,其傳質(zhì)效率的高低是由氣液兩相能否充分接觸來決定的,而氣液兩相充分接觸的關(guān)鍵之一是氣體分布均勻。但是就僅僅依靠填料層本身使氣體達(dá)到均勻分布是不

44、可能的，隨著大型塔的發(fā)展和填料床層的薄層化,使得氣體分布裝置的設(shè)置顯得十分重要。本設(shè)計采用環(huán)形單管式多腔分布器（如下圖）。該裝置結(jié)構(gòu)簡單,金屬耗量少、壓降低 ；缺點是中心部位氣量較多,而塔壁區(qū)氣量很少。因此有的在其上部增設(shè)氣體導(dǎo)流器、環(huán)隙氣體能道及盤式氣體分布板等。圖3-1環(huán)形單管式多腔分布器3.6輔助設(shè)備計算3.6.1 輸送氣體管徑管路的內(nèi)徑可用圓形管路的流量公式，即： 式中：操作條件下混合氣體體積流量，/s； D塔徑，m。根據(jù)氣體在管路中常用流速范圍u1020m/s ，取，代入下式，則 ；對照教科書化工流體流動與傳熱（柴誠敬.張國亮 .化學(xué)工業(yè)出版社）附錄管徑的選型表，選外徑194mm，壁

45、厚5mm的無縫鋼管。3.6.2 輸送液體管徑根據(jù)液體在塔體進(jìn)出口常用流速范圍u12m/s ，取，代入下式，則選外徑32mm，后壁2.5mm無縫鋼管。3.6.3 泵液體輸送設(shè)備的種類很多，按照工作原理的不同，分為離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵與旋渦泵等幾種。其中，以離心泵在生產(chǎn)上應(yīng)用最為廣泛?；どa(chǎn)中被輸送液體的性質(zhì)、壓強(qiáng)、流量等差異很大，按液體性質(zhì)不同可分為水泵、耐腐蝕泵、油泵、雜質(zhì)泵等；按葉輪吸入方式可分為單吸泵和雙吸泵；按葉輪數(shù)目又可分為單級泵與多級泵。本次課設(shè)需要輸送的是清水，所以選擇單級單吸離心水泵。1. 泵的流量被輸送液體的流量：2. 泵的壓頭在自來水液面和塔內(nèi)噴淋管出口外側(cè)之間列機(jī)械能衡

46、算方程：設(shè)則泵的壓頭可按下式計算，計算公式如下：（1） 阻力系數(shù)的計算由雷諾數(shù)和相對粗糙度來確定摩擦系數(shù)：雷諾數(shù)的計算公式如下：輸送管路管徑,m；流體流速,m/s；流體密度,kg/m3；流體黏度，pa.s。 新的無縫鋼管：=0.10.2mm，選擇管壁粗糙度為：=0.15mm根據(jù)計算出來的雷諾數(shù)數(shù)值與相對粗糙度值通過查管流摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及相對粗糙度的關(guān)系圖（化工原理上冊課本P52）可得：假設(shè)管長為10m,根據(jù)流程圖可知在輸送液相進(jìn)吸收塔的管路上有2個截止閥，3個彎頭，在管件與閥門的當(dāng)量長度共線圖中查得對應(yīng)的當(dāng)量長度，得到管路的當(dāng)量長度則管路阻力為：=4.39設(shè)所以泵的壓頭應(yīng)為： 3.6.4 風(fēng)

47、機(jī)為了克服整個系統(tǒng)的阻力以輸送氣體，必須選擇合適的風(fēng)機(jī)并確定其安裝方式。按輸送機(jī)械出口氣體的壓強(qiáng)分，輸送氣體的風(fēng)機(jī)類型主要有：通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵等。氣體輸送機(jī)械按其結(jié)構(gòu)與工作原理也可以分為離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式和流體作用式。工業(yè)生產(chǎn)上一般采用離心式通風(fēng)機(jī),選擇風(fēng)機(jī)時，首先根據(jù)所輸送氣體的性質(zhì)（如清潔氣、含塵氣等）與風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機(jī)的材質(zhì)和類型，然后根據(jù)計算的風(fēng)量和系統(tǒng)所需要的風(fēng)壓，參照風(fēng)機(jī)樣本選用合適的型號。這里需強(qiáng)調(diào)的是風(fēng)量是指風(fēng)機(jī)入口處的溫度和壓強(qiáng)下的體積流量，而風(fēng)壓需要把操作條件下的數(shù)值換算成實驗條件下（20、101.3Kpa、=1.2）的風(fēng)壓,即： 式中: 操作條件下系統(tǒng)

48、要求的風(fēng)壓， 風(fēng)機(jī)實驗條件下的風(fēng)壓， 操作溫度壓強(qiáng)下氣體的密度，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓：設(shè)風(fēng)機(jī)進(jìn)口處為截面1- 1，填料塔出口處為截面2-2，則由單位面積液體為基準(zhǔn)的伯努利方程式可以得到離心通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓為： 由于及值很小，故一項可以忽略：風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口管段很短，項也可以忽略。由公式可知： 所以前面已知，且填料有效高度3.25m 可以得到實驗條件下的風(fēng)壓，則有：輸送氣體的流量：Q=1254.96 m3/h 根據(jù)=1189.8mmHO和=1254.96m，從風(fēng)機(jī)中選取4-72型離心風(fēng)機(jī)。表4-2 4-72型離心風(fēng)機(jī)的有關(guān)性能參數(shù)轉(zhuǎn)速/流量/全壓/pa效率/%內(nèi)功率/所需功率/29008489218484.66.

49、046.95核算風(fēng)機(jī)的軸功率：· 校核成功，所選風(fēng)機(jī)合適。計算結(jié)果匯總表量及符號數(shù)值再生氣處理量1254.96 m3/h惰性氣體摩爾流量50.423操作條件下氣體體積流量2384.42液體摩爾流量192.09液體質(zhì)量流量3457.59 Kg/h氣體質(zhì)量流量1245.59 氣體平均摩爾質(zhì)量0.02745 氣體平均密度v0.9925泛點氣速2.578空塔氣速 1.235 塔徑D0.6最小噴淋密度9.744 噴淋密度12.27 填料層壓降392.4有效傳質(zhì)單元面積51.63液相傳質(zhì)系數(shù)氣相傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)單元數(shù)9.61傳質(zhì)單元高度0.60填料層高度5.77塔高8.7輸送氣體管徑178氣體流速1

50、4.11輸送液體管徑26液體流速1.68泵的壓頭19.3泵實際安裝高度0.231操作條件下風(fēng)壓2673.97試驗條件下風(fēng)壓320.36符號表1. 英文字母填料層的有效傳質(zhì)比表面積（m²/m³）填料層的總比表面積m²/m³填料當(dāng)量直徑，mm填料直徑，mm；溶液的平均比熱，(KJ/K mol·)塔徑，m傳質(zhì)單元高度，m擴(kuò)散系數(shù)，m²/s； 塔徑;重力加速度，kg/(m².h) 氣體通過空塔截面的質(zhì)量流率，kg/（m2·s）液體通過塔截面的質(zhì)量流率，kg/（m2·s）氣膜吸收系數(shù), K mol /(m³.s.K Pa);液膜吸收系數(shù) ，K mol/(m2.s.K mol/m3)液體噴淋密度;分壓，K Pa傳質(zhì)單元數(shù)，無因次總壓，K Pa惰性氣體流量，K mol/s空塔速度，m/s液泛速度，m/s2.下標(biāo)液相的氣相的1塔底2塔頂x溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率 無因次X溶質(zhì)組分在氣相中的摩爾比 無因次y溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率 無因次Y溶質(zhì)組分在氣相中的摩爾比 無因次min最小的max最大的3.希臘字母粘度，Pa.s密度，kg/m3表面張力，N/m填料因子，m-1 ;參考文獻(xiàn)1高俊.化工原理課程設(shè)