水吸收空气中NH3填料塔设计氨气课程设计.doc

水吸收空气中水吸收空气中 NH3填料塔设计填料塔设计 目目 录录 任务书 .2 前言 .3 第一章 填料塔的确定 .4 1.1 填料塔的主体结构与特点.4 1.2填料塔的设计任务及步骤.5 1.3填料塔设计条件及操作条件.6 第二章 填料塔主体设计方案的确定 .6 2.1装置流程的确定.6 2.2 吸收剂的选择 .7 2.3 填料的类型与选择 .7 2.3.1 填料性能的评价 2.3.2 填料类型的选择 .7 2.3.3 填料规格的选择 .10 2.3.4 填料材质的选择 2.4 基础物性数据 .12 2.4.1 液相物性数据 .12 2.4.2 气相物性数据 .12 2.4.3 气液相平衡数据 .13 2.4.4 物料衡算 .13 第三章 填料塔工艺尺寸的计算 .1414 3.1 塔径的计算.14 3.2 填料层高度的计算及分段.16 3.2.1 传质单元数的计算 .16 3.2.2 质单元高度的计算 3.2.3 填料层的分段 .19 3.3 填料层压降的计算.19 第四章主要附属设备的选型和计算.2121 4.1 填料塔附属高度的计算.21 4.2 流体进出口流差 4.2.1 气体进料管 4.2.2 液体进料管 4.3 风机和离心泵的计算和选择.24 4.3.1 风机的选择 4.3.2 离心泵的计算和选择 4.4 液体分布装置 4.5 填料支撑装置 4.6 填料压紧装置 主要符号说明 1 填料塔设计结果概要 .26 2 填料塔设计数据一览 .26 3 参考文献 .16 4 设计评价 .16 5 致谢 附件一：塔设备流程图 .1717 附件二：塔设备设计图 .1717 目的：锻炼学生的综合能力：资料查阅、知识综合应用、理论计算、设备选型、绘制 图形、编写说明书。 培养工程观念：理论小试 放大。 要求：设定大致框架，绘制工艺流程图； 进行有关计算，得出设备主要尺寸和参数（塔高，直径，塔板数等）； 选择附属设备； 根据计算结果绘制主体设备图形； 编写设计说明书。 (一) 题目：水吸收空气中 NH3填料塔设计 (二)设计任务及操作条件 1、混合气体的处理量：5000+100*8 Nm3/h 2、原料气中 NH3的体积分率： 4%（双号） 3、回收率： 98% 4、吸收塔操作条件：20， P=101.3KPa 5、年开工： 300天 （3）填料类型 聚丙烯鲍尔环填料。 （4）设计内容 (1)吸收塔的物料衡算 (2)填料层压降的计算 (3)液体分布器的简单设计 (4)吸收塔塔体工艺尺寸的计算 (5)绘制分布器施工图 (6)对本设计进行评述 （五） 、参考文献（宋体、5 号字） （六） 、附录：设计图纸（工艺流程图与主体设备装配图） （七） 、考核方式及成绩评定 专业课程设计的考核与成绩评定由指导教师进行。 考核内容：考勤、计算草稿或笔记、说明书和图纸的质量，独立完成设计 情况。 前言：前言： 塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等生产过程的气液传质设备。 被用于蒸馏和吸收的塔器分别称为蒸馏塔和吸收塔。所以塔设备的研究一直是 国内外学者普遍关注的重要课题。在化学工业中，经常需要将气体混合物中的 各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品， 或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工 业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之 一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。 塔设备按其结构形式基本上可分为两类；板式塔和填料塔。以前在工业生 产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。近年来由于填料塔 结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能 又保持了压降小、性能稳定等特点。因此，填料塔已经被推广到大型气、液操 作中，在某些场合还代替了传统的板式塔。如今，直径几米甚至几十米的大型 填料塔在工业上已非罕见。随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必 将大量用于工业生产中。 氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体 健康和大气环境都会造成破坏和污染， 氨通常以气体形式吸入人体，短期内 吸入大量氨气后会出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐、 乏力等。若吸入的氨气过多，导致血液中氨浓度过高，就会通过三叉神经末 梢的反射作用而引起心脏的停搏和呼吸停止，危及生命。因此，吸收空气中 的氨，防止氨超标具有重要意义。 因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气 而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次课 程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的空 气。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而 且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还 具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操 作过程节省大量人力和物力。在设计过程中主要围绕提高塔设备传质速率，理 解填料塔的结构设计的思路和特点，掌握填料塔的流体力学和传质特性，设计 的基本方法和程序，最后根据生产任务要求，确定吸收它的主要部件及其附属 设备的选型和计算，和设备的主要工艺尺寸等。本次设计由于我知识有限，存 在的问题还需要老师多多谅解，并指教。 第一章：填料塔的确定第一章：填料塔的确定 1.1 填料塔的主体结构与特点： 4 4 图 1.1 填料它的结构简图 填料塔为连续接触式的气、液传质设备。它的结构如图所示。在圆筒形塔 体的塔壳的下部，设置一层支承栅板，支承版上填充一定高度的填料。液体由 入口管进入经分布器喷淋至填料上，在填料的空隙中流过，并润湿填料表面形 成流动的液膜。液体流经填料后由排除管取出。液体在填料层中有倾向于塔壁 的流动，故填料层较高时，常将其分段，两段之间再设置液体再分布器，有利 于液体的重新分布。气体在支撑板下方入口管进入塔内，在压强差的推动下， 通过填料间的空隙由塔的顶部排除。填料内气、液两相呈逆流流动，相际间的 传质通常是在填料表面的液体与其相距的界面上进行，两项的组成沿塔高连续 变化1。 填料塔与板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大，奋力效率高， 持液量小，操作弹性大，压强降低的等特点。通过填料材质的选择，可处理腐 液体 捕沫器 填料压板 塔壳 填料 填料支承板 液体再分布器 填料压板 填料支承板 气体 气体 液体 蚀性材料。尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显出起优越性。但 是，填料塔的造价通常高于板式塔，对于含有悬浮液的料液，易于聚合的物系 则不能适用，而且对于有侧线出料的场合等也不大适宜。 1.2 填料塔的设计任务及步骤 设计任务：用水吸收空气中混有的氨气。 设计步骤：（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案; （2）针对物系及分离要求，选择适宜填料； （3）确定塔径、填料层高度等工艺尺寸（考虑喷淋密度） ； （4）计算塔高、及填料层的压降； （5）塔内件设计。 1.3 填料塔的设计条件及操作条件 1. 气体混合物成分：空气和氨 2. 空气中氨的含量: 4.0% （体积含量即为摩尔含量） 3. 混合气体流量 5800m3/h 4. 操作温度 298K 5. 混合气体压力 101.3KPa 6. 回收率 98 % 7. 采用清水为吸收剂 8. 填料类型：采用聚丙烯鲍尔环填料 第二章第二章 填料塔主体设计方案的确定填料塔主体设计方案的确定 2.1 装置流程的确定 本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由 塔底排出，即逆流操作2。其流程如下： 图 2.1 流程安排 用水吸收 NH3属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以， 本设计选用逆流吸收流程。 该填料塔中，氨气和空气混合气体，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与 从填料塔顶流下的水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气 体由塔顶排除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。 逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收 剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。 2.2 吸收剂的选择 吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂性能 的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一. 吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不 吸收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。水廉 价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。 且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。 2-1 工业常用吸收剂 溶质 溶剂溶质溶剂 氨水、硫酸丙酮蒸汽水 氯化氢水二氧化碳水、碱液 二氧化硫水硫化氢碱液、有机溶剂 苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳铜氨液 2.3 填料的类型与选择 2.3.1 填料性能评价 填料种类的选择要考虑分离工艺的要求3，通常考虑一下几个方面: (1)传质效率 传质效率即分离效率，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，以每个传质单元相当高度表示，即 HTU 值。在满足工艺要求的前提下，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 HTU 值)可由有关手册或文献中查到，也 可以通过一些经验公式来估算。 (2)通量 在相同的液体负荷下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大， 则通量愈大，塔的处理能力亦越大。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，应选择具有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 通过一些经验公式来估算。 (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。选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤 为重要。比较填料的压降 (4)填料的操作性能。填料的操作性能主要指操作弹性、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，还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温 度变化。 此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。 2.3.2 装填类型选择 填料的种类很多，根据装填方式的不同，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一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式 堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，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。 (1)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。拉西环填料的气液分布较差，传质速率低，阻力大，通量小，目 前工业上已很少用了。 (2)鲍尔环填料。鲍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，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧 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、 金属等材质制造。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，气体阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，其通量可增加 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，与鲍尔环相比，阶梯环高度减 少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料 外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加 了填料的机械强度，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动的汇集分散点，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鲍尔环， 成为目前使用的环形填料中最为优良的一种。 (4)弧鞍填料。弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷 质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面来那个 侧均匀的流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套 叠，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，容易 破碎，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。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采 用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前国内绝大多数应用瓷拉西环的场合， 均已被矩鞍填料所取代。 (6)环矩鞍填料。环矩鞍填料是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新 型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料 将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环， 是工业应用最为普遍的一种金属散装填料。下图为几种实体填料： 拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍形填料 矩鞍 形填料 图 2.2 几种实体填料 2、规整填料 规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多， 根据几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。工业上应用的规整填 料绝大部分为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料两大类， 可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。 金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，是由金属丝网制成的。其特 点是压降低、分离效率高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物 系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管其造价高，但因性能优良仍得 到广泛使用。 金属板波纹填料是板波纹填料的主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许 多mmmm64的小孔，可起到粗分配板片上的液体，加强横向混和作用。波 纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作 用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大气直径塔及气、液 负荷较大的场合。 波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面 积大。其缺点是不适用于处理黏度大、易聚合或有悬浮物的材料，且装卸、清 理困难，造价高。 综上所述，经分析各填料特点、性能，本次采用散装填料。鲍尔环是目前 应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。 2.3.3 填料规格的选择4 通常，散装填料与规整填料的规格标示方法不同，选择地方法亦不尽相同。 工业塔常用的散装填料主要有 Dn16Dn25Dn38 Dn76 等几种规格。同类填 料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。 而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使 塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。 常用填料的塔径与填料公称直径比值 D/d 的推荐值列于。 表 2-2 填料种类D/d 的推荐值 拉西环D/d2030 鞍环D/d15 鲍尔环D/d1015 阶梯环D/d8 环矩鞍D/d8 综上所述选用 50mm 聚丙烯鲍尔环塔填料，其主要性能参数查表 2.1 得： 比表面积 a：100 32 /mm 空隙率：0.917 干填料因子：130m-1 国内阶梯环特性数据见表 2.1。 表2.3 国内鲍尔环特性数据 材 质 外径 d，m m 外径高厚 dH 比表面积 at，m2/m3 空隙率 ，m3/m 3 个数 n，个 /m3 堆积密度 p，kg/m 3 干填料因子 at/3，m-1 塑 料 25 38 50 76 25251.2 38381.44 50501.5 76762.6 213 151 100 72 0.907 0.91 0.917 0.920 4830020 15800 6300 1830 85 82 76 73 285 200 130 92 2.3.4 填料材质的选择5 工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类 (1)陶瓷填料。陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，一般能耐除氢氟酸 以外的常见的各种无机酸、有机酸的腐蚀，对强碱介质，可以选用耐碱配方制 造的耐碱陶瓷填料。 陶瓷填料因其质脆、易碎，不易在高冲击强度下使用。陶瓷填料价格便宜， 具有很好的表面润湿性，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等 过程。 (2)金属填料。金属填料可用多种材质制成，金属材料的选择主要根据物系 的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。碳钢填料造价低，且具有良好的 表面湿润性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐 蚀性强，一般能耐cl 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高；钛材、特种合金 钢等材质制成的填料造价级高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。 金属填料可制成薄壁结构（0.20.1mm），与同种类型、同种规格的陶瓷、 塑料填料相比，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高 温、高压、高冲击强度下使用，工业应用主要以金属填料为主。 (3)塑料填料。塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国 内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、 碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在 100以下使用。聚丙烯填料 在低温（低于 0）时具有冷脆性，在低于 0的条件下使用要谨慎，可选用耐 低温性能好的聚氯乙烯填料。 塑料填料具有轻质、廉价、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、 萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能较差，在某些特殊应用 场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。所以本次课设选用聚丙 烯填料。 聚丙烯填料在低温（低于 0 度）时具有冷脆性，在低于 0 度的条件下使用 要慎重，可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。 综合以上：选择塑料鲍尔环散装填料 Dn50 2.4 基础物性数据 2.4.1 液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查 得 20 水的有关物性数据如下： 1. 3 998.2/ l kg m 2. 0.001.3.6/. l pa skg mh黏度： 3. 表面张力为: 2 72.6/940896/ z dyn cmkg h 4. 3 3 20:0.725/CNHHkmol mkpa 5. 62 3 20:7.34 10/ l CNHDmh 6. 22 3 20:0.225/0.081/ v CNHDcmsmh 2.4.2 气相物性数据 1. 混合气体的平均摩尔质量为 0.04 170.96 2928.52 vmii My m (2-1) 2. 混合气体的平均密度 由 3 101.3 28.52 1.186 8.314 293 VM vm PM kg m RT (2-2) R=8.314 3 /mKPa kmol K 3. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得 20C时，空气的黏度 55 1.73 106228 10/ v pa skg m h 注： 2 11/Nkg m s 1 22 11/1/PaN mkg sm 1Pa.s=1kg/m.s 2.4.3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下，20 0C 时，NH3在水中的亨利系数为 E=76.3kpa 0 3 20NHC 时,在水中的溶解度: H=0.725kmol/m 相平衡常数：0.7532 E m P (2-3) 溶解度系数: 3 998.2/76.3 18.02 0.726/ L S H EM kmol kpa m (2-4 E亨利系数 H溶解度系数 Ms相对摩尔质量 m相对平衡常数 2.4.4 物料衡算 1. 进塔气相摩尔比为 1 1 1 0.04 0.0417 11 0.04 y Y y (2-5) 2. 出他气相摩尔比为 21(1 )0.0417 (1 0.98)0.000834 A YY (2-6) 3. 进塔惰性气体流量: 5800273 (1 0.04)231.6 22.427320 Vkmol h (2-7) 因为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。 即： 12 min12 / YYL VYmX (2-8) 因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 2 0X 所以 12 1 min 2 0.04170.000834 0.738 0.0417 0.753 YYL Y V X m 选择操作液气比为 min 1.71.2546 LL VV （2-9） L=1.2546231.6=290.57kmol/h 因为 V(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1=0.0326 V单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s; L单位时间内通过吸收塔的溶解剂，kmol/s; Y1、Y2分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，koml/koml; X1、X2分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，koml/koml; 第三章第三章 填料塔工艺尺寸的计算填料塔工艺尺寸的计算 填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段 3.1 塔径的计算 1. 空塔气速的确定泛点气速法 对于散装填料，其泛点率的经验值 u/u f =0.50.85 贝恩（Bain）霍根（Hougen）关联式 6，即： 2 2 1 3 lg VF L L ua g =A-K 1 41 8 VL VL w w （3-1） 气体质量流量： h/kg 6 . 6878186 . 1 5800 V W 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即： hkgWL/26.52301857.290 填料总比表面积： 32 /100mmat 水的黏度smPa L 004. 1 V,L气相、液相密度，分别为 1.186 kg/m3 、998.2kg/m3； A,K关联常数。 A、K 取值可由表 3.1 3.1不同类型填料的A、K值 散装填料类型 AK 规整填料类型 AK 塑料鲍尔环 0.09421.75 金属阶梯环 0.1061.75 金属鲍尔环 0.11.75 瓷矩鞍 0.1761.75 塑料阶梯环 0.2041.75 金属环矩鞍 0.062251.75 所以 A=0.0942； K=1.75； 即： 11 2 48 0.2 3 1001.1865230.261.186 lg()1 0.0942 1.75 9.81 0.917998.26878.6998.2 F u 所以： Uf=4.347m/s 其中： f u泛点气速，m/s; g 重力加速度，9.81m/s 2 23 t m / m填料总比表面积， 33 m / m填料层空隙率 L液体粘度，mPas; 取泛点率为 0.75 u=0.75 F u=3.26m/s 44 5800 0.790 3.14 3.26 3600 Vs D （3-2） D塔径，m； V操作条件下混合气体的体积流量，m3/s ; u空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s. 圆整后取 D=0.8m（常用的标准塔径为 400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200） 圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核： 2 5800 3.21 0.785 0.83600 u m/s 3.21 0.74 4.347 F u u （对于散装填料，其泛点率的经验值为 85 . 0 5 . 0/ F uu） 则 F u u 在允许范围内 2. 根据填料规格校核：D/d=800/50=168 3. 液体喷淋密度的校核： (1) 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。 (2) 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体 积流量。对于直径不超过 75mm 的散装填料，可取最小润湿速率 3 min 0.08m / m h w L为。 32 min min 0.08 1008/ wt ULmmh （3- 3） 22 5230.26 10.438min 0.75998.2 0.785 0.8 L L w U D （3- 4） 经过以上校验，填料塔直径设计为 D=800mm 合理。 3.2 填料层高度的计算及分段 * 11 0.0326 0.75320.02455YmX （3-5 ） * 22 0YmX （3-6 ） 3.2.1 传质单元数的计算 用对数平均推动力法求传质单元数 12 OG M YY N Y （3-7） * 1122 * 11 * 22 () ln M YYYY Y YY YY （3- 8） = 0.04170.0008340.02455 0.01715 ln 0.000834 =0.0054 0.04170.000834 0.0054 OG N =7.57 3.2.2 质单元高度的计算 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： 0.750.10.05 2 0.2 2 2 1 exp1.45/ tclLt LLVt wltlL UU U g （3- 9） 液体质量通量为)/(56.10410 8 . 0785 . 0 1857.290 2 2 hmkgUL 气体质量通量为)/(61.12747 8 . 0785 . 0 186. 15800 2 2 hmkgUV 不同材质的c值见表 3.2 3.2 不同材质的 c值 材质钢陶瓷聚丙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蜡的表面 表面张力， N/m103 75613340567320 37. 0) 1009408962 .998 56.10410 ( ) 1027 . 1 2 . 998 10056.10410 () 6 . 3100 56.10410 () 940896 427680 (45 . 1 exp1 2 . 0 2 05. 0 82 2 1 . 075. 0 t w a a 气膜吸收系数由下式计算： )/(142 . 0 ) 293314 . 8 081. 0100 () 081. 0186. 1 06228. 0 () 6228 . 0 100 61.12747 (237 . 0 )()()(237 . 0 2 3 1 7 . 0 3 1 7 . 0 kpahmkmol RT Da Da U Vt VV V vt V G 液膜吸收数据由下式计算： 603. 0 ) 2 . 998 1027 . 1 6 . 3 () 36001080 . 1 2 .998 6 . 3 () 6 . 310037. 0 56.10410 (0095. 0 )()()(0095. 0 3 1 8 2 1 9 3 2 3 1 2 1 3 2 L L LL L Lw L L g Da U 表 3.3 各类填料的形状系数 填料类型球棒拉西环弧鞍开孔环 值0.720.7511.191.45 查表 3.3 得：45 . 1 1.1 GGW KK 0.1420.371.451.1100 （3-12） =7.9kmol/(m3 h kpa) 0.4 LLW KK =0.6031000.371.450.4 （3-13） =25.88/h 因为： F u u =0.74 所以需要用以下式进行校正： 1.4 1 9.50.5 GG F u kk u （3- 14） =19.5(0.740.5)1.4 7.9=18.07 kmol/(m3 h kpa) 2.2 12.60.5 lL F u kk u （3-15） =1 2.6 (0.740.5)2.2 25.88=28.79/h )/(692 . 9 70.28726 . 0 1 07.18 1 1 11 1 3 kpahmkmol aHa a LG G （3-16） OG YG VV H KKP （3-17） =231.69.692101.30.7850.64 =0.470 m OGOG ZHN （3-18） =0.4707.57=3.56m, 得 Z=1.43.56=4.894m 3.2.3 填料层的分段 对于鲍尔环散装填料的分段高度推荐值为 h/D=510。 h=580010800=48 m 计算得填料层高度为 5000mm，故不需分段。 3.3 填料层压降的计算 取 Eckert (通用压降关联图)； 将操作气速u(3.26m/s) 代替纵坐标中的 F u查表，DG50mm 塑料鲍尔环 的压降填料因子125 代替纵坐标中的 则纵标值为： 134 . 0 004. 1 2 . 998 186. 1 81 . 9 112521. 3 2 . 0 2 2 . 0 2 L L VP g u (3-19) 横坐标为： 0.5 VL VL W W 0.5 5230.26 1.186 6878.6998.2 =0.02621 (3-20) 查图得 P Z 1259.81=1226.25Pa/m (3-21) 全塔填料层压降 P=1226.255=6131.25 Pa 第四章第四章 主要附属设备的选型和计算主要附属设备的选型和计算 4.1 填料塔附属高度的计算填料塔附属高度的计算 塔的附属高度主要包括塔的上部空间高度，安装液体分布器所需的空间高 度，塔的底部空间高度等。 塔的上部空间高度是为使随气流携带的液滴能够从气相中分离出来而留取 的高度，可取 1.6m（包括除沫器高度） 。设塔定液相停留时间为 5min，则塔釜 液所占空间高度为 1 2 5 60 290.57 18 0.869 0.80.785 3600 998.2 hm 考虑到气相接管的空间高度，底部空间高度取为 2.5m，那么塔的附属空间高度 可以取为 4.1m。吸收塔的总高度为 H=4.1+5=9.1m。 4.2.流体进出口流差 填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布，对 500mm 直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，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，或采用其它均布气流的装置。 气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。最简单的 装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高 时可采用旋流板除雾器。由于本设计对排放的净化气体中的液相夹带要求不严， 可不设除液沫装置7。 为防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。 常压塔气体进出口管气速可取 1020m/s（高压塔气速低于此值） ；液体进 出口管气速可取 0.81.5m/s（必要时可加大些） 。管径依所选气速决定后，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 15m/s，液体进液口流速取 1.2m/s 4.2.14.2.1 气体进料管气体进料管 气体进出口管直径： mm369369m . 0 36001514 . 3 58004 u 4Vs D1 采用直管进料，由管子规格查得选择3779mmmm热轧无缝钢管，则 22 4Vs4 5800 15.92/ 3.14 (0.3770.009 2)3600 um s d （在符合范围内） 气体进出口压降: 进口： 22 1 11 1.186 15.92150.29 22 puPa 出口： 22 2 11 0.50.51.186 15.9275.15 22 puPa 4.2.24.2.2 液体进料管液体进料管 液体流量： 3 290.57 18 L290.57kmol/ h5.24m / h 998.2 液体进出口管直径： 2 4 5.24 D0.0393m39.3mm 3.14 1.2 3600 采用直管进料，由管子规格查得选择422.5mmmm热轧无缝钢管，则 22 4Vs4 5.24 1.35/ 3.14 (0.0420.0025 2)3600 um s d （在符合范围内） 设计位于塔底的进气管时，主要考虑两个要求：压力降要小和气体分布要 均匀。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，本装置由于直径较小，可采用简单的进气分布装置。由于对排 放的净化气体中的液相夹带要求不严，可不设除液沫装置。 4.34.3 风机和离心泵的计算与选择风机和离心泵的计算与选择 4.3.14.3.1 风机的选择风机的选择 由已知混合气的流量为 5800m3/h，查 夏清 陈常贵 编化工原理P365 附表 二十五 ，选型号 4-72-11-6D 离心通风机，该风机流量 6720m3/h，转速 960 转/ 分钟。 4.3.24.3.2 离心泵的计算与选择离心泵的计算与选择 管内液体流速： 1.35/um s 则雷诺数 5 4 0.037 1.35 998.2 4.97 10 1.004 10 e L du R 0.25 0.31640.0119 e R 局部阻力损失：三个标准截止阀全开 1 3 6.419.2 ; 三个标准 90弯头 2 3 0.752.25 ； 管路总压头损失 2 1 2 2 () 2 91.35 (0.011921.45)2.261 0.0372 9.81 f lu H dg m 填料塔压降： 12 6131.15 150.2975.156356.59()ppppppa 其它阻力压降较小可忽略。 扬程 6356.59 52.2617.91 998.2 9.81 ef P HzHm g A A 流量 3 290.57 18 5.24/ 998.2 L L W Qmh 查 夏清 陈常贵 编化工原理P362 附表二十四 ，选型号 IS50-32-125 泵合适，该泵扬程 22 米，流量 7.5 立方米/小时，转速 2900 转/分钟。 4.4 液体分布装置 液体分布器的作用：液体分布装置设于填料层顶部，用于将塔顶液体均匀 分布在填料表面上，液体的分布装置性能对填料塔效率影响很大，特别是大直 径、低填料层的填料塔，尤其需要性能良好的液体分布装置。 由于液体在填料塔内分布均匀，可以增大填料的润湿表面积，以提高分离 效果。因此，液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的 重要条件。从喷淋密度考虑，应保证每 60 2 m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，喷洒角不超过80。这种喷淋器结构简单，但只适用于直径小于 600mm 的塔中，且小孔易堵塞。 盘式分布器:盘低开有筛孔的称为塞孔式，盘底装有垂直短管的称为溢流管 式。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流短管流下。筛孔式的 液体分布效果好， 而溢流管式自由截面积较大，且不易堵塞。盘式分布器常用于直径较大的塔中， 基本可保证液体分布均匀，但其制造较麻烦。 齿槽式分布器:液体先经过主干齿槽向其下个条形做第一级分布，然后再向 填料层上面分布。这种分布自由截面积大，不易堵塞，多用于直径较大的填料 塔。 多孔环管