填料塔说明书
设计
项目
计算与说明计算结果
一、原始数据
二、填料吸收塔设计一、原始数据
矿石焙烧炉出来的气体中含SO2，为了防止大气污染，采用清水洗涤工艺除去其中的SO2。焙烧炉出来的气体温度为25℃，洗涤水的温度为常温20℃。试设计一座吸收塔，设计参数如下：
采用常规逆流操作流程，气体自塔底进入，由塔顶排出，序
号
炉气流
量Nm3/h
炉气SO2
含量（摩
尔分数）
操作压
力MPa
操作
温
度
℃
要求SO2
的吸收率%
5 3000 0.0
6 0. 15 20 95
方案的确定1、吸收工艺流程的确定
2、填料的选择液相相反，特点是传质推动力大，传质速率快，分离效率高，
吸收剂利用率高。
吸收流程如下：
2、填料的选择
作为吸收过程，一般要求具有操作液气比大等特点，因
而更适合选用填料塔。填料塔阻力小，效率高，有利于过程
节能。
与板式塔相比，具有生产能力大、分离效率高、压降小、
操作弹性大、塔内持液量小等突出优点。
对于水吸收二氧化硫的过程，操作温度及操作压力较低，
二氧化硫吸收产物具有腐蚀性，而塑料材料的耐酸腐蚀性比
较好，故工业上通常选用塑料散装填料。
在塑料散装填料中，塑料阶梯环的综合性能较好，故选
用38mm×19mm×1.0mm聚丙烯阶梯环填料。
主要性能参数见下表：
公称直径
(d)mm
实际尺寸
（δ
?
?H
d）mm
个数（n）/m3
比表面
(a)/m
38 38×19×1.027200 132.5
空隙率(ε)
m3/m3
堆积密度
3
p
/-
?m
kg
ρ
干填料因
1
/-
Φm
91 57.5 175
采用常规逆
流操作流程
采用塑料
38mm×19m
m×1.0mm
塑料阶
三、基础物性数据1、液相物性数据
2、气相物性数据三、基础物性数据
1、液相物性数据
对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。20℃时水的有关物性数据如下：
密度：3
L
m
/
kg
2.
998
=
ρ
粘度：h)
kg/(m
6.3
s
Pa
103
L
?
=
?
=-
μ
表面张力：2
L
kg/h
940896
=
σ
SO2在水中的扩散系数：
/h
m
10
29
.5
/s
m
10
47
.12
6
2
5
L
-
-?
=
?
=
D
2、气相物性数据
①．混合气体的平均摩尔质量：
kg/mol
1.
31
29
94
.0
64
06
.0
i
i
V m
=
?
+
?
=
∑
=M
y
M
②．混合气体的平均密度：
3
Vm
Vm
kg/m
883
.1
298
314
.8
1.
31
150
=
?
?
=
=
RT
PM
ρ
③．混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，20℃时空气的
粘度如下：
h)
kg/(m
065
.0
s
Pa
10
81
.15
V
?
=
?
?
=-
μ
④．查手册得，SO2在空气中的扩散系数：
/h
m
039
.02
V
=
D
3、气液相平衡数据
3、气液相平衡数据
四、物料衡算①．查手册得，20℃时SO2在水中的亨利系数：
kPa
10
55
.33
?
=
E
②．相平衡常数：
67
.
26
150
10
55
.33
=
?
=
=
P
E
m
③．溶解度系数：
0526
.0
02
.
18
10
55
.3
2.
998
3
s
L=
?
?
=
=
EM
H
ρ
四、物料衡算
①．进塔气相摩尔比：
0638
.0
06
.0
1
06
.0
1
1
1
1
=
-
=
-
=
y
y
Y
②．出塔气相摩尔比：
00383
.0
)
94
.0
1(
0638
.0
)
1(
2
1
2
=
-
=
-
=
so
Y
Y?
③．进塔惰性气相流量：
kmol/h
35
.
83
)
06
.0
1(
298
273
4.
22
2168
=
-
?
?
=
V
④．
min
)
(
V
L
计算：
该吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按12
min12
/
Y Y
L
V Y m X
-
??
=
?-
??
计算，又因为对于纯溶剂吸收过
程，进塔液相组成
2
X为0，则
五、填料塔的工艺尺寸的计算1、塔径计算
78
.
20
67
.
23
/
0683
.0
00383
.0
0638
.0
/
)
(
2
1
2
1
min
=
-
-
=
-
-
=
X
m
Y
Y
Y
V
L
⑤．取操作液气比为1.4，则：
092
.
29
78
.
20
4.1
)
(4.1
min
=
?
=
=
V
L
V
L
kmol/h
8182
.
2424
35
.
83
092
.
29=
?
=
?L
⑥．物料衡算：
1212
()()
V Y Y L X X
-=-
00213
.0
)
00383
.0
0683
.0(
8182
.
2424
35
.
83
1
=
-
?
=
?X
五、填料塔的工艺尺寸的计算
1、塔径计算
①．采用Eckert通用关联图计算泛点气速。
气相质量流量：
kg/h
344
.
4082
883
.1
2168=
?
=
v
w
②．液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即
kg/h
2240
.
43695
02
.
18
8182
.
2424
L
=
?
=
w
③．Eckert通用关联图的横坐标：
4649
.0
)
2.
998
883
.1
(
344
.
4082
2240
.
43695
)
(5.0
5.0
L
V
V
L=
=
ρ
ρ
w
w
④．查图5-21得[2]：
021
.0
0.2
L
L
V
F
2
F=
ψ
Φ
μ
ρ
ρ
g
u
⑤．查表5-11得[2]： 1F 170-=m φ
2
.00.2
L V F L F 1883.111702
.99881.9021.0021.0?????=ψΦ=
μρρg u
m/s
8015.0=
⑥．取 m/s 5610.07.0F ==u u 由 m 17.15610
.014.33600
/216844s i =??==
u V D π
圆整塔径，取m 2.1i =D
⑦．泛点率校核：
m/s 53.0)2.1(4
3600/21682=?=πu
%50%13.66%1008015.053.0F >=?=u u
⑧．填料规格校核：
857.3138
1200
i >==
d D
⑨、液体喷淋密度校核：
取最小润湿速率为h /m m 08.0)(3min W ?=L
查附录五得[2]：
32t /m m 5.132=a
h m m a L U ?=?==23t min W min /6.105.13208.0)( min
2
70.38)2.1(4
2
.998/2240.43695U U >=?=
π
2、填料层高度计算
经以上校核可知，填料塔直径选用
i
D=1200mm合理。
2、填料层高度计算
①．与液相平衡时的摩尔比
026037
.0
0011
.0
67
.
23
1
*
1
=
?
=
=mX
Y
*
22
Y mX
==
②．脱因系数
8136
.0
8182
.
2424
35
.
83
67
.
23
=
?
=
=
L
mV
S
③．气相总传质单元数
]
)
1
ln[(
1
1
*
2
2
*
2
1
OG
S
Y
Y
Y
Y
S
S
N+
-
-
-
-
=
327
.7
]
8136
.0
00383
.0
0638
.0
)
8136
.0
1
ln[(
8136
.0
1
1
=
+
-
-
-
-
=
④．气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算
查表5-13得[2]：
2
kg/h
427680
dyn/cm
33
c
=
=
σ
⑤．液体质量通量
h)
kg/(m
0605
.
38635
)2.1(
4
2240
.
43695
2
2
L
?
=
?
=
π
U
由④中式子，得：
5778
.0
t
w=
a
a3
2
w
/m
m
9085
.
73
5.
132
5578
.0=
?
=
?a
⑥．气膜吸收系数
)()()(
237.0V
t 3/1V V V 7.0V t V G RT
D a D a U k ρμμ=
⑦．气体质量通量
h)
kg/(m 81.2410)2.1(4
176.272522V ?=?=πU
由⑥中式子，得：
kPa)
h kmol/(m 02852.02
G ??=k
⑧、液膜吸收系数
m/h
0439
.1L =k
⑨．由1.1w G G ψa k a k =，查表5-14得[2] ： 1.45ψ=
则 1.1w G G ψa k a k =
kPa)
h kmol/(m
286.345.15.1325778.002852.03
1.1??=???=
4
.0w L L ψa k a k =
h /73.9245.15.1325778.00439.14
.0=???=
%
50%61.51F >=u u
⑩． 1.4'
19.50.5G G F u k a k a
u ??????=+- ???????
kPa)
h kmol/(m 382.33
??=
2.2
'
1 2.60.5L L F u k a k a
u ??????=+- ???????
/h 76.92'
L =?a k
kPa)
h 3kmol/(m 01.11
113
''G ??=+=
a
Hk a k a K L G
2G OG )2.1(4
150013.123
.84???=
Ω=Ω=
πaP K V a K V H Y =0.491m
m 450.3026.7491.0O G O G =?==N H Z m 485.445.33.1'=?=Z
所以，设计取填料高度为 m 5'=Z
①①．查表5-16得[2]，对于阶梯环填料，分段高度与塔径之 比
15~8i
=D h
，允许的最大填料层高度m 6max ≤h 取
8i
=D h
则 mm 960012008=?=h
计算得填料层高度'Z =5000mm ∴ 不需分段 六、填料层压降计算 六、填料层压降计算 七、液体分布器简要设计①．采用Eckert通用关联图计算填料层压降 横坐标为 4649 .0 ) (5.0 L V V L= ρ ρ w w ②．查表5-18得[2]，1 P m 116- = Φ 纵坐标为 2.0 L L V P 2 μ ρ ρ ψ g uΦ 0063 .0 1 2. 998 883 .1 81 .9 1 116 53 .0 2.0 2 = ? ? ? ? = ③．查图5-21得[2]，Pa/m 48 . 78 /'= ?Z P Pa 4. 392 5 48 . 78= ? = ? ?P 七、液体分布器简要设计 按Eckert建议值，mm 1200 i ≥ D时，每2402 cm的塔截面设一个喷淋点，即喷淋密度为42点/2 m。 因该塔液相负荷较大，设计取喷淋密度为120点2 m。 布液点数：点 点136 6. 135 120 )2.1( 4 2≈ = ? ? = π n。按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。结果为：进液管内径为158mm，面积为19606.68，取小孔直径为8，需布点数为390点，布3排，每排130点， 八、持液量计算 对水的持液量6.0 p ' L 5 tw ) ( 10 7.1 d G L- ? = h kg/m 10 86 .3 )2.1( 4 2240 . 43695 2 4 2 L ' L ? ? = ? = = π A W G 八、持液量计算 九、塔的附件设计每个填料的表面积=3 10 871 .4 27200 5. 132 - ? = = n a 当量球形填料直径m 039 .0 ) 14 .3 10 871 .4 (2 1 3 p = ? = - d 3 3 6.0 4 5 tw m m 0673 .0 ) 039 .0 10 86 .3 ( 10 7.1= ? ? ? =- L 全塔持液量 =9. 379 5 )2.1( 4 0673 .0 2. 998 4 2 2 tw L = ? ? ? ? = π π ρZ D L kg 除沫器设计 除沫器是用来除去填料层顶部逸出的气体中的液滴，安装在液体分布器上方。 根据需要，选用全径型丝网除沫器。丝网除沫器是一种分离效率高，阻力较小，重量较轻，所占空间不大的除沫器。由金属或塑料丝编织成网，卷成盘状而成。 1.设计气速的计算 气体通过除沫器的速度是影响除沫器取得高效率的重要因素。这里我们采用DP式丝网。 设计气速 V V L maxρ ρ ρ- =k u k=0.198 m/s 55 .4 883 .1 883 .1 2. 998 198 .0= - = 2.丝网盘直径m 41 .0 55 .4 3600 2168 4 4 s 1 = ? ? = = π πu V D 丝网除沫器的操作气速 ) 8.0 ~ 5.0( max U U G = 这里我们取s m U G / 3 = s m u s m/ 3 / 1 max < < 十、进出口管道直径计算1、气体管道直径 2、液体管道直径 ∴金属丝网直径为610mm，取丝网厚度H=100mm，丝网重度为20003 N/m，丝网层的蓄液厚度为30mm。 裙座的设计 塔体常采用裙座支承。裙座形式根据承受载荷情况不同，可分为圆筒形和圆锥形两种。这里我们采用圆筒形裙座，因为圆筒形裙座制造方便，经济上合理。 裙座与塔底焊接采用对接接头，裙座筒体外与塔体下封头外径相等，焊缝必须采用全熔透的连续焊。材料选用Q235-A·F。 十、进出口管道直径计算 1、气体管道直径 由公式 4 S V d u π =，对气体u取10~20m/s,选气体u为15m/s,代入得： m 2261 .0 15 14 .3 3600 / 2168 4 G = ? ? = d 圆整后取标准直径：mm 245 OG = d mm 6 = δ 单位长度重量：52.38kg/m 2、液体管道直径 由公式 4 S V d u π =，对液体u取0.8~1.5m/s，选液体u为1m/s, 代入得： m 124 .0 1 14 .3 3600 2. 998 / 2240 . 43695 4 L = ? ? ? = d 十一、塔体圆筒与封头设计 1、壳体材料的选取 2、筒1体厚度 圆整后取标准直径：mm 7. 139 L = d mm 6 = δ 单位长度重量：20.10K g/m 十一、塔体圆筒与封头设计 1、壳体材料的选取 该塔工作温度25o C,设计压力为0.15a MP，塔内径为1200mm，介质为O H 2 和 2 SO。 材料选用Q345R，腐蚀余量C2=2mm，钢板负偏差C1=0.3mm。 采用单面焊对接接头，无损检测比例100%，焊接接头系数90 .0 = φ。当厚度为6~16mm时，MPa 189 ] [t= σ；当厚度为16~36mm时，MPa 185 ] [t= σ 2、筒体厚度 ①．计算压力 液体静压力gh L ρ=Pa 9. 3296 )2.1( 785 .0 81 .9 9. 379 2 = ? ? <5% 所以不用考虑 MPa P P15 .0 c = = ②．计算厚度（假设厚度为6~16mm） mm 529 .0 15 .0 90 .0 189 2 1200 15 .0 ] [2 c t i c= - ? ? ? = - = P D P φ σ δ ③．设计厚度 mm 53 .2 2 67 .0 2 d = + = + =C δ δ 3、封头厚度④．名义厚度 mm 97 .2 30 .0 67 .2 1 d n = + = ? + + =C δ δ 取3mm ⑤．有效厚度 对于低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于3mm，若再加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度应至少取5mm。由钢材标准规格，名义厚度取6mm。 因为 n σ在6~16mm的范围内，与假设相符，所以名义应力取6mm合适。所以： mm C C7.3 )3.0 2( 6 ) ( 2 1 n e = + - = + - =δ δ 3、封头厚度 由于椭圆形封头深度较半圆形封头小得多，易于冲压成型，是目前中,低压容器中应用较多的封头之一，故采用标准椭圆形封头，即K=1。材料与筒体相同。 ①．封头壁厚 mm 56 .0 15 .0 5.0 85 .0 189 2 1200 15 .0 5.0 ] [2 c i c= ? - ? ? ? = - = P D P tφ σ δ ②．设计厚度 mm 56 .2 2 56 .0 2 d = + = + =C δ δ ③．名义厚度 mm C86 .2 30 .0 56 .2 1 d n = + = ? + + =δ δ ④．有效厚度 对于低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于3mm，若再加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度应至少取5mm。由钢材标准规格，名义厚度取6mm。 4、水压试验校核 十二、塔设备质量计算 因为 n σ在6~16mm的范围内，与假设相符，所以名义应力取6mm合适。所以： mm 7.3 3.2 6 ) ( 2 1 n e = - = + - =C C δ δ ⑤．标准 公称直径 g D mm 曲面高 度 1 h mm 直边高 度 2 h mm 壁厚 S mm 内表 面积 m3 容积 V m3 质量 G kg 1200 300 25 6 1.65 0.255 78.6 4、水压试验校核 ①．水压试验压力 Mpa 1875 .0 189 189 15 .0 25 .1 ] [ ] [ 25 .1 T = ? ? = = t P P σ σ ②．耐压试验时容器强度校核 eL e e i T T 9.0 2 ) ( R D P φ δ δ σ≤ + = MPa 50 . 30 7.3 2 )7.3 1200 ( 1875 .0 T = ? + ? = σ MPa 45 . 279 345 90 .0 9.0 9.0 eL = ? ? = R φ eL t R φ σ9.0 ≤ 所以，符合设计要求。 十二、塔设备质量计算 ①．塔设备高度计算 塔釜液所占空间高度m 45 .0 )2.1( 4 2. 998 4. 502 2 1 = ? = π h 封头高度 0.325m 上部空间高度 1.248m 填料层高度 5m 下部空间高度 0.84m 裙座总高度（包含下部封头高度0.325m ） 1.571m 塔附属高度h=0.19 所以，塔的整体高度H ： H=0.325+1.248+5+0.84+1.571+0.19=9.180m ②．圆筒壳、裙座壳和封头质量 封头 G H D D m i 2)(4 2 2001+-=ρπ kg 17376.7821085.766.8)2.1212.1(4 322=?+???-=π ③．附属件（人孔、接管、法兰等）质量 kg 33484.3165.5196.8214.541062a =++?+?+?=m ④．塔内件（塔盘、填料等）质量 kg 28562.22463.143.4502=++=m ⑤．保温材料质量 操作温度25℃，无需保温 kg 003=m ⑥．操作平台及扶梯质量 笼式扶梯单位质量 40/F q kg m = 钢制平台 =ρ2kg/m 150 平台宽度 m 1=b ρδδπ '22F 04])2()2[(4h D b D H q m e e i +-+++= 1501]312.1)2312.1[(4 5.74022??-+?+?=π 十三、塔设备固有周期计算 1、等直径塔设备第一振型固有周期计算 十四、风载 kg 1390 = ⑦．操作时物料质量 kg 757 2. 998 255 .0 5 )2.1( 785 .0 089 .0 2. 998 4 2 L f 2 tw L 05 = ? + ? ? ? ? = + =ρ π ρV Z D L m ⑧．水压试验时充水质量 L f L 2 w V 2 4 ρ ρ π + =h D m i kg 10286 2. 998 255 .0 2 2. 998 66 .8 )2.1( 4 2= ? ? + ? ? ? = π ⑨．塔设备正常操作时的质量(忽略偏心质量) kg 4503 05 04 03 02 01 = + + + + + + = e a m m m m m m m m ⑩．塔设备在水压试验时的最大质量 kg 14032 04 03 02 01 max = + + + + + + = e a w m m m m m m m m ①①．塔设备在停工检修时的最小质量 kg 3518 2.0 04 03 02 01 min = + + + + + = e a m m m m m m m 十三、塔设备固有周期计算 1、等直径、等厚度塔的第一振型固有周期计算 弹性模量MPa 10 01 .25 ? = E 固有周期（m为单位高度的质量） 荷及弯矩计算 1、风力计算 s D E H m H T 143.010 120041001.2918045039180 33.901033.903 3 533 i e 01=??????=?=--δ 十四、风载荷及弯矩计算 1、风力计算 设笼式扶梯与塔顶管线成90o 角，ei D 由下列公式计算并 取其中的最大值。 4 3si oi ei 2K K D D +++=δ pi 04si oi ei 22δδ++++=d K D D 塔设备所受的水平风力： ei i 0i 2i 1i D l q f K K P = 体型系数 7.01=K 风振系数 70.12i =K 杭州地区基本风压 20300/q N m = 1i f = 0-1段： 4 3si oi ei 2K K D D +++=δ m 612.1746 .00 240.00212.1=?+ ++= pi 04si oi ei 22δδ++++=d K D D m 457.10245.0746 .00 20212.1=++?++= 得m 612.1ei =D 代入公式，得： N 429612.1746.0300170.17.0=?????=P 1-2段： 4 3si oi ei 2K K D D +++=δ 2、风弯矩校核计算 m 612 .1 826 .0 2 40 .0 212 .1= ? + + + = pi 4 si oi ei 2 2δ δ+ + + + =d K D D m 457 .1 245 .0 826 .0 2 212 .1= + + ? + + = 得m 612 .1 ei = D 代入公式，得： N 475 612 .1 826 .0 300 1 70 .1 7.0= ? ? ? ? ? = P 2-3段： 4 3 si oi ei 2K K D D+ + + =δ m 612 .1 428 .4 2 40 .0 212 .1= ? + + + = pi 4 si oi ei 2 2δ δ+ + + + =d K D D m 457 .1 245 .0 428 .4 2 212 .1= + + ? + + = 得m 612 .1 ei = D 代入公式，得： N 2548 612 .1 428 .4 300 1 70 .1 7.0= ? ? ? ? ? = P 3-4段： 4 3 si oi ei 2K K D D+ + + =δ m 461 .2 18 .3 35 .1 2 40 .0 212 .1= ? + + + = pi 4 si oi ei 2 2δ δ+ + + + =d K D D m 306 .2 245 .0 18 .3 35 .1 2 212 .1= + + ? + + = 得m 461 .2 ei = D 代入公式，得： N 2794 461 .2 18 .3 300 1 70 .1 7.0 P= ? ? ? ? ? = 2、风弯矩校核计算 十五、地震载荷及地震弯矩计算 对裙座底部危险截面0-0 mm N 10 16 .3 2 3180 6000 2794 2 4428 826 746 2548 2 826 746 475 2 746 429 ... 2 2 7 2 1 2 1 1 w ? ? = ? ? ? ? ? + ? + ? ? ? ? ? + + ? + ? ? ? ? ? + ? + ? = + ? ? ? ? ? + + = - l l P l P M 对裙座底部危险截面1-1 mm N 10 70 .2 2 3180 4428 826 2794 2 4428 826 2548 2 826 475 ... ) 2 ( 2 7 3 2 3 2 2 1 1 w ? ? = ? ? ? ? ? + + ? + ? ? ? ? ? + ? + ? = + + + = - l l P l P M 对裙座底部危险截面2-2 mm N 10 25 .2 2 3180 4428 2794 2 4428 2548 ... ) 2 ( 2 7 4 3 4 3 3 2 2 w ? ? = ? ? ? ? ? + ? + ? = + + + = - l l P l P M 十五、地震载荷及地震弯矩计算 《化工原理课程设计》报告 设计任务书 （一）设计题目 试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的SO2，混合 气体的处理为2500m3/h,其中SO2（体积分数）8﹪。要求塔 板排放气体中含SO2低于0.4％，采用清水进行吸收。（二）操作条件 常压，20℃ （三）填料类型 选用塑料鲍尔环、陶瓷拉西环填料规格自选 （四）设计内容 1、吸收塔的物料衡算 2、吸收塔的工艺尺寸计算 3、填料层压降的计算 4、吸收塔接管尺寸的计算 5、绘制吸收塔的结构图 6、对设计过程的评述和有关问题的讨论 7、参考文献 8、附表 目录 一、概述 (4) 二、计算过程 (4) 1. 操作条件的确定 (4) 1.1吸收剂的选择 (4) 1.2装置流程的确定 (4) 1.3填料的类型与选择 (4) 1.4操作温度与压力的确定 (4) 2. 有关的工艺计算 (5) 2.1基础物性数据 (5) 2.2物料衡算 (6) 2.3填料塔的工艺尺寸的计算 (6) 2.4填料层降压计算 (11) 2.5吸收塔接管尺寸的计算 (12) 2.6附属设备……………………………………………… ..12 三、评价 (13) 四、参考文献 (13) 五、附表 (14) 一、概述 填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用 耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量小，有腐蚀性的物 料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料 顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气 液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液 传质设备。 二、设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 因为用水作吸收剂，同时SO2不作为产品，故采用纯溶剂。 1．2装置流程的确定 用水吸收SO2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传 质效率，选择用逆流吸收流程。 1．3填料的类型与选择 用不吸收SO2的过程，操作温度低，但操作压力高，因 为工业上通常选用塑料散堆填料，在塑料散堆填料中，塑 填料吸收塔设计任务书 一、设计题目 填料吸收塔设计 二、设计任务及操作条件 １、原料气处理量：5000m3/h。 ２、原料气组成：98％空气＋％的氨气。 ３、操作温度：20℃。 ４、氢氟酸回收率：98％。 ５、操作压强：常压。 ６、吸收剂：清水。 ７、填料选择：拉西环。 三、设计内容 1.设计方案的确定及流程说明。 2.填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算。 3.填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。 4.吸收塔的工艺流程图。 5.填料吸收塔的工艺条件图。 目录 第一章设计方案的简介 (4) 第一节塔设备的选型 (4) 第二节填料吸收塔方案的确定 (6) 第三节吸收剂的选择 (6) 第四节操作温度与压力的确定 (7) 第二章填料的类型与选择 (7) 第一节填料的类型 (7) 第二节填料的选择 (9) 第三章填料塔工艺尺寸 (10) 第一节基础物性数据 (10) 第二节物料衡算 (11) 第三节填料塔的工艺尺寸的计算 (12) 第四节填料层压降的计算 (16) 第四章辅助设备的设计与计算 (16) 第一节液体分布器的简要设计 (16) 第二节支承板的选用 (17) 第三节管子、泵及风机的选用 (18) 第五章塔体附件设计 (20) 第一节塔的支座 (20) 第二节其他附件 (20) 第一章设计方案的简介 第一节塔设备的选型 塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 1、板式塔 板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的气液传质设备之一。传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在板式塔中，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。 一般而论，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。 ２、填料塔 填料塔是最常用的气液传质设备之一，它广泛应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。几年来，由于填料塔研究工作已日益深入，填料结构的形式不断更新，填料性能也得到了迅速的提高。金属鞍环，改型鲍尔环及波纹填料等大通量、低压力降、高效率填料的开发，使大型填料塔不断地出现，并已推广到大型汽—液系统操作中，尤其是孔板波纹填料，由于具有较好的综合性能，使其不仅在大规模生产中被采用，且由于其在许多方面优于各种塔盘而越来越得到人们的重视，在某些领域中，有取代板式塔的趋势。近年来，在蒸馏和吸收领域中，最突出的变化是新型填料，特别是规整填料在大直径 填 料 塔 设 计 说 明 书 设计题目：水吸收氨填料吸收塔学院：资源环境学院 指导老师：吴根义罗惠莉 设计者：赵海江 学号：2 专业班级：08级环境工程1班 一、设计题目 试设计一座填料吸收塔，用于脱出混于空气中的氨气。混合气体的处理为2400m3/h，其中含氨5%，要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小量的1.5倍。 二、操作条件 1、操作压力常压 2、操作温度 20℃ 三、吸收剂的选择 吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。水廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。 四、流程选择及流程说明 逆流操作气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多用逆流操作。 五、塔填料选择 阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的间隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前使用的环形填料中最为优良的一种 选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格： 六、填料塔塔径的计算 1、液相物性数 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20℃水的有关物性数据如下： 密度为:L ρ=998.2 kg/m3 粘度为:μL=0.001004 Pa·S=3.6 kg/（m·h） 表面张力为σL=72.6 dyn/cm =940896 kg/h2 2、气相物性数据： 20℃下氨在水中的溶解度系数为：H=0.725kmol/(m3·kPa)。 混合气体的平均摩尔质量为： Mvm=0.05×17.03g/mol +0.95×29g/mol=28.40g/mol , 混合气体的平均密度为：ρvm =1.183 kg/m3 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为: μv=1.81×10-5 Pa·S=0.065 kg/(m·h) 3、气相平衡数据 20℃时NH3在水中的溶解度系数为H=0.725 kmol/(m3·kPa),常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为E=76.41kPa 。 4、物料衡算： 亨利系数 S L HM E ρ= 相平衡常数 754.03 .10102.18725.02 .998=??=== P HM P E m S L ρ E ——亨利系数 H ——溶解度系数 Ms ——相对摩尔质量 课程设计 题目：填料吸收塔的设计 教学院：化学与材料工程学院 专业：应用化工技术2010级（1）班学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年6 月3 日 课程设计任务书 2011 ～ 2012 学年第 2 学期 一、课程设计题目 填料吸收塔的设计 二、工艺条件 1．处理能力：1500m3/h混合气（空气、SO2） 2．年工作日：300天 3．混合气中含SO2： 3%（体积分数） 4．SO2排放浓度：0.16％ 5．操作压力：常压操作 6．操作温度：20℃ 7．相对湿度：70% 8．填料类型：自选(塑料鲍尔环，陶瓷拉西环等) 9．平衡线方程：(20℃) 三、课程设计内容 1．设计方案的选择及流程说明； 2．工艺计算； 3．主要设备工艺尺寸设计； （1）塔径的确定； （2）填料层高度计算； （3）总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 4．辅助设备选型与计算。 四、进度安排 1．课程设计准备阶段：收集查阅资料，并借阅相关工程设计用书； 2．设计分析讨论阶段：确定设计思路，正确选用设计参数，树立工程观点，小组分工协作，较好完成设计任务； 3．计算设计阶段：完成物料衡算、流体力学性能验算及主要设备的工艺设计计算； 4. 课程设计说明书编写阶段：整理文字资料计计算数据，用简洁的文字和适当的图表 表达自己的设计思想及设计成果。 五、基本要求 1．格式规范，文字排版正确； 2. 主要设备的工艺设计计算需包含：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的结 构设计和工艺尺寸的设计计算； 3．工艺流程图：以2号图纸用单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点； 4. 填料塔工艺条件图：以2号图纸绘制，图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表 和接管表； 5. 按时完成课程设计任务，上交完整的设计说明书一份。 教研室主任签名： 年月日 第三章设备选型-精馏塔设计说明书3.1 概述 本章是对各种塔设备的设计说明与选型。 3.2设计依据 气液传质分离用的最多的为塔式设备。它分为板式塔和填料塔两大类。板式塔和填料塔均可用作蒸馏、吸收等气液传质过程，但两者各有优缺点，根据具体情况进行选择。设计所依据的规范如下： 《F1型浮阀》JBT1118 《钢制压力容器》GB 150-1998 《钢制塔式容器》JB4710-92 《碳素钢、低合金钢人孔与手孔类型与技术条件》HG21514-95 《钢制压力容器用封头标准》JB/T 4746-2002 《中国地震动参数区划图》GB 18306-2001 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 3.3 塔简述 3.3.1填料塔简述 (1)填料塔 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成。 填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。 填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0.5-1.2 m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6-8 m3/(m2.h)以保证填料润湿，液气比控制在2-10L/m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。 (2)规整填料 塔填料分为散装填料、规整填料(含格栅填料) 和散装填料规整排列3种，前2种填料应用广泛。 在规整填料中，单向斜波填料如JKB，SM，SP等国产波纹填料已达到国外MELLAPAK、FLEXIPAC等同类填料水平；双向斜波填料如ZUPAK、DAPAK 等填料与国外的RASCHIG SUPER-PAK、INTALOX STRUCTURED PACKING 同处国际先进水平；双向曲波填料如CHAOPAK等乃最新自主创新技术，与相应型号的单向斜波填料相比，在分离效率相同的情况下，通量可提高25％ -35％，比国外的单向曲波填料MELLAPAK PLUS通量至少提高5％。上述规整填料已成功应用于φ6400，φ8200，φ8400，φ8600，φ8800，φ10200mm等多座大塔中。 (3)板波纹填料 板波纹填料由开孔板组成，材料薄，空隙率大，加之排列规整，因而气体通过能力大，压降小。其比表面积大，能从选材上确保液体在板面上形成稳定薄液 二 基础物性参数的确定 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，2 气相物性参数 设计压力：101.3kPa ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，101.3kPa 在空气中的扩散系数为0.17 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 33 2 2 0002 2 293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ??????==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3 m 101.329.27 1.2178.314293.15 V V m P M kg m R T ρ?= = =? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为 51.81100.065()V Pa s kg m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532 101.3 E m P = == 溶解度系数 3 s 998.20.726076.318.02 L H km ol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 11 0.050.05263110.05 y Y y = =-- 出塔气相摩尔比 3 21(1)0.05263(10.98) 1.05310 A Y Y ?-=-=-=? 混合气体流量 33 0.1013(273.1520) 16.10100.1013273.15V N Q Q m h ? ?+==?? 惰性气体摩尔流量 273.15(10.05)636.1622.4 273.1520 V Q V km ol h = ? -=+ 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 1212 L Y Y V Y m X -??= ? -?? 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 20X = m in 0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -?? == ? ?? 取操作液气比为 m in 1.4L L V V ?? = ??? 1.40.7381 1.0333L V =?= 1.0333636.16657.34L kmol h =?= 皖西学院化学与生命科学系 化工原理课程设计说明书 题目：设计一台填料塔用于吸收小合成氨厂精炼在生气中的氨专业：应用化工技术 班级：0702班 学生姓名：章文杰 学号： 指导教师：徐国梅 设计成绩： 完成日期： 2009年6月19日 目录 一、文献综述 (4) （一）、引言 (4) （二）、填料塔技术 (5) （三）、填料塔的流体力学性能 (8) （四）、填料的选择 (9) （五）、填料塔的内件 (10) （六）、工艺流程的现状和发展趋势 (11) 二、设计方案简介 (12) 三、工艺计算 (13) （一）、基础物性数据 (13) 1、液相物性的数据 (13) 2、气相物性数据 (13) 3、气液相平衡数据 (13) 4、物料衡算 (14) （二）、填料塔的工艺尺寸的计算 (15) 1、塔径的计算 (15) 2、填料层高度计算 (16) 3、填料层压降计算 (18) 4、液体分布器简要设计 (20) 四、辅助设备的计算及选型 (21) 五、设计一览表 (24) 六、心得体会 (26) 七、参考文献………………………………………………………… 八、主要符号说明…………………………………………………… 九、附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图） 文献综述 关键词：填料塔；聚丙烯；吸收 摘要: 填料塔洗涤吸收净化工艺不单应用在化工领域 ,在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。工程实践表明 ,合理的系统工艺和塔体设计 ,是保证净化效果的前提。本文简述聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。 （一）引言 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。而塔填料塔内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。从塔填料、塔内件以及工艺流程,特别是塔填料三方面对填料塔技术的现状与发展趋势作了介绍,说明了塔填料及塔内件在填料塔技术中的重要性。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：（1）生产能力大；（2）分离效率高；（3）压降小；（4）操作弹性大；（5）持液量小。 聚丙烯材质填料作为塔填料的重要一类，在化工上应用较为广泛，与其他材质的填料相比，聚丙烯填料具有质轻、价廉、耐蚀、不易破碎及加工方便等优点，但其明显的缺点是表面润湿性能差。研究表明，聚丙烯填料的有效润湿面积仅为同类规格陶瓷填料的 40 % ，由于聚丙烯填料表面润湿性能差，故传质效率较低，使应用受到一定的限制.为此，对聚丙烯填料表面进行处理，以提高其润湿及传质性能的研究日益受到人们的重视. 近年来，国内外一些学者做了该方面的研究工作，研究结果表明，聚丙烯填料经表面处理后，润湿及传质性能得到了较大的提高。 聚丙烯阶梯环填料为外径是高度的两倍的圆环 ,在侧壁上开出两排长方形的窗孔 , 并在一端增加了一个锥形翻边，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连 ,另一侧向环内弯曲 ,形成内伸的舌叶 ,各舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔 ,大大提高了环内空间及环内表面的利用率 ,气流阻力小 ,液体分布均匀。阶梯环与鲍尔环相比 ,其高度减少了一半 ,并在一端增加了一个锥形翻边。（二）填料塔技术 填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等 《化工设备机械基础》 塔设备设计 课程设计说明书 学院：木工学院 班级：林产化工0 8 学号： 姓名：万永燕郑舒元 分组：第四组 目录 前言 摘要 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 关键字 塔体、封头、裙座、。 第二章设计参数及要求 符号说明 Pc ----- 计算压力，MPa； Di ----- 圆筒或球壳内径，mm； [Pw]-----圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa； δ ----- 圆筒或球壳的计算厚度，mm； δn ----- 圆筒或球壳的名义厚度，mm； δe ----- 圆筒或球壳的有效厚度，mm； 二基础物性参数的确定 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 相平衡常数 溶解度系数 4物料衡算 进塔气相摩尔比 出塔气相摩尔比 混合气体流量 惰性气体摩尔流量 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 取操作液气比为 Eckert 通用关联图： 气体质量流量为 液体质量流量可近似按纯水的流量计算： Eckert 通用关联图的横坐标为 根据关联图对应坐标可得 由表2-4-1可知 F φ=2601m - 取0.80.8 2.360 1.888/F u u m s ==?= 由 1.737 D===m 圆整塔径（常用的标准塔径有400mm、500mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、 2000mm、2200mm等）本设计方案取D=2000mm。 泛点率校核： 因为填料塔的适宜空塔气速一般取泛点气速的50%-80%，泛点率值在允许范围内。 填料塔规格校核： 2000 808 25 D d ==>（在允许范围之内） 液体喷淋密度校核： max D 取8 h D =，则 计算得填料层高度为4000mm，故不需分段 5.3填料层压降计算 采用Eckert通用关联图计算 横坐标为 由表2-4-1得，1 176 P m φ- = 纵坐标为 查Eckert通用关联图，P ?/Z位于40g~50gPa/m范围内，取 P ?/Z=45g=441.45Pa/m 填料层压降为 ?=441.45?4.0=1765.80Pa P 6液体分布器的简要设计 6.1液体分布器的选型 本设计的吸收塔气液相负荷相差不大，无固体悬浮物和液体粘度不大，加上设计建议是优先选用槽 盘式分布器，所以本设计选用槽盘式分布器。 6.2分布点密度计算 按Eckert建议值，1200 m，由于该塔喷淋密度较小，设计区分喷淋D≥时，喷淋点密度为42点/2 点密度为90点/2 m。 槽宽度为 填料精馏塔设计任务书 一、设计题目：填料塔设计 二、设计任务：苯-甲苯精馏塔设计 三、设计条件： 1、年处理含苯41%（质量分数，下同）的苯-甲苯混合液3万吨； 2、产品苯含量不低于96%； 3、残液中苯含量不高于1%； 4、操作条件： 填料塔的塔顶压力：4kPa（表压） 进料状态：自选 回流比：自选 加热蒸汽压力：101.33kPa（表压） 5、设备型式：规整填料塔 6、设备工作日：300天/年，24h连续运行 四、设计内容和要求 序号设计内容要求 1 工艺计算物料衡算、热量衡算、理论塔板数等 2 结构设计塔高、塔径、分布器、接口管的尺寸等 3 流体力学验算塔板负荷性能图 4 冷凝器的传热面积和冷却介质的 用量计算 5 再沸器的传热面积和加热介质的 用量计算 6 计算机辅助计算将数据输入计算机，绘制负荷性能图 7 编写设计说明书目录、设计任务书、设计计算及结果、流程图、参考资料等 目录 第1章流程的确定和说明 (3) 1.1加料方式 (3) 1.2进料状态 (3) 1.3冷凝方式 (3) 1.4回流方式 (3) 1.5加热方式 (3) 1.6加热器 (4) 第2章精馏塔设计计算 (5) 2.1操作条件和基础数据 (5) 2.1.1操作压力 (5) 2.1.2基础数据 (5) 2.2精馏塔工艺计算 (7) 2.2.1物料衡算 (7) 2.2.2热量衡算 (9) 2.2.3理论塔板数计算 (11) 2.3精馏塔的主要尺寸 (12) 2.3.1精馏塔设计的主要依据 (12) 2.3.2塔径设计计算 (15) 2.3.3填料层高度的计算 (16) 第3章附属设备及主要附件的选型计算 (17) 3.1冷凝器 (17) 3.1.1计算冷却水流量 (18) 3.1.2冷凝器的计算与选型 (18) 3.2再沸器 (18) 3.2.1间接加热蒸汽 (18) 3.2.2再沸器加热面积 (18) 3.3塔内其他结构 (19) 3.3.1接管的计算与选择 (19) 3.3.2液体分布器 (20) 3.3.3除沫器 (21) 3.3.4液体再分布器 (22) 3.3.5填料支撑板的选择 (22) 3.3.6塔底设计 (23) 3.3.7塔的顶部空间高度 (23) 第4章结束语 (24) 参考文献 (25) 二 基础物性参数的确定 本设计方案信息如下表所示： 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得， 20C ?时水的有关物性数据如下： 2 气相物性参数 设计压力：101.3kPa ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，101.3kPa 在空气中的扩散系数为0.17 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 332 2 00022293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ?????? ==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3m 101.329.27 1.2178.314293.15 V Vm PM kg m RT ρ?= ==? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为 5 1.81 100.065() V P a s k g m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532101.3 E m P = == 溶解度系数 3s 998.2 0.726076.318.02 L H kmol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 110.05 0.05263110.05 y Y y ==-- 出塔气相摩尔比 321(1)0.05263(10.98) 1.05310A Y Y ?-=-=-=? 化工原理课程设计 题目: 填料吸收塔的设计 教学院: 化学与材料工程学院 专业: 应用化工技术级(1)班 学号: 15 40 20 22 学生姓名: 罗全海刘勇万丽蓉张硕 指导教师: 胡燕辉屈媛 年 6 月14 日 目录 1 绪论 .............................................................................. 错误!未定义书签。 1.1吸收技术概况 ...................................................... 错误!未定义书签。 1.2吸收过程对设备的要求及设备的发展概况...... 错误!未定义书签。 1.3吸收的应用概况 .................................................. 错误!未定义书签。 1.4设计方案介绍 ...................................................... 错误!未定义书签。 1.5填料选择 .............................................................. 错误!未定义书签。 1.5.1填料塔选择原则 ......................................... 错误!未定义书签。 1.5.2填料种类 ..................................................... 错误!未定义书签。 1.6填料尺寸的的选择: ........................................... 错误!未定义书签。 1.7填料材质的选择: ............................................... 错误!未定义书签。 2 吸收塔的工艺计算 ...................................................... 错误!未定义书签。 2.1 基础物性数据处理 ............................................. 错误!未定义书签。 2.1.1 液相物性数据 ............................................ 错误!未定义书签。 2.1.2气相物性数据 ............................................. 错误!未定义书签。 2.1.3气液平衡数据 ............................................. 错误!未定义书签。 2.1.4物料衡算 ..................................................... 错误!未定义书签。 2.1.5 液气比的计算 ............................................ 错误!未定义书签。 2.1.6吸收剂的用量 ............................................. 错误!未定义书签。 2.2 塔径的计算及校核 ............................................. 错误!未定义书签。 2.2.1物性数据: ................................................... 错误!未定义书签。 2.2.2 泛点气速、塔径的计算........................... 错误!未定义书签。 2.2.3 数据校核..................................................... 错误!未定义书签。 一、设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据 7.熔 根据上式计算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =??=301 314.805 .333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m ?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6?105kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =?= P E 溶解度系数为H=)/(1013.218 106.22.9973 45 kPa m kmol E M s ??=??= -ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式 计算，即 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581 化工原理课程设计任务书设计题目填料吸收塔设计—15 主要内容1、设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备进行简要 论述； 2、主要设备的工艺设计计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的 选定、填料塔结构设计和工艺尺寸的设计计算； 3、辅助设备的选型 4、绘流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备和辅助设备的 物料方向、物流量、能流量。 5、吸收塔的设备工艺条件图 6、编写设计计算说明书 设计参数用清水吸收空气中的NH 3 气体，混合气体处理量5000m3/h，其中NH 3 含量为0.14kg/m3干空气（标态），干空气温度为25℃，相对湿度为 70%，要求净化气中NH 3 含量不超过0.07%（体积分数），气体入口温 度40℃，入塔吸收剂中不含NH 3 ，水入口温度30℃。 设计计划进度布置任务，学习课程设计指导书，其它准备……………0.5天主要工艺设计计算…………………………………………2.5天辅助设备选型计算／绘制工艺流程图……………………1.0天绘制主要设备工艺条件图…………………………………1.0天编写设计计算说明书（考核）……………………………1.0天合计：（1周）………………………………………………6.0天 主要参考文献1. 《化工原理课程设计》，贾绍义等编，天津大学出版社，2002.08 2.《化工原理》（上、下册），夏清，陈常贵主编，天津大学出版社， 2005.01 3. 《化工原理课程设计》，大连理工大学编，大连理工大学出版社， 1994.07 4.《化工工艺设计手册》（第三版）（上、下册），化学工业出版社， 2003.08 5.《化学工程手册》（第二版）（上、下卷），时钧等主编，化学工 业出版社，1998.11 6.《化工设备机械基础》，董大勤编，化学工业出版社，2003.01 7.《化工数据导引》，王福安主编，化工出版社，1995.10 8.《化工工程制图》，魏崇光等主编，化学工业出版社1994.05 9.《现代填料塔技术指南》，王树楹主编，中国石化出版社，1998.08 设计文件要求1.设计说明书不得少于7000字，A4幅面； 2.工艺流程图为A2幅面； 3.设备工艺条件图为A3幅面； 备注 填料塔课程设计 设计题目：甲醇-水分离过程填料精馏塔设计院别：化学化工学院 专业：化学工程与工艺 姓名：钟阳飞 1.甲醇水溶液填料塔设计 1.设计题目 甲醇溶液,组成为甲醇30%、水70%（质量分数），设计一精馏塔，塔顶馏出液含甲醇98%(质量分数),塔底废水中水含量为99%,处理量为20万吨/年。2.操作条件 (1)塔顶操作压力常压。 (2)进料热状态饱和液体进料 (3)回流比 4:1 (4)塔底压力 0.3MPa(表压) 3.塔板类型 填料塔 4.设计内容 (1)物料衡算； (2)平衡级数； (3)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； (4)精馏塔的塔体工艺尺寸（塔高、他经、填料的类型及填料量等）计算；（5）填料层压降的计算； （6）液体分布器的简要设计； （7）精馏塔接管尺寸的计算； f e h e g g 6 2 5 4 3 2 1 c c b a i 填料塔结构图 塔体 支撑板 填料段 固定压板 液体分布器 除雾器 排液口 液面计接口 人孔 吸入液入口 测压口 排气口 测湿口 进气口 釜液出口 6 5 4 3 2 1 符号 意义 i h g f e d c b a 符号 人 图 绘 f e h e g g 625432 1 c c b a i 填料塔结构图 塔体 支撑板填料段固定压板液体分布器除雾器排液口 液面计接口人孔 吸入液入口测压口排气口测湿口进气口 釜液出口 654 321符号意义i h g f e d c b a 符号孙杰 吴国耀 人 图绘 2.精馏塔的物料衡算 2.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 A M =32.04kg/kmol 水的摩尔质量 B M =18.02kg/kmol 194.002 .18/7.004.32/3.004 .32/3.0=+= F x 965.002 .18/02.004.32/98.004 .32/98.0=+=D x 006.002.18/99.004.32/01.004 .32/01.0=+=W x 2.2物料衡算 图 名 绘图人 填料支撑装置 填料塔计算部分 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020. 二 基础物性参数的确定 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，2 气相物性参数 设计压力： ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，在空气中的扩散系数为 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 3 32 2 00022293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ?????? ==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3m 101.329.27 1.2178.314293.15 V Vm PM kg m RT ρ?===? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为 51.81100.065()V Pa s kg m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532101.3 E m P === 溶解度系数 3s 998.2 0.726076.318.02 L H kmol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 110.05 0.05263110.05 y Y y ==-- 出塔气相摩尔比 321(1)0.05263(10.98) 1.05310A Y Y ?-=-=-=? 混合气体流量 330.1013(273.1520) 16.10100.1013273.15 V N Q Q m h ? ?+==?? 惰性气体摩尔流量 273.15(10.05)636.1622.4273.1520 V Q V kmol h =?-=+ 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 1212 L Y Y V Y m X -??= ? -?? 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 20X = min 0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -??== ??? 取操作液气比为 min 1.4L L V V ?? = ??? 1.40.7381 1.0333L V =?= 1.0333636.16657.34L kmol h =?= 1212()636.16(0.052630.001053) 0.0499657.34 V Y Y X X L -?-=+== 符号说明：英文字母 Aa---- 塔板的开孔区面积，m2 A f---- 降液管的截面积, m2 A T----塔的截面积 m C----负荷因子无因次 C20----表面力为20mN/m的负荷因子 d o----阀孔直径 D----塔径 e v----液沫夹带量 kg液/kg气 E T----总板效率 R----回流比 R min----最小回流比 M----平均摩尔质量 kg/kmol t m----平均温度℃ g----重力加速度 9.81m/s2 F----阀孔气相动能因子 kg1/2/(s.m1/2) h l----进口堰与降液管间的水平距离 m h c----与干板压降相当的液柱高度 m h f----塔板上鼓层高度 m h L----板上清液层高度 m h1----与板上液层阻力相当的液注高度 m ho----降液管底隙高度 m h ow----堰上液层高度 m h W----溢流堰高度 m h P----与克服表面力的压降相当的液注高度m H-----浮阀塔高度 m H B----塔底空间高度 m H d----降液管清液层高度 m H D----塔顶空间高度 m H F----进料板处塔板间距 m H T·----人孔处塔板间距 m H T----塔板间距 m l W----堰长 m Ls----液体体积流量 m3/s N----阀孔数目 P----操作压力 KPa △P---压力降 KPa △Pp---气体通过每层筛的压降 KPa N T----理论板层数 u----空塔气速 m/s V s----气体体积流量 m3/s W c----边缘无效区宽度 m W d----弓形降液管宽度 m W s ----破沫区宽度 m 希腊字母 θ----液体在降液管停留的时间 s υ----粘度 mPa.s ρ----密度 kg/m3 σ----表面力N/m φ----开孔率无因次 X`----质量分率无因次 下标 Max---- 最大的 Min ---- 最小的 L---- 液相的 V---- 气相的 m----精馏段 n-----提馏段 D----塔顶 F-----进料板 W----塔釜水吸收二氧化硫填料塔课程设计..
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