水吸收氨氣填料吸收塔的課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　環(huán)境工程原理課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題目： 水吸收氨過(guò)程填料吸收塔的設(shè)計(jì) </p><p>　　班級(jí)： 環(huán)工102 </p><p>　　姓名： </p><p>　　指

2、導(dǎo)教師： </p><p>　　評(píng)審教師： </p><p>　　完成日期： </p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p

3、><p>　　設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量為 3500 m3/h，其中含氨5%，要求塔頂排放氣體中含氨低于0.02%。采用清水進(jìn)行吸收，吸收劑的用量為最小量的1.5倍。</p><p><b>　　2、 操作條件</b></p><p><b>　　操作壓力 常壓</b></p>

4、<p><b>　　操作溫度 20℃</b></p><p>　　填料類(lèi)型和規(guī)格均自選</p><p><b>　　工作日</b></p><p>　　每年300天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行</p><p><b>　　廠址</b></p><p

5、><b>　　成都地區(qū)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案的確定</b></p><p><b>　　裝置流程的確定</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)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，即逆流操作。</p><p>　　逆流操作

6、的特點(diǎn)是：傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。</p><p><b>　　吸收劑的選擇</b></p><p>　　吸收劑又叫溶劑，吸收過(guò)程是依靠氣體在吸收劑中的溶解來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，選擇良好的吸收劑是吸收過(guò)程的重要一環(huán)。</p><p>　　選擇吸收劑的基本要求:</p><

7、p>　　1. 吸收劑應(yīng)具有較大溶解度，以提高吸收速率減少吸收劑用量，降低輸送與再生的能耗。</p><p>　　2. 選擇性好，吸收劑對(duì)混合氣體的溶質(zhì)要有良好的吸收能力，而對(duì)其它組分不吸收或吸收甚微。以提高吸收速率，減小吸收劑用量。</p><p>　　3. 操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，以為離開(kāi)吸收設(shè)備的氣體往往被吸收劑所飽和，吸收劑的揮發(fā)度愈大，則在吸收和再生過(guò)程中吸收劑損失愈大

8、。</p><p>　　4. 粘度要低，以利于傳質(zhì)與輸送；有利于氣液接觸，提高吸收速率。</p><p>　　5. 具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，以減少吸收劑的降解和變質(zhì)，尤其在使用化學(xué)吸收劑時(shí)。</p><p>　　6. 其它，所選用的吸收劑還應(yīng)滿(mǎn)足無(wú)毒性，無(wú)腐蝕性，不易燃易爆，不發(fā)泡，冰點(diǎn)低，廉價(jià)易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。</p><p&

9、gt;　　因?yàn)橛盟鑫談?，故采用純?nèi)軇?lt;/p><p><b>　　填料的選擇</b></p><p>　　2.3.1 填料層</p><p>　　填料塔內(nèi)充以某種特定形狀的固體填料以構(gòu)成填料層。填料層是塔實(shí)現(xiàn)氣、液接觸的主要部位。填料的主要作用是：①填料層內(nèi)空隙體積所占比例很大，填料間隙形成不規(guī)則的彎曲通道，氣體通過(guò)時(shí)可達(dá)到很高的湍動(dòng)程

10、度；②單位體積填料層內(nèi)提供很大的固體表面，液體分布于填料表面呈膜狀流下，增大了氣、液之間的接觸面積。</p><p>　　填料的選擇包括確定填料的種類(lèi)、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用最低。</p><p>　　2.3.2 填料種類(lèi)的選擇</p><p>　　填料的選擇包括確定填料的種類(lèi)、規(guī)格及材質(zhì)等。所選擇填料既要滿(mǎn)足生產(chǎn)工

11、藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用較低。填料種類(lèi)的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]以下幾個(gè)方面：</p><p>　　(1)傳質(zhì)效率要高 一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料</p><p>　　(2)通量要大 在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料</p><p>　　(3)填料層的壓降要低</p>&l

12、t;p>　　(4)填料抗污堵性能強(qiáng)，拆裝、檢修方便</p><p>　　2.3.3 填料規(guī)格的選擇</p><p>　　填料規(guī)格是指填料的公稱(chēng)尺寸或比表面積。</p><p>　?。?）散裝填料規(guī)格的選擇 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類(lèi)填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也

13、增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱(chēng)直徑的比值D/d應(yīng)大于8。</p><p>　?。?）規(guī)整填料規(guī)格的選擇 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格，同種類(lèi)型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但

14、阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿(mǎn)足技術(shù)要求，又具有經(jīng)濟(jì)合理性。</p><p>　　應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類(lèi)型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類(lèi)型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類(lèi)型的填料，也可以選用不同類(lèi)型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原

15、則來(lái)選擇填料的規(guī)格。</p><p>　　2.3.4 填料材質(zhì)的選擇</p><p><b>　　填料的類(lèi)型</b></p><p><b>　　1拉西環(huán)填料</b></p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：易于制造，價(jià)格低廉，且對(duì)它的研究較為充分，所以在過(guò)去較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。</p>

16、<p>　　缺點(diǎn)：由于高徑比大，堆積時(shí)填料間易形成線(xiàn)接觸，因此液體在填料層流動(dòng)時(shí)，常存在嚴(yán)重的溝流和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內(nèi)表面潤(rùn)濕率較低，因而傳質(zhì)速率也不高</p><p>　　2階梯環(huán)填料（Stair ring）</p><p>　　填料的階梯環(huán)結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開(kāi)有長(zhǎng)方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯(cuò) 45°的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭

17、口形狀的翻邊。</p><p>　　這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點(diǎn)接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。</p><p>　　階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開(kāi)孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　3鮑爾環(huán)填料</b&g

18、t;</p><p>　　在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的鮑爾環(huán)是在的側(cè)壁上開(kāi)一層或兩層長(zhǎng)方形小孔，小孔的母材并不脫離側(cè)壁而是形成向內(nèi)彎的葉片。</p><p>　　同尺寸的鮑爾環(huán)與拉西環(huán)雖有相同的比表面積和空隙率，但鮑爾環(huán)在其側(cè)壁上的小孔可供氣液流通，使環(huán)內(nèi)壁面充分利用。</p><p>　　比之拉西環(huán)，鮑爾環(huán)不僅具有較大的生產(chǎn)能力和較低的壓降，且分離效率較高，溝流現(xiàn)象

19、也大大降低。</p><p>　　鮑爾環(huán)填料的優(yōu)良性能使它一直為工業(yè)所重視，應(yīng)用十分廣泛?？捎商沾?、金屬或塑料制成。</p><p>　　金屬英特洛克斯（Intalox）填料</p><p>　　將環(huán)形結(jié)構(gòu)與鞍形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)集于一體而形成的一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的填料，具有生產(chǎn)能力大、壓降低、液體分布性能好、傳質(zhì)速率高及操作彈性大等優(yōu)良性能，因而獲得廣泛應(yīng)用，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢(shì)

20、更為顯著。</p><p>　　網(wǎng)體填料（Wire gauze packings）</p><p>　　上述幾種形式的填料屬實(shí)體填料，與之對(duì)應(yīng)的另一類(lèi)金屬絲網(wǎng)制成的填料稱(chēng)為網(wǎng)體填料。網(wǎng)體填料也有多種形式，如網(wǎng)環(huán)和鞍型網(wǎng)等。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：因網(wǎng)絲細(xì)密，填料的空隙很高，比表面積很大。由于毛細(xì)管作用，填料表面潤(rùn)濕性能很好。故網(wǎng)體填料氣體阻力小，傳質(zhì)速率高。&l

21、t;/p><p>　　缺點(diǎn)：造價(jià)很高，故多用于實(shí)驗(yàn)室中難分離物系的分離。 </p><p>　　規(guī)整填料規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。</p><p>　　使用時(shí)根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：空隙大，故生產(chǎn)能力大，壓降小，且因流道規(guī)則，所以只要液體初始分布均

22、勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填料幾乎無(wú)放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。</p><p>　　缺點(diǎn)：造價(jià)較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難分離或分離要求很高的情況。 </p><p><b>　　吸收塔的工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)</b></p><p

23、>　　3.1.1液相物性數(shù)據(jù) </p><p>　　3.1.2氣相物性數(shù)據(jù) </p><p>　　混合氣體平均密度： </p><p><b>　　空氣黏度： </b></p><p>　　273K，101.3Kpa.氨氣在空氣中擴(kuò)散系數(shù)： </p><p>　　3

24、.2 物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成</p><p>　　20℃，101.3Kpa下氨氣在水中的溶解度系數(shù) </p><p><b>　　進(jìn)塔氣相摩爾比：</b></p><p>　　出塔氣相摩爾比：Y2 = 0.0002/（1 – 0.0002）= 0.000211 </p><p>　　對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，

25、進(jìn)塔液相組成：</p><p>　　混合氣體流量 ：V1 = (3500*273)/(293*22.4) = 145.584 kmol/h</p><p>　　進(jìn)塔惰性氣體流量： V = 145.584 *(1 – 0.05) = 138.305kmol/h</p><p>　　吸收過(guò)程屬于底濃度吸收，平衡關(guān)系為直線(xiàn)，最小氣液比可按下式計(jì)算：</p>

26、<p>　　取操作氣掖比為最小氣液比的1.5倍，可得吸收劑用量為：</p><p>　　L = 1.5 * 0.751 * 138.305 = 155.801kmol/h</p><p>　　根據(jù)全塔物料衡算式:</p><p>　　V * (Y1 – Y2) = L * (X1 – X2)</p><p>　　X1 = V *

27、 (Y1 – Y2) / L + LX2 = (0.0526 – 0.0002)/(0.751*1.5) = 0.0685</p><p>　　液氣比 ： Wl/Wv = (155.801*18)/(3500*1.181) = 0.678</p><p><b>　　3.3塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　3.3.1塔徑的計(jì)算</p

28、><p>　　考慮到填料塔內(nèi)塔的壓力降,塔的操作壓力為101.3</p><p>　　采用貝恩----霍夫泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式:</p><p><b>　　= -0.59</b></p><p>　　取泛點(diǎn)率為0.6. 即 u = 0.6uf = 0.6 * 4.535 = 2.721m/s</p><p&g

29、t;　　D = [4*VS/(π*ｕ)]0.5 = [4×3500÷（3600×3.14×2.721）]0.5 = 0.675m</p><p>　　圓整后取 D = 0.7m = 700mm</p><p>　　3.3.2泛點(diǎn)率校核</p><p>　?。? 4 * V ÷(π * D2) = 2.528m/s&

30、lt;/p><p>　　u/uf = 2.721÷4.535 = 60%</p><p>　　在(50%--80%)之間,所以符合要求.</p><p>　　3.3.3填料規(guī)格校核</p><p>　　根據(jù)要求應(yīng)選擇環(huán)形填料中的塑料階梯環(huán).由于所選用的塔徑為700,又根據(jù)填料與塔徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系及實(shí)際操作要求,區(qū)尺寸為38的塑料階梯環(huán),此填

31、料規(guī)格如下:</p><p>　　公稱(chēng)直徑:38 孔隙率:0.92</p><p>　　比表面積a:72 填料因子:170 填料常數(shù)A:0.0942</p><p>　　所以有D/d = 700/38 = 18.4,即符合要求.見(jiàn)下圖：</p><p>　　3.3.4液體噴淋密度校核</p><p>　

32、　最小的噴淋密度 t=72</p><p>　　= 0.08 * 72 = 5.76 m3/(m2*h)</p><p>　　= 155.801 * 18/(998.2*0.785*0.72) = 7.304m3/(m2*h)</p><p>　　故滿(mǎn)足最小噴淋密度的要求</p><p>　　3.4填料層高度計(jì)算</p

33、><p>　　3.4.1傳質(zhì)單元高度計(jì)算</p><p>　　273K，101.3kpa下，氨氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù).由,則293K，101.3kpa下，氨氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)</p><p>　　293K，101.3kpa下，氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù) (查化工原理附錄)</p><p>　　Y1* = mX1 = 0.754 * 0.0685 =

34、 0.051649</p><p>　　脫吸因數(shù)為：S = mV/L = 0.754 / (0.751*1.5) = 0.700 </p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： = 12.24</p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：</p><p><b>　　液體質(zhì)量通量為:</b></p

35、><p>　　UL= WL/(0.785*D2)=155.801*18/ (0.785*0.72)=7290.83kg/(m2.h)</p><p><b>　　氣體質(zhì)量通量為：</b></p><p>　　UV = WV/(0.785*D2)=3500*1.181/(0.785*0.72)=10746.13 kg/(m2.h)</p>

36、<p>　　故 = 0.9812</p><p>　　氣膜吸收系數(shù)： = 0.1009</p><p><b>　　液膜吸收系數(shù)</b></p><p><b>　　= 0.4761</b></p><p>　　查表得=1.45 故</p><p>　　=0.

37、10090.981272=10.727</p><p>　　=0.47610.981272=39.024</p><p><b>　　0.59>0.5</b></p><p>　　以下公式為修正計(jì)算公式：</p><p><b>　　= 10.185</b></p><p&

38、gt;<b>　　= 24.576 </b></p><p>　　則 （H為溶解度系數(shù)）= 6.579</p><p>　　由 =138.305/(7.679*101.3*0.785*0.72)</p><p><b>　　= 0.462m</b></p><p>　　3.4.2填料層高度

39、的計(jì)算</p><p>　　由 Z = HOG×NOG = 0.462×12.24 = 5.655m</p><p>　　取上下活動(dòng)系數(shù)為1.5</p><p>　　故 Z’= 1.5Z = 1.5*5.655 = 8.48m故取填料層高度為9m.</p><p>　　查散裝填料分段高度推薦值查得：</p>

40、<p>　　塑料階梯環(huán) h/d8～15 </p><p>　　取h/d=8 得 h=8700=5600 m</p><p>　　計(jì)算得填料層高度為9000mm，，故不需分段</p><p>　　3.5 填料層壓降的計(jì)算 </p><p>　　填料層壓降:氣體通過(guò)填料層的壓降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算,</p>

41、<p><b>　　其中橫坐標(biāo)為：</b></p><p>　　=0.0234 查得</p><p><b>　　縱坐標(biāo)為</b></p><p>　　(2.5282921.45/9.81)=0.103</p><p><b>　　查圖得</b>

42、;</p><p><b>　　Eckert圖</b></p><p>　　填料層壓力降△P = 790*9 = 7110m</p><p>　　第四章 塔附屬設(shè)備工藝計(jì)算</p><p>　　4.1 塔附屬高度的計(jì)算</p><p>　　取塔上部空間高度可取1.5m,塔底液相停留時(shí)間按5mi

43、n考慮,則塔釜所占空間高度為</p><p>　　h1 = [(5*60*155.801*18)/(0.72*0.785*3600*998.2)] = 0.609m</p><p>　　考慮到氣相接管所占的空間高度,空間高度可取2.5m,所以塔的附屬高度可以取4.0m.填料層在中間高度取0.7m.</p><p>　　所以塔高為 H = 4.0 + 9 + 0

44、.7 = 13.7m</p><p>　　4.2 液體初始分布器和再分布器的選擇與計(jì)算</p><p>　　4.2.1 液體分布器</p><p>　　液體分布器可分為初始分布器和再分布器，初始分布器設(shè)置于填料塔內(nèi)，用于將塔頂液體均勻的分布在填料表面上，初始分布器的好壞對(duì)填料塔效率影響很大，分布器的設(shè)計(jì)不當(dāng)，液體預(yù)分布不均，填料層的有效濕面積減小而偏流現(xiàn)象和

45、溝流現(xiàn)象增加，即使填料性能再好也很難得到滿(mǎn)意的分離效果。因而液體分布器的設(shè)計(jì)十分重要。特別對(duì)于大直徑低填料層的填料塔，特別需要性能良好的液體分布器。</p><p>　　液體分布器的性能主要由分布器的布液點(diǎn)密度（即單位面積上的布液點(diǎn)數(shù)），各布液點(diǎn)均勻性，各布液點(diǎn)上液相組成的均勻性決定，設(shè)計(jì)液體分布器主要是決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)液體分布器的選型和設(shè)計(jì)，一般要求：液體分布要均勻；自由截面率要大；操作彈性大；不易堵

46、塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調(diào)整水平。</p><p>　　液體分布器的種類(lèi)較多，有多種不同的分類(lèi)方法，一般多以液體流動(dòng)的推動(dòng)</p><p>　　力或按結(jié)構(gòu)形式分。若按流動(dòng)推動(dòng)力可分為重力式和壓力式，若按結(jié)構(gòu)形式可分為多孔型和溢流型。其中，多孔型液體分布器又可分為：蓮蓬式噴灑器、直管式多孔分布器、排管式多孔型分布器和雙排管式多孔型分布器等。溢流型液

47、體分布器又可分為：溢流盤(pán)式液體分布器和溢流槽式液體分布器。</p><p>　　根據(jù)本吸收的要求和物系的性質(zhì)可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數(shù)應(yīng)依據(jù)所用填料所需的質(zhì)量分布要求決定，噴淋點(diǎn)密度應(yīng)遵循填料的效率越高所需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律。</p><p><b>　　分布點(diǎn)密度計(jì)算：</b></p><p>　　按Eckert建議值，D≈

48、750時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為170點(diǎn)／m2，所以設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為170點(diǎn)／m2。</p><p>　　總布液孔數(shù)n = 0.785 * 0.72 * 170 = 65.40。</p><p>　　取布液孔數(shù)為：48點(diǎn)</p><p><b>　　布液計(jì)算：</b></p><p>　　由 LS = 155.801*18

49、/(3600*998.2) = 6.808*10-4m3/s</p><p>　　取 =0.60 ，△H=0.2 m</p><p>　　3.63*10-3m 取 d0 = 4mm</p><p>　　由計(jì)算得，設(shè)計(jì)布液點(diǎn)數(shù)為48點(diǎn)，直徑為4 mm</p><p>　　4.2.2 液體再分布器</p><p&

50、gt;　　液體在亂堆填料層內(nèi)向下流動(dòng)時(shí)，有一種逐漸向塔壁流動(dòng)的趨勢(shì)，即壁流現(xiàn)象。為提高塔的傳質(zhì)效果，當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，填料層需分段。為改善壁流造成的液體分布不均，在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集來(lái)自上一填料層來(lái)的液體，為下一填料層提供均勻的液體分布。在填料層中每隔一定高度應(yīng)設(shè)置一液體再分布器。</p><p>　　在通常情況下，一般將液體收集器與液體分布器同時(shí)使用，構(gòu)成液體收集及再分布

51、裝置。液體收集器的作用是將上層填料流下的液體收集，然后送至液體分布器進(jìn)行液體再分布。</p><p>　　液體收集再分布器的種類(lèi)很多，大體上可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是液體收集器與液體再分布器各自獨(dú)立，分別承擔(dān)液體收集和再分布的任務(wù)。另一類(lèi)是集液體收集和再分布功能于一體而制成的液體收集和再分布器。</p><p>　　液體再分布器有與百葉窗式集液器配合使用的管式或槽盤(pán)式液體再分布器、多孔盤(pán)式再分布器

52、和截錐式液體再分布器。最簡(jiǎn)單的液體再分布裝置為截錐式再分布器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，一般多用于直徑小于0.6m的填料塔中，以克服壁流作用對(duì)傳質(zhì)效率的影響。</p><p>　　由于此次設(shè)計(jì)填料層高度為10m需分段，根據(jù)實(shí)際情況選取多孔盤(pán)式液體再分布器。為防止上一填料層來(lái)的液體直接流入升氣管，應(yīng)于升氣管上設(shè)蓋帽。</p><p>　　4.2.3 塔底液體保持管高度</p>&l

53、t;p>　　塔底液體保持管高度可以根據(jù)液體的流率及布液孔的直徑選定。：</p><p>　　塔底液位保持管高度與所需的布液孔直徑兩者之間的關(guān)系如下</p><p>　　布液孔直徑為4mm,液體保持管高度為</p><p><b>　　=0.096m</b></p><p>　　k為孔流系數(shù)，其值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)

54、決定，在雷諾數(shù)大于1000的情況下,可取0.60-0.62。液位高度的確定應(yīng)和布液孔徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì),使各項(xiàng)參數(shù)均在一定范圍。</p><p>　　對(duì)于重力式排管液體分布器，液位保持管的高度由液體最大流率下的最高液位決定，一般取最高液位的1.12-1.15倍。</p><p>　　4.3 其它附屬塔內(nèi)件的選擇</p><p>　　填料塔的內(nèi)件主要有填料支承裝置、填料壓緊裝

55、置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等，還有封頭、管法蘭、筒體等。合理地選擇和設(shè)計(jì)塔內(nèi)件，對(duì)保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。</p><p>　　4.3.1 填料支撐裝置</p><p>　　填料支承裝置的作用是支承填料以及填料層內(nèi)液體的重量，同時(shí)保證氣液兩相順利通過(guò)。支承若設(shè)計(jì)不當(dāng)，填料塔的液泛可能首先發(fā)生在支承板上。為使氣體能順利通過(guò)，對(duì)于普通填料塔，支承件上的流體通過(guò)

56、的自由截面積為填料面的50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛。由于填料支承裝置本身對(duì)塔內(nèi)氣液的流動(dòng)狀態(tài)也會(huì)產(chǎn)生影響，因此作為填料支承裝置，除考慮其對(duì)流體流動(dòng)的影響外，一般情況下填料支承裝置應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：</p><p>　　（1） 足夠的強(qiáng)度和剛度，以支持填料

57、及所持液體的重量（持液量），并考慮填料空隙中的持液量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動(dòng)，機(jī)械震動(dòng)，溫度波動(dòng)等因素。</p><p>　　足夠的開(kāi)孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撐處發(fā)生液泛；為使氣體能順利通過(guò)，對(duì)于普通填料塔，支承件上的流體通過(guò)的自由截面積為填料面的50%以上，且應(yīng)大于填料的空隙率。此外，應(yīng)考慮到裝上填料后要將支承板上的截面堵去一些，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中

58、會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象。增加壓強(qiáng)降，降低效率，甚至形成液泛。</p><p>　　結(jié)構(gòu)上應(yīng)有利于氣液相的均勻分布，同時(shí)不至于產(chǎn)生較大的阻力（一般阻力不大于20Pa）；</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造安裝和維修。</p><p>　　要有一定的耐腐蝕性。</p><p>　　常用的填料支承裝置有柵板形和駝峰形及各種具有氣升管結(jié)構(gòu)的支承板。&

59、lt;/p><p>　　由設(shè)計(jì)條件，本次設(shè)計(jì)中選用柵板形支承板。</p><p>　　4.3.2填料壓緊裝置</p><p>　　為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)或跳動(dòng)，保持操作中填料床層為一恒定的固定床，從而必須保持均勻一致的空隙結(jié)構(gòu)，使操作正常、穩(wěn)定，故需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置。</p><p>　　填料壓緊裝置分為填料壓板和床

60、層限制板兩大類(lèi)。對(duì)于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定；對(duì)于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設(shè)計(jì)中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于70﹪。</p><p>　　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、石墨制成的散裝填料。它的作用是在高氣速（高壓降）和負(fù)荷突然波動(dòng)時(shí)，阻止填料產(chǎn)

61、生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而避免填料松動(dòng)、破損。由于填料易碎，當(dāng)碎屑淤積在床層填料的空隙間，使填料層的空隙率下降時(shí)，填料壓板可隨填料層一起下落，緊緊壓住填料而不會(huì)形成填料的松動(dòng)、降低填料塔的生產(chǎn)能力及分離效率。</p><p>　　床層限制板用于金屬散裝填料、塑料散裝填料及所有規(guī)整填料。它的作用是防止高氣速高壓降或塔的操作突然波動(dòng)時(shí)填料向上移動(dòng)而造成填料層出現(xiàn)空洞，使傳質(zhì)效率下降。由于金屬及塑料填料不易破碎，且有彈性，在裝填

62、正確時(shí)不會(huì)使填料下沉，故床層限制板要固定在塔壁上。</p><p>　　為了便于安裝和檢修，填料壓緊裝置不能與塔壁采用連續(xù)固定方式，對(duì)于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的填料塔采用押金網(wǎng)板，設(shè)置自由截面積為85%。采用支耳固定。4.3.3 氣體的進(jìn)出口裝置</p><p>　　填料塔的氣體進(jìn)口裝置盡量使氣體分散均勻，同時(shí)還

63、能防止塔內(nèi)下流的液體流入氣體管路中。常用的辦法是使進(jìn)氣管伸至塔的中心線(xiàn)位置,管端為向下的45o切口或向下的缺口。這樣氣體從切口或缺口處折轉(zhuǎn)向上。由于這種進(jìn)氣管不能使氣體分布均勻，所以只能用于直徑在500㎜以下的塔中。對(duì)于直徑較大的塔，進(jìn)氣管的末端為向下的喇叭口，對(duì)于直徑更大的塔，則應(yīng)采取氣體均布措施。</p><p>　　氣體的出口裝置既要保證氣流暢通，又要能除去被氣體夾帶的液體液霧。目前常用的除霧裝置有折板除霧

64、器和絲網(wǎng)除霧器。折板除霧器，這種裝置較簡(jiǎn)單，除霧效果較好。絲網(wǎng)除霧器，這種裝置效率高，可除去直徑大于5um的液滴。</p><p>　　4.3.4 液體的出口裝置</p><p>　　填料塔的出口裝置既能使液體通暢引（排）出外，還要保證形成對(duì)塔內(nèi)氣體的液封，并能防止液體夾帶氣體。常用的液體出口裝置可采用水封。本設(shè)計(jì)中塔內(nèi)外壓差較大時(shí)，可采用倒U形管密封裝置。</p><

65、;p>　　4.3.5 除沫裝置</p><p>　　由于氣體在塔頂離開(kāi)填料塔時(shí)，帶有大量的液沫和霧滴，為回收這部分液相，經(jīng)常需要在頂設(shè)置除沫器。常用的除沫器有以下幾種：折流板式除沫器，它是一種利用慣性使液滴得以分離的裝置，一般在小塔中使用。旋流板式除沫器，由幾塊固定的旋流板片組成，氣體通過(guò)時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，造成一個(gè)離心力場(chǎng)，液滴在離心力作用下，向塔壁運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了氣液分離。適用于大塔徑凈化要求高的場(chǎng)合。絲網(wǎng)除

66、沫器，它由金屬絲卷成高度為100-150的盤(pán)狀使用。安裝方式多種多樣，氣體通過(guò)除霧沫器的壓強(qiáng)降約為120-250Kp，絲網(wǎng)除沫器的直徑由氣體通過(guò)絲網(wǎng)的最大氣速?zèng)Q定。</p><p>　　根據(jù)本吸收特點(diǎn)及要求，本吸收操作選用金屬絲網(wǎng)除沫器。</p><p>　　4.4 吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算</p><p>　　吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)主要包括氣體通過(guò)填料塔的壓力降、

67、泛點(diǎn)率、氣體動(dòng)能因子等，此外，還應(yīng)了解塔內(nèi)液體和氣體的分布狀況。</p><p>　　4.4.1 吸收塔的壓力降 </p><p>　　由離心泵的選擇計(jì)算 全塔壓降</p><p>　　4.4.2 吸收塔的泛點(diǎn)率</p><p>　　填料塔的泛點(diǎn)率是指塔內(nèi)操作氣速與泛點(diǎn)氣速的比值。操作氣速是指操作條件的空塔氣速，泛點(diǎn)氣速采用貝恩—霍根關(guān)系

68、式計(jì)算。盡管近年來(lái)，有些研究者認(rèn)為填料塔在泛點(diǎn)附近操作時(shí)，仍具有較高的傳質(zhì)效率，但由于泛點(diǎn)附近流體力學(xué)性能的不穩(wěn)定性，一般較難穩(wěn)定操作，故一般要求泛點(diǎn)在之內(nèi)，而對(duì)于易起泡的物系可低至。</p><p>　　吸收塔操作氣速為2.528m/s ，泛點(diǎn)氣速為4.535m/s 所以泛點(diǎn)率為</p><p>　　ｆ= = 2.528÷4.535 = 60%</p><

69、;p>　　對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為：=0.5～0.85所以符合。</p><p>　　4.4.3氣體動(dòng)能因子</p><p>　　氣體動(dòng)能因子是操作氣速與氣相密度平方根的乘積，簡(jiǎn)稱(chēng)F因子，其定義為</p><p>　　故吸收塔內(nèi)氣體動(dòng)能因子為</p><p>　　2.528 * 1.1810.5 = 2.747氣能因子在常用的范

70、圍內(nèi)。</p><p>　　從以上的各項(xiàng)指標(biāo)分析，該吸收塔的設(shè)計(jì)合理，可以滿(mǎn)足吸收操作的工藝要求。</p><p>　　4.5 其他附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇</p><p>　　4.5.1 吸收塔的主要接管尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　1、氣體進(jìn)料管</b></p><p>　　由于常壓下

71、塔氣體進(jìn)出口管氣速可取10～20，故若取氣體進(jìn)出口流速近似為16m/s，則由公式可求得氣體進(jìn)出口內(nèi)徑為</p><p>　　= [3500/(3600*0.785*16)]0.5 = 278.22mm</p><p>　　采用直管進(jìn)料，由《化工原理》第三版[王志魁主編 化學(xué)工業(yè)出版社]查得</p><p>　　選擇熱軋無(wú)縫鋼管，則</p><p

72、>　　18.32m/s（在符合范圍內(nèi)）</p><p><b>　　氣體進(jìn)出口壓降: </b></p><p>　　進(jìn)口： = 0.5*1.181*18.322 =198.185(Pa) </p><p>　　出口：△P2 = 0.58 * △P1 = 99.09(Pa)</p><p><b>　　2、

73、液體進(jìn)料管</b></p><p>　　由于常壓下塔液體進(jìn)出口管速可取，故若取液體進(jìn)出口流速近似為2.6m/s，則由公式可求得液體進(jìn)出口內(nèi)徑為</p><p>　　采用直管進(jìn)料，由《化工原理》第三版 [王志魁主編 化學(xué)工業(yè)出版社]P381查得</p><p>　　選擇熱軋無(wú)縫鋼管，則</p><p><b>　　（在符

74、合范圍內(nèi)）</b></p><p>　　4.5.2 離心泵的計(jì)算與選擇</p><p><b>　　計(jì)算過(guò)程如下：</b></p><p>　　管內(nèi)液體流速： </p><p><b>　　則雷諾數(shù)</b></p><p>　　局部阻力損失：三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截止閥全

75、開(kāi) ; </p><p>　　三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭 ；</p><p>　　管路總壓頭損失 </p><p><b>　　填料塔壓降： </b></p><p>　　其它阻力壓降較小可忽略。</p><p><b>　　揚(yáng)程 </b>&l

76、t;/p><p>　　流量155.801*18/998.2 = 2.81m3/s</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　表⒈吸收塔的吸收劑用量計(jì)算總表</p><p><b>　　表⒉塔設(shè)備計(jì)算總表</b></p><p><b>　　表⒊填料計(jì)

77、算總表</b></p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　這次我的課程設(shè)計(jì)題目是水吸收氨過(guò)程填料塔的設(shè)計(jì)，這是關(guān)于吸收中填料塔的設(shè)計(jì)。填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，壓降低，填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，開(kāi)始的時(shí)候我打算采用Eckert

78、通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速，但是我發(fā)現(xiàn)用查圖的方法誤差很大，同時(shí)參考了其他的一些資料上的算法發(fā)現(xiàn)也有用貝恩（Bain）——霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)氣速的，所以最后采用了關(guān)聯(lián)式來(lái)計(jì)算泛點(diǎn)速度。 </p><p>　　在填料的選擇中，我?guī)缀跏怯门懦▉?lái)選擇的，后來(lái)認(rèn)為DN38計(jì)算得的結(jié)果比比較好。雖然在同類(lèi)填料中，尺寸越小的，分離效率越高，但它的阻力將增加，通量減小，填料費(fèi)用也增加很多。用DN38計(jì)算所得的D/

79、d值也符合階梯環(huán)的推薦值。</p><p>　　本設(shè)計(jì)我們所設(shè)計(jì)的填料塔產(chǎn)能大，分離效率高，持液量小，填料塔結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，造價(jià)適合。不過(guò)，它的操作范圍小，填料潤(rùn)濕效果差，當(dāng)液體負(fù)荷過(guò)重時(shí)，易產(chǎn)生液泛，不宜處理易聚合或含有固體懸浮物的物料等。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是我們?cè)谛４髮W(xué)生必須經(jīng)過(guò)的一個(gè)過(guò)程，通過(guò)課程設(shè)計(jì)的鍛煉，可以為我們即將來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！</p>

80、<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]華南理工大學(xué)，涂偉萍，陳佩珍，程達(dá)芳 編.化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[2]賈紹義，柴誠(chéng)敬等編.化工原理課程設(shè)計(jì).天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1990</p><p>　　匡國(guó)柱,史啟才主編. 化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)

81、出版社，2002 </p><p>　　王志魁 編.化工原理（第三版）. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009 </p><p>　　[3]鄭津澤,榮其伍,桑芝富 編.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì).北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[4]王靜康 編.化工過(guò)程設(shè)計(jì).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006</p><p>　　王志魁 編.化工原理（第三版）