水吸收氨氣填料吸收塔的課程設(shè)計

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

2、導(dǎo)教師： </p><p>　　評審教師： </p><p>　　完成日期： </p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p

3、><p>　　設(shè)計一座填料吸收塔，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小時連續(xù)運行</p><p><b>　　廠址</b></p><p

5、><b>　　成都地區(qū)</b></p><p><b>　　設(shè)計方案的確定</b></p><p><b>　　裝置流程的確定</b></p><p>　　本次設(shè)計采用逆流操作：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、的特點是：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。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，吸收過程是依靠氣體在吸收劑中的溶解來實現(xiàn)的，因此，選擇良好的吸收劑是吸收過程的重要一環(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，吸收劑對混合氣體的溶質(zhì)要有良好的吸收能力，而對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。</p><p>　　6. 其它，所選用的吸收劑還應(yīng)滿足無毒性，無腐蝕性，不易燃易爆，不發(fā)泡，冰點低，廉價易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。</p><p&

9、gt;　　因為用水做吸收劑，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，氣體通過時可達(dá)到很高的湍動程

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、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費用最低。</p><p>　　2.3.2 填料種類的選擇</p><p>　　填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選擇填料既要滿足生產(chǎn)工

11、藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費用較低。填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]以下幾個方面：</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)選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料</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)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。</p><p>　　（1）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。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也

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直徑的比值D/d應(yīng)大于8。</p><p>　　（2）規(guī)整填料規(guī)格的選擇 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內(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，填料費用也明顯增加。選用時應(yīng)從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術(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型，同一規(guī)格的填料，也可選用同種類型不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；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)計時應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原

15、則來選擇填料的規(guī)格。</p><p>　　2.3.4 填料材質(zhì)的選擇</p><p><b>　　填料的類型</b></p><p><b>　　1拉西環(huán)填料</b></p><p>　　優(yōu)點：易于制造，價格低廉，且對它的研究較為充分，所以在過去較長的時間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。</p>

16、<p>　　缺點：由于高徑比大，堆積時填料間易形成線接觸，因此液體在填料層流動時，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)壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯 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)展起來的鮑爾環(huán)是在的側(cè)壁上開一層或兩層長方形小孔，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。可由陶瓷、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)的特點集于一體而形成的一種獨特結(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

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體填料，與之對應(yīng)的另一類金屬絲網(wǎng)制成的填料稱為網(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：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：造價很高，故多用于實驗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：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)整填料幾乎無放大效應(yīng)，通常具有很高的傳質(zhì)效率。</p><p>　　缺點：造價較高，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>　　對于純?nèi)軇┪者^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>　　吸收過程屬于底濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小氣液比可按下式計算：</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塔徑的計算</b></p><p>　　3.3.1塔徑的計算</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----霍夫泛點關(guān)聯(lián)式:</p><p><b>　　= -0.59</b></p><p>　　取泛點率為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)填料與塔徑的對應(yīng)關(guān)系及實際操作要求,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>　　故滿足最小噴淋密度的要求</p><p>　　3.4填料層高度計算</p

33、><p>　　3.4.1傳質(zhì)單元高度計算</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、的計算</p><p>　　由 Z = HOG×NOG = 0.462×12.24 = 5.655m</p><p>　　取上下活動系數(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 填料層壓降的計算 </p><p>　　填料層壓降:氣體通過填料層的壓降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計算,</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)備工藝計算</p><p>　　4.1 塔附屬高度的計算</p><p>　　取塔上部空間高度可取1.5m,塔底液相停留時間按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填料塔效率影響很大，分布器的設(shè)計不當(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意的分離效果。因而液體分布器的設(shè)計十分重要。特別對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密度（即單位面積上的布液點數(shù)），各布液點均勻性，各布液點上液相組成的均勻性決定，設(shè)計液體分布器主要是決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。對液體分布器的選型和設(shè)計，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>　　液體分布器的種類較多，有多種不同的分類方法，一般多以液體流動的推動</p><p>　　力或按結(jié)構(gòu)形式分。若按流動推動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，噴淋點密度應(yīng)遵循填料的效率越高所需的噴淋點密度越大這一規(guī)律。</p><p><b>　　分布點密度計算：</b></p><p>　　按Eckert建議值，D≈

48、750時，噴淋點密度為170點／m2，所以設(shè)計取噴淋點密度為170點／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</p><p><b>　　布液計算：</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>　　由計算得，設(shè)計布液點數(shù)為48點，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)向下流動時，有一種逐漸向塔壁流動的趨勢，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某一數(shù)值時，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，以收集來自上一填料層來的液體，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很多，大體上可分為兩類：一類是液體收集器與液體再分布器各自獨立，分別承擔(dān)液體收集和再分布的任務(wù)。另一類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式液體再分布器、多孔盤式再分布器

52、和截錐式液體再分布器。最簡單的液體再分布裝置為截錐式再分布器，其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，一般多用于直徑小于0.6m的填料塔中，以克服壁流作用對傳質(zhì)效率的影響。</p><p>　　由于此次設(shè)計填料層高度為10m需分段，根據(jù)實際情況選取多孔盤式液體再分布器。為防止上一填料層來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,使各項參數(shù)均在一定范圍。</p><p>　　對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)計塔內(nèi)件，對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，同時保證氣液兩相順利通過。支承若設(shè)計不當(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，對于普通填料塔，支承件上的流體通過

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)計時應(yīng)取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中會產(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塔內(nèi)氣液的流動狀態(tài)也會產(chǎn)生影響，因此作為填料支承裝置，除考慮其對流體流動的影響外，一般情況下填料支承裝置應(yīng)滿足如下要求：</p><p>　?。?） 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，機(jī)械震動，溫度波動等因素。</p><p>　　足夠的開孔率（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，對于普通填料塔，支承件上的流體通過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)計時應(yīng)取盡可能大的自由截面。自由截面太小，在操作中

58、會產(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)計條件，本次設(shè)計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)生松動或跳動，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。對于散裝填料，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；對于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設(shè)計中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發(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)荷突然波動時，阻止填料產(chǎn)

61、生相對運動，從而避免填料松動、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，填料壓板可隨填料層一起下落，緊緊壓住填料而不會形成填料的松動、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時填料向上移動而造成填料層出現(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、正確時不會使填料下沉，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。對于直徑較大的塔，進(jìn)氣管的末端為向下的喇叭口，對于直徑更大的塔，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)計中塔內(nèi)外壓差較大時，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填料塔時，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，氣體通過時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，造成一個離心力場，液滴在離心力作用下，向塔壁運動實現(xiàn)了氣液分離。適用于大塔徑凈化要求高的場合。絲網(wǎng)除

66、沫器，它由金屬絲卷成高度為100-150的盤狀使用。安裝方式多種多樣，氣體通過除霧沫器的壓強(qiáng)降約為120-250Kp，絲網(wǎng)除沫器的直徑由氣體通過絲網(wǎng)的最大氣速決定。</p><p>　　根據(jù)本吸收特點及要求，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)計算</p><p>　　吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)主要包括氣體通過填料塔的壓力降、

67、泛點率、氣體動能因子等，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>　　由離心泵的選擇計算 全塔壓降</p><p>　　4.4.2 吸收塔的泛點率</p><p>　　填料塔的泛點率是指塔內(nèi)操作氣速與泛點氣速的比值。操作氣速是指操作條件的空塔氣速，泛點氣速采用貝恩—霍根關(guān)系

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

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

70、圍內(nèi)。</p><p>　　從以上的各項指標(biāo)分析，該吸收塔的設(shè)計合理，可以滿足吸收操作的工藝要求。</p><p>　　4.5 其他附屬設(shè)備的計算與選擇</p><p>　　4.5.1 吸收塔的主要接管尺寸的計算</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>　　選擇熱軋無縫鋼管，則</p><p><b>　?。ㄔ诜?/p>

74、合范圍內(nèi)）</b></p><p>　　4.5.2 離心泵的計算與選擇</p><p><b>　　計算過程如下：</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：三個標(biāo)準(zhǔn)截止閥全

75、開 ; </p><p>　　三個標(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算總表</p><p><b>　　表⒉塔設(shè)備計算總表</b></p><p><b>　　表⒊填料計

77、算總表</b></p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　這次我的課程設(shè)計題目是水吸收氨過程填料塔的設(shè)計，這是關(guān)于吸收中填料塔的設(shè)計。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)較簡單，壓降低，填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點。</p><p>　　本設(shè)計中，開始的時候我打算采用Eckert

78、通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速，但是我發(fā)現(xiàn)用查圖的方法誤差很大，同時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)式計算泛點氣速的，所以最后采用了關(guān)聯(lián)式來計算泛點速度。 </p><p>　　在填料的選擇中，我?guī)缀跏怯门懦▉磉x擇的，后來認(rèn)為DN38計算得的結(jié)果比比較好。雖然在同類填料中，尺寸越小的，分離效率越高，但它的阻力將增加，通量減小，填料費用也增加很多。用DN38計算所得的D/

79、d值也符合階梯環(huán)的推薦值。</p><p>　　本設(shè)計我們所設(shè)計的填料塔產(chǎn)能大，分離效率高，持液量小，填料塔結(jié)構(gòu)較為簡單，造價適合。不過，它的操作范圍小，填料潤濕效果差，當(dāng)液體負(fù)荷過重時，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)計是我們在校大學(xué)生必須經(jīng)過的一個過程，通過課程設(shè)計的鍛煉，可以為我們即將來的畢業(yè)設(shè)計打下堅實的基礎(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.化工過程及設(shè)備設(shè)計.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[2]賈紹義，柴誠敬等編.化工原理課程設(shè)計.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1990</p><p>　　匡國柱,史啟才主編. 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計.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.過程設(shè)備設(shè)計.北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[4]王靜康 編.化工過程設(shè)計.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）