填料吸收塔課程設(shè)計說明書

1、<p>　　填料吸收塔課程設(shè)計說明書</p><p>　　專 業(yè) 應(yīng)用化學(xué) </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 前 言…………………………………………….…………..………2</p><p>　　二 設(shè)計任務(wù)………………………………….…………………

2、…………2</p><p>　　三 設(shè)計條件………………………………….….……………. ………… 2</p><p>　　四 設(shè)計方案………………………………………………….……………2</p><p><b>　　1流程圖及流程說明</b></p><p><b>　　2填料塔的選擇</b>&l

3、t;/p><p>　　五 工藝計算…………………………………………………...…………5</p><p>　　1物料衡算，確定塔頂，塔底的氣、液流量和組成</p><p><b>　　2泛點(diǎn)的計算</b></p><p><b>　　3塔徑的計算</b></p><p>　　4

4、填料層高度的計算</p><p>　　5 填料層壓降的計算</p><p><b>　　6 液體分布裝置</b></p><p><b>　　7分布點(diǎn)密度計算</b></p><p><b>　　8 液體再分布裝置</b></p><p><b&g

5、t;　　9氣體入塔分布</b></p><p>　　六 填料吸收塔的附屬設(shè)備……………………………….……………5</p><p><b>　　1填料支撐板</b></p><p>　　2填料壓板和床層限制版</p><p>　　七 設(shè)計一覽表…………………………………………..……. …………6</p

6、><p>　　八 課程設(shè)計總結(jié)……………………….......……………. ………………6</p><p>　　九 主要符號說明…………………………………………………………6</p><p>　　十 參考文獻(xiàn)………………………………...……………………………9</p><p>　　十一 附圖…………………………………………..........

7、……………….13</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(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。

8、 </p><p>　　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)。</p><p>　　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

9、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)。</p><p>　　水吸收NH3填料塔設(shè)計</p><p><b>　　一 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1000m³∕h含NH3空氣填料吸收塔的設(shè)計</p>

10、<p>　?、?000m³∕h（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）含5％（體積比）氨氣，其他組分視為惰性氣體，氣體進(jìn)口溫度為40℃，吸收后尾氣中氨含量50μg／m³；</p><p>　?、谟们逅?，清水進(jìn)口溫度為35℃；</p><p>　?、鄄僮鲏毫樗敱韷簽?.2atm；</p><p>　?、芴盍喜捎脕y堆式拉西環(huán)</p><

11、p>　　二 吸收工藝流程的確定</p><p>　　采用常規(guī)逆流操作流程．流程如下。</p><p><b>　　三 物料計算</b></p><p>　　(l). 進(jìn)塔混合氣中各組分的量</p><p>　　近似取塔平均操作壓強(qiáng)為101.3kPa，故：</p><p>　　混合氣量＝

12、1249（）× ＝ 49.42kmol／h</p><p>　　混合氣中NH3量＝49.42×0.0213 ＝1.16 kmol／h</p><p>　?。?1.16×49.42＝67.28kg／h</p><p>　　查附錄，35℃飽和水蒸氣壓強(qiáng)為5623．4Pa，則相對濕度為70％的混合</p><p>　　

13、氣中含水蒸氣量＝=0.0404 kmol（水氣）/ kmol（空氣十丙酮）</p><p>　　混合氣中水蒸氣含量＝＝1.92kmol／h（《化工單元操作及設(shè)備》P189 16-23）</p><p>　?。?.92×18＝34.56kg／h</p><p>　　混合氣中空氣量＝49.42－1.16-1.92＝46.34kmol／h</p>

14、<p>　?。?6.34×29＝1344kg／h</p><p>　　(2)．混合氣進(jìn)出塔的（物質(zhì)的量）成</p><p><b>　?。?.0234,則</b></p><p><b>　　==0.0024</b></p><p>　?。?）．混合氣進(jìn)出塔（物質(zhì)的量比）組成&l

15、t;/p><p>　　若將空氣與水蒸氣視為惰氣，則</p><p>　　惰氣量＝46.34十1.92＝48.26kmol／h</p><p>　　＝1344＋34.56＝1378.56kg／h</p><p>　　Y1==0.024kmol(丙酮)/kmol(惰氣)</p><p>　　Y2==0.0024kmol(丙酮)

16、/kmol(惰氣)</p><p>　?。?）．出塔混合氣量</p><p>　　出塔混合氣量=48.26+1.16×0.1=48.376kmol/h</p><p>　　=1378.56+67.28×0.1=1385.3kg/h</p><p><b>　　四 熱量衡算</b></p>

17、<p>　　熱量衡算為計算液相溫度的變化以判明是否為等溫吸收過程。假設(shè)丙酮溶于水放出的熱量全被水吸收，且忽略氣相溫度變化及塔的散熱損失(塔的保溫良好)。</p><p>　　查《化工工藝算圖》第一冊，常用物料物性數(shù)據(jù)，得丙酮的微分溶解熱(丙酮蒸氣冷凝熱及對水的溶解熱之和)：</p><p>　　=30230＋10467.5=40697.5 kJ／kmol</p>

18、<p>　　吸收液(依水計)平均比熱容＝75.366 kJ／kmol·℃，通過下式計算</p><p>　　對低組分氣體吸收，吸收液濃度很低時，依惰性組分及比摩爾濃度計算較方便，故上式可寫為：</p><p>　　依上式，可在x＝0．000~0.009之間，設(shè)系列x值，求出相應(yīng)x濃度下吸收液的溫度，計算結(jié)果列于表1第l，2列中。由表中數(shù)據(jù)可見，濃相濃度x變化0.001

19、時，溫度升高0.54℃，依此求取平衡線。</p><p>　　表1 各液相濃度下的吸收液溫度及相平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　注：（1）氣相濃度相平衡的液相濃度X1＝0.0049，故取＝0.009；</p><p>　　（2）平衡關(guān)系符合亨利定律，與液相平衡的氣相濃度可用y*＝mX表示；</p><p>　　（3）吸收劑為清水，x＝0，X

20、＝0；</p><p>　?。?）近似計算中也可視為等溫吸收。</p><p>　　五 氣液平衡曲線 </p><p>　　當(dāng)x＜0.01，t＝15~45℃時，氨氣溶于水其亨利常數(shù)E可用下式計算：</p><p>　　1gE＝9.171－[2040／(t十273)]</p><p>　　由前設(shè)X值求出液溫℃，依上

21、式計算相應(yīng)E值，且m＝，分別將相應(yīng)E值及相平衡常數(shù)m值列于表1中第3、4列。由y*＝mX求取對應(yīng)m及X時的氣相平衡濃度y*，結(jié)果列于表1第5列。</p><p>　　根據(jù)X—y*數(shù)據(jù)，繪制X—Y平衡曲線OE如附圖所示。</p><p>　　六 吸收劑(水)的用量Ls</p><p>　　由圖1查出，當(dāng)Y1＝0.024時,X1*=0.0089,計算最小吸收劑用量&l

22、t;/p><p>　　=48.26×＝117.1 kmol／h（《化工單元操作及設(shè)備》P204 16-43a）</p><p>　　取安全系數(shù)為1.8，則</p><p>　　Ls＝1.8×117.1＝210.8kmol／h</p><p>　?。?10.8×18＝3794kg/h</p><

23、p>　　七 塔底吸收液濃度X1</p><p><b>　　依物料衡算式：</b></p><p><b>　　()＝（）</b></p><p>　　=48.26×=0.0049</p><p><b>　　八 操作線</b></p><

24、;p>　　依操作線方程式 </p><p><b>　　=X+0.0024</b></p><p>　　Y=4.368X+0.0024</p><p>　　由上式求得操作線繪于附圖中。</p><p><b>　　九 塔徑計算</b><

25、/p><p>　　塔底氣液負(fù)荷大，依塔底條件(混合氣35℃)，101.325kPa，查表1，吸收液27.16℃計</p><p>　　圖2 通用壓降關(guān)聯(lián)圖</p><p><b>　　算。</b></p><p>　　u =（0.6~~0.8）（《化工單元操作及設(shè)備》P206 16-45）</p><

26、;p>　?。?）.采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法(圖2)計算泛點(diǎn)氣速</p><p><b>　?、儆嘘P(guān)數(shù)據(jù)計算</b></p><p>　　塔底混合氣流量V`S＝1344＋67.28＋34.56＝1446kg／h</p><p>　　吸收液流量L`＝3794＋1.16×0.9×58＝3855kg／h</p>

27、<p>　　進(jìn)塔混合氣密度＝×＝1.15kg／ (混合氣濃度低，可近似視為空氣的密度)</p><p>　　吸收液密度＝996.7kg/</p><p>　　吸收液黏度＝0.8543mPa·s</p><p>　　經(jīng)比較，選DG50mm塑料鮑爾環(huán)(米字筋)。查《化工原理》教材附錄可得，其填料因子=120，比表面積A＝106.4<

28、;/p><p><b>　?、陉P(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)值</b></p><p>　　()1/2=()1/2 =0.090</p><p>　?、塾蓤D2查得縱坐標(biāo)值為0.13</p><p>　　即0.2=0.2=0.0137=0.13</p><p>　　故液泛氣速==3.08m/s</p>&

29、lt;p><b>　　(2)．操作氣速</b></p><p>　　u＝0.7＝0.7×3.08 ＝2.16 m/s</p><p><b>　　(3).塔徑</b></p><p>　　== 0.453 m=453mm</p><p>　　取塔徑為0.5m(＝500mm)</

30、p><p>　　(4)．核算操作氣速</p><p>　　U==1.768m/s< </p><p><b>　　(5)．核算徑比</b></p><p>　　D/d＝500/50＝10，滿足鮑爾環(huán)的徑比要求。</p><p>　　(6)．噴淋密度校核</p><p>　

31、　依Morris等推專，d＜75mm約環(huán)形及其它填料的最小潤濕速率(MWR)為0.08／(m·h),由式（4-12）：</p><p>　　最小噴淋密度＝0.08×106.4＝8.512 /(m2·h)</p><p>　　因 ＝＝19.7/(m·h)</p><p>　　故滿足最小噴淋密度要求。</p>

32、<p>　　十 填料層高度計算</p><p><b>　　計算填料層高度，即</b></p><p><b>　　Z＝</b></p><p>　　(1)．傳質(zhì)單元高度計算</p><p><b>　　=，其中=|</b></p><p>

33、　?。ā痘卧僮骷霸O(shè)備》 P209 16-7）</p><p>　　本設(shè)計采用（恩田式）計算填料潤濕面積aw作為傳質(zhì)面積a，依改進(jìn)的恩田式分別計算及，再合并為和。</p><p>　?、倭谐鰝潢P(guān)聯(lián)式中的物性數(shù)據(jù)</p><p>　　氣體性質(zhì)(以塔底35℃，101.325kPa空氣計)：＝1.15 kg/ (前已算出)；＝0.01885× (查附錄)；

34、＝1．09×（依翻Gilliland式估算)；</p><p>　　液體性質(zhì)(以塔底27．16℃水為準(zhǔn))：＝996.7 kg/；＝0.8543×Pa·s；=1.344× (以式計算)(《化學(xué)工程手冊》 10-89)，式中為溶質(zhì)在常壓沸點(diǎn)下的摩爾體積，為溶劑的分子量，為溶劑的締合因子。＝71．6×N／m(查化工原理附錄)。</p><p>

35、　　氣體與液體的質(zhì)量流速：</p><p><b>　　LG`==5.5</b></p><p><b>　　VG`==2.0</b></p><p>　　塑料鮑爾環(huán)(亂堆)特性：＝50mm＝0.05m;A＝106.4;=40dy/cm=40×10-3 N/m;查《化學(xué)工程手冊，第12篇，氣體吸收》，有關(guān)形狀系數(shù)

36、，=1.45（鮑爾環(huán)為開孔環(huán)）</p><p><b>　?、谝朗?lt;/b></p><p>　　={-1.45（）0.75（）0.1（）-0.05（）0.2}</p><p>　　={-1.45（0.646）（1.51）（1.49）（0.33）}</p><p>　　=（-0.695）=0.501</p>

37、<p>　　故==0.501×106.4=53.3</p><p><b>　?、垡朗?lt;/b></p><p>　　KL=0.0051()2/3()1/\3()1/3(atdp)0.4</p><p>　　=0.0051()2/3()1/3()1/3(5.32)0.4</p><p>　　=0.005

38、1×24.4×0.0396×0.02033×1.95=1.95×10-4 m/s</p><p><b>　　④依式</b></p><p>　　kG= 5.23()0.7()1\3()(atdp)</p><p>　　= 5.23()0.7()1/3()(5.32)</p>&l

39、t;p>　　=5.23(125.6)(1.146)(4.529×10-7)(5.32)</p><p>　　=1.814×10-3kmol/(m2·S·kPa)</p><p>　　故=1.61××53.3=1.04×10-2 (m/s)</p><p>　　=1.814×10-3

40、×53.3=9.67×10-2</p><p><b>　　(2)計算</b></p><p>　　＝，而，H=（（《化工單元操作及設(shè)備》 P189 16-21a）。由于在操作范圍內(nèi)，隨液相組成和溫度的增加，m (E)亦變，故本設(shè)計分為兩個液相區(qū)間，分別計算(I)和(II)</p><p>　　區(qū)間I X＝0．0049~

41、0.002(為(I))</p><p>　　區(qū)間II X＝0.002~0 (為(II))</p><p><b>　　由表1知</b></p><p>　?。?．33×kPa , ＝==0.238</p><p>　　=2.18× kPa, ===0.254</p><p&

42、gt;<b>　　=＋＝414.34</b></p><p>　　==2.41×10-3</p><p>　　=.P=2.41×10-3×101.3=0.244</p><p><b>　　=＋=389</b></p><p>　　=2.57×10-3<

43、/p><p>　　=0.00257×101.3=0.26</p><p><b>　　(3)計算</b></p><p><b>　　===0.269m</b></p><p>　　== =0.263m</p><p>　　(4)．傳質(zhì)單元數(shù)計算</p>

44、<p>　　在上述兩個區(qū)間內(nèi)，可將平衡線視為直線，操作線系直線，故采用對數(shù)平均推動力法計算。兩個區(qū)間內(nèi)對應(yīng)的X、Y、Y*濃度關(guān)系如下：</p><p>　　NOG=（《化工單元操作及設(shè)備》 P209 16-54a）</p><p>　　（《化工單元操作及設(shè)備》 P212 16-26）</p><p><b>　　=0.00916</b&

45、gt;</p><p><b>　　=1.41m</b></p><p><b>　　=0.00419</b></p><p><b>　　=2.07m</b></p><p>　　3．填料層高度z計算</p><p>　　Z＝Z1十Z2＝HOG（I）N

46、OG（I）+ HOG（II）NOG（II）</p><p>　?。?.269×1.41十0.26×2.07＝0.93m</p><p>　　取25％富余量，則完成本設(shè)計任務(wù)需Dg50mm塑料鮑爾環(huán)的填料層高度z＝1．25×0.93=1.2m。</p><p>　　十一 填料層壓降計算</p><p>　　取圖2

47、(通用壓降關(guān)聯(lián)圖)橫坐標(biāo)值0.105(前已算出)；將操作氣速(＝1．425m/s) 代替縱坐標(biāo)中的查表，DG50mm塑料鮑爾環(huán)(米字筋)的壓降填料因子＝125代替縱坐標(biāo)中的．則縱標(biāo)值為：</p><p>　　×()×(0.8543)0.2=0.031</p><p><b>　　查圖2(內(nèi)插)得</b></p><p>　　

48、P=24×9.81=235.4Pa/m 填料</p><p>　　全塔填料層壓降 =1.2×235.4=282.5Pa</p><p>　　至此，吸收塔的物科衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出。關(guān)于吸收塔的物料計算總表和塔設(shè)備計算總表此處從略。</p><p>　　十二 填料吸收塔的附屬設(shè)備</p><p>&

49、lt;b>　　1、填料支承板</b></p><p>　　分為兩類：氣液逆流通過平板型支承板，板上有篩孔或柵板式;氣體噴射型，分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支承板和梁式氣體噴射型支承板。</p><p>　　2、填料壓板和床層限制板</p><p>　　在填料頂部設(shè)置壓板和床層限制板。有柵條式和絲網(wǎng)式。</p><p>　　3

50、、氣體進(jìn)出口裝置和排液裝置</p><p>　　填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制 成下彎的錐形擴(kuò)大器。氣體出口既要保證氣流暢通，又要盡量除去夾帶的液  沫。最簡單的裝置是除沫擋板（折板），或填料式、絲網(wǎng)式除霧器。</p>

51、<p>　　液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。</p><p>　　注：(1)本設(shè)計任務(wù)液相負(fù)荷不大，可選用排管式液體分布器；且填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。 </p><p>　　(2)塔徑及液體負(fù)荷不大，可采用較簡單的柵板型支承板及壓板。其它塔附件及氣液出口裝置計算與選擇此處從略。</p><

52、;p>　　十三 課程設(shè)計總結(jié)</p><p>　　1、通過本次課程設(shè)計，使我對從填料塔設(shè)計方案到填料塔設(shè)計的基本過程的設(shè)計方法、步驟、思路、有一定的了解與認(rèn)識。它相當(dāng)于實(shí)際填料塔設(shè)計工作的模擬。在課程設(shè)計過程中，基本能按照規(guī)定的程序進(jìn)行，先針對填料塔的特點(diǎn)和收集、調(diào)查有關(guān)資料，然后進(jìn)入草案階段，其間與指導(dǎo)教師進(jìn)行幾次方案的討論、修改，再討論、逐步了解設(shè)計填料塔的基本順序，最后定案。設(shè)計方案確定后，又在老師

53、指導(dǎo)下進(jìn)行擴(kuò)初詳細(xì)設(shè)計，并計算物料守衡，傳質(zhì)系數(shù)，填料層高度，塔高等；最后進(jìn)行塔附件設(shè)計。</p><p>　　2、此次課程設(shè)計基本能按照設(shè)計任務(wù)書、指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。同學(xué)之間相互聯(lián)系，討論，整體設(shè)計基本滿足使用要求，但是在設(shè)計指導(dǎo)過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題。理論的數(shù)據(jù)計算不難，困難就在于實(shí)際選材，附件選擇等實(shí)際問題。這些方面都應(yīng)在以后的學(xué)習(xí)中得以加強(qiáng)與改進(jìn)。</p><p>　　以上

54、足本次課程設(shè)計的指導(dǎo)過程中的心得與體會以及對課程設(shè)計完成情況的總結(jié)，希望在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中能揚(yáng)長避短，以取得更好的教學(xué)效果。</p><p>　　十四 主要符號說明</p><p>　　E—亨利系數(shù)， —?dú)怏w的粘度， </p><p>　　—平衡常數(shù) —水的密

55、度和液體的密度之比</p><p>　　—重力加速度， —分別為氣體和液體的密度，</p><p>　　—分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，</p><p>　　—?dú)庀嗫傮w積傳質(zhì)系數(shù)， </p><p>　　—填料層高度， —塔截面積，</p><p>　　—?dú)?/p>

56、相總傳質(zhì)單元高度， —?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元數(shù)</p><p>　　—以分壓差表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，</p><p>　　—單位體積填料的潤濕面積</p><p>　　—以分壓差表示推動力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)，</p><p><b>　　—溶解度系數(shù)，</b></p><p>　　—

57、以摩爾濃度差表示推動力的液摩爾傳質(zhì)系數(shù)，</p><p>　　—?dú)怏w通過空塔截面的質(zhì)量流速，</p><p>　　—?dú)怏w常數(shù)， —溶質(zhì)在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)，</p><p><b>　　十五 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 王明輝編著 《化工單元過程課程設(shè)計》 化學(xué)工業(yè)出版社 2007.8</

58、p><p>　　2南京工業(yè)大學(xué) 化工原理精品課程 </p><p>　　3 時鈞、汪國鼎、余國琮、陳敏恒編著 《學(xué)工程手冊》化化學(xué)工業(yè)出版社 1996.1</p><p>　　4 冷士良、陸清、宋志軒編著 《化工單元操作及設(shè)備》 化學(xué)工業(yè)出版社 2007.8</p><p>　　6 涂晉林、吳志泉編著 《化工工業(yè)中