化工原理课程设计(氨气填料吸收塔设计).docx

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1、化工原理课程设计任务书设计题目填料汲取塔设计一15主要内容1、设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备进行简要论述：2、主要设备的工艺设计计兑：物料衡兑、能量衡匏、工艺参数的选定、填料塔结构设计和工艺尺寸的设计计算：3、协助设备的选型4、绘流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备和协助设备的物料方向、物流量、能流量。5、汲取塔的设备工艺条件图6、编写设计计算说明书设计分数用清水汲取空气中的Mh气体，混合气体处理量50O0h,其中NH,含量为0.Mkgm干空气（标态），干空气温度为25C,相对湿度为70,要求净化气中NH,含量不超过0.07*（体积分数），气体人口温度40。入塔汲取剂中不含

2、NH”水入口湿度30C.设计安排进度布置任务，学习课程设计指导书，其它打算0.5大主要工艺设计计算2.5天协助设备选型计算/绘制工艺流程图1.0天绘制主要设备工艺条件图1.o天编写设计计算说明书（考核）1.0X合计:（1周）6.0天主要科文献1. 化工原理课程设计,贾绍义等编,天津高校出版社，2002.082. 6化工原理（上、下册），更清，陈常货主编，天津离校出版社，2005.013. 化工原理课程设计，大连理工高校编，大连理工高校出版社，1994.071.6化工工艺设计手册（笫三版）（上、下册），化学工业出版社，2003.085. E化学工程手册3（其次版）（上、卜卷，时钧等主编，化学工业

3、出版社，1998.116. 化工设备机械基础3,笊大勤编，化学工业出版社，2003.017. 6化工数据导引h王福安主编，化工出版社，1995.108. *化工工程制图，魏崇光等主编，化学工业出版社1994.059. 6现代填料塔技术指南瓦王树为主编，中国石化出版社,1998.08设计文件要求1.设计说明书不得少于7000字,A4幅面;2 .工艺流程图为A2幅面；3 .设备工艺条件图为A3幅面：备注前言3二设计任务1三设计条件4四设计方案51 .汲取剂的选择52 .流程图及流程说明53 .塔填料的选择7五工艺计算114 .物料衡尊,确定塔顶、塔底的气液流量和组成115 .塔径的计算126 .填

4、料层高度计算117 .填料层压降计算168 .液体分布装置179 .液体再分布装置1910 填料支掠装置2011 流体进出口装置2112 水泵及风机的选型22六设计一览表23七对本设计的评述23A参考文献24九主要符号说明24南/汲取滋程用水汲取N1.1.属高溶解度的汲取过程，为提高传痂效率和分别效率，所以本设计选用逆流汲取流程。该填料塔中，氨气和空气混合气体，经由填料塔的卜则进入填料塔中，与从填料塔顶流下的水逆潦接触,在填料的作用下进行汲取。经汲取后的混合气体由塔顶解除，汲取了H气的水由填料塔的下端流出。4.3塔填料选择塔填料（筒称为填料）是填料塔的核心构件，它供应了气、液两相相接触传质与传

5、热的表面，其性能优劣是确定填料塔操作性能的主要因素.填料的比表面积越大，气液分布也就越匀称，传质效率也越高，它与塔内件一起确定了填料塔的性质。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。填料的种类主要从传质效率、通量:、烦料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值Dd4.3.1 填料性能评价填料种类的选择要考虑分别工艺的要求，通常考虑下几个方面：（D传质效率传质效率即分别效率，它有两种表的方法：一是以理论级进行计算的表示方法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即HETP值；另一方面是以传质速率进行计算的表示方法，以每个传质单元相

6、当高度表示，即HT1.J值。在满意工艺要求的前提下,应选用传质效率高,即HEYP（或HTU值）低的填料。对于常用的工业填料,其HEYP（或HT1.值）可由有关手册或文献中查到，也可以通过一些阅历公式来估算。（2）通知在相同的液体负荷下，填利的泛点气速愈面或气相动能因子愈大，则通珏愈大，塔的处理实力亦越大。因此在选择填料种类时，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具仃较高泛点气速或气相动能因子的填料。对于大多数常用填料其泛点气速或气相动能因子可由有关手册或文献中查到，也可以通过一些阅历公式来估算.（3）填料层的压降填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降越低，动力消耗越低，操作费用越小。

7、选择低压降的填料对热敏性物系的分别尤为重要。比较填料的压降有两种方法，一是比较填料层单位高度的压降4PZ:另一是比较填料层单位传质效率的比压降APNT.填料层的压降可用阅历公式计算，亦可从有关图表中查出。(4)填料的操作性能填料的操作性能主要指操作用性、抗污堵性及抗热敏性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气、液负荷发生波动时维持操作稳定。同时,还应具有肯定的抗污堵、抗热敏实力，以适应物料的变更及塔内温度变更。此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。4.3.2 装填类型选择原料种类很多，依据埴料方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类。1、散装填料散装填料是一个个具有肯定几何形态和尺寸

8、的颗粒体，一般以随机的方式积景在塔内，又称为乱堆原料或颗粒填料。散装填料依据结构特点不同，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种典型的散装填料。(D拉西环填料其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。拉西环境料的气液分布较差，传质速率低，阻力大，通量小，目前工业上已很少用了.(2)维尔环填科维尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔,被切开的环壁的侧仍与壁面相连，另侧向环内弯曲,形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金屈等材质制造。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气体阻力

9、小，液体分布匀称。与拉西环相比，其通珏可增加50%左右.鲍尔环是目前应用较广的填料之一.(3)阶梯环填料阶梯环是对鲍尔环的改进，与维尔环相比，阶梯环高度削减了一半,并在端增加了个锥形翻边。由于高径比削减，使得气体绕埴料外壁的平均路径大为缩短，削减气体通过填料U的阻力。锥形翻边不仅增加/填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的间隙，同时成为液体沿填料表面流淌的汇合分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于维尔环，成为F1.前运用的环形填料中垃为优良的一种。(4)孤鞍填料弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形态犹如马鞍，一般采纳兖质

10、材料制成.弧鞍填料的特点是表面全部放开，不分内外，液体在表面来那个恻匀称的流淌,表面利用率高，流道呈孤形，流淌阻力小。其缺点是易发生套狡，致使一部分填料表面被重合,使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，简洁破裂，工业生产应用不多。(5)矩鞍填料将弧鞍填料两端的弧形面改成矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩砥填料枳累时不会套衣，液体分布较匀称。矩粒填料一般采纳优质材料制成，u020.0040.0020008OOM0.001OMOM01Omo.o064图3通用压降关联图5.5 液体分布装置液体分布器的作用：液体分布装置设丁填料屋顶部，用丁将塔顶液体匀称分布在填料表面上，液体的分布装置性能对填料塔

11、效率影响很大，特殊是大直径、低填料层的填科塔，尤其须要性能良好的液体分布装置。由于液体在填料塔内分布匀称，可以增大填料的润湿表面枳，以提1.分别效果。因此，液体在塔顶的初始匀称喷淋，是保证填料塔达到预期分别效果的重要条件。从喷淋密度考虑，应保证每60J的塔截面上约有一个喷淋点，这样，可以防止塔内壁流和沟流现象。常用的液体分布装置有莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔管式分布器等。莲蓬式喷淋器：液体经半球形喷头的小孔喷出。小孔直径为310m,做同心圆排列,喷洒向不超过80。这种喷淋微结构简洁，但只适用于直径小于60Omn1.的塔中，且小孔=I-刈,2gA”则_I4x0.001546一1.1.1.4840.

12、629.810.16=0.00469G”=4.7Ornm5.6 液体再分布装量实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流淌时，不能保持喷淋装置所供应的原始匀称分布状态，液体仃向塔壁流淌的趋势。因而导致壁流增加、填料主体的流量减小、塔中心的填料不被润湿，影响r流体沿塔横截而分布的匀称性，降低传质效率。所以，设置再分布装置是非常重要的。液体分布潺分为戴锥形再分布器、边圈槽型再分布潺、改进截锥形再分布器。图4（八）、(b)为两种截锥式再分布器。其中(U)型是将截锥体固定在塔壁上，其上卜均可装满填料，推体不占空间，是爆简洁的一种。(b)型是在截锥上方设支承板，截锥以下隔一段距离再放填界I，需分段卸出填料时可用

13、此型.技锥体与塔壁的夹角一般取为35-40,截住卜,口直径D1.(0.70.8)D.截倍型再分布器适于直径80Omm以卜的塔应用。图$常用液体再分布器图4c)为边圈槽形再分布器。壁流液汇合于边圈槽中，再由溢流管引入填料层。边槽宽度为50100mrn.可依塔径大小选取，溢流管直径为1632mm,一般取3，1根溢流管。此型结构简洁，气体通过截面较大，可用于300100On1.m直径的塔中，其缺点是喷洒不然匀称。图4d）为改进形安排帷，此型既改善了液体分布状况，乂有较大的自由截面积,适用于600三以下塔径。综上所述，本课程设计选用边圈槽形再分布器，边槽宽度为70mm,溢流管直径为25mmo5.7 填

14、料支撑装置一.填料支承装苴用于支承塔填料及其所持有的气体、液体的质量，同时起若气液流道及气体均布作用。故在设计支承板是应满意卜列三个基本条件：（1）自由截面与塔截面之比不小于填利的空隙率：（2）要有足够的强度承受填料重量及填料空隙的液体：（3）要有肯定的耐腐蚀性。用竖扁钢制成的栅板作为支承板最为常用，如图5中的（八）棚板可以制成整块或分块的.一般当直径小于500mm时可制成整块；直径为60080Omrn时，可以分成两块:直径在900120Omm时，分成三块：直径大于140Onm时，分成四块：使每块宽度约在300400IrIn之间，以便拆装。棚板（b升气管式图5填料支承板（OI字附板环层栅板条之

15、间的距离应约为填料环外径的0607。在直径较大的塔中，当填料环尺寸较小的，也可采纳间距较大的刷板，先在其上布满尺寸较大的十字分隔炎环，再放置尺寸较小的瓷环。这样,栅板自由截面较大,如图5(C)所示。当棚板结构不能满意自由截面要求时，可采纳如图5(b)所示的升气管式支承板。气相走升气管齿缝，液相由小孔及底部溢流而下,这类支承板，有足够齿缝时，气相的自由截面枳可以超过整个塔德横截面积，所以绝不会在此造成液泛。填料支撑装四对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。采纳结构简洁、自由截面较大、金属耗用量较小的栅板作为支擦板.为r改善边界状况，可采纳大间距的棚条，然后整砌一、二层按正方形排列的优质十字环，作

16、为过渡支掾，以取得较大的孔隙率。由于采纳的是838的填料，所以可用75”的十字环.塔径。=80切“，设计柚板由2块组成。且须要将其搁置在焊接于塔壁的支持圈或支持块上。分块式栅板，每块宽度为400mm,每块重显不超过700义以便从人孔进行装却。.5.8 流体进出口装量原料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的匀称分布，对500三直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45”向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采纳其它均布气流的装置。气体出口装置既耍保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫.最简洁的装置是在气体出口处装一

17、除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采纳旋流板除雾器。常压塔气体进出口管气速可取1020ms(而压塔气速低下此值)：液体进出口管气速可取081.511s(必要时可加大些)。管径依所选气速确定后，应按标准管规格进行圆整，并规定其厚度。气体进气口气速取16ms,液体进液口流速取1.2ns.气体进出口管直径：D1=、匿=J4i0ai-=0.3325m=333nnV11uV3.14X163600液体流量：1.=174.866kmo1./h=汹4型=5.565mh995.7液体进出口管直径：D,=X1.产?6：=0.04051m=405mmV3.I4I.23600按标准管规格(GB8163

18、-87)进行圆整后得，气体进口出管直径D=351mm,厚度为10mm；液体进出管直径D.=42m11,厚度为8e。设计位丁塔底的进气管时，主要考虑两个要求：压力降要小和气体分布耍匀称,由于填料层压力降较大，减弱了压力波动的影响，从而建立了较好的气体分布：同时，本装置由于直彳仝较小，可采纳简洁的进气分布装置。5.9水泵及风机的选型汲取剂实际流速：%=坦=1.116，“叫-依据初步设计，1垂直=Iom.1水平及弯=25I总=12mRC=如=O.(M2I.II6995.70.(Oftm7=5.829XIO4新的无缝钢管肯定粗储度约值为002OJmm,相对粗糙度为=变型W=O(X)2381,(10.0

19、42查莫狄图得摩擦系数约为也026。列出液体进口和液体出口的两截面的机械能守恒方程，即可求得用头H：，=Z+包+E”2gPfiIfcAZ=IO.Au2*0=0.026121.116:().0042X2x9.81=4.7I6m操作压力为常压，所地P即填料层压降=5151PaH=K)+5151995.7x3600+4.716=14.72,泵功率Ne=HQfJfi=14.72995.79.81=222.3W3600查离心泵的规格,IS50-32-200中n=1450rmin,Q=6.3dh,H=12,5m,1=54%,N=O.751,该离心机最为适合。空气入口和出口间的压差即为填料以压降、除雾沫器压

20、降及阻力损失(大约取6(WPa)：1.,1.=5151+600=575IPh空气i5t5000mh查引凤机型号参数表，得Y90S-4No.4.5A型引风机较合适：转速：145OrPm流量：2856528ImVh全风压：571210562Pa电机功率：1.IKW六设计一览表经上述论述和计算得填料汲取塔设计一览表（见表5）。/5填料汲取塔设计一览表汲取塔类型：聚丙烯阶梯环汲取填料塔混合气处理量：5000n7h名称工艺参数物料名称清水混合气体操作压力，kPa101.3101.3操作温度，-C3040流体密度，kgm3995.71.037黏度，kg(n*h)2.8830.067表面张力，kg/h910

21、896427680（聚丙烯）流量，kg/h5540.8625185潦速，m/s1.216接管尺寸（直径）42351塔径，mm800填料层高度，mm700压降，KPa5.151操作液气比1.069分布点数84七对本设计的评述历时一个星期的化工原理课程设计结束1.在这个课程设计过程当中，我综合地运用了我所学习过的流体力学和汲取等方面的化工基础学问，设计了一款可应用于汲取氨的填料塔。在为期周的课程设计当中我感受最深的便是理论联系实践的重要性，当遇到实际问题时，只要仔细思索，用所学的学问，再一步步探究，是完全可以解决遇到的一般问题的。这次的课程设计内容包括工艺流程的设计，塔板结构的设计，数据的校验。主

22、要目的是使我对化工原理有肯定的感性和理性相识：对水汲取第等方面的相关学问做进一步的理解：培育和熬炼我们的思维实我实力，使我们的理论学问与实践充分地结合,做到不仅具有专业学问，而I1.还具有较强的实践实力，能自主分析问题和解决问题。一周的课程设计虽然短暂而劳照，但却给我以后的道路指出一条明路，那就是思索着做事，将事半功倍。我做事的心态也得到磨练，也变更了很多不良的习惯，这就是此次课程设计最大的的收获吧。A参考文献口贾绍义,柴诚敬,化工原理课程设计.天津高校出版社2熨清,陈常数,化工原理（卜.册）.天津高校出版社3匡国柱，史启才,化工单元过程及设备课程设计.化学工业出版社4路秀林,王者相,塔设备.

23、化学工业出版社九主要符号说明E一一亨利系数：H一一溶解度系数：M-相对摩尔质量；m-一相对平衡常数：H1泛点气速，m/s；g重力加速度,9.81.ms；a,一一填料总比表面积，mm填料层空隙率，m/mPv,Pc一一气相、液相密度，km,5U1.液体粘度，mPas：A,K-一关联常数A=O.204,K=I.75；V单位时间内通过汲取塔的惰性气体量，kmo1./s；1.一一单位时间内通过汲取塔的溶解剂，kmo1./s；Y1.Y：分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，kmo1.kmo1.sX1.Xj一一分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，kmo1./kmokD塔径，m：V一操作条件下混合气体的

24、体积流量，m/s：U空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，msJ气膜体积汲取系数，hu1.(nthkPa)；k1.a一一液膜体积汲取系数，1人I1.一一气相传版单元高度，m一一塔械面积，mZ填料层高度，m十致谢经过个星期的学习和探讨，本次课程设计已经接近尾声，作为个本科生，由于我个人阅历的相对陵乏，难免有很多设计不周的地方，假如没有老师的督促指导，以及同组同学们的共同努力，想要完成这个设计是很困难的。在这里首先我要感谢陈国忠老加.陈老师治学看法泮谴，学识渊博，为人亲善可亲，他平日里工作繁多，但在我做课程设计的每个阶段，从初期的设计思路的确定、文献借阅，中期检查，到后期设计计算等整个过程中都蜴予了我悉心的指导。然后我还要感谢全部教过我们的老师，他们为我们打下坚实的专业学问基础，使我们在实际应用时如鱼得水事半功倍：同时还要感谢全部的同学们，感谢大家对我的支持与激励，正是因为有了这些，我的课程设计才会顺当结束。同时还要感谢参考书的作者们，他们的书为我指明方向.最终我要感谢我的家人，他们不辞辛苦把我培育成材，他们的汗水即将换来我丰收的喜悦，我要向他们对我的一路支持致以深深的感谢。