[優(yōu)秀畢業(yè)論文]化工原理 填料吸收塔設(shè)計

1、目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc282680068 第一章 概述 PAGEREF _Toc282680068 h 2 HYPERLINK l _Toc282680069 吸收的目的 PAGEREF _Toc282680069 h 2 HYPERLINK l _Toc282680070 吸收塔的用途 PAGEREF _Toc282680070 h 2 HYPERLINK l _Toc282680071 設(shè)計方案的確定 PAGEREF _Toc282680071 h 3 HYPERLINK l _Toc282680072 第二章 填料吸收塔概況 PAGERE

2、F _Toc282680072 h 5 HYPERLINK l _Toc282680073 2.1 填料吸收塔基本結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc282680073 h 5 HYPERLINK l _Toc282680074 2.2 流向選擇 PAGEREF _Toc282680074 h 6 HYPERLINK l _Toc282680075 2.3 吸收劑的選擇 PAGEREF _Toc282680075 h 6 HYPERLINK l _Toc282680076 2.4 填料的相關(guān)內(nèi)容 PAGEREF _Toc282680076 h 7 HYPERLINK l _Toc282680077

3、第三章基本數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc282680077 h 10 HYPERLINK l _Toc282680078 操作條件 PAGEREF _Toc282680078 h 10 HYPERLINK l _Toc282680079 相關(guān)物性參數(shù) PAGEREF _Toc282680079 h 10 HYPERLINK l _Toc282680080 3.3 設(shè)計參數(shù) PAGEREF _Toc282680080 h 10 HYPERLINK l _Toc282680081 基本數(shù)據(jù)換算 PAGEREF _Toc282680081 h 10 HYPERLINK l _Toc282680082

4、 第四章 塔高、塔徑及壓降的計算 PAGEREF _Toc282680082 h 11 HYPERLINK l _Toc282680083 4.1 乙醇-水氣液平衡相圖 PAGEREF _Toc282680083 h 11 HYPERLINK l _Toc282680084 4.2 吸收劑用量、塔徑、壓降及填料層高度的計算 PAGEREF _Toc282680084 h 11 HYPERLINK l _Toc282680085 填料塔選用25mm瓷質(zhì)鮑爾環(huán) PAGEREF _Toc282680085 h 14 HYPERLINK l _Toc282680086 液體噴淋密度核算 PAGEREF

5、 _Toc282680086 h 16 HYPERLINK l _Toc282680087 3填料層高度計算 PAGEREF _Toc282680087 h 16 HYPERLINK l _Toc282680088 求氣相總傳質(zhì)單元數(shù)：脫吸因素法 PAGEREF _Toc282680088 h 16 HYPERLINK l _Toc282680089 求傳質(zhì)單元高度計算：恩田公式法 PAGEREF _Toc282680089 h 18 HYPERLINK l _Toc282680090 填料層壓降計算 PAGEREF _Toc282680090 h 22 HYPERLINK l _Toc282

6、680091 第五章 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc282680091 h 23 HYPERLINK l _Toc282680092 筒體的設(shè)計 PAGEREF _Toc282680092 h 23 HYPERLINK l _Toc282680093 5.2 封頭的設(shè)計 PAGEREF _Toc282680093 h 23 HYPERLINK l _Toc282680094 除沫器的設(shè)計 PAGEREF _Toc282680094 h 24 HYPERLINK l _Toc282680095 5.4 液體進料管的設(shè)計 PAGEREF _Toc282680095 h 25 HYPERLI

7、NK l _Toc282680096 5.5 噴淋裝置的設(shè)計 PAGEREF _Toc282680096 h 26 HYPERLINK l _Toc282680097 5.6 法蘭的設(shè)計 PAGEREF _Toc282680097 h 27 HYPERLINK l _Toc282680098 5.7 填料板壓板的設(shè)計 PAGEREF _Toc282680098 h 27 HYPERLINK l _Toc282680099 填料支撐裝置的設(shè)計 PAGEREF _Toc282680099 h 27 HYPERLINK l _Toc282680100 手孔的設(shè)計 PAGEREF _Toc282680

8、100 h 27 HYPERLINK l _Toc282680101 吸收塔支座設(shè)計 PAGEREF _Toc282680101 h 28 HYPERLINK l _Toc282680102 氣體進料管設(shè)計 PAGEREF _Toc282680102 h 28 HYPERLINK l _Toc282680103 液體出料管設(shè)計 PAGEREF _Toc282680103 h 28 HYPERLINK l _Toc282680105 氣體出料管設(shè)計 PAGEREF _Toc282680105 h 29 HYPERLINK l _Toc282680106 泵的選擇 PAGEREF _Toc2826

9、80106 h 29 HYPERLINK l _Toc282680107 第六章填料吸收塔主要尺寸 PAGEREF _Toc282680107 h 30 HYPERLINK l _Toc282680108 設(shè)計小結(jié) PAGEREF _Toc282680108 h 31 HYPERLINK l _Toc282680109 致謝 PAGEREF _Toc282680109 h 32 HYPERLINK l _Toc282680110 參考文獻： PAGEREF _Toc282680110 h 32 HYPERLINK l _Toc282680111 附表 PAGEREF _Toc282680111

10、 h 33第一章 概述在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需將氣體混合物中的各個組分加以分離，其目的是：（1）回收或捕獲氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品；（2）除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進一步加工處理，或除去工業(yè)放空尾氣的有害物質(zhì)，以免污染大氣。塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的結(jié)構(gòu)型式，可分為板式塔與填料塔兩大類。按氣液兩相接觸方式的不同可將吸收設(shè)備分為級式接觸與微分接觸兩大類，填料塔即為微分接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量塔板，氣體以泡沫或噴射形式穿過板上液層進行物質(zhì)和熱傳遞，氣液相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。填料塔內(nèi)裝有

11、一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上（也有并流向下者）與液相接觸進行質(zhì)熱傳遞，氣液相組成沿塔高連續(xù)變化，屬微分接觸操作過程。工業(yè)上對塔設(shè)備的主要要求：（1）生產(chǎn)能力大；（2）傳質(zhì)、傳熱效率高；（3）氣流的摩擦阻力??；（4）操作穩(wěn)定，適應(yīng)性強，操作彈性大；（5）結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量??；（6）制造安裝容易，操作維修方便。此外還要求不易堵塞、耐腐蝕等。實際上，任何塔設(shè)備都難以滿足上述所有要求，因此，設(shè)計者應(yīng)根據(jù)塔型特點、物系性質(zhì)、生產(chǎn)工藝條件、操作方式、設(shè)備投資、操作與維修費用等技術(shù)經(jīng)濟評價以及設(shè)計經(jīng)驗等因素，依矛盾的主次，綜合考慮，選擇適宜的塔型。填料塔具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、填

12、料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點。本次課程設(shè)計吸收設(shè)備采用填料塔進行操作。確定設(shè)計方案總的原則是在可能的條件下，盡量采用科學(xué)技術(shù)上的最新成就，使生產(chǎn)達到技術(shù)上最先進、經(jīng)濟上最合理、生產(chǎn)可行的要求，符合優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低消耗的原則。為此，必須具體考慮如下幾點：1、方案的可行性（1）設(shè)計方案應(yīng)充分考慮符合國情和因地制宜原則，流程布置和設(shè)備結(jié)構(gòu)不應(yīng)超出一般土建要求和機械加工能力。（2）滿足工藝和操作的要求。即所設(shè)計出來的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定，這就要求各流體流量和壓頭穩(wěn)定，入塔料液的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定，從而需要采取相應(yīng)的措施。其次所定的設(shè)計方案需要有一定的操作彈性，各

13、處流量應(yīng)能在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，必要時傳熱量也可進行調(diào)整。因此，在必要的位置上要裝置調(diào)節(jié)閥門，在管路中安裝備用支線。計算傳熱面積和選取操作指標時，也應(yīng)考慮到生產(chǎn)上的可能波動。再其次，要考慮必需裝置的儀表(如溫度計、壓強計，流量計等)及其裝置的位置，以便能通過這些儀表來觀測生產(chǎn)過程是否正常，從而幫助找出不正常的原因，以便采取相應(yīng)措施。2、方案的經(jīng)濟性（1）應(yīng)對市場情況作適當?shù)木C合分析，估計產(chǎn)品目前和將來的市場需求；（2）設(shè)計應(yīng)符合能量充分有效合理利用和節(jié)能原則，符合經(jīng)常生產(chǎn)費用和設(shè)備投資費用的綜合核算最經(jīng)濟原則，符合有用物料高回收率、低損耗率原則，也即近代所提出的“優(yōu)構(gòu)低耗高效”原則。具體來說，

14、就是設(shè)備費用與操作費用應(yīng)盡量低。設(shè)備費用主要是塔體、塔板、附屬設(shè)備、管材費用與加工、基建費用構(gòu)成，也是初投資的一次性費用。操作費用主要是熱能、電能的消耗，以及各種物料、材料的消耗。在蒸餾過程中如能適當?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多生蒸汽和冷卻水，也能減少電能消耗。又如冷卻水出口溫度的高低，一方面影響到冷卻水用量，另方面也影響到所需傳熱面積的大小，即對操作費和設(shè)備費都有影響。同樣，回流比的大小對操作費和設(shè)備費也有很大影響。降低生產(chǎn)成本是各部門的經(jīng)常性任務(wù)，因此在設(shè)計時，每種設(shè)備型號的選定、零部件的設(shè)計，每一個工藝參數(shù)的確定，是否合理利用熱能，采用哪種加熱方式，以及回流比和其他操作參數(shù)是否選

15、得合適等，都要考慮。而對這兩種費用的影響又往往是矛盾的，所以確定設(shè)計方案要全面考慮，力求總費用盡可能低一些。而且，應(yīng)結(jié)合具體條件，選擇最佳方案。3、方案的先進性 應(yīng)對目前工廠生產(chǎn)上和設(shè)備上存在的問題提出改進方案和改進措施，并盡可能采用國內(nèi)外最新技術(shù)成果。 4、方案的安全性對易燃、易爆、有腐蝕的物料，在設(shè)計時應(yīng)格外注意，都應(yīng)采用相應(yīng)的設(shè)備與操作參數(shù)以確保。又如，塔是指定在常壓下操作的，塔內(nèi)壓力過大或塔驟冷而產(chǎn)生真空，都會使塔受到破壞，因而需要安全裝置。5、方案的可靠性和穩(wěn)定性 現(xiàn)代化生產(chǎn)應(yīng)優(yōu)先考慮運行的安全可靠和操作的穩(wěn)定易控這一原則。不得采用缺乏可靠性的不成熟技術(shù)和設(shè)備，不得采用難以控制或難以

16、保證安全生產(chǎn)的技術(shù)和設(shè)備。以上幾項原則在生產(chǎn)中都是同樣重要的。但在化工原理課程設(shè)計中，對第一個原則應(yīng)作較多的考慮，對第二個原則只作定性的考慮，而對其他原則只要求作一般的考慮。第二章 填料吸收塔概況2.1 填料吸收塔基本結(jié)構(gòu)混合氣體從塔底側(cè)的進氣管進氣，經(jīng)過填料支撐板上升至填料層，液體從液體進液塔自塔頂均勻淋下并沿填料表面下流，氣體經(jīng)過填料間的空隙上升與液體作連續(xù)的逆流接觸。在填料層中，氣體中的可溶組分不斷的被吸收，其濃度自下而上連續(xù)的降低；液體則相反，其中可溶組分的濃度則由上而下連續(xù)的增高。氣體經(jīng)過塔頂?shù)某鰵夤芘懦?，液體則自塔底的出料管排出。圖2-1 填料塔結(jié)構(gòu)簡圖2.2 流向選擇在兩相進出口

17、摩爾分數(shù)相同情況下，逆流時的對數(shù)平均推動力必大于并流，故就吸收過程本身而言逆流優(yōu)于并流。但是，就吸收設(shè)備而言，逆流操作時流體的下流受到上升氣體的作用力；這種曳力過大時會妨礙液體的順利流下，因而限制了吸收塔所允許的液體流率和氣體流率，這是逆流的缺點。為使過程具有最大的推動力，一般吸收操作采用逆流吸收，本次課程設(shè)計采用了逆流吸收操作。2.3 吸收劑的選擇吸收操作是氣液兩相之間的接觸傳質(zhì)過程，吸收操作的成功與否在很大程度上決定于吸收劑的性質(zhì)，特別是，吸收劑與氣體混合物之間的相平衡關(guān)系。本課程設(shè)計設(shè)備選用水作為吸收劑，乙醇在水中的溶解度很大，易于獲取，價格低廉，而且吸收效果較好。2.4 填料的相關(guān)內(nèi)容

18、填料在物質(zhì)吸收的過程中起著非常重要的作用，填料塔具有結(jié)構(gòu)簡單壓力降小，且可用各種材料制造等優(yōu)點。在處理容易產(chǎn)生泡沫的物料以及用于真空操作時，有其獨特的優(yōu)越性。過去由于填料及塔內(nèi)件的不完善，填料塔大多局限于處理腐蝕性介質(zhì)或不宜安裝塔板的小直徑塔。近年來，由于填料結(jié)構(gòu)的改進，新型的高效高負荷填料的開發(fā)，既提高了塔德通過能力和分離效能，又保持了壓力降及性能穩(wěn)定的特點，因此填料已被推廣到許多大型氣液操作中。在許多場合下，代替了傳統(tǒng)的板式塔。填料時填料塔氣液接觸的元件，正確的選擇填料，對塔的經(jīng)濟效果有著重要影響。從填料塔用于手工業(yè)以來，填料的結(jié)構(gòu)型式有了重大的改進，到目前為止，各種形式各種規(guī)格的填料已有

19、幾百種之多。填料改進的方向增加其通過能力，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要；改善流體的分布與接觸，以提高分離效率。填料應(yīng)具有盡可能多的表面積以提供液體鋪展，形成較多的氣液接觸截面。單位填充體積所具有的填料表面稱為比表面積a ，單位為m 。對同種填料，小尺寸填料具有較大的比表面積，但填料過小不但造價高而且氣體流動的阻力大。在填料塔內(nèi)氣體是在填料間的空隙內(nèi)通過的。流體通過顆粒層的阻力與空隙率e密切相關(guān)。為減少氣體的流動阻力，提高填料塔德允許氣速（處理能力），填料層應(yīng)有盡可能大的空隙率。對于各向同性的填料層，空隙率等于填料塔德自由截面百分率。填料是填料塔的核心部分，填料塔操作性能的好壞與所選用的填料關(guān)系很大，選

20、用填料時要注意以下幾點要求：1、單位體積填料的表面積需大，且填料表面易被液體潤濕；2、填料的孔隙率需大，對氣體阻力小；3、填料單位體積價格低；4、填料應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性，不被氣體或液體所腐蝕；5、填料的重度需小，機械強度需大。填料的種類很多，大致可分為實體填料和網(wǎng)體填料兩大類。實體填料由陶瓷、金屬、塑料等制作，其形式有環(huán)形填料（拉西環(huán)）、鮑爾環(huán)、鞍型填料及波紋填料等。網(wǎng)體填料主要由金屬網(wǎng)制成的各種填料，如鞍型絲網(wǎng)，如圖所示為幾種填料型式。拉西環(huán)填料最早使用的一種填料，為高徑比相等的陶瓷和金屬等制成的空心圓環(huán)。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。

21、缺點：高徑比大，堆積時填料間易形成線接觸，故液體常存在嚴重的溝流和壁流現(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。鮑爾環(huán)填料在環(huán)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。上下兩層長方形小孔位置交錯。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)的內(nèi)壁面得以充分利用。 圖2-2 鮑爾環(huán)填料比之拉西環(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)象也大大降低。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。階梯環(huán)填料階梯環(huán)填料的結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)

22、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)壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。弧鞍型填料一種表面全部展開的具有馬鞍形狀的瓷質(zhì)型填料 (馬鞍填料)?；“疤盍显谒?nèi)呈相互搭接狀態(tài)，形成弧形氣體通道。優(yōu)點：空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，填料性能優(yōu)于拉西環(huán)。缺點：相鄰填料易相互套疊，使填料有效表面降低，從而影響傳質(zhì)速率。矩鞍形填

23、料矩鞍填料的兩端為矩形，且填料兩面大小不等?？朔嘶“疤盍舷嗷ブ丿B的缺點，填料的均勻性得到改善。液體分布均勻，氣液傳質(zhì)速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一種瓷質(zhì)填料。金屬環(huán)矩鞍形填料有環(huán)形與鞍形的結(jié)構(gòu)特點，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，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢更為顯著。波紋填料優(yōu)點：網(wǎng)絲細密，空隙很高，比表面積很大。由于毛細管作用，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。缺點：造價很高，故多用于實驗室中難分離物系的分離。 金屬英特洛克斯填料金屬英特洛克斯填料把環(huán)形結(jié)構(gòu)與鞍形結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，氣體壓降低，可用于真空精餾，處理能力大。填料表面的液膜更新好

24、，傳質(zhì)單元高度明顯低于瓷制矩鞍填料，是現(xiàn)代工業(yè)性能優(yōu)良的一種散裝填料。網(wǎng)體填料網(wǎng)體填料是一種以金屬網(wǎng)或多孔金屬片為基本材料制成的填料。它可制成不同形狀，如網(wǎng)環(huán)和鞍形網(wǎng)等。網(wǎng)體填料的特點是網(wǎng)材薄，填料尺寸小，比表面積和空隙率都很大，液體均布能力強。因此，網(wǎng)體填料的氣體阻力小，傳質(zhì)效率高。但是，這種填料的造價過高，在大型的工業(yè)生產(chǎn)中難以應(yīng)用。規(guī)整填料是將金屬絲網(wǎng)或多孔板壓制成波紋狀并疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)。對大直徑的塔，可分塊拼成圓筒形砌入塔內(nèi)。這種填料不但空隙率高壓降低，而且液體按預(yù)分布器設(shè)定的途徑流下，只要液體的初始分布均勻，全塔填料層內(nèi)的液體分布良好，克服了大塔的放大效應(yīng)，傳質(zhì)性能高。但填料

25、造價高，易被雜物堵塞且難以清洗。目前，絲網(wǎng)波紋和板波紋填料已較廣泛地用于分離要求高的精餾塔中。本課程設(shè)計選用25mm鮑爾環(huán)瓷制亂堆，其具體參數(shù)性質(zhì)如下比表面積a=220/m；空隙率/m；塔內(nèi)單位體積床層具有的個數(shù)為48000，對于亂堆填料來說，是一個統(tǒng)計數(shù)字，它與塔徑裝填發(fā)法（干裝填充水裝填等），使用時間長短等均有關(guān)系。因此各種資料上面的填料特性數(shù)據(jù)往往都有出入，一般在10-15%之間。對于亂堆鮑爾環(huán)也是如此。基本數(shù)據(jù)操作壓力101.3 kpa，操作溫度25，操作液氣比為最小液氣比的1.5倍。25時水的黏度= 0.8937 mpas,對于水=1；水的摩爾質(zhì)量M=18kg/kmol；25時水的密

26、度：997.05 kg/m；標準狀況下T=273.15k,P=101.3kpa；空氣的摩爾質(zhì)量M=29kg/kmol；3.3 設(shè)計參數(shù)處理量為1000 m3/h（25、101.3 kpa），混合氣體中乙醇的摩爾分率為 2%；設(shè)計氣速為泛點氣速的70%，吸收率為95%，總傳質(zhì)系數(shù)Kya=0.028kmol/（m3s）填料層高度取20%的裕量。根據(jù)標準狀況下理想氣體狀態(tài)方程PV=NRT,將操作條件下的處理量換算成標準狀況的處理量：由V0= V EQ EQ F(273.15,273.15+t) EQ F(P,101.3) 代入數(shù)值：V0=1000 EQ F(273.15,298.15) EQ F(1

27、01.3,101.3) m3/h= m3/hG0= V0/(22.4*3600)=916.15/(22.4*3600)kmol/s=0.01136 kmol/s第四章 塔高、塔徑及壓降的計算4.1 乙醇-水氣液平衡相圖依據(jù)乙醇-水氣液平衡數(shù)據(jù)繪制氣液平衡相圖。X0Y（）0XY（）表4-1 氣液平衡數(shù)據(jù)圖4-1氣液平衡相圖4.2 吸收劑用量、塔徑、壓降及填料層高度的計算吸收劑用量可以根據(jù)過程的物料衡算，依據(jù)最小液氣比確定，根據(jù)混合氣氣體的進出口組成得到，并且由已知得： =由公式得由上圖可以得到乙醇水氣液相平衡曲線方程為y = x - 0.0008其7； 根據(jù)氣液平衡相圖讀得當= 0.02 時由上

28、述公式得到，x1e= 0.03 ，并且因為是純水作為吸收液因此x2=0最小液氣比實際液氣比因為有上述轉(zhuǎn)換得標準狀況下 =0.01136 kmol/s所以液體流量=0.01079 kmol/s依據(jù)對全塔進行物料守恒關(guān)系式得：可得x1：X1由,依據(jù)乙醇-水相平衡圖，讀得。過程平均推動力理想氣體滿足PV=nRT所以經(jīng)過換算得：在25時， 因為氣體和液體的質(zhì)量流量和，其計算公式分別是；上述計算過程中因為乙醇空氣混合氣體因為其中乙醇氣體所占比重只有2%，對混合氣體平均摩爾分數(shù)的貢獻不大，因此用空氣的摩爾質(zhì)量代替；此外由于吸收劑是純水，因此計算時以水的近似摩爾數(shù)代替由式依據(jù)填料塔和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖即埃克特

29、（Eckert）泛點關(guān)聯(lián)圖，其縱坐標表達式為 或，而橫坐標表達式為或或得到一下?？颂胤狐c關(guān)聯(lián)圖： 圖4-2 泛點氣速關(guān)聯(lián)圖上述式中：空塔氣速，m/s;,氣體和液體的質(zhì)量流速，kg/(ms); 氣體和液體的密度，； 氣體和液體的質(zhì)量流量，； 氣體和液體的體積流量，； 液體的粘度，mPa.s; 填料因子，; 水的密度和液體的密度之比；g ；計算得當橫坐標為0.02時其縱坐標為：已知，在25時as,當填料塔選用尺寸（）為2525瓷質(zhì)鮑爾環(huán)； 堆積方式為亂堆； 比表面積a為220； 空隙率為0.76；每立方米堆積個數(shù)為48000個；堆積密度為505；填料因子時；下表 為集中常用填料的特性數(shù)據(jù)，如附表所

30、示：則液泛氣速因為液泛氣速為操作氣速的最大極限速度，所以操作氣速必須小于液泛氣速，一般取操作氣速為液泛氣速的50%80%，即泛點率（操作氣速與液泛氣速的比值）約為。若泛點率小，操作氣速小，壓力降小，能耗低，操作彈性大；但塔徑增大，設(shè)備投資高，生產(chǎn)能力低，同時不利于氣、液充分接觸，致使分離效率低若泛點率取值過大，壓力降大，能耗多，且操作不平穩(wěn)，難以控制，分離效果更差。因此，泛點率應(yīng)根據(jù)具體情況而定。大多數(shù)情況下，泛點率應(yīng)選在之間。這次課程設(shè)計中取設(shè)計氣速為泛點氣速的70%，則設(shè)計氣速為f=0.7*2.6=1.82m/s.(說明在正常操作范圍)P141教材圖4-3 ?？颂貓D的等壓線上，即此時每米填

31、料層壓降為1000Pa。氣體體積流量所需塔內(nèi)徑m由于：塔徑（D/mm）圓整間隔舉例70050或100如：600、650、700700D1000100如：700、800、900D1000200如：1000、1200、1400表4-2 塔徑圓整規(guī)律標準故塔壁厚d=3mm+2mm=5mm塔外徑Do=(450+5)=455mm故本設(shè)備塔外徑為455*5mm。填料種類D/d的推薦值拉西環(huán)2030鞍環(huán)15鮑爾環(huán)1015階梯環(huán)8環(huán)矩鞍8表4-3 不同填料D/d推薦表D/d=450/25=18基本上滿足上述要求并且液體噴淋密度核算填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量，其計算式為 式中：

32、U液體噴淋密度，m3/(m2h); Lh液體噴淋 D填料塔直徑，m為使填料能獲得良好的潤濕，塔內(nèi)液體噴淋量應(yīng)不低于某一極限值，此極限值稱為最小噴淋密度，以Umin表示 式中： Umin最小噴淋密度，m3/(m2h); 最小潤濕密度，m3/h; 填料的總比面積，m2/m3最小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，也可采用一些經(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0.08m3/(mh);對于直徑大于75mm的散裝填料，可取 (LW)min為0.12m3/(mh)。因此查表 得25mm瓷質(zhì)亂堆鮑爾環(huán)填料為220所以m

33、/(mh)經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理 填料層高度計算求氣相總傳質(zhì)單元數(shù)：脫吸因素法液體質(zhì)量通量為氣體質(zhì)量通量為脫吸因數(shù)為求傳質(zhì)單元高度計算由以上計算求得塔內(nèi)徑Di=443mm，故氣相流率 依據(jù)物料守恒：可得： 已知Ky，a=0.028kmol/(m3s)，所以傳質(zhì)單元高度：氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：濕潤表面積：氣膜傳質(zhì)系數(shù)：液膜傳質(zhì)系數(shù)：式中：填料的濕潤表面積，； 填料的比表面積，； ，分別是氣相與液相的質(zhì)量流率，；氣相傳質(zhì)系數(shù)，；液相傳質(zhì)系數(shù)，；溶質(zhì)在液相中的擴散系數(shù)，；溶質(zhì)在氣體中的擴散系數(shù)，；R；T氣體溫度，K；C關(guān)聯(lián)系數(shù)，小于1/2英寸的環(huán)形和鞍形填料取0.2

34、，其余尺寸取5.23；氣體粘度，Pas;流體密度，；液體表面張力，；填料材質(zhì)的臨界表面張力，；形狀態(tài)修正系數(shù)材質(zhì)表面涂石蠟聚四氯乙烯聚苯乙烯路氯乙烯石墨20313340材質(zhì)陶瓷玻璃鋼處理后聚乙烯*處理后聚丙烯*5561737554表 4-4 不同材質(zhì)的臨界表面張力值查表知陶瓷制填料臨界表面張力值為通過查表得知:25下水()的粘度系數(shù)表中X、Y值分別是10.2和13.0，粘度；查得已知29K下水的表面張力為 Nm-1； 一般有機化合物可按分子式由表45查相應(yīng)的原子擴散體積加和得到，某些簡單物質(zhì)則在表4-5種直接列出。系統(tǒng)溫度/K擴散系數(shù)/(10-5m2/s)系統(tǒng)溫度/K擴散系數(shù)/(10-5m2/

35、s)H2空氣273甲醇空氣273He空氣317乙醇空氣273O2空氣273正丁醇空氣273Cl2空氣273苯空氣298H2O空氣273甲醇空氣298298H2CO273332H2CO2273NH3空氣273H2N2273CO2空氣273294298H2NH3298SO2空氣293HeAr298表45 某些二元氣體在常壓下（）的擴散系數(shù)因為下，在空氣中的擴散系數(shù)為查表得：乙醇在水中的擴散系數(shù)由式 進行估算（陳敏恒等主編. 化工原理.下冊. 化學(xué)工業(yè)出版社， 2006）溶劑締合因子，當溶劑是水的時候；組分A在常沸點下的摩爾體積，；乙醇在水中的擴散系數(shù)參數(shù)空氣的粘度：匯總：陶瓷制填料臨界表面張力值；

36、液相： 水的密度；粘度；29K下水的表面張力= ；乙醇在水中的擴散系數(shù)參數(shù)氣相： ；空氣的粘度：；在空氣中的擴散系數(shù)為同理得：；氣膜傳質(zhì)系數(shù)由下式計算：的計算；取；的計算C取5.32；由 得，m=0.6803;則 由 由 ；設(shè)計取填料層高度為：Z=9.54m;填料類型h/DH/m拉西環(huán)4矩鞍586鮑爾環(huán)5106階梯環(huán)8156環(huán)矩鞍5156表4-6 散裝填料分段高度推薦值對于鮑爾環(huán)來說：取則h=D所以填料分兩層，每層4.77m,共9.54 m。填料層壓降計算：采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降橫坐標為：查表得：縱坐標為：查圖得，填料層壓降為：第五章 塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計在壓力不是太高，筒體有鋼板卷

37、焊而成和取自大口無縫鋼管的兩種，直徑較大的一半用鋼卷制，其內(nèi)徑必須符合公稱直徑的數(shù)值，并且均為整數(shù)。直徑較小的筒體，為方便計算，課選用適當?shù)臒o縫鋼管，由于鋼管內(nèi)徑會因不同厚度規(guī)格而變化故取外徑為筒體的公稱直徑，本塔的公稱直徑為Do=450*5mm。所需塔內(nèi)徑由于：故塔壁厚d=3mm+2mm=5mm3mm塔壁必須保證的基本厚度；2mm塔壁的腐蝕裕量。塔外徑Do=(450+5)=455mm故本設(shè)備塔外徑為455*5mm。5.2 封頭的設(shè)計化工容器上常用的封頭型式有半球形、橢圓形、五折邊球形、錐形和平板蓋。因本次設(shè)計中所涉及的塔頂壓力不是太大，故可選擇結(jié)構(gòu)較為簡單的平頂蓋上封頭。平板蓋封頭的幾何形狀

38、包括圓形、橢圓形、長圓形及方形等幾種。本次選用圓形。平板封頭的厚度計算是以薄板理論為基礎(chǔ)。因塔頂上封口處設(shè)有氣體出料管。塔底要承載液體，故選擇橢圓形封頭。標準橢圓形封頭的長短軸之比為2，型號及尺寸按JB1154-73橢圓形封頭型式與尺寸的規(guī)定，長軸即為筒體的直徑，短軸即為長軸的一半。塔底橢圓封頭的部分尺寸如下：封頭內(nèi)徑Di=443mm封頭外徑Do=448mm封頭高度：h=180mm。 在空塔氣速較大，塔頂濺液現(xiàn)象嚴重，以及工藝過程不允許出塔夾帶霧滴的情況下，需設(shè)置除沫器，從而減少液體的夾帶損失，確保氣體的純度，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。除沫器有絲網(wǎng)除沫器、折流板除沫器、旋流板除沫器等。其中絲網(wǎng)除

39、沫器又可分為平放式除沫器、導(dǎo)液式除沫器、多通道二級除沫器。 此次設(shè)計選擇絲網(wǎng)平放式除沫器。絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大重量輕孔隙率大以及使用方便等優(yōu)點，尤其是它具有除沫效率高，壓力將小的特點，從而是使用最廣泛的除沫裝置。 絲網(wǎng)除沫器適用于清潔氣體，不宜用在液滴中含有或易折出固體物資的場合（如堿液、碳酸氫氨溶液等），以免液體蒸發(fā)后留下固體堵塞絲網(wǎng)。當霧沫中含有少量懸浮物時，應(yīng)經(jīng)常沖洗。絲網(wǎng)除沫器常用的設(shè)計氣速為13ms。絲網(wǎng)層的適宜厚度應(yīng)按工藝條件實驗確定。對于金屬絲網(wǎng)，當絲網(wǎng)直徑為0.0760.4mm、網(wǎng)層密度為48530m時，在適宜的氣速下，絲網(wǎng)層的續(xù)液厚度約為2550mm，取網(wǎng)層厚度為1001

40、50mm，就能把氣體中絕大部分霧滴分離下來。除沫要求嚴格時，可以取厚些或采用兩段絲網(wǎng)。當合成纖維直徑誒0.0050.03mm時，制成的網(wǎng)應(yīng)壓緊到密度為110160m，網(wǎng)層厚度一般取50 mm.平放式絲網(wǎng)除沫器由于截面積較大而不易發(fā)生二次夾帶除沫效果較高，用于蒸餾和吸收操作，由于夾帶的液滴較大，當操作不高時除沫效率可達99.5%，對的液滴也能有效的除去。當絲網(wǎng)厚度為100150mm時，通過除沫網(wǎng)的壓降為。除沫器的直徑計算如下所示絲網(wǎng)除沫器的直徑D由允許氣速決定，最大允許氣速可由經(jīng)驗公式計算： 式中 ，分別為液體與氣體的密度，； 經(jīng)驗參數(shù)，按不同類型絲網(wǎng)取值，見表 ：類型堆積密度/（）空隙率/%比

41、表面積/（）K使用條件標準型（N）有場合高效型（SL）型192193375377需求高效場合高穿透率（H型）8011299158213高通量，高粘度多股型(R型)4321780的霧沫纏繞型（W型）208224394428表5-1幾種除沫器屬性而操作氣速設(shè)計氣速為1.82m/s， 大致滿足要求，又 V網(wǎng)層厚度取50 mm為了達到預(yù)期的除沫效率，在絲網(wǎng)除沫器的上方和下方，都應(yīng)留有適當?shù)姆蛛x空間。對于裝于塔頂?shù)某鳎斶M料液和回流液無閃蒸時，除沫器的安裝位置如設(shè)計圖所示：5.4 液體進料管的設(shè)計液體進料管允許液體流速為1.51.8 ms高度取120150mm壁厚取4mm高

42、度取135mm外徑214mm查得標準管徑為20*4mm。5.5 噴淋裝置的設(shè)計 根據(jù)液體在塔中的分布是否均勻，選不易堵塞，壓降小，結(jié)構(gòu)簡單，制造安裝方便的蓮蓬頭噴淋裝置。 液體通過蓮蓬頭上均勻分布開在球面上的小孔，借助壓差計使液體噴出。通過蓮蓬頭壓降一般為0.989.8kpa，本處采用1.5 kpa的壓降。蓮蓬頭式分布器，多用于600mm以下的塔中，缺點是小孔易堵，霧沫夾帶嚴重，操縱性能隨壓差而變。i=0.25*443=111mm厚度 4mm小孔直徑d0=3mm小孔數(shù)n輸液能力計算 02； h空口以上液柱高度，。i=0.8*443=354mm；噴頭直徑dL=tan29*2*0.8*443=40

43、0mm；因為蓮蓬頭式分布器噴灑角小于180，取120彎曲半徑R=（2-3）外徑，此次設(shè)計取3倍， R=3*20=60mm。5.6 法蘭的設(shè)計法蘭連接由一對法蘭，若干個螺栓、螺母和一個墊片所組成。當設(shè)備或管道工作時，介質(zhì)內(nèi)壓有將法蘭分開，并降低密封面與墊片間壓力的趨勢。為此，設(shè)備或管道在開工操作前，螺栓，螺母就需擰緊至給墊片以一個適當?shù)念A(yù)緊力。顯然，這個預(yù)緊力與墊片的材料有關(guān)。而且與墊片的寬度有關(guān)，墊片越寬，所需的預(yù)緊力越大。本設(shè)計因壓力不高而選用因制造容易而被廣泛采用的甲型平焊法蘭，具體參數(shù)參考GB115873。5.7 填料板壓板的設(shè)計對防止填料層在氣體壓力差和符合波動引起的沖擊作用下發(fā)生的攢

44、動和膨脹，對任何填料塔都必須安裝填料壓板或床層限制板。 填料壓板：使用于固定陶瓷填料層，憑自身的重量限制填料松動，無需固定于塔壁。其關(guān)鍵的壓強常設(shè)計為1100pa左右。此外自由界面率不應(yīng)少于70%，以減少阻力，其形式分為柵條壓板式和絲網(wǎng)壓板等。填料層底部的支撐板在設(shè)計中往往容易被忽略，因而造成阻力過大，容易導(dǎo)致液泛等問題，特別是孔板式支撐板此缺點較為突出。從化工要求來說支撐板應(yīng)滿足二個基本條件：（1）自由截面不小于填料的孔隙率；（2）其強度足以支撐上面填料的重量。用堅扁鋼組成的柵板，通過常能滿足這一要求。扁鋼條之間的距離宜為填料外徑的0.6-0.8倍左右。在直徑較大的塔中，也可用較大的間距，上

45、面再放一層十字隔板式陶瓷。然后再在上面堆放拉西環(huán)。本次設(shè)計選用鮑爾環(huán)。故堆放在鮑爾環(huán)上面。當用柵板結(jié)構(gòu)不能滿足上述兩個基本條件時，可采用升氣管式支撐板。氣相從氣管的齒縫走，而液相由小孔及部分由齒縫的底部溢流下去。當有足夠的齒縫面積時這種結(jié)構(gòu)甚至能達到超過100%（對于塔的橫截面而言）的氣相自由截面率。手孔最簡單的結(jié)構(gòu)形式是在接管上安裝一塊盲板，這種結(jié)構(gòu)用于常壓和低壓，以及不需要經(jīng)常打開的場合?；剞D(zhuǎn)蓋快開手孔，采用鉸鏈螺栓緊固和回轉(zhuǎn)蓋結(jié)構(gòu)，是開啟較為方便。因此，用于要求經(jīng)常開啟的低壓設(shè)備。需要快速啟閉的手孔，應(yīng)設(shè)置快速押金裝置。常壓快開手孔采用卡板和球形手柄將手孔壓緊。這種結(jié)構(gòu)啟閉迅速，但壓緊時

46、，密封不好，只能用在常壓操作的設(shè)備。旋柄快開手孔只需轉(zhuǎn)動手柄就可以將蓋子和法蘭上緊。受力較常壓快開手孔均勻，可用在低壓操作的設(shè)備。操作壓力在2.5MPa以上時，應(yīng)采用對焊法蘭手孔。手孔的直徑應(yīng)使工人帶手套并握有工具的手能順利通過。手孔的直徑不宜小于150mm,一般為Dg150mm 、Dg250mm 。本實驗手孔采用1654.5。懸掛式支座亦稱耳式支座，是立式容器中用的極為廣泛的一種，尤其是中小型設(shè)備。它通常是用數(shù)塊鋼板焊接而成，亦可用從鋼板上切下一條直線彎成。耳式支座通常由底板及肋板組成，底板的作用是與基礎(chǔ)接觸并連接，肋板的作用是增加支座的剛性，使作用在容器上的外力通過底板傳遞到支撐梁上。支座

47、的肋板不應(yīng)有尖角，應(yīng)做成圖中所示形狀。國外常用一種具有橫向板的耳式支座，此種支座橫向板均需用連續(xù)焊縫，堅持肋板與殼體由支座集中載荷所產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)。每臺設(shè)備一般配置兩個或四個支座，必要時也可以多一些，但在安裝時不容易保證每個支耳在同一平面上，也就不能保證每個耳座受力均勻。焊接在每個支座上的肋板數(shù)目是根據(jù)作用在支座上載荷大小決定的，小水箱和輕型設(shè)備的支座可用角鋼做成。JB1165-80懸掛式支座上，是采用具有兩塊肋板和一些底板做成的焊接結(jié)構(gòu)。為避免氣體淹沒通道，使氣體沿塔截面分布均勻，防止破碎填料進入氣體進料管，故選用側(cè)面擋板式進氣，選用普通的無縫鋼管。部分尺寸計算如下：,取u=15m/s管徑

48、d=147mm故取d=160mm，;實際氣速在1020m/s范圍內(nèi)。液體出料管位于塔底承受一定壓力，用焊接鋼管 管徑 氣體出料管位于塔頂，采用GBB16387本次設(shè)計采用清水泵，清水泵是應(yīng)用最廣的離心泵。在化工生產(chǎn)中用來輸送各種工業(yè)用水以及物理，化學(xué)性質(zhì)類似于水的其他液體，采用IS100-80-125。填料吸收塔主要尺寸填料層高度：H= 9540 mm塔徑：D=450*5 mm板壓降：P= 9.54 Kpa出料管留在塔外的部分：210 mm除沫器據(jù)塔頂?shù)木嚯x：400 mm蓮蓬頭距填料層頂： 330 mm手孔中線距填料層底部：180 mm進氣管中心線距填料層底部：400 mm進氣管中心線距塔底：

49、 800mm則整個填料塔高度為： 12770 mm設(shè)計小結(jié)經(jīng)過這次長達幾個星期的化工原理課程設(shè)計的前期準備以及設(shè)計計算、制作，我對之前所學(xué)的理論知識有了進一步的了解和認識。熟悉了工程設(shè)計的基本內(nèi)容，以及工程設(shè)計中的一些貫徹思想，例如方案選定不僅具有技術(shù)可行性，還要有經(jīng)濟上的計算選擇和安全生產(chǎn)的保證。當然課程設(shè)計也是對自己分析和解決實際問題能力的培養(yǎng)，還樹立了實事求是，高度負責的工作態(tài)度和思想。課程設(shè)計中許多步驟和環(huán)節(jié)需要自己綜合分析并作出最佳選擇。如設(shè)計方案的選擇和論證，要對擬方案從技術(shù)及經(jīng)濟上比較論證，說明所選方案的適宜性與優(yōu)越性，然后確定工藝流程。因而課程設(shè)計能很好地鍛煉我們的工作實踐能力。通過本次課程設(shè)計，使我對從填料塔設(shè)計方案到填料塔設(shè)計的基本過程的設(shè)計方法、步驟、思路、有一定的了解與認識。它相當于實際填料塔設(shè)計工作的模擬。在課程設(shè)計過程中，基本能按照規(guī)定的程序進行，先針對填料塔的特點和收集、調(diào)查有關(guān)資料，然后進入草案階段，其間與指導(dǎo)教師進行幾次方案的討論、修改，再討論、逐步了解設(shè)計填料塔的基本順序，最后定案。設(shè)計方案確定后，又在老師指導(dǎo)下進行擴初詳細設(shè)計，并計算物料守衡，傳質(zhì)系數(shù)，填料層高度，塔高等；最后進行塔附件設(shè)計。在這次課程設(shè)計中，我在以下方面的能力得到培養(yǎng)和訓(xùn)練。第一，綜合運用化工原理和有關(guān)課程所學(xué)知識和聯(lián)系化工實際單