工程原理課程設(shè)計---清水吸收混合氣中二氧化硫

1、 第一章 前言31.1 填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點31.2 填料塔的設(shè)計任務(wù)及步驟3第二章 吸收塔主體設(shè)計方案確定3概述3設(shè)計方案的確定3流程方案3流程布置4吸收劑的選擇4填料的選擇4吸收過程對填料的要求4填料的選取5設(shè)備的選用6第二章 吸收塔的工藝計算7氣液平衡關(guān)系7平衡關(guān)系及平衡線的確定9吸收劑用量及操作線的確定10吸收劑用量的確定10基本物性參數(shù)的計算13氣相物性參數(shù)計算13液相物性參數(shù)計算14第三章 填料塔工藝尺寸計算17塔徑的計算17泛點氣速的計算17塔徑的計算20校核21填料層高度的確定24傳質(zhì)系數(shù)的計算24第四章 塔內(nèi)件設(shè)置29液體分布器29填料支承板30填料壓板和床層限制板30氣體

2、的進口裝置與排液裝置30塔高的確定31輔助設(shè)備的選型31管徑的計算31泵的選型33風(fēng)機的選擇35第五章 結(jié)果討論37參考文獻39 第一章 前言1.1 填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點填料塔不但結(jié)構(gòu)簡單，且流體通過填料層的壓降較小，易于用耐腐蝕材料制造，所以她特別適用于處理量肖，有腐蝕性的物料及要求壓降小的場合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進行傳質(zhì)。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。 填料塔的設(shè)計任務(wù)及步驟設(shè)計任務(wù)：清水吸收混合氣中二氧化硫。設(shè)計步驟：（1）確定吸收流程；（

3、2）物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成；（3）選擇填料、計算塔徑、填料層高度、填料的分層、塔高的確定。（4）流體力學(xué)特性的校核：液氣速度的求取，噴淋密度的校核，填料層壓降P的計算。（5）附屬裝置的選擇與確定：液體噴淋裝置、液體再分布器、氣體進出口及液體進出口裝第二章 吸收塔主體設(shè)計方案確定概述吸收是利用氣體在液體中的溶解度差異來分離氣態(tài)均相混合物的一種單元操作。用于吸收的設(shè)備類型很多，如我們常見的填料塔、板式塔、鼓泡塔和噴灑塔等。工業(yè)吸收操作中更多的使用填料塔。確定方案是本課程設(shè)計的首要步驟。包括：流程方案用地下水作為吸收劑，水來自地下或水槽，由于是逆流操作，需要泵將水抽到塔頂;由于氨水

4、具有輕度腐蝕性，故需要防腐泵，氣體則需選用風(fēng)機。泵一個型號需配置兩臺，供替換使用，風(fēng)機需一臺。詳細流程參見流程圖。實際操作中的流量計和壓力表等也需要考慮出現(xiàn)問題以后不影響正常工作。流程布置由于逆流操作時平均推動力大，吸收劑利用率高，完成一定分離任務(wù)所需傳質(zhì)面積小，所以選定流程為逆流。對于無相變傳熱，當冷、熱流體的進、出口溫度一定時，逆流操作的平均推動力大于并流，因而傳遞同樣的熱流量，所需傳熱面積較小。就增加傳熱推動力而言，逆流操作總是優(yōu)于并流。此時吸收劑用量未知，我們可以按照逆流進行物料衡算得出吸收劑用量后，以此作為一個評判標準，判斷是否該用逆流。 吸收劑的選擇吸收劑性能的優(yōu)劣是決定吸收操作效

5、果的關(guān)鍵之一，選擇吸收劑用量時應(yīng)著重考慮以下幾個方面：1.溶解度要大，以提高吸收率并減少吸收劑的需用量；2.選擇性要好，對溶質(zhì)組分以外其他組分的溶解度要很低或基本不溶；3.揮發(fā)度要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的會發(fā)；4.操作溫度下吸收劑應(yīng)具有較低的粘度，且不易產(chǎn)生泡沫，以實現(xiàn)吸收塔內(nèi)良 好的氣液接觸狀況；5.對設(shè)備腐蝕性小或基本無腐蝕性，盡可能無毒；6.價廉、易得、化學(xué)穩(wěn)定性要好，便于再生，不易燃燒等。本次課設(shè)的題目中，已給出吸收劑為25地下水。吸收過程對填料的要求 填料的選擇是填料塔設(shè)計中最為重要的一步，在本次課設(shè)中，選用兩種填料進行計算，最終根據(jù)計算結(jié)果擇優(yōu)。 填料塔對填料的要求表現(xiàn)在

6、以下幾方面：1. 比表面積要大；2. 能提供大的流體通量；3. 液體的再分布性能要好；4. 要有足夠的機械強度；5. 價格低廉。填料的選取 首先選擇散裝填料，這是由于規(guī)整填料在裝卸、清理時相對困難，且同種類型的規(guī)整填料，其表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用造價也明顯增高。其次，要進行兩種填料間的比較，則應(yīng)選用相同的外徑，這樣才具有可比性。陶瓷材質(zhì)的材料雖然質(zhì)脆、易碎，但其耐腐蝕性較好，一般能耐除氫氟酸以外的常見的無機酸、有機酸及各種有機溶劑的腐蝕。且表面潤濕性強，價格便宜，可在低溫、高溫下工作，具有一定的抗沖擊性，故應(yīng)用較為廣泛。塑料材質(zhì)的雖耐腐蝕性能好，價格適中，但耐溫

7、性及濕潤性較差。金屬材質(zhì)有碳鋼、鋁鋁和鋁合金等，多用于操作溫度較高而無顯著腐蝕性的操作。本次設(shè)計任務(wù)是高濃氨混合氣體吸收，其具有強腐蝕性，故最佳填料選擇應(yīng)為陶瓷質(zhì)地。 一般用于直徑小于900的小塔，選用外徑為25mm的填料;而直徑大于900的塔，一般采用50mm以上的大填料。 綜上所述，選取的兩種填料見表1-1 表1-1（亂堆）填料類型外徑dmm比表面積m2/m3UfU填料因子填料塔經(jīng)（mm_) D陶瓷鮑爾環(huán)252203001000陶瓷鮑爾環(huán)50110130900陶瓷拉西環(huán)251904501000陶瓷拉西環(huán)50932201000綜合比較，合理范圍內(nèi)填料塔徑D 均大于900mm,據(jù)此采用50mm

8、以上的大填料。故d=25mm的等數(shù)值無需再繼續(xù)計算比較。設(shè)備的選用塔體噴淋裝置 填料塔 填料液體再分布器填料支撐裝置等在本次課程設(shè)計中，要求用 25小于0.005%的稀氨水作為吸收劑吸收氨氣，原料氣由45%的氨氣和55%的空氣組成。選用填料塔來吸收，填料塔有結(jié)構(gòu)簡單、壓力降小、傳質(zhì)效率高、便于采用耐腐蝕材料制造，以及生產(chǎn)能力大、吸收效果好、操作彈性大等優(yōu)點，塔的底部有用來支撐填料的柵板，并允許氣液通過，支撐板上的填料有亂堆方式。填料層的上方有液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑于填料的表面上，使整個塔截面的填料表面潤濕。但因填料層中的液體有向塔壁流動的趨勢，即“趨壁效應(yīng)”，因此填料層較高時往往將其

9、分為幾段，每一段填料層上方設(shè)有再分布器，將沿塔壁流動的液體導(dǎo)向填料層內(nèi)。近些年來，由于性能優(yōu)良的新型填料不斷開發(fā)，改善了填料層內(nèi)氣液兩相的分布與接觸情況。在某些場合甚至正逐步取代傳統(tǒng)板式塔。第二章 吸收塔的工藝計算吸收設(shè)計計算過程主要包括以下幾點：1.確定氣液平衡關(guān)系。2.確定吸收劑用量及操作線方程。3.填料的選擇。4.確定塔徑及塔的流體力學(xué)性能。5.填料層高度的計算。6.管路及輔助設(shè)備的計算。氣液平衡關(guān)系由于原料氣組成中，氨氣占45%，含量較高，用地下水吸收時會產(chǎn)生很大的熱效應(yīng)，使塔內(nèi)溫度顯著升高，對氣液平衡關(guān)系和吸收速度產(chǎn)生明顯影響，屬于非等溫吸收。在逆流吸收塔中氣液平衡關(guān)系是溫度的函數(shù)，

10、溫度升高，平衡關(guān)系便要改變，所以，在這種情況下不能再利用我們熟悉的亨利定律，應(yīng)重新按照非等溫吸收的熱衡算，根據(jù)液相濃度和溫度的變化情況，定出實際的平衡關(guān)系。非等溫吸收的熱效應(yīng)主要包括：1.吸收質(zhì)與吸收劑混合時產(chǎn)生的混合熱，即溶解熱。2.氣體溶解時由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時放出的潛熱。3.化學(xué)反應(yīng)熱。物理吸收計算中只考慮溶解熱，溶解熱分為積分溶解熱和微分溶解熱。在吸收過程中所用的吸收劑量很大，液相濃度一般變化較小，于是混合熱可考慮為微分溶解熱。在假定非等溫吸收的平衡關(guān)系時，為簡化計算，通常做如下三點假設(shè)：1.不考慮熱損失。2.吸收劑帶走的潛熱不計。3.氣相帶走的熱量不計。以上假設(shè)，即是假定吸收過程中所釋

11、放出的熱量全部用來加熱液體。在給定的設(shè)計條件中得知，要設(shè)計的是高濃度氣體的非等溫吸收。由塔頂?shù)剿椎臐舛燃皽囟茸兓^大，平衡關(guān)系的確定常采用近似法。將吸收塔按液相濃度x的變化分成若干段，每段濃度變化為,如圖2-1所示，對第i段作熱量衡算：圖 2-1 非等溫吸收熱衡算 : : i-1 i i+1 : : i 根據(jù)課設(shè)要求，此處我們可以假設(shè)濃度變化范圍為x=（00.1）,分為20段，即每段濃度變化為=0.005。溶質(zhì)被吸收時放出的熱量：液相溫度由升至?xí)r吸收的熱量：根據(jù)前面的假設(shè)，吸收過程中放出熱量全部用于液相升溫，=即則有: （2-1） 式中：， 第i段兩端的液相溫度，； 第i段兩端的液相濃度差；

12、 溶液流率，Kmol/h(由于很小，L可視為常數(shù)) 溶液的平均比熱，(KJ/Kmol·) 溶質(zhì)的微分溶解熱，KJ/Kmol(取和間的平均值)在塔頂液相濃度=0，溫度=25的情況下，由式2-1逐段計算出每個下的液相溫度，建立吸收塔中液相濃度x與溫度t的對應(yīng)關(guān)系。平衡關(guān)系及平衡線的確定在非等溫吸收操作中，吸收塔內(nèi)液相的濃度和溫度分別由塔頂處的，增加到塔底處的，。在此液相濃度和溫度范圍內(nèi)，隨著和t的變化，氣液兩相的平衡關(guān)系也在改變，即不同溫度對應(yīng)著不同的平衡曲線。實際平衡關(guān)系可由溫度與濃度的關(guān)系得到，可由經(jīng)驗公式來確定。對于氨氣和水溶液的平衡物系，若選用經(jīng)驗公式，可作如下計算： 式中： 氨

13、在水溶液中的摩爾分率 T 溶液的溫度， K 溶液上方氨的平衡分壓 ，Hg由于是常壓下吸收，氣相可是為理想氣體，按道爾頓分壓定律，計算與相平衡的: 式中：P 操作壓強，Hg 計算過程如下：(以第二組數(shù)據(jù)為例) 。 Hg =根據(jù)計算結(jié)果，以為橫坐標，為縱坐標，在坐標紙上繪出非等溫吸收的平衡關(guān)系曲線，如下圖2-2所示。（見附圖一）表2-2計算結(jié)果xhdtTlgPpy*02500013吸收劑用量的確定 1.最小吸收劑用量 式中： V 惰性氣體流率，Kmol/h 最小吸收劑用量 Y,X 氣相和液相組成摩爾比： 下標： 1塔底 ； 2塔頂 與平衡的液相組成 3吸收劑計算其中：（為汽液平衡線縱坐標y=0.4

14、5時的橫坐標），。根據(jù)試2-5，2-6可算出： 所以由式2-9得，范圍取1.3倍，所以操作線方程的確定YYXmn圖2-3 吸收塔的逆流物料衡算示意圖如圖2-3，對于逆流操作的吸收塔，在任意截面m-n與塔底或塔頂做物料衡算都有： 或 于是操作線方程為： 對于高濃度氣體吸收，其操作線方程為：式中的L、V意義同前，分別指惰性氣體組分和液相中純吸收劑的摩爾流量，它們在全塔的各個截面均為常數(shù)。式中的可通過全塔物料衡算求出： 得到即操作線方程為 =，根據(jù)圖表通過內(nèi)插法可求出出塔溫度，根據(jù)xy在圖上畫出操作線，如圖2-2所示。（見附圖一）基本物性參數(shù)的計算.1氣相物性參數(shù)計算1.混合氣體平均分子量 2.氨在

15、空氣中的擴散系數(shù) 式中 T 為操作溫度3.混合氣體黏度式中 代表塔底黏度 代表塔頂黏度4.混合氣體密度 2.4.2液相物性參數(shù)計算1.液體平均黏度表2-3氨水溶液黏度w% t3060020內(nèi)插法可得：30，3.23%, 60，3.23%, 39.5， %, 2.氨在水中的擴散系數(shù)3.氨水的表面張力表2-4水的表面張力2t/ 203040 利用內(nèi)插法求定性溫度下水的表面張力： 解得氨的分壓為： 查表可知此時氨的質(zhì)量分數(shù)為6%表2-5 20一定質(zhì)量分數(shù)的氨水溶液的表面張力1質(zhì)量分數(shù) W%氨水的表面張力 N/m利用內(nèi)插法可得20時質(zhì)量分數(shù)為6 %的氨水溶液的表面張力為 在此吸收過程中，氨溶于水中的量

16、較少，氨水溶液的物性參數(shù)均與水相似，所以有即可知39.5時氨水溶液的表面張力為 N/m4.氨水的密度表2-4對應(yīng)溫度氨水的質(zhì)量分數(shù) 1：（單位均為g/c）氨水的質(zhì)量百分比濃度 202524內(nèi)插法可得：20時 25時 外推法可得在定性溫度T=39.5時， 第三章 填料塔工藝尺寸計算塔徑的計算3.3.1泛點氣速的計算填料塔塔徑的大小是根據(jù)生產(chǎn)能力與空塔氣速來計算的?？账馑儆上旅娼?jīng)驗公式確定： 式中： 泛點氣速，m/s 空塔氣速，m/s泛點氣速與氣液流量、物系性質(zhì)及填料的類型、尺寸等因素有關(guān)。其計算方法很多。目前工程上常采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖或Bian & Hougen關(guān)聯(lián)式計算。選用

17、Eckert通用關(guān)聯(lián)圖求解。如圖2-4所示，根據(jù)氣液相流量及密度計算出橫標值，作垂直線與亂堆填料的泛點線相交，讀取縱坐標，由已知參數(shù)縱坐標中解出氣速即為泛點氣速。演算過程如下：如前所述，非等溫吸收時，各物性參數(shù)隨組成變化而變化，故求取時應(yīng)取其平均值。計算過程中還應(yīng)注意單位的統(tǒng)一。1.橫坐標 要求，首先對全塔作平均處理，求出， , ， 由此可知橫坐標 2. 泛點氣速從這一步開始，要對所選兩種填料分別進行計算，填料物性參數(shù)見表1-2。根據(jù)Eckert通用關(guān)聯(lián)圖可知 其中為液體密度修正系數(shù)，30時，；40時，內(nèi)插法可得在定性溫度T=3下，= 根據(jù)表1-1可知 d=50mm的陶瓷鮑爾環(huán)的填料因子為 解

18、得 取空塔氣速根據(jù)表1-1可知d=50mm的陶瓷拉西環(huán)的填料因子為得取空塔氣速 圖 2-4 Eckert通用關(guān)聯(lián)圖， 液氣相流率，Kg/s , 液氣相密度，Kg/ 液相粘度，mPa.s 液相密度校正系數(shù)，= 填料因子，1/m g 重力加速度, m/s2塔徑的計算用上述方法確定空塔氣速u后，按下式計算塔徑： 式中： 操作條件下混合氣體體積流量，/s D 塔徑，m先求塔徑，當計算出的數(shù)值不足整數(shù)時，往往需要圓整。圓整的根據(jù)是符合加工要求及設(shè)備定型，以便于設(shè)備加工。根據(jù)國內(nèi)壓力容器的公稱直徑標準（JB-1153-71），直徑在1m以下時，間隔為100，（必要時在700以下時可用50為間隔）；直徑在1

19、m以上時，間隔為200（必要時在2m以下時可用100為間隔）。鮑爾環(huán)的塔徑為同理可以解得拉西環(huán)的塔徑 圓整1.1m 故拉西環(huán)的塔徑為1.1m因二者塔徑均大于700，故填料選取d=50mm是較為合理的，又操作氣速拉西環(huán)（陶瓷） < 鮑爾環(huán)（陶瓷）；鮑爾環(huán)（陶瓷d=50mm）傳質(zhì)速率較大，故鮑爾環(huán)優(yōu)于拉西環(huán)。校核1.噴淋密度的校核吸收劑用量及塔徑確定后，還應(yīng)當校核液體的噴淋密度，液體噴淋密度是指單位塔截面積上，單位時間內(nèi)噴淋的液體體積，以U表示，單位為m3/(m2·h)。為保證填料層的充分潤濕，必須保證液體噴淋密度大于某一極限值，該極限值稱為最小噴淋密度，以Umin表示。式中 Um

20、in最小噴淋密度，m3/m2s (LW)min 最小潤濕速率，m3/m·s 填料的比表面積，m2/m3潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。其值可由經(jīng)驗公式計算，也可采用經(jīng)驗值。對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率(LW)min為0.08 m3/（m·h）；對于直徑大于 75mm的散裝填料，取(LW)min =0.12 m3/（m·h）。填料表面潤濕性能與填料的材質(zhì)有關(guān)，就常用的陶瓷、金屬、塑料三種材質(zhì)而言，以陶瓷填料的潤濕性能最好，塑料填料的潤濕性能最差。實際操作時采用的液體噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度。若噴淋密度過小，可采

21、用增大回流比或采用液體再循環(huán)的方法加大液體流量，以保證填料表面的充分潤濕；也可采用減小塔徑予以補償。鮑爾環(huán)陶瓷填料計算過程如下：d<75mm的散裝填料，取 =0.08 比表面積=110 最小噴淋密度操作噴淋密度U > Umin 故噴淋密度校核合格 拉西環(huán)陶瓷填料計算過程如下：d<75mm的散裝填料，取 =0.08 比表面積=93 最小噴淋密度操作噴淋密度U > Umin 鮑爾環(huán)的噴淋密度優(yōu)于拉西環(huán)的噴淋密度，故更合適。2.單位高度填料層壓降的校核壓強降是塔設(shè)計中的重要參數(shù)。氣體通過填料層壓強降的大小決定了塔的動力消耗。填料層壓降的計算方法有多種，這次課程設(shè)計采用的是Ec

22、kert通用關(guān)聯(lián)圖方法。如圖2-5所示，Eckert通用關(guān)聯(lián)圖除了有液泛線以外，還有許多等壓降線。由已知參數(shù)及所用填料的壓降填料因子P代替（注：本設(shè)計中仍采用），計算出該圖的橫、縱坐標值，查圖讀取相應(yīng)壓降曲線的值（若交點沒正好落在壓降線上，可用相鄰兩條線內(nèi)插讀取），即為單位高度填料層壓降。在常壓塔中，一般在145490Pa/m較為合理，如超出這個范圍，應(yīng)按要求的值，由Eckert通用關(guān)聯(lián)圖反求氣速u，再重新計算塔徑。表2-4 壓降填料因子（P）填料類型 填料尺寸50mm鮑爾環(huán)(陶瓷填料130拉西環(huán)填料220演算過程如下：鮑爾環(huán)填料 在Eckert通用關(guān)聯(lián)圖上查得，當橫坐標時，縱坐標 壓降曲線的

23、值 介于145490Pa/m，壓降合理。同理可得：拉西環(huán)填料塔 在Eckert通用關(guān)聯(lián)圖上查得，當橫坐標時，縱坐標 壓降曲線的值超出145490Pa/m，壓降偏大，這說明實際液氣比與最小液氣比的比例因子選取的仍有些偏大。但因其未超出合理范圍的20%，且拉西環(huán)陶瓷（d=50mm)的明顯大于鮑爾環(huán)陶瓷（d=50mm)的，若選取拉西填料操作過程動力消耗顯著增大，又鮑爾陶瓷環(huán)（d=50mm)在允許壓降范圍內(nèi)，綜合考慮后選取鮑爾陶瓷環(huán)作為最終填料。3.泛點率的核算泛點率 （鮑爾環(huán)填料）根據(jù) 陶瓷鮑爾環(huán)（d=50mm)填料的泛點率符合填料層高度的確定傳質(zhì)系數(shù)的計算1.有效面積傳質(zhì)面積（潤濕面積） （2-1

24、4）式中：單位體積填料的總表面積， 單位體積填料的總表面積， 液體的表面張力， 填料材質(zhì)臨界表面張力，陶瓷 液體通過塔截面的質(zhì)量流率， 液相粘度， 液氣相密度， g 重力加速度,陶瓷鮑爾環(huán)的比表面積液體通過塔截面的質(zhì)量流率 式中：D溶質(zhì)在液相中的擴散系數(shù) 3.氣相傳質(zhì)系數(shù)式中：C R氣體常數(shù)， T氣體溫度，K DV溶質(zhì)在氣相中的擴散系數(shù)， 氣體通過空塔截面的質(zhì)量流率， 氣體粘度， 氣體密度，填料層高度的計算 填料層高度計算涉及物料衡算、傳質(zhì)速率和相平衡關(guān)系。對于整個吸收塔，氣、液的濃度分布都沿塔高變化，吸收速率也在變化。所以要在全塔范圍應(yīng)用吸收速率關(guān)系式，就要采用微分方法，然后積分得到填料層的

25、總高度。 填料層高度可用下面的通式計算： Z=傳質(zhì)單元高度×傳質(zhì)單元數(shù)選取傳質(zhì)單元數(shù)法求解填料層高度。原料氣組成中氨氣含45%，屬于高濃度氣體的吸收。氣液流率沿塔高變化明顯，溶液熱效應(yīng)大，氣液溫度升高，平衡線斜率也將沿塔高改變。氣液相吸收分系數(shù)并非常數(shù)，總吸收系數(shù)變化更為顯著，因此，高濃度氣體的吸收可用如下公式計算= 式中：V氣相總摩爾流量，Kmol/s 氣膜體積吸收系數(shù) 成平衡的氣相度其中可視為常數(shù)，故公式可變?yōu)椋? 傳質(zhì)單元數(shù)NOG需用圖解積分法求出。以為縱坐標，以為橫坐標作圖，所得曲線與 ，圍成的面積即為定積分= 1.傳質(zhì)單元高度（）的計算鮑爾環(huán)填料的氣相傳質(zhì)單元高度 2.傳質(zhì)

26、單元數(shù)的計算（） 以為橫坐標作圖，以畫出圖后，進行圖解積分，如圖2-6所示 表2-4 數(shù)據(jù)匯總0根據(jù)公式可以計算出填料層的高度為：對于鮑爾環(huán)填料因為采用上述方法求出的填料層高度還應(yīng)留出一定的安全裕度。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，填料層的實際高度一般為： ( 取)鮑爾環(huán)：m表4.3 散裝填料分段高度推薦值填料類型h/DHmax/m拉西環(huán)4矩鞍586鮑爾環(huán)5106階梯環(huán)8156環(huán)矩鞍5156對于階梯環(huán)填料，分段高度推薦值， 則h=5×10×=9m計算得出，填料層高度=<，故需無分段。第四章 塔內(nèi)件設(shè)置液體分布器液體分布器對填料塔的性能影響頗大。分布器設(shè)計不當，液體預(yù)分布不均，填料層內(nèi)的

27、有效潤濕面積減少而偏流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象增大，影響傳質(zhì)效果。對液體分布器選型要求：1. 液體分布要均勻 2自由截面率要大 3. 操作彈性大 4不易堵塞、引起霧沫夾帶及起泡等 5.可用多種材料制作，且制造安裝方便管式分布器是目前應(yīng)用較廣泛的分布器，其液體的分布點多且均勻，能對氣體提供較大的通道，而且安裝拆卸方便，對規(guī)整材料和散裝材料均適用，具有結(jié)構(gòu)簡單、供氣體流過的自由截面大、阻力小等優(yōu)點，并且在吸收過程中液體負荷小，不會發(fā)生堵塞。本設(shè)計任務(wù)液相負荷不大，可選用排管式液體分布器；且填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。 排管式液體分布器簡單設(shè)計如下:取孔徑=5mm,孔徑系數(shù)=0.6;取開孔上方液位高度H=

28、1/6D=0.15m ; 由公式得開孔數(shù) ;填料支承板填料支撐板用于支撐塔內(nèi)填料及其所持有的氣體、液體的質(zhì)量，同時起著氣液流動通道及其均勻分布氣體的作用。故要求支撐板具有足夠的強度、均勻的開孔率和大于填料孔隙率的自由截面分率。故支撐板上氣液流動阻力太大，將影響塔的穩(wěn)定操作甚至引起液泛。大體可分為兩類，一類為氣液逆流逆流通過的平板型支撐板，另一類是氣體噴射型。平板型結(jié)構(gòu)簡單但自由截面分率小。氣體噴射型支撐板氣液分道，既利于氣體的均勻分配，又避免了液體在板上的聚集。填料壓板和床層限制板 當塔內(nèi)氣液負荷較大或負荷波動較大時，塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動或相互撞擊，破壞塔的正常操作甚至損壞填料，為此一般在填料層

29、頂部設(shè)壓板或床層限制板（有柵條式、絲網(wǎng)式等）。填料壓板系藉自身質(zhì)量壓住填料但不致壓壞填料；限制板的質(zhì)量輕，需固定于塔壁上。一般要求壓板或限制板自由截面分率大于70.氣體的進口裝置與排液裝置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45度向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對以下直徑的塔，管的末端可制 成下彎的錐形擴大器。氣體出口既要保證氣流暢通，又要盡量除去夾帶的液  沫。最簡單的裝置是除沫擋板（折板），或填料式、絲網(wǎng)式除霧器。液流量、塔徑、及氣液流速的綜合考慮，我們選用以下附屬裝置。表3-1 填料塔

30、的附屬裝置設(shè)備名稱選用個數(shù)液體分布器1填料支撐板1床層限制版1除沫器1具體尺寸參見設(shè)備總裝圖塔高的確定 各個設(shè)備的高度后就可以定出塔的高度。=m 輔助設(shè)備的選型管徑的計算管路的內(nèi)徑可用圓形管路的流量公式，即： 對于液相，由于進塔為地下水，出塔為混合溶液，所以應(yīng)以出塔為準，選擇流速；對于氣相，則屬于常壓操作。以此為據(jù)，選出相應(yīng)流速：表3-2 某些流體在管路中的常用流速范圍流體的類別及情況流速范圍, m/s水及低粘度流體（1×105Pa1×106Pa）常壓氣體1020由此計算的管徑不一定是整數(shù)值，需要參照標準，選用標準管徑，才能作為操作中的實際管徑。1.計算氣相管徑：(1)氣體

31、進料管徑計算溫度為35，選取u=20m/s選取校核 所以此鋼管符合（2）氣體出料管徑計算選取校核： 符合2.計算液相管徑：（1）液體進料管徑計算溫度為25，所以 選取校核： 校核成功。（2）液體出料管徑計算校核：泵的選型1. 泵的計算液體輸送設(shè)備的種類很多，按照工作原理的不同，分為離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵與旋渦泵等幾種。其中，以離心泵在生產(chǎn)上應(yīng)用最為廣泛。本次課程設(shè)計要求輸送低粘度水，所以選擇離心泵。以水平面為基準面，水槽液面為1- 截面，進液口內(nèi)端為2- 截面在兩截面之間列伯努利方程為 整個過程為常壓操作， 又 管路能量損失：=查管件與閥門的當量長度共線圖，1個截止閥(全開): 4個標準彎頭（

32、90°）： 管長：管進口阻力系數(shù)為=，管出口阻力系數(shù)為=0.5+1.0=25下，水的粘度為， 由此可以判斷出流型為湍流。對于新的無縫鋼管：=0.10.2mm，選擇管壁粗糙度為：=此時，查圖可知當內(nèi)插法可得 = /2g+2.96=m液體的體積流量2. 泵的選型根據(jù)H=6.381m和Q，從清水泵IS系列中選取型離心泵，表3-3為該泵的有關(guān)性能參數(shù):型離心泵的性能參數(shù) 轉(zhuǎn)速n/流量Q/揚程H/m效率/%軸功率N/允許汽蝕余量/m14503067工業(yè)生產(chǎn)上一般采用離心式通風(fēng)機，其中較常用的是8-13、8-23、9-27系列。選擇風(fēng)機時，首先根據(jù)所輸送氣體的性質(zhì)（如清潔氣、含塵氣體等）與風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機的材質(zhì)和類型，然后，根據(jù)技術(shù)的風(fēng)量和系統(tǒng)所要求的風(fēng)壓，參照風(fēng)機樣本選用合適的型號。這里需強調(diào)的是，風(fēng)量是指風(fēng)機入口處的溫度和壓強下的體積流量。而風(fēng)壓則需要把操作條件下的數(shù)值換算成為風(fēng)機實驗條件下（20、101.3Kpa、）的風(fēng)壓.即： 式中：操作條件下系統(tǒng)要求的風(fēng)壓， 實驗條件下的風(fēng)壓， 操作溫度壓強下介質(zhì)的密度，）進行，根據(jù)表3-5選用低壓離心通風(fēng)機.表3-5 風(fēng)機類型使用范圍低壓離心通風(fēng)機出口風(fēng)壓低于（表壓）中壓離心通風(fēng)機出口風(fēng)壓低于 （表壓）高壓離心通