化工原理課程設計水吸收氨氣填料塔設計教材

1、 化工原理課程設計 水吸收氨氣填料塔設計 學院 專業(yè) 班級 姓名 學號 指導教師 2012 年 12 月 11 日 設計任務書 水吸收氨氣填料塔設計 （一） 設計題目 混合氣體的處理 混合氣體的進料 試設計一座填料吸收塔， 采用清水吸收混于空氣中的氨氣 量為 3200m3/h，其中含氨為 8% （體積分數(shù)） 溫度為 25。要求： 塔頂排放氣體中含氨低于 0.04%（體積分數(shù)） 二） 操作條件 1）操作壓力：常壓 2）操作溫度： 20 3）吸收劑用量為最小用量的倍數(shù)自己確定 （三） 填料類型 聚丙烯階梯環(huán)吸收填料塔 四） 設計內(nèi)容 1）設計方案的確定和說明 2）吸收塔的物料衡算； 3）吸收塔的工

2、藝尺寸計算； 4）填料層壓降的計算； 5）液體分布器簡要設計； 6）繪制液體分布器施工圖 7）吸收塔接管尺寸計算； 8）設計參數(shù)一覽表； 9）繪制生產(chǎn)工藝流程圖（ A3 號圖紙）； 10）繪制吸收塔設計條件圖（ A3 號圖紙）； 11）對設計過程的評述和有關問題的討論。 目錄 前 言 1 第一節(jié) 填料塔主體設計方案的確定 2 1.1 裝置流程的確定 2 1.2 吸收劑的選擇 2 1.3 課程設計任務 3 1.4 填料的類型與選擇 3 1.4.1 填料種類的選擇 4 1.4.2 填料規(guī)格的選擇 6 1.4.3 填料材質(zhì)的選擇 6 1.5 基礎物性數(shù)據(jù) 7 1.5.1 液相物性數(shù)據(jù) 7 1.5.2

3、 氣相物性數(shù)據(jù) 8 1.5.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 8 1.5.4 物料橫算 8 第二節(jié) 填料塔工藝尺寸的計算 1.0 2.1 塔徑的計算 1.0 2.2 填料層高度的計算及分段 1.2 2.3 填料層壓降計算： 1.4 第三節(jié) 填料塔內(nèi)件的類型及設計 1.5 3.1 液體分布裝置 1.5 3.2 液體再分布裝置 1.7. 3.3 填料支撐裝置 1.8 3.4.流體進出口流差 2.0 設計一覽表 2.1 對本設計的評述 2.2 參考文獻 2.3 前言 在化學工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個組分加以分離，其主要目 的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)， 以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分， 使氣體

4、凈化， 以便進一步加工處理， 或除去工業(yè)放空尾氣中的有害成分， 以免污 染空氣。吸收操作是氣體混合物分離方法之一， 它是根據(jù)混合物中各組分在某一 種溶劑中溶解度不同而達到分離的目的。 塔設備按其結(jié)構(gòu)形式基本上可分為兩類； 板式塔和填料塔。 以前在工業(yè)生產(chǎn) 中，當處理量大時多用板式塔， 處理量小時采用填料塔。 近年來由于填料塔結(jié)構(gòu) 的改進，新型的、 高負荷填料的開發(fā)， 既提高了塔的通過能力和分離效能又保持 了壓降小、性能穩(wěn)定等特點。因此，填料塔已經(jīng)被推廣到大型氣、液操作中，在 某些場合還代替了傳統(tǒng)的板式塔。 如今，直徑幾米甚至幾十米的大型填料塔在工 業(yè)上已非罕見。 隨著對填料塔的研究和開發(fā)， 性

5、能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工 業(yè)生產(chǎn)中。 為了避免化學工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成 空氣污染， 需要采用一定方法對于工業(yè)尾氣中的氨氣進行吸收， 本次課程設計的 目的是根據(jù)設計要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有氨氣的工業(yè)尾氣， 使 其達到排放標準。設計采用填料塔進行吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液 傳質(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進行，而且， 填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡單、 壓降低、 填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點， 從而可以使 吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。 利用混合氣體中各組分在同一種液體 (溶劑 ) 中溶解度差異而實現(xiàn)組分分離 的過程稱為氣

6、體吸收氣體吸收是一種重要的分離操作， 它在化工生產(chǎn)中主要用來 達到以下幾種目的。 (1) 分離混合氣體以獲得一定的組分。 (2) 除去有害組分以凈 化氣體。 (3) 制備某種氣體的溶液。一個完整的吸收分離過程，包括吸收和解吸 兩個部分。典型過程有單塔和多塔、逆流和并流、加壓和減壓等。 第一節(jié) 填料塔主體設計方案的確定 1.1 裝置流程的確定 本次設計采用逆流操作： 氣相自塔低進入由塔頂排出， 液相自塔頂進入由塔 底排出，即逆流操作。 逆流操作的特點是：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。 1.2 吸收劑的選擇 吸收過程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的

7、溶解來實現(xiàn)的， 因此，吸收劑性能的 優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關鍵之一，選擇吸收劑時應著重考慮以下幾方面。 (1) 溶解度 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度要大， 以提高吸收速率并減少吸收劑 的用量。 (2) 選擇性 吸收劑對溶質(zhì)組分要有良好的吸收能力， 而對混合氣體中其他組 分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實現(xiàn)有效分離。 (3) 揮發(fā)度要低 操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低， 以減少吸收和再生過程中 吸收劑的揮發(fā)損失。 (4) 黏度 吸收劑在操作溫度下的黏度越低， 其在塔內(nèi)的流動性越好， 有助于 傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。 (5) 其他 所選用的吸收劑應盡可能滿足無毒性、 無腐蝕性，不易燃易爆、 不 發(fā)

8、泡、冰點低、價廉易得以及化學性質(zhì)穩(wěn)定等要求。 吸收劑對溶質(zhì)的組分要有良好地吸收能力， 而對混合氣體中的其他組分不吸 收，且揮發(fā)度要低。所以本設計選擇用清水作吸收劑，氨氣為吸收質(zhì)。水廉價易 得，物理化學性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對吸收劑的基本要求。且氨氣 不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?附圖：工業(yè)常用吸收劑 溶質(zhì) 溶劑 溶質(zhì) 溶劑 氨 水、硫酸 丙酮蒸汽 水 氯化氫 水 二氧化碳 水、堿液 二氧化硫 水 硫化氫 堿液、有機溶劑 苯蒸汽 煤油、洗油 一氧化碳 銅氨液 1.3 課程設計任務 1. 氣體混合物成分：空氣和氨 2. 空氣中氨的含量 : 8.0% （體積含量即為摩爾含量） 3. 混合氣體

9、流量 3200 m3/h 4. 操作溫度 293K 5. 混合氣體壓力 101.3KPa 6. 尾氣氨含量 0.04% 7. 采用清水為吸收劑 8. 填料類型：采用聚丙烯鮑爾環(huán)填料 設計步驟： （ 1）根據(jù)設計任務和工藝要求，確定設計方案 ; （2）針對物系及分離要求，選擇適宜填料； （ 3）確定塔徑、填料層高度等工藝尺寸（考慮噴淋密度） ； （4）計算塔高、及填料層的壓降； （5）塔內(nèi)件設計。 因為用水做吸收劑，故采用純?nèi)軇?1.4 填料的類型與選擇 填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同， 可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。 塔填料（簡稱為填料）是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣、液兩相相接觸傳

10、質(zhì)與傳熱的表面， 其性能優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素。 填料的比表面 3 積越大， 氣液分布也就越均勻， 傳質(zhì)效率也越高， 它與塔內(nèi)件一起決定了填料塔 的性質(zhì)。因此，填料的選擇是填料塔設計的重要環(huán)節(jié)。 塔填料的選擇包括確定填料的種類、 規(guī)格及材料。 填料的種類主要從傳質(zhì)效 率、通量、 填料層的壓降來考慮， 填料規(guī)格的選擇常要符合填料的塔徑與填料公 稱直徑比值 D/d。 1.4.1 填料種類的選擇 填料種類很多，根據(jù)填料方式不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。 1 、散裝填料 散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體， 一般以隨機的方式堆 積在塔內(nèi)， 又稱為亂堆填料或顆粒填料。 散

11、裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同， 可分為環(huán) 形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種典型的散裝填料。 (1) 拉西環(huán)填料。其結(jié)構(gòu)為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金屬 等材質(zhì)制造。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)速率低，阻力大，通量小，目前 工業(yè)上已很少用了。 (2) 鮑爾環(huán)填料。鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎上改進而得。其結(jié)構(gòu)為在拉西環(huán) 的側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔， 被切開的環(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，可用陶瓷、塑料、金 屬等材質(zhì)制造。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔， 大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率， 氣體阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)

12、相比，其通量可增加 50%左右。鮑爾環(huán)是 目前應用較廣的填料之一。 (3) 階梯環(huán)填料。階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減 少了一半， 并在一端增加了一個錐形翻邊。 由于高徑比減少， 使得氣體繞填料外 壁的平均路徑大為縮短， 減少了氣體通過填料層的阻力。 錐形翻邊不僅增加了填 料的機械強度， 而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主， 這樣不但增加 了填料間的間隙， 同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點， 可以促進液膜的 表面更新， 有利于傳質(zhì)效率的提高。 階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)， 成為目前使 用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。 (4) 弧鞍填料。弧鞍填料屬鞍形填料的一種，

13、其形狀如同馬鞍，一般采用瓷 質(zhì)材料制成。 弧鞍填料的特點是表面全部敞開， 不分內(nèi)外， 液體在表面來那個側(cè) 均勻的流動，表面利用率高，流道呈弧形，流動阻力小。其缺點是易發(fā)生套疊， 致使一部分填料表面被重合，使傳質(zhì)效率降低?；“疤盍蠌姸容^差，容易破碎， 工業(yè)生產(chǎn)應用不多。 (5) 矩鞍填料。將弧鞍填料兩端的弧形面改成矩形面，且兩面大小不等，即 成為矩鞍填料。 矩鞍填料堆積時不會套疊， 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)。 目前國內(nèi)絕大多數(shù)應用瓷拉西環(huán)的場合， 均 已被矩鞍填料所取代。 (6) 環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點而設計出的一種新 型填料，

14、 該填料一般以金屬材質(zhì)制成， 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)點集于一體， 其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)， 是 工業(yè)應用最為普遍的一種金屬散裝填料。下圖為幾種實體填料： 拉西環(huán) 鮑爾環(huán) 階梯環(huán) 弧鞍形填料 矩鞍形填料 圖 2.2 幾種實體填料 2 、規(guī)整填料 規(guī)整填料是按一定的幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多， 根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料、 波紋填料、脈沖填料等。 工業(yè)上應用的規(guī)整填料 絕大部分為波紋填料。 波紋填料按結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類， 可 用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。 金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式， 是由金屬絲網(wǎng)

15、制成的。 其特點 是壓降低、分離效率高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、 熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。 盡管其造價高， 但因性能優(yōu)良仍得到廣泛 使用。 金屬板波紋填料是板波紋填料的主要形式。 該填料的波紋板片上沖壓有許多 4mm 6mm 的小孔，可起到粗分配板片上的液體，加強橫向混和作用。波紋 5 板片上軋成細小溝紋，可起到細分配板片上的液體、增強表面潤濕性能的作用。 金屬孔板波紋填料強度高， 耐腐蝕性強， 特別適用于大氣直徑塔及氣、 液負荷較 大的場合 波紋填料的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積 大。其缺點是不適用于處理黏度大、易聚合或有懸浮物的

16、材料，且裝卸、清理困 難，造價高。 綜上所述，經(jīng)分析各填料特點、性能，本課設選擇散裝階梯環(huán)填料。 1.4.2 填料規(guī)格的選擇 工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 Dn16Dn25Dn38 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，通量減小，填料費用也增加很多。 而大尺寸的填料應用于小直徑塔中， 又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流， 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。 常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值 D/d 的推薦值列于。 表 3-1 填料種類 D/d 的推薦值 拉西環(huán) D/d 2030 鞍環(huán) D/d 15 鮑爾環(huán) D/d 1015 階梯環(huán) D/d

17、8 環(huán)矩鞍 D/d8 1.4.3 填料材質(zhì)的選擇 工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類 . (1) 陶瓷填料。陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸 以外的常見的各種無機酸、 有機酸的腐蝕， 對強堿介質(zhì)， 可以選用耐堿配方制造 的耐堿陶瓷填料。 陶瓷填料因其質(zhì)脆、易碎，不易在高沖擊強度下使用。陶瓷填料價格便宜， 具有很好的表面潤濕性，工業(yè)上，主要用于氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過 程。 6 (2) 金屬填料。金屬填料可用多種材質(zhì)制成，金屬材料的選擇主要根據(jù)物系 的腐蝕性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來綜合考慮。 碳鋼填料造價低， 且具有良好的表 面濕潤性能， 對于無腐蝕或低腐蝕性

18、物系應優(yōu)先考慮使用； 不銹鋼填料耐腐蝕性 強，一般能耐 cl 以外常見物系的腐蝕，但其造價較高；鈦材、特種合金鋼等材 質(zhì)制成的填料造價級高，一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用。 金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)( 0.2 0.1mm)，與同種類型、同種規(guī)格的陶瓷、 塑料填料相比， 它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能， 能在高溫、 高壓、高沖擊強度下使用，工業(yè)應用主要以金屬填料為主。 (3) 塑料填料。塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，國 內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。 塑料填料的耐腐蝕性能較好， 可耐一般的無機酸、 堿 和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在 100以下使用。聚丙

19、烯填料在低 溫(低于 0)時具有冷脆性，在低于 0的條件下使用要謹慎，可選用耐低溫 性能好的聚氯乙烯填料。 塑料填料具有輕質(zhì)、廉價、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點，多用于吸收、解吸、 萃取、除塵等裝置中。 塑料填料的缺點是表面潤濕性能較差， 在某些特殊應用場 合，需要對其表面進行處理， 以提高表面潤濕性能。 所以本次課設選用聚丙烯填 料。 1.5 基礎物性數(shù)據(jù) 1.5.1 液相物性數(shù)據(jù) 對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查 得 20 水的有關物性數(shù)據(jù)如下： 1. l 998.2kg / m3 2. 黏度： l 0.001pa.s 3.6kg / m.h 2 3. 表面張力為

20、 : z 72.6dyn/cm 940896kg / h2 4. 20 CNH3 :H 0.725kmol / m3 kpa 5. 20 CNH3 :Dl 7.34 10 6m2 /h 22 6. 20 CNH3 :Dv 0.225cm2 /s m2 /h 1.5.2 氣相物性數(shù)據(jù) 1. 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 M 0.08 17 (1 0.08) 29 28.04(kg / kmol) 2. 混合氣體的平均密度 PM 101.3 103 28.04 10 3 3 V 1.166kg /m3 V RT 8.315 293 3 R=8.314 m3 KPa /kmol K 3. 混合氣體黏度可

21、近似取為空氣黏度。查手冊得 20 C 時，空氣的黏度 v 1.73 10 5 pa s 6228 10 5kg/m h 注：1N 1kg m/s2 1 1Pa 1N/m2 1kg/ s2 m 1Pa.s=1kg/m.s 1.5.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 由手冊查得，常壓下， 200C 時，NH3 在水中的亨利系數(shù)為 E=76.3kpa 200C時, NH3 在水中的溶解度 : H=0.725kmol/m 相平衡常數(shù)： m E L 998.2 0.754 P HM SP 0.725 18.02 101.3 溶解度系數(shù) : H 0.725kmol /( m3 kpa) 1.5.4 物料橫算 1. 進塔氣

22、相摩爾比為 Y1 0.08 0.08696 1 1 0.08 2. 出塔氣相摩爾比為 Y2 0.0004 對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為： X 2 0( 清水) 273 1 混合氣體流量： 3200 133.11(kmol /h) 293 22.4 惰性氣體流量： V 133.11 (1 0.08) 122.46(kmol /h) (L) Y1 Y2 (V )min X1 X 2 最小液氣比： Y1 Y2 Y1 X 0.08696 0.0004 0.08696 0 0.754 0.0.7505 取實際液氣比為最小液氣比的 2.5 倍，則可得吸收劑用量為： L 0.7231 122.46 2

23、.5 229.77(kmol /h) X1 V(Y1 Y2) L 0.04613 0.08696 0.0004 0.7505 2.5 V單位時間內(nèi)通過吸收塔的惰性氣體量， kmol/s; L單位時間內(nèi)通過吸收塔的溶解劑， kmol/s; Y1、Y2分別為進塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比， koml/koml; X1、X2分別為進塔及出塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比， koml/koml; 液氣比 L 229.77 18 3200 1.166 1.108 經(jīng)計算該吸收過程為低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù) 據(jù)?；旌蠚怏w的黏度可近似取為空氣的黏度。 第二節(jié) 填料塔工藝尺寸的計算 填料塔

24、工藝尺寸的計算包括塔徑的計算、填料能高度的計算及分段 2.1 塔徑的計算 混合氣體的密度 PM RT 33 101.3 103 28.04 10 3 8.315 293 3 1.166kg / m3 填料總比表面積： at 132.5m 2 / m3 水的黏度 L 1.004mPa s 采用貝恩 - 霍根泛點關聯(lián)式計算泛點速度： lgugF2 at3 V g3L 137.859 1 0.204 1.75 ( 32001.16 0.4755 2 uF at V 0.2 F 3t V L0.2 0.3346 g3L uF 1/4 1/8 L0.2 A K wLV L wVL 1 8 3 0.334

25、6 9.81 0.913 998.2 0.23.9961m / s 132.5 1.166 1.0040.2 F泛點氣速， m/s； g 重力加速度， 9 81m/s2 a t 填料總比表面積， m2m3 填料層空隙率， m3m3； V, L氣相、液相密度， k/m3； L液體粘度， mPas; A,K關聯(lián)常數(shù)。 散裝填料類型 A K 規(guī)整填料類型 A K 塑料鮑爾環(huán) 0.0942 1.75 金屬階梯環(huán) 0.106 1.75 3.1 不同類型填料的 A、K值 10 金屬鮑爾環(huán) 0.1 1.75 瓷矩鞍 0.176 1.75 塑料階梯環(huán) 0.204 1.75 金屬環(huán)矩鞍 0.06225 1.75

26、 取泛點率為 0.6，即 u 0.6uF 0.6 3.9961 2.3997m/ s 4 3200 3.14 2.3997 3600 0.6872m / s 圓整后取 D 0.7m D塔徑， m； V操作條件下混合氣體的體積流量， m3/s ; u 空塔氣速，即按空塔截面積計算的混合氣體線速度， m/s. 圓整后取 D=0.8m(常用的標準塔徑為 400、500、 600、700、800、1000、1200、 1400、1600、2000、2200) 泛點率校核： 3200 3600 0.785 0.72 2.311m / s u uF 2.311 3.9961 0.5783 對于散裝填料，

27、其泛點率的經(jīng)驗值為 u/uF 0.5 0.85 ) 填料規(guī)格校核： D 700 18.42 8 d 38 液體噴淋密度校核： 取最小潤濕速率為： (LW )min 0.08m3 /(m h) at 132.5m2 /m3 所以 U min(LW )min at 0.08 132.5 10.6m3 /(m2 h) 11 2 0.785 D 2 229.77 18 998.2 2 0.785 0.82 32 10.78m3 /(m2 h) U min 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 D 0.7m 合理。 2.2 填料層高度的計算及分段 查表知， 0 C ，101.3 kpa下， NH 3在空氣中的

28、擴散系數(shù) Do 0.17cm2 / s 由DG Do(P)(TT )2， 則 293 k ， 101.3 kpa 下 ， NH 3 在 空 氣 中 的 擴 散 系 數(shù) 為 2 0.189cm2 /s 3 Do(110011.33)(227933)23 液相擴散系數(shù) DL 1.80 10 9m2 /s 液體質(zhì)量通量為 UL 229.77 182 10752.27kg /( m2 h) 0.785 0.72 氣體質(zhì)量通量為 UV 3200 1.1662 9700.25kg /(m2 h) V 0.785 0.72 Y1 mX1 0.754 0.04613 0.03478 Y2 mX2 0 mV 0

29、.754 122.46 脫吸因數(shù)為 S 0.4019 L 229.7 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： NOG 1 1 1SLn(1 S) Y1 Y2 S Y2 Y2 1 0.4019 Ln(1 0.4019) 0.08696 0 0.0004 0 0.4019 8.144 氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算： aw 1 exp 1.45 ( c)0.75UL 0.1 UL at 0.05 L at (at L) ( L2g ) 2 U L0.2 ( U L)0.2 L Lat 12 0.06228 0.237 ( 9700.25)0.7 ( 4 132.5 0.06228 1.166 0.189

30、 10 4 3600 2 0.1141km ol /( m2 h kpa) 14 13 132.5 0.189 3600 10 4 ) ( ) 8.314 293 不同材質(zhì)的 c 值見表 3.2 3.2 不同材質(zhì)的 c 值 材質(zhì) 鋼 陶瓷 聚乙烯 聚氯乙 烯 碳 玻璃 涂石蠟的表面 表面張力， N/m 103 75 61 33 40 56 73 20 查表知， c 33dyn/cm 427680kg / h2 2 aw427680 0.75 10752.27 0.11075.272 132.5 0.05 w 1 exp 1.45 ()0.75 ( )0.1 ( 2 8 ) 0.05 at940

31、896 132.5 3.6998.22 1.27 108 10752.272 所以， t 0.2 (998.2 940896 132.5) 0.064365 氣膜吸收系數(shù)由下式計算： 1 at v G 0.237( UV )0.7 ( VDVV)3 (aRt DTV ) 液膜吸收系數(shù)由下式計算： L2 L1 L g 1 L 0.0095 (a L ) 3 ( LD ) 2 ( L g)3 aw L L DL L 2 1072.2723 0.0095 () 3 ( 9 0.064365 132.5 3.6 998.2 1.80 10 9 3600 UL 1072.27 3.6 11 ) 12 (

32、3.6 1.27 108 )13 ) ( 998.2 ) 1.54 表 3.3 各類填料的形狀系數(shù) 填料類 型 球 棒 拉西環(huán) 弧鞍 開孔環(huán) 值 0.72 0.75 1 1.19 1.45 查表得： 1.45 13 aw 0.4 0.1141 0.064365 132.5 1.451.1 1.464kmol /(m3 h kpa) u uF 0.5783 0.5 Ga 1 9.5 ( u 0.5)1.4 G a 由uF得， La 1 2.6 ( u 0.5)2.2 L a uF 1.4 3 Ga 1 9.5 (0.0.5783 0.5)1.4 1.464 1.857kmol /(m3 h kp

33、a) L a 1 2.6 (0.5783 0.5) 2.2 15.238 15.3839 1h H OG 1 11 Ga HL a 11 1.857 0.725 15.3839 1.5919kmol /(m3 h kpa) V KYa V122 .46 2 G a P1 .5919 101.3 0.785 0.72 1.9743m 由 Z H OG NOG 1.9743 8.144 16.0787m Z 0.7 9.368 11.255m 設計取填料層高度為： Z 12m 查表：對于階梯環(huán)填料， h 8 15,hmax 6m D 將填料層分為兩段設置，每段 6m，兩段間設置一個液體再分布器 2

34、.3 填料層壓降計算： 采用 Eckert 通用關聯(lián)圖計算填料層壓降 橫坐標為： L ( V )0.5 229.77 18 (1.166) 0.5 0.03788 V L 3200 1.166 998.2 查表得： P 116m 1 縱坐標為： u P V L0.2 2.311 116 1 1.166 1.0040.2 0.07383 g L L 9.81 998.2 14 1.54 0.064365 132.5 1.450.4 15.3839 1h P 查圖得， 451.26pa/ m Z 填料層壓降為： P 451.26 12pa 5.415kpa 第三節(jié) 填料塔內(nèi)件的類型及設計 3.1

35、液體分布裝置 液體分布器的作用： 液體分布裝置設于填料層頂部， 用于將塔頂液體均勻分布在 填料表面上，液體的分布裝置性能對填料塔效率影響很大， 特別是大直徑、 低填 料層的填料塔，尤其需要性能良好的液體分布裝置。 由于液體在填料塔內(nèi)分布均勻， 可以增大填料的潤濕表面積， 以提高分離效 果。因此，液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏埽?是保證填料塔達到預期分離效果的重要 15 條件。從噴淋密度考慮，應保證每 60m2 的塔截面上約有一個噴淋點，這樣，可 以防止塔內(nèi)壁流和溝流現(xiàn)象 . 常用的液體分布裝置有蓮蓬式、盤式、齒槽式及多孔管式分布器等。 蓮蓬式噴淋器 : 液體經(jīng)半球形噴頭的小孔噴出。小孔直徑為 310

36、m，做同心 圓排列，噴灑角不超過 80 。這種噴淋器結(jié)構(gòu)簡單，但只適用于直徑小于 600mm 的塔中，且小孔易堵塞。 盤式分布器 : 盤低開有篩孔的稱為塞孔式，盤底裝有垂直短管的稱為溢流管 式。液體加至分布盤上，經(jīng)篩孔或溢流短管流下。篩孔式的 液體分布效果好， 而溢流管式自由截面積較大，且不易堵塞。盤式分布器常用于直徑較大的塔中， 基本可保證液體分布均勻，但其制造較麻煩。 齒槽式分布器 : 液體先經(jīng)過主干齒槽向其下個條形做第一級分布，然后再向 填料層上面分布。 這種分布自由截面積大， 不易堵塞，多用于直徑較大的填料塔。 多孔環(huán)管式分布器 : 由多孔圓形盤管、聯(lián)接管及中央進料管組成。這種分布 器

37、氣體阻力小，特別使用于液量小而氣量大的填料吸收塔。 液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達到預期分離效果的重要條件。 近年來的實踐表明，大直徑填料塔的放大問題主要是保證液體初始分布均 勻，若能保證單位塔截面的噴淋點數(shù)目與小塔相同， 大型填料塔的傳質(zhì)效率將不 會低于小型塔。 液體分布裝置的安裝位置，須高于填料層表面 200mm以, 提供足夠的自由空 間，讓上升氣流不受約束地穿過分布器。 根據(jù)氨氣易溶解的性質(zhì)， 可選用目前應 用較為廣泛的多孔型布液裝置中的排管式噴淋器。 多孔型布液裝置能提供足夠均 勻的液體分布和空出足夠大的氣體通道（自由截面一般在70%以上），也便于制 成分段可拆結(jié)構(gòu)。 液體引

38、入排管噴淋器的方式采用液體由水平主管一側(cè)引入， 通過支管上的小 孔向填料層噴淋。 排管式噴淋器采用塑料制造。 分布點密度計算： 為了使液體初始分布均勻， 原則上應增加單位面積上的噴淋點數(shù)。 但是，由 于結(jié)構(gòu)的限制，不可能將噴淋點設計得很多。 根據(jù) Eckert 建議，當 D 800mm時， 16 每 60cm2 塔截面設一個噴淋點。則總布液孔數(shù)為： 2 0.785 0.7 2 n 4 64.11 64 60 10 4 布液計算： 由 LSdo2n 2g H 229.77 18 3 3 LSm3 /s 0.00129m3 / s S 3200 998.2 取 0.60 ， H 160mm do

39、n 2g H 4LS 4 0.00129 3.14 85 0.6 2 9.81 0.16 0.00429m 4.29mm 3.2 液體再分布裝置 實踐表明，當噴淋液體沿填料層向下流動時， 不能保持噴淋裝置所提供的原 始均勻分布狀態(tài)， 液體有向塔壁流動的趨勢。 因而導致壁流增加、 填料主體的流 量減小、塔中心的填料不被潤濕， 影響了流體沿塔橫截面分布的均勻性， 降低傳 質(zhì)效率。所以，設置再分布裝置是十分重要的。 液體分布器分為截錐形再分布器、 邊圈槽型再分布器、改進截錐形再分布器 , 見圖 3.2 ?？蛇x用多孔盤式再分布器。 分布盤上的孔數(shù)按噴淋點數(shù)確定， 孔徑為 49.7mm。為了防止上一填料

40、層來的液 體直接流入升氣管，應在升氣管上設帽蓋。它的設計數(shù)據(jù)如下：分布盤外徑 -785mm，升氣管數(shù)量 -6. 圖3.2 （a）、（ b）為兩種截錐式再分布器。其中（ a）型是將截錐體固定在塔 壁上，其上下均可裝滿填料，錐體不占空間，是最簡單的一種。 （b）型是在截錐 上方設支承板，截錐以下隔一段距離再放填料，需分段卸出填料時可用此型。 截錐體與塔壁的夾角一般取為 35-400，截錐下口直徑 D1=（0.7 0.8 ）D。 截錐型再分布器適于直徑 800mm以下的塔應用。 17 圖3.2（c）為邊圈槽形再分布器。壁流液匯集于邊圈槽中，再由溢流管引入 填料層。邊槽寬度為 50 100mm，可依塔

41、徑大小選取，溢流管直徑為 1632mm， 一般取 34根溢流管。此型結(jié)構(gòu)簡單，氣體通過截面較大，可用于 3001000mm 直徑的塔中，其缺點是噴灑不夠均勻。 圖3.2（d）為改進形分配錐，此型既改善了液體分布情況，又有較大的自由 70mm，溢流管直徑 截面積，適用于 600mm以下塔徑。 綜上所述，本設計選用邊圈槽形再分布器，邊槽寬度為 為 25mm。 a）、（b）截錐式 （c）邊圓槽形 圖 3.2 常用液體再分布器 d）改進截錐式 3.3 填料支撐裝置 填料支承裝置用于支承塔填料及其所持有的氣體、 液體的質(zhì)量， 同時起著氣 液流道及氣體均布作用。故在 設計支承板是應滿足下列三個基本條件：

42、（1）自 由截面與塔截面之比不小于填料的空隙率； （ 2）要有足夠的強度承受填料重量及 填料空隙的液體；（3）要有一定的耐腐蝕性。 用豎扁鋼制成的柵板作為支承板最為常用，如圖 3.3 中的（ a）。柵板可以制 成整塊或分塊的。一般當直徑小于 500mm時可制成整塊；直徑為 600800mm時， 可以分成兩塊；直徑在 900 1200mm時，分成三塊；直徑大于 1400mm時，分成四 塊；使每塊寬度約在 300400mm之間，以便拆裝。 柵板條之間的距離應約為填料環(huán)外徑的 0.6 0.7 。在直徑較大的塔中， 當填 料環(huán)尺寸較小的， 也可采用間距較大的柵板， 先在其上布滿尺寸較大的十字分隔 18

43、瓷環(huán)，再放置尺寸較小的瓷環(huán)。這樣，柵板自由截面較大，如圖 3.3 （c）所示。 當柵板結(jié)構(gòu)不能滿足自由截面要求時， 可采用如圖 3.3（ b）所示的升氣管式 支承板。氣相走升氣管齒縫，液相由小孔及縫底部溢流而下。這類支承板，有足 夠齒縫時， 氣相的自由截面積可以超過整個塔德橫截面積， 所以絕不會在此造成 液泛。 本設計塔徑 D=800m，m 采用結(jié)構(gòu)簡單、自由截面較大、金屬耗用量較小，由 豎扁鋼制成的柵板作為支承板，將其分成兩塊，柵板條之間的距離約為24.7mm。 為了改善邊界狀況， 可采用大間距的柵條， 然后整砌一、 二層按正方形排列的瓷 質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支承，以取得較大的孔隙率。由于采用

44、的是 50mm的填料， 所以可用 75mm的十字環(huán)。 （a）柵板（b）升氣管式（c）十 字隔板環(huán)層 圖3.3 填料支承板 填料支撐裝置對于保證填料塔的操作性能具有重大作用。 采用結(jié)構(gòu)簡單、 自 由截面較大、 金屬耗用量較小的柵板作為支撐板。 為了改善邊界狀況， 可采用大 間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支撐，以 取得較大的孔隙率。由于采用的是 38mm的填料，所以可用 75mm 的十字環(huán)。 19 塔徑 D 800mm ，設計柵板由 2 塊組成。且需要將其擱置在焊接于塔壁的支 持圈或支持塊上。分塊式柵板，每塊寬度為 400mm，每塊重量不超過 700N，以便 從人孔

45、進行裝卸。 3.4.流體進出口流差 填料塔的氣體進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，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成 450 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 的錐形擴大器，或采用其它均布氣流的裝置。 氣體出口裝置既要保證氣流暢通， 又要盡量除去被夾帶的液沫。 最簡單的裝 置是在氣體出口處裝一除沫擋板， 或填料式、絲網(wǎng)式除霧器， 對除沫要求高時可 采用旋流板除霧器。 由于本設計對排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴， 可不 設除液沫裝置。 為防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。 常壓塔氣體進出口管氣速可取 1020m/s（高壓塔氣速低于此值） ；液體進 出口管氣速可取 0.8 1.5m/s （必要時可加大些） 。管徑依所選氣速決定后，應 按標準管規(guī)格進行圓整，并規(guī)定其厚度。 氣體進氣口氣速取 15m/s，液體進液口流速取 1.2m/s 氣體進出口管直徑： D14Vs 4.148 液體進出口管直徑： D 2 4 4.148 0.03497m 2 3.14 1.2 3600 按標準管規(guī)格進行圓整后得，氣體進口出管直徑 D1=115.9mm，厚度為 10mm 液體進出管直徑 D2=41.63mm，厚度為 8mm。 設計位于塔底的進氣管時， 主要考慮兩個要