化工原理課程設(shè)計(jì)-清水吸收變換氣的填料塔裝置設(shè)計(jì)

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　　指導(dǎo)老師：張先龍老師</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間：2011.12.26-2012.1.06</p><p>　　一、設(shè)計(jì)題目：清水吸收變換氣的填料塔裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件：</p><p>　　1.變換氣量 1220

2、 標(biāo)準(zhǔn)m3/h。</p><p>　　變換氣組成(體積)為：</p><p>　　3.吸收劑采用清水。</p><p>　　4.要求出塔凈化氣中CO2<1%。</p><p>　　5.吸收溫度：30℃，連續(xù)操作。</p><p>　　6.操作壓力：2.0MPa。</p><p><

3、;b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　　流程的確定與論證；</b></p><p>　　吸收塔技術(shù)指標(biāo)與操作指標(biāo)確定，包括：塔徑、填料層的高度、填料層的壓力降等；</p><p>　　工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　輔助設(shè)備選型。</b><

4、;/p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)成果</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份</b></p><p>　　2.工藝流程圖（3#圖紙）1張</p><p>　　3.填料吸收塔的裝配圖（1#圖紙）1張</p><p><b>　　目錄</b>

5、</p><p>　　中文摘要………………………………………………………………………………………4</p><p>　　英文摘要………………………………………………………………………………………5</p><p>　　1引言…………………………………………………………………………………………6</p><p>　　2工藝流程………………………

6、……………………………………………………………7</p><p>　　3物料衡算……………………………………………………………………………………13</p><p>　　4氣液平衡曲線及操作線……………………………………………………………………14</p><p>　　5最小液氣比及吸收劑（水）的用量計(jì)算…………………………………………………15</p>

7、<p>　　6塔徑計(jì)算……………………………………………………………………………………16</p><p>　　7填料層高度計(jì)算……………………………………………………………………………19</p><p>　　8填料層壓降計(jì)算……………………………………………………………………………23</p><p>　　9輔助設(shè)備選型……………………………………

8、…………………………………………25</p><p>　　10設(shè)計(jì)匯總……………………………………………………………………………………30</p><p>　　結(jié)論……………………………………………………………………………………………31</p><p>　　謝辭……………………………………………………………………………………………31</p><

9、;p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………32</p><p>　　附錄……………………………………………………………………………………………33</p><p>　　附錄1主要符號(hào)注釋說(shuō)明……………………………………………………………………33</p><p>　　附錄2常用數(shù)據(jù)…………………………………………………

10、……………………………35</p><p>　　心得體會(huì)………………………………………………………………………………………36</p><p>　　清水吸收變換氣的填料塔裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要:本次課程設(shè)計(jì)我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)處理變換氣量為1220 L/h的填料吸收塔，選用的材料是塑料階梯環(huán)。用水吸收CO2屬中等溶解度的吸收過(guò)程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆

11、流吸收流程。且CO2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇┧鳛槲談?繼而用空氣進(jìn)行解吸使部分水得以循環(huán)利用。水吸收二氧化碳為氣體單純?nèi)芙庥谝合嗟奈锢砦者^(guò)程，因此選擇較低的操作溫度和較高的操作壓力有利于吸收進(jìn)行。填料塔的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化和設(shè)備設(shè)計(jì)是關(guān)鍵部分，通過(guò)優(yōu)化得到的最小液氣比為70.128，從而得到塔徑、填料層高度及填料層壓降.通過(guò)對(duì)噴淋密度及塔徑比的校核,最終確定整塔高為15.625m，填料層高度為12.5m，塔徑為0.8m，則完成了主體設(shè)備的計(jì)

12、算。輔助設(shè)備也是填料吸收塔的重要組成組分，綜合考慮各個(gè)參數(shù)，我們選擇的液體分布器、液體再分布器、除沫器、裙座及填料支撐裝置分別為溢流型盤式分布器，分配錐再分布器，絲網(wǎng)除沫器、圓筒形裙座和柵板支撐結(jié)構(gòu)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：變換氣，清水，填料塔，校核</p><p>　　Design of the packed tower including converter of pure wa

13、ter absorption </p><p>　　Abstract:Our task of this course is to design a packed column which can handle the reforming gas of 1220 L/h, and the packing we choose is plastic ladder ring packing. It is a modera

14、tely soluble absorption process to use pure water to absorb CO2, so we choose opposite flow to improve the transfer efficiency. As CO2 is not the desired product, pure water is used as absorbent, then the hot air is used

15、 as the desorption to let part of the water cycle. Pure water aborbing CO2 is a physical process o</p><p>　　Keywords: reforming gas, pure water, packed column, check</p><p><b>　　1 引 言<

16、;/b></p><p>　　化工廠變換氣是將煤或天然氣或石腦油可重油焦油等其它原料經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)化成合成氣后，進(jìn)入變換系統(tǒng)，進(jìn)一步將合成氣的中的CO（一氧化碳）經(jīng)蒸汽轉(zhuǎn)換成CO2（二氧化碳）與H2，轉(zhuǎn)換后氣體稱為“變換氣”，變換氣組成，一般天然氣為原料為H2：54.5%、CH4：1.91% 、CO：2.87% 、CO2：12.38%、H2O：28.24%、 N2：0.09%，還有其它如未反應(yīng)完全的C2H6、C3

17、H8、O2等等。變換氣進(jìn)一步將水冷卻并排掉，再進(jìn)一步分離可以得到純的H2,CO,CO2，下一步的關(guān)聯(lián)產(chǎn)品主要有合成氨，甲醇，氨加工產(chǎn)品有尿素、各種銨鹽(如氮肥和復(fù)合肥料)、硝酸、烏洛托品、三聚氰胺等。它們都是重要的化工原料。甲醇繼續(xù)經(jīng)氧化脫氫加工可得到甲醛，甲醇羰基化制得醋酸，由醋酸甲酯羰基化生產(chǎn)醋酐，還可由甲醇生產(chǎn)低碳烯烴，由甲醇同系化生產(chǎn)乙醇。還可以只提取H2做產(chǎn)品。</p><p>　　交換氣中的CO2的吸

18、收方法主要分為三類：化學(xué)吸收法，物理吸收法和物理化學(xué)吸收法。用清水作為吸收劑吸收交換氣中的CO2屬于單純的氣體溶解于液相的物理吸收法，并且在吸收過(guò)程中，近似二氧化碳在交換氣中的溫度升高并不顯著，熱效應(yīng)很小，近似認(rèn)為是單組分等溫吸收過(guò)程。</p><p>　　填料塔是一種連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓降低，易用耐腐蝕材料制造，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)填料的研究及開(kāi)發(fā)進(jìn)展迅速，性能優(yōu)良的新型填料不斷涌現(xiàn)，使填料塔的應(yīng)

19、用更加廣泛，本課程設(shè)計(jì)中根據(jù)煙道氣流量及一系列參數(shù)設(shè)計(jì)的填料塔，吸收劑利用率高，對(duì)二氧化硫吸收徹底，且處理費(fèi)用低，使社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步提高。</p><p><b>　　2 工藝流程</b></p><p>　　2.1 吸收工藝流程的確定</p><p>　　工業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同的角度進(jìn)行分類，從所用的吸收劑的種類看

20、，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部吸收流程，從所用的塔設(shè)備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程很多塔吸收流程，從塔內(nèi)氣液兩相得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。</p><p>　　一步吸收流程和兩部吸收流程</p><p>　　一步流程一般用于混合氣體溶質(zhì)濃度較低，同時(shí)過(guò)程的分離要求不高，選用一種吸收劑即可完成任務(wù)的情況

21、。若混合氣體中溶質(zhì)濃度較高且吸收要求也高，難以用一步吸收達(dá)到規(guī)定的吸收要求，但過(guò)程的操作費(fèi)用較高，從經(jīng)濟(jì)性的角度分析不夠適宜時(shí)，可以考慮采用兩步吸收流程。</p><p>　　單塔吸收流程和多塔吸收流程</p><p>　　單塔吸收流程是吸收過(guò)程中最常用的流程，如過(guò)程無(wú)特別需要，則一般采用單塔吸收流程。若過(guò)程的分離要求較高，使用單塔操作時(shí)，所需要的塔體過(guò)高，或采用兩步吸收流程時(shí)，則需要采用

22、多塔流程（通常是雙塔吸收流程）</p><p><b>　　逆流吸收與并流吸收</b></p><p>　　吸收塔或再生塔內(nèi)氣液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有傳質(zhì)推動(dòng)力大，分離效率高（具有多個(gè)理論級(jí)的分離能力）的顯著優(yōu)點(diǎn)而 廣泛應(yīng)用。工程上，如無(wú)特別需要，一般均采用逆流吸收流程。</p><p>　　部分溶劑循環(huán)吸收流程<

23、/p><p>　　由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大，當(dāng)液相噴淋量過(guò)小時(shí)，將降低填料塔的分離效率，因此當(dāng)塔的液相負(fù)荷過(guò)小而難以充分潤(rùn)濕填料表面時(shí)，可以采用部分溶劑循環(huán)吸收流程，以提高液相噴淋量，改善塔的操作條件。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用單塔逆流操作。</p><p>　　2.2 吸收工藝流程圖及工藝過(guò)程說(shuō)明</p><p&g

24、t;　　吸收CO2的流程包括吸收和解吸兩大部分。混合氣體冷卻至20℃ 下進(jìn)入吸收塔底部，水從塔頂淋下，塔內(nèi)裝有填料以擴(kuò)大氣液接觸面積。在氣體與液體接觸的過(guò)程中，氣體中的CO2溶解于水，使離開(kāi)吸收塔頂?shù)臍怏wCO2含量降低至允許值，而溶有較多CO2的液體由吸收塔底排出。為了回收CO2并再次利用水，需要將水和CO2分離開(kāi)，稱為溶劑的再生。解吸是溶劑再生的一種方法，含CO2的水溶液經(jīng)過(guò)加熱后送入解吸塔，與上升的過(guò)熱蒸汽接觸，CO2從液相中解吸至

25、氣相。CO2被解吸后，水溶劑得到再生，經(jīng)過(guò)冷卻后再重新作為吸收劑送入吸收塔循環(huán)使用。</p><p>　　設(shè)計(jì)填料吸收塔實(shí)體主體結(jié)構(gòu)示意圖如下：</p><p>　　2.3 吸收塔設(shè)備的選擇</p><p>　　對(duì)于吸收過(guò)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)備中選擇合適的類型是進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)得首要工作。而進(jìn)行這一項(xiàng)工作則需對(duì)吸收過(guò)程進(jìn)行充分的研究后

26、，并經(jīng)多方案對(duì)比方能得到較滿意的結(jié)果。一般而言，吸收用塔設(shè)備與精餾過(guò)程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求，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(jiǎn)單，造價(jià)低，易于制造、安裝、操作和維修等。</p><p>　　在液體流率很低難以充分潤(rùn)濕填料，或塔徑過(guò)大，使用填料塔不很經(jīng)濟(jì)的情況下，以采用板式塔為宜。但作為吸收過(guò)程，一般具有操作液氣比大的特點(diǎn)，因而更適

27、用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過(guò)程節(jié)能，所以對(duì)于吸收過(guò)程來(lái)說(shuō)，以采用填料塔居多。</p><p>　　本次吸收塔設(shè)計(jì)選擇填料吸收塔。</p><p>　　2.4 填料的選擇</p><p>　　塔填料是填料塔中的氣液相間傳質(zhì)組件，是填料塔的核心部分。其種類繁多，性能上各有差異。</p><p>　　1.散堆填料 目前散堆

28、填料主要有環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料。所用的材質(zhì)有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金屬等</p><p>　?。?）拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料于1914年由拉西（F. Rashching）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)，如圖片拉西環(huán)所示。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應(yīng)用。</p><p>　?。?） 鮑爾環(huán)填料如圖片鮑耳環(huán)所示，鮑爾環(huán)是對(duì)拉西環(huán)的改進(jìn)

29、，在拉西環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，被切開(kāi)的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開(kāi)孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種應(yīng)用較廣的填料。</p><p>　　（3） 階梯環(huán)(Stairs wreath)填料如圖片階梯環(huán)所示，填料的階梯環(huán)

30、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)的一端成喇叭口形狀的翻邊。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。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>　　（4） 矩鞍填

31、料如圖片矩鞍填料所示，將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時(shí)不會(huì)套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場(chǎng)合，均已被瓷矩鞍填料所取代。</p><p>　　（5） 金屬環(huán)矩鞍填料如圖片金屬換環(huán)聚鞍填料所示，環(huán)矩鞍填料（國(guó)外稱為Intalox）是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制

32、成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，在散裝填料中應(yīng)用較多。</p><p>　　2．規(guī)整填料 規(guī)整填料是由許多相同尺寸和形狀的材料組成的填料單元，以整砌的方式裝填在塔體中。規(guī)整填料主要包括板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、格利希格柵、脈沖填料等，其中尤以板波紋填料和絲網(wǎng)波紋填料所用材料主要有金屬絲網(wǎng)和塑料絲網(wǎng)。</p><p&g

33、t;　?。?）格柵填料(Space grid filler)是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用最早的格柵填料為木格柵填料。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以圖片3-12（b）所示的格里奇格柵填料最具代表性。格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負(fù)荷大及防堵等場(chǎng)合。</p><p>　?。?）波紋填料(Ripples filler)目前工業(yè)上

34、應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30°和45°兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤填料間交錯(cuò)90°排列。波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，

35、為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價(jià)高，但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　金屬板波紋填料是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液體、加強(qiáng)橫向混合的作用。波紋板片上軋成細(xì)小溝紋，可起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場(chǎng)合。</p

36、><p>　?。?）金屬壓延孔板波紋填料(The metals presses to postpone the bore plank ripples filler)是另一種有代表性的板波紋填料。它與金屬孔板波紋填料的主要區(qū)別在于板片表面不是沖壓孔，而是刺孔，用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為0.4～0.5mm小刺孔。其分離能力類似于網(wǎng)波紋填料，但抗堵能力比網(wǎng)波紋填料強(qiáng)，并且價(jià)格便宜，應(yīng)用較為廣泛。波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)

37、緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大（常用的有125、150、250、350、500、700等幾種）。波紋填料的缺點(diǎn)是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價(jià)高。</p><p>　?。?）脈沖填料(Pulse filler)是由帶縮頸的中空棱柱形個(gè)體，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料。脈沖填料組裝后，會(huì)形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴(kuò)大，氣液兩相通過(guò)時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈

38、的湍動(dòng)。在縮頸段，氣速最高，湍動(dòng)劇烈，從而強(qiáng)化傳質(zhì)。在擴(kuò)大段，氣速減到最小，實(shí)現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴(kuò)大的交替重復(fù)，實(shí)現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過(guò)程。脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，故特別適用于大塔徑的場(chǎng)合。工業(yè)上常用規(guī)整填料的特性參數(shù)可參閱有關(guān)手冊(cè)。</p><p>　　由于該過(guò)程處理量不大，所以所用的塔直徑不會(huì)太大，以采用填料塔較為適宜，所以采用聚丙烯塑料

39、階梯環(huán)填料。其主要性能參數(shù)為：</p><p>　　比表面積 =132.5</p><p>　　孔隙率 =0.90</p><p>　　形狀修正系數(shù) =1.45</p><p>　　填料因子

40、 =115m</p><p>　　臨界張力 </p><p>　　堆積密度 </p><p><b>　　3 物料衡算</b></p><p>　　3.1 混合氣體中進(jìn)出塔的摩爾組成</p><p>　

41、　3.2 混合氣體中進(jìn)出塔的摩爾比組成</p><p>　　3.3 混合氣體中惰性氣體的量</p><p>　　4 氣液平衡曲線及操作線</p><p>　　4.1 相平衡常數(shù)計(jì)算</p><p>　　由手冊(cè)查得，操作壓力為2.0 Mpa，溫度為20℃下，在水中的亨利系數(shù)為 </p><p><b>　　則

42、相平衡常數(shù)</b></p><p><b>　　4.2 平衡線</b></p><p>　　對(duì)清水吸收低濃度氣體，氣液平衡關(guān)系服從亨利定律，可用表 示。該平衡線方程為</p><p>　　5 最小液氣比及吸收劑（水）的用量計(jì)算</p><p><b>　　5.1 最小液氣比</b>&

43、lt;/p><p><b>　　5.2 吸收劑用量</b></p><p>　　吸收劑用量是影響吸收操作的重要因素之一，它直接影響設(shè)備尺寸和操作費(fèi) 用，選擇適宜的液氣比，可使兩種費(fèi)用之和最小。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下取吸收劑用量為最小用量的1.1-2.0倍是比較適宜的。</p><p>　　取液氣比為最小液氣比的1.2倍，即</p>

44、<p>　　5.3 塔底吸收液的組成</p><p><b>　　5.4 操作線</b></p><p><b>　　6 塔徑計(jì)算</b></p><p>　　6.1 填料選擇及參數(shù)</p><p>　　填料的作用是為氣液兩相提供充分的接觸面，并提高流體（主要是氣相）的 湍動(dòng)程度，有利于

45、傳質(zhì)。用水吸收二氧化碳操作溫度不太高，且物系無(wú)顯著腐蝕性時(shí)，可選擇塑料階梯環(huán)（亂堆）。其相關(guān)參數(shù)如下：</p><p>　　6.2 液泛氣速計(jì)算 </p><p>　　由化學(xué)工程手冊(cè)查得，操作壓力為2.0Mpa，溫度為20℃條件下 ， </p><p>　　查工程手冊(cè)得，溫度為20℃時(shí)水的粘度為</p><p>　　6.3 塔徑計(jì)算及圓整

46、</p><p>　　氣體沿塔徑上升可視為通過(guò)一個(gè)空管，按流量公式計(jì)算塔徑：</p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　D:塔徑，m; </b></p><p>　　qv: 在操作條件下混合氣體體積流量，m3/s; </p><p>　　u: 混

47、合氣體的空塔氣速，m/s;</p><p>　　選擇低氣速，壓降小，動(dòng)力消耗少，但塔徑大，設(shè)備投資高，且不利于氣 液充分接觸，傳質(zhì)效率低；選擇高氣速，塔徑小設(shè)備投資小，但壓降大，動(dòng)力消耗大，操作不平穩(wěn)。綜合考慮，適宜操作氣速通常取泛點(diǎn)氣速的50%—85%。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)取</b></p><p>　　根據(jù)壓力

48、容器公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)，圓整為D=0.8m</p><p>　　6.4 填料塔噴淋密度及塔徑校核</p><p>　　填料塔內(nèi)傳質(zhì)效率的高低與液體的分布和填料的潤(rùn)濕情況有關(guān)，為使填料能 獲得良好的潤(rùn)濕，應(yīng)保證塔內(nèi)液體噴淋密度不低于某一下限值。</p><p>　　因填料尺寸小于75mm,故取</p><p>　　7 填料層高度計(jì)算</p&

49、gt;<p>　　7.1 傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算</p><p>　　清水吸收二氧化碳?xì)庖浩胶怅P(guān)系服從亨利定律，故可用脫吸因數(shù)法計(jì)算傳質(zhì) 單元數(shù)。</p><p>　　7.2 傳質(zhì)單元高度計(jì)算</p><p>　　① 各關(guān)聯(lián)式中的物性數(shù)據(jù)</p><p>　　氣體性質(zhì)（以操作溫度20℃，壓強(qiáng)2.0Mpa的計(jì)）</p>&l

50、t;p><b>　　擴(kuò)散系數(shù)：</b></p><p>　　液體性質(zhì)（以操作溫度20℃計(jì)）</p><p>　　氣體與液體的質(zhì)量流速</p><p><b>　　塑料階梯環(huán)的特性:</b></p><p><b>　?、谟行П缺砻娣e</b></p><

51、p><b>　　③液相傳質(zhì)系數(shù) </b></p><p><b>　?、軞庀鄠髻|(zhì)系數(shù) </b></p><p><b>　?、萦?jì)算</b></p><p><b>　　⑥傳質(zhì)單元高度</b></p><p>　　7.3填料層高度及塔高計(jì)算</

52、p><p><b>　　8 壓降計(jì)算</b></p><p>　　利用Eckert通用壓降關(guān)聯(lián)圖計(jì)算，如圖所示:</p><p><b>　　圖 通用壓降關(guān)聯(lián)圖</b></p><p>　　（1）氣體進(jìn)出口壓力降</p><p>　　由后面主要接管尺寸計(jì)算可知，氣體的進(jìn)出口接管

53、內(nèi)徑為42mm。</p><p>　　則氣體的進(jìn)出口流速為:</p><p>　　則進(jìn)口 (突然擴(kuò)大）</p><p>　　出口（突然縮） </p><p><b>　　（2）填料層壓力降</b></p><p>　　氣體通過(guò)填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算，有

54、前面計(jì)算可知</p><p><b>　　其中橫坐標(biāo)為:</b></p><p>　　查《散裝填料壓降填料因子平均值》得</p><p><b>　　m-1</b></p><p>　　縱坐標(biāo)為:

55、 </p><p>　　查Eckert關(guān)聯(lián)圖得</p><p><b>　　所以填料層壓力降</b></p><p>　　其它塔內(nèi)間的壓力降較小,因此可忽略</p><p>　　于是得到吸收塔的總壓力降為</p><p>　　9 輔助設(shè)備及選型</p><p&

56、gt;　　填料塔操作性能的好壞，與塔內(nèi)輔助構(gòu)件的選型和設(shè)計(jì)緊密相關(guān)，合理的選型與設(shè)計(jì)，可保證塔的分離效率，生產(chǎn)能力與壓降要求。塔的輔助構(gòu)件包括液體分布裝置，再分布裝置，除霧沫器，氣體和液體的進(jìn)出口管徑，填料支撐裝置，以及泵的選取。</p><p>　　9.1 液體分布裝置</p><p>　　一個(gè)理想的液體分布裝置的要求是：通道不易阻塞，不需要很大的壓頭，氣體通過(guò)時(shí)阻力小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造

57、和安裝方便等。</p><p>　　該吸收塔塔徑為，流體流量為：</p><p>　　氣體負(fù)荷量較小，而溢流型盤式分布器不易堵塞，操作彈性較好，自由表面積較小，適用于塔徑小于，氣液負(fù)荷小的塔，故選用溢流型盤式分布器。</p><p>　　9.2 液體再分布裝置</p><p>　　液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，易形成“壁流”，使液體的分布不均勻而使

58、傳質(zhì)效率降低，嚴(yán)重時(shí)甚至使得中心填料不能被干燥而形成“干錐”。因此在出現(xiàn)嚴(yán)重壁流甚至“干錐”之前，應(yīng)在各段設(shè)置液體再分布器以提高全塔效率。</p><p>　　一個(gè)好的液體再分布器應(yīng)盡量少占用塔的有效高度，有較大的自由截面積，壓降小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，又能承受氣液流動(dòng)的沖擊，便于拆卸。</p><p>　　分配錐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適于直徑小于的塔，選用分配錐，錐殼下端直徑為，該吸收塔選用塑料填料，每段

59、高度不超過(guò)，故安裝2個(gè)分配錐，因此每段高度。如下圖：</p><p><b>　　9.3 裙座</b></p><p>　　對(duì)于高大地塔設(shè)備，根據(jù)工藝要求和載荷特點(diǎn)，常采用裙座支撐塔體。圓筒形裙座制作方便，經(jīng)濟(jì)上合理，應(yīng)用廣泛。故該塔采用圓筒形裙座。</p><p><b>　　9.4 除沫器</b></p>

60、<p>　　穿過(guò)填料層的氣體有時(shí)會(huì)夾帶液體和霧滴，因此需在塔頂氣體排出口前設(shè)置除沫器，以盡量除去氣體中被夾帶的液體霧沫。除沫器一般設(shè)在塔的頂部，用于收集夾在氣流中的液滴，適用高效的除沫器，對(duì)回收昂貴的物料，提高分離效率，改善塔后設(shè)置的操作狀況，減少環(huán)境污染都是非常重要的。</p><p>　　絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大，重量輕，空隙率大以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其是它具有除沫效率高，壓降小的特點(diǎn)，是目前使用

61、具廣泛的除沫裝置。該塔使用絲網(wǎng)除沫器，其外徑稍小于，與塔內(nèi)徑相近并且直接固定于塔壁上。</p><p>　　9.5氣體和液體進(jìn)出口管徑的計(jì)算</p><p><b>　　有公式： </b></p><p>　　Vs ：為流體的體積流量，m3/s</p><p>　　u ：為適宜的流體流速，m/s .</p>

62、<p>　　9.5.1液體的進(jìn)出口直徑的計(jì)算</p><p><b>　　初定液體流速為：</b></p><p>　　取管徑為（采用可拆式孿管，）（《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》）</p><p><b>　　液體實(shí)際流速為：</b></p><p>　　進(jìn)出口管徑均選用，流速為</p&

63、gt;<p><b>　　普通無(wú)縫鋼管</b></p><p>　　9.5.2 氣體進(jìn)口管徑的確定</p><p><b>　　初定氣體流速</b></p><p><b>　　普通無(wú)縫鋼管</b></p><p>　　9.6 填料支撐裝置</p>

64、<p>　　填料的支撐裝置用來(lái)承受填料與填料內(nèi)液體的重量，因此必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠耐介質(zhì)腐蝕，有足夠的自由截面積，在支承處不發(fā)生液泛，而且制造、拆卸方便等！</p><p>　　柵板是工業(yè)填料塔中最常見(jiàn)的支承結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便。該塔氣液流量均較小，且塔徑大于，故采用分塊式柵板。</p><p>　　9.6 離心泵的計(jì)算與選擇</p><p>

65、;<b>　　流量</b></p><p><b>　　流量所需的揚(yáng)程</b></p><p>　　式中 —兩截面處位頭差；</p><p>　　—兩截面處?kù)o壓頭之差；</p><p>　　—兩截面處動(dòng)壓頭之差；</p><p><b>　　—直管阻力；</

66、b></p><p>　　—管件、閥門局部阻力；</p><p>　　根據(jù)前面設(shè)計(jì)資料對(duì)上述公式各項(xiàng)進(jìn)行估算：</p><p>　　管路總阻力和所需壓頭計(jì)算根據(jù)管路的平立面布置，計(jì)算所得雷諾數(shù)為： </p><p>　　利用柏拉修斯關(guān)系式有：</p><p>　　根據(jù)填料塔高及泵的大體位置，

67、管路長(zhǎng)取12.625m,</p><p>　　選用三個(gè)90。彎頭，三個(gè)截止閥全開(kāi)</p><p>　　考慮到安全系數(shù)，查得流量的安全系數(shù)為1.1，揚(yáng)程的安全系數(shù)為1.05～1.1</p><p>　　因?yàn)樵撐找郧逅疄槲談?，選用離心泵型號(hào)為：IS125-100-250單級(jí)單吸離心泵，</p><p>　　其性能參數(shù)如下（見(jiàn)附錄五）</

68、p><p><b>　　10 設(shè)計(jì)匯總</b></p><p>　　10.1 通過(guò)物料恒算所得進(jìn)出塔的物料組成</p><p>　　10.2 填料塔的工藝尺寸</p><p><b>　　結(jié)論 </b></p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)我們?cè)O(shè)計(jì)的是一個(gè)處理變換氣氣量為1220N

69、m3/h的填料吸收塔。整個(gè)過(guò)程大致可以分為三個(gè)部分：</p><p>　　方案的確定。通過(guò)查找資料以及一些基本的計(jì)算從而確定整個(gè)工藝流程，計(jì)算方法以及各部分需要計(jì)算的量。通過(guò)綜合考慮，我們填料吸收塔的填料選用的是塑料階梯環(huán)，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。</p><p>　　優(yōu)化。這是課程設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，通過(guò)計(jì)算我們得到最小液氣比，優(yōu)化得到最小液氣比系數(shù)為70.128，再計(jì)算出水的

70、流量，從而得到填料層高度為12.5m，塔高為15.625m，塔徑為0.8m。然后根據(jù)流量及相關(guān)參數(shù)選擇填料塔設(shè)備及輔助設(shè)備。</p><p>　　畫(huà)圖。經(jīng)優(yōu)化確定設(shè)計(jì)的塔高為15.625m，填料層高度為12.5m，塔徑為0.8m，并在國(guó)標(biāo)上查得各類附屬零件參數(shù)，繪制出工藝流程圖及填料塔裝配圖。</p><p><b>　　謝辭</b></p><p

71、>　　衷心的感謝在此次課程設(shè)計(jì)中擔(dān)任設(shè)計(jì)指導(dǎo)的張先龍老師，正是有張老師耐心的指導(dǎo)，我們才在課程設(shè)計(jì)中少走了很多彎路，能夠成功的完成，既對(duì)已學(xué)知識(shí)得到充分復(fù)習(xí)和鞏固，又學(xué)到了很多在書(shū)本上學(xué)不到的東西。也衷心的感謝學(xué)院為我們提供這樣一個(gè)能夠鍛煉自身的機(jī)會(huì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 俞金壽，《化工自動(dòng)化及儀表》， 上海

72、:華東理工大學(xué)出版社, 2011.2.</p><p>　　[2] 崔鵬,《化工原理》,合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2003.07.</p><p>　　[3] 喻健良,《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》,大連：大連理工大學(xué)出版社，2009.07.</p><p>　　[4] 路秀林、王者相,《塔設(shè)備》,北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2004.01.</p><p>

73、　　[5] 林大均、于傳浩、楊靜，《化工制圖》，北京：高等教育出版社, 2007.08.</p><p>　　[6] 胡健生，《化工制圖》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010.07.</p><p>　　[7] 方利國(guó)，《計(jì)算機(jī)在化學(xué)化工中的應(yīng)用》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.12.</p><p>　　[8] 方利國(guó)，《計(jì)算機(jī)輔助化工制圖與設(shè)計(jì)》，北京：化學(xué)工業(yè)出

74、版社, 2010.04.</p><p>　　[9] 胡憶溈、余波、胡艷菊等，《化工設(shè)備與機(jī)器》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2009.12.</p><p>　　[10] 李功樣、陳蘭英、崔英德，《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》，廣州：華南理工大學(xué)出版社,2003.04.</p><p>　　[11] 付家新、王衛(wèi)國(guó)、肖穩(wěn)發(fā)，《化工原理課程設(shè)計(jì)》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 20

75、10.11.</p><p>　　[12] 馬江權(quán)、冷一欣，《化工原理課程設(shè)計(jì)》，北京：中國(guó)石化出版社,2009.</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄1 主要符號(hào)注釋說(shuō)明：</p><p>　　—?dú)庀嗟哪柫髁?，?lt;/p><p>　　—常壓下氣相的體積流量，；&l

76、t;/p><p>　　—標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的摩爾體積，；</p><p>　　—?dú)庀嗷旌蠚怏w的相對(duì)分子質(zhì)量，；</p><p>　　—?dú)庀嗟馁|(zhì)量流量，；</p><p>　　—惰性氣體的摩爾流量，；</p><p><b>　　—?dú)庀嗄柗謹(jǐn)?shù)；</b></p><p><b&

77、gt;　　—亨利系數(shù)，；</b></p><p><b>　　—相平衡常數(shù)；</b></p><p><b>　　—操作壓力，；</b></p><p><b>　　—?dú)庀嗄柋龋?lt;/b></p><p><b>　　—回收率；</b><

78、/p><p>　　—吸收劑的摩爾流量，；</p><p>　　—吸收劑的質(zhì)量流量，；</p><p><b>　　—液相摩爾比；</b></p><p><b>　　—摩爾氣體常數(shù)，；</b></p><p><b>　　—操作溫度，；</b></p&

79、gt;<p><b>　　—?dú)庀嗟拿芏?，?lt;/b></p><p><b>　　—吸收劑的密度，；</b></p><p>　　—液相的質(zhì)量流量，；</p><p>　　—填料的總比表面積，；</p><p><b>　　—空隙率，無(wú)因次；</b></p&g

80、t;<p><b>　　—填料因子，；</b></p><p>　　—液體密度校正系數(shù)，無(wú)因次；</p><p><b>　　—液相粘度，；</b></p><p><b>　　—液泛氣速，；</b></p><p><b>　　—空塔氣速，；</

81、b></p><p>　　—操作壓力下的氣體體積流量，；</p><p><b>　　—填料塔塔徑，；</b></p><p>　　—最小液體噴淋密度，；</p><p><b>　　—液體噴淋密度，；</b></p><p><b>　　—填料直徑，；<

82、;/b></p><p><b>　　—操作氣速，；</b></p><p>　　—填料的表面張力，；</p><p><b>　　—填料的形狀系數(shù)；</b></p><p>　　—液體的表面張力，；</p><p>　　—在水中的擴(kuò)散系數(shù)，；</p>&

83、lt;p>　　—?dú)怏w的質(zhì)量流量，；</p><p>　　—液體的質(zhì)量流量，；</p><p><b>　　—塔的橫截面積，；</b></p><p>　　—填料的潤(rùn)濕比表面積，；</p><p><b>　　—液膜吸收系數(shù)，；</b></p><p>　　—?dú)怏wA在氣體

84、B中的擴(kuò)散系數(shù)，；</p><p>　　—?dú)庀嗟臄U(kuò)散吸收，；</p><p>　　—標(biāo)準(zhǔn)狀況下純氣體組分的粘度，；</p><p>　　—操作條件下氣體的粘度，；</p><p>　　—?dú)怏w總吸收系數(shù)，；</p><p><b>　　—溶解度系數(shù)，；</b></p><p>

85、;　　—?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度，；</p><p>　　—脫吸因數(shù)，無(wú)因次；</p><p>　　—?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元數(shù)；</p><p><b>　　—填料層高度，；</b></p><p><b>　　—總塔高，；</b></p><p><b>　　附錄2 常用數(shù)據(jù)&

86、lt;/b></p><p>　　(1)不同溫度下水的物理化學(xué)常數(shù)</p><p>　　（查自：《化工原理實(shí)驗(yàn)》附表）</p><p>　　(2)不同溫度下二氧化碳?xì)怏w水溶液的亨利系數(shù)</p><p>　　(3)常見(jiàn)材質(zhì)的臨界表面張力值</p><p>　　(4)塔徑與填料公稱直徑的比值D/d的推薦值</p