课程设计说明书-清水吸收氨的填料塔的设计.docx

内蒙古工业大学课程设计说明书第1章 清水吸收氨的填料塔的设计1.1概述吸收是利用气体在液体中的溶解度差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。用于吸收的设备类型很多，如填料塔、板式塔、鼓泡塔和喷洒塔等。但工业吸收操作中更多地使用填料塔，这是由于填料塔具有结构简单、容易加工，便于用耐腐蚀材料制造，以及压降小、吸收效果好、装置灵活等优点，尤其适用于小塔径的场合。填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，它的结构和安装比板式塔简单。塔的底部有支撑用来支撑填料，并允许气液通过。支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。填料层中液体有向塔壁流动的“趋势”倾向，因此填料层较高时往往将其分为几段，每一段填料层上方设有再分布器，将沿壁流动的液体导向填料层内。1.2 设计方案的确定确定设计方案是课程设计的首要步骤，设计方案的确定要从技术上和经济上进行综合论证。1.2.1 装置流程的确定吸收装置的流程主要有以下几种。1. 逆流操作 ：气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。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。工业生产中多用逆流操作。由于逆流操作时平均推动力大，吸收剂利用率高，完成一定分离任务所需传质面积小。2. 并流操作：气、液两相均从塔顶流向，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大，操作易引起液泛。3. 吸收剂部分再循环操作：在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排除液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下操作：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需设置循环泵，操作费用增加。4. 单塔或多塔串联操作：若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大空间，输液、喷淋、支撑板等辅助装置增加，使设备投资加大。根据以上述说和本设计条件，为提高传质效率和分离效率，应选择逆流吸收流程，且为单塔操作方式。选择逆流操作，逆流操作是指气相自塔底进入由塔顶排出。液相自塔顶进入由塔底排出。逆流操作的特点是：传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高，完成一定分离任务所需传质面积小。平均推动力大，吸收剂利用率高，完成一定分离任务所需传质面积小，所以选定流程为逆流。对于无相变传热，当冷、热流体的进、出口温度一定时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热流量，所需传热面积较小。就增加传热推动力而言，逆流操作总是优于并流工业生产中多采用逆流操作。1.2.2 装置流程图混合气体（氨气、空气）吸收尾气（氨气、惰性气体）吸收液（氨水）1.3 吸收剂的选择 吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂用量时应着重考虑以下几个方面：1.溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的需量。2.选择性要好，对溶质组分以外其他组分的溶解度要很低或基本不溶。3.挥发度要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。4.操作温度下吸收剂应具有较低的粘度，且不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气液接触状况。5.对设备腐蚀性小或基本无腐蚀性，尽可能无毒。6.价廉、易得、化学稳定性要好，便于再生，不易燃烧等。一般来说任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用时要针对具体情况和主要因素，既考虑工艺要求又要兼顾到经济合理以及保证操作过程的安全稳定。1.4 填料的选择1.4.1吸收过程对填料的要求填料的选择是填料塔设计中最重要的一环，填料塔对填料的要求具体表现在以下几个方面：（1）比表面积at要大；（2）能提供大的流体通量；（3）液体的再分布性能要好；（4）要有足够的机械强度，尤其是非金属填料；（5）价格低廉，稳定性好。1.4.2 填料的选取 根据课程设计的要求，需要选两种填料我选塑料鲍尔环（乱堆）和塑料阶梯（乱堆）。然后要对这两种填料进行各方面的比较，应选用相同的外径，即尺寸相同，可选用不同的材质，这样可以进行对比。塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，具有质轻、价廉、耐冲击、不易破碎等优点。但是表面润湿性能差，在某些特殊应用场合场合，需要对其表面进行处理以提高表面润湿性能。金属填料多用于操作温度较高而无显著腐蚀性的操作。陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，其价格便宜，具有良好的表面润湿性能，但缺点是其质脆、易碎。1.4.3 填料的种类选择填料种类很多，根据填料方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类。其中，散装材料包括拉西环、鲍尔环、阶梯环（环形填料）以及矩鞍形、弧鞍形（鞍形填料），规整填料有波纹填料、格栅填料、绕卷填料等。本设计经综合对比采用阶梯环。1.4.4 填料的尺寸选择填料的尺寸大小直接影响塔底操作和设备投资。一般地，同类型填料尺寸减小分离效率提高，但填料层阻力增加，通量减小，对具有一定生产能力的塔，填料的投资费用将增加；而较大尺寸的填料用于小塔径的塔中，将会使气液分布不良、气流短路和液体壁流等问题严重，从而降低塔的分离效果。生产实践证明，塔径（D）与填料外径（d）之比值（简称径比D/d）有一个下限值，若径比低于此下限值时，塔径附近的填料层空隙率大而不均，气流易走短路及液体壁流等现象剧增。所选填料的径比（D/d）下限为：8对一定的塔径而言，满足径比下限的填料可能有几种尺寸，需要根据填料的性能及经济因素选定。一般推荐，当：D300时，选用25的填料；300D900时，选用2538的填料；D900时，选用5070的填料。填料的尺寸大则成本低，通量大，但分离效率低。50以上的大填料，虽然成本合算，但通量的提高不能补偿成本的降低，故一般大塔中更常使用50的填料。根据本课设的要求，选择外径50mm的填料。根据化工原理课程设计，经过综合考虑，选取的两种填料见表1-1表1-1 填料特性（乱堆）填料类型外径d mm高厚比表面积空隙率个数n个/堆积密度填料因子 阶梯环 （塑料） 50301.5121.80.915998076.880 鲍尔环 （塑料） 50481.8106.40.9700087.5120第2章 工艺计算2.1 概述吸收设计计算过程包括以下几点：1.确定气液平衡关系。2.确定吸收剂用量及操作线方程。3.填料的选择。4.确定塔径及塔的流体力学性能。5.填料层高度的计算。6.管路及辅助设备的选型与计算。2.2 气液平衡关系由于原料气组成含量45%，用水吸收时会产生很大的热效应，使塔内温度显著升高，对气液平衡关系和吸收速度产生明显影响，这种过程为非等温吸收。气液平衡关系是温度的函数，温度升高，平衡关系改变，所以，不能再利亨利定律，要用非等温吸收的计算过程进行计算，根据液相浓度和温度的变化情况，定出实际的平衡关系。非等温吸收的热效应主要包括：1.吸收质与吸收剂混合时产生的混合热，即溶解热。2.气体溶解时由气态转变为液态时放出的潜热。3.化学反应热。物理吸收计算中只考虑溶解热，溶解热分为积分溶解热和微分溶解热。在吸收过程中所用的吸收剂量很大，液相浓度一般变化较小，于是混合热可考虑为微分溶解热。在假定非等温吸收的平衡关系时，为简化计算，通常做如下三点假设：1.不考虑热损失。2.吸收剂带走的潜热不计。3.气相带走的热量不计。对于高浓度气体的非等温吸收，由于塔顶到塔底的浓度及温度变化较大，平衡关系的确定常采用近似法。将吸收塔按液相浓度x的变化分成段，每若干（通常为20）段浓度变化为,如下图所示，对第i段作热量衡算：按下列步骤确定氨水溶液的平衡关系：（1）在液相浓度范围，平均分为20个点，计算然后从塔顶的和开始，按照如下公式计算液相的温度。 : : i-1 i i+1 : : i 公式： 推出: （2-1）其中：， 第i段两端的液相温度，； 第i段两端的液相浓度差； 溶液流率，Kmol/h(由于很小，L可视为常数) 溶液的平均比热，(KJ/Kmol) 溶质的微分溶解热，KJ/Kmol(取和间的平均值)在塔顶液相浓度=0，温度=12的情况下，由如上公式逐段计算出每个下的液相温度，建立吸收塔中液相浓度x与温度t的对应关系。2.3 平衡关系的确定在非等温吸收操作中，吸收塔内液相的浓度和温度分别由塔顶处的，增加到塔底处的，。在此液相浓度和温度范围内，随着和t的变化，气液两相的平衡关系也在改变，即不同温度对应着不同的平衡曲线。实际平衡关系也可由经验公式来确定。对于氨气和水溶液的平衡物系，有如下经验公式： （2-2）其中： 氨在水溶液中的摩尔分率； T 溶液的温度， K； 溶液上方氨的平衡风压 ，mmHg。因为是常压下吸收，气相可是为理想气体，按道尔顿分压定律，计算与相平衡的: （2-3）式中： 操作压强，mm Hg将计算结果列表，依个点的关系作出非等温吸收的平衡关系曲线。如下表2-1所示。取第三组数据进行计算，过程如下： p=4.771mmHg 1mmHg=133.32pa 所以 P=89590/133.32=671.99mmHg表2-1非等温吸收平衡关系表图2-1非等温吸收气液平衡关系曲线图2-2非等温吸收气液平衡关系曲线2.4 吸收剂用量及操作线的确定2.4.1 吸收剂用量的确定1.最小吸收剂用量 （2-4）其中： 惰性气体流率，； 最小吸收剂用量，； 、 气相和液相组成，摩尔比。 下标： 1塔底 ； 2塔顶； 表示与平衡的液相组成，摩尔比。对于高浓度气体的吸收，需要根据塔底气相浓度，由平衡关系找出对应的，然后计算： （2-5）然后再确定最小吸收剂用量。2.吸收剂用量吸收剂的用量直接影响吸收塔的尺寸、塔底液相浓度以及操作费用等，故应从工艺和经济两方面权衡。 2.4.2吸收剂用量及最小液气比的计算示例其中：xe1=0.09992（为汽液平衡线纵坐标y=0.45时的横坐标），任务书给定已知条件x2=0,y1=0.45,y2=0.015,Vs=3600Nm3h。根据上面的公式可得： Xe1=xe11-xe1=0.099921-0.09992=0.111, Y1=y11-y1=0.451-0.45=0.8182 Y2=y21-y2=0.0151-0.015=0.0152 (LV)min=Y1-Y2Xe1-X2=0.8182-0.01520.111-0=7.2342选择液气比为最小液气比的1.2倍LV=1.2(LV)min=1.27.2342=8.68104混合气体处理量Vs=3600Nm3h非标况下混合气体处理量VS0=P0V0TT0P=1013003600(37+273.15)273.1589590=4621.93Kmolh非标况下惰性气体摩尔流量V=VS022.41-y1=4621.9322.41-0.45=113.485取吸收剂用量为最小吸收剂用量的1.2倍。吸收剂用量L=1.2(LV)minV=1.27.2342113.485=985.167Kmolh2.4.3操作线方程的确定 如下图，对于逆流操作的吸收塔，在任意截面M-N与塔顶或塔底作物料衡算： 或 mn图2-3 吸收塔的并流物料衡算示意图于是操作线方程为： 因为清水吸收氨气是高浓度吸收，溶质含量一般用摩尔分率表示。于是对于氨气的逆流吸收过程其操作线方程为： （2-6） （2-7） 2.4.4操作线方程的确定计算示例经过化简（2-6）、（2-7）得：y1-y=8.6811x1-x+0.8182-8.68110.09249=8.6811x1-x+0.01529（2-8）x11-x1=1LVy11-y1-y21-y2+x21-x2=18.68110.8182-0.0152=0.09249（2-9） 将（2-9）带入（2-8）即得操作线方程为 ：y1-y=8.6811x1-x+0.01529. （2-10）2.4.5 塔底液相组成计算示例 解得: X1=0.0924 x1=X11+X1=0.084表2-2塔底液相组成关系图2-4塔底液相关系曲线图2.5 塔径的计算2.5.1 物性参数的确定（1）液体的密度由化工物性数据简明手册，查得不同温度水的密度如下表所示：表2-3不同温度水的密度：（单位均为）温度2024.530密度998.23997.0825995.68用内插法求=997.0825（2）气体的密度 塔顶混合气平均摩尔质量：M2=yiMi=MNH3y2+M空气(1-y2)=28.82gmol=0.02882Kgmol塔底混合气平均摩尔质量：M1=yiMi=MNH3y1+M空气(1-y1)=23.6gmol=0.0236Kgmol 全塔混合气平均摩尔质量：M=M1+M22=0.02621Kgmol T顶=12+273.15=285.15K 全塔混合气平均温度： 全塔混合气平均密度：计算液体粘度：（根据化工工艺设计手册温度，粘度表）表2-4对应温度氨水的黏度：（单位均为）温度2024.550黏度1.0050.9130650.8007利用内差法可得： L=0.913065mPa.s（4）气体的质量流量平均温度下气体的质量摩尔流量： Wv=vVS0=4208.729Kgh(5) 液体的质量流量前面已求出液体摩尔流量L=985.167Kgh进塔液体质量流量：WL1=LMH2O=985.16718=17733.006Kgh出塔液体质量流量：WL2=LMH2O+Vy1+(y1-y2)y1NH3=19258.861Kgh全塔液体平均质量流量：WL=WL1+WL22=18495.96Kgh=5.138Kgs2.5.2 泛塔气速的计算填料塔塔径的大小是根据生产能力与空塔气速来计算的。空塔气速由下面经验公式确定： （2-11） 其中： 泛点气速，m/s 空塔气速，m/s填料塔底泛点气速与气液两相流量、物系性质及填料的类型、尺寸等因素有关。其计算方法很多。目前工程上常采用Eckert通用关联图或Bian & Hougen关联式计算。泛点气速可由Bian & Hougen关联式计算： 式中 泛点气速，m/s； g重力加速度，981 填料总比表面积， 填料层空隙率； 、气相、液相密度，k/； L液体粘度，mPas;, =980.3514, 1）选用塑料鲍尔环 d=50mm、A = 0.0942、K = 1.75、将以上各量代入公式得：求得，选择，则 操作气速在1.0-3.0m/s之间。2）选用塑料阶梯环 d=50mm、A = 0. 204、K = 1.75、。将以上各量代入公式得：求得，选择，则 2.5.3 塔径的计算塔径： 式中：操作条件下混合气体体积流量，； D塔径，m。1）塑料鲍尔环将与代入（2-12）得：当计，往往需要算的塔径不足整数时圆整。圆整的根据是符合加工要求及设备定型，以便设备加工。根据我国压力容器的公称直径标准（JB-1153-71），直径在1m以上时，间隔为200mm；直径在1m以下时，间隔为100mm。则圆整后D=0.8m。2）塑料阶梯环将与代入（2-12）得：当计，往往需要算的塔径不足整数时圆整。圆整的根据是符合加工要求及设备定型，以便设备加工。根据我国压力容器的公称直径标准（JB-1153-71），直径在1m以上时，间隔为200mm；直径在1m以下时，间隔为100mm。则圆整后D=0.7m。2.5.4塔径的校核，D/d的校核1）塑料鲍尔环：d=50mm符合要求2）塑料阶梯环：d=50mm符合要求2.5.5喷淋密度（U）的校核 为使填料表面充分湿润，应保证喷淋密度大于最小喷淋密度,即。最小喷淋密度能维持填料的最小湿润速率，关系为： 式中：填料的比表面积，； 最小的喷淋密度，； 最小润湿速率，。润湿速率是指在塔的横截面上，单位长度的填料周边上液体的体积流量。对直径不超过75mm的拉西环及其他填料，取为0.08。1）塑料鲍尔环：查表得填料的比表面积，那么经计算后满足U符合要求。2）塑料阶梯环环：查表得填料的比表面积，那么经计算后满足U符合要求。2.5.6单位高度填料层压降的校核压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。填料层压降的计算方法有多种，这次课程设计采用的是Eckert通用关联图方法。Eckert关联图中除了液泛线以外，还有许多等压降线。由已知参数（气液负荷、物性）及所用填料的压降填料因子，计算出该图的纵坐标与横坐标值，查图读取相应压降曲线的值（若交点没正好落在压降线上，可用相邻的两条线内读取），即为单位高度填料层的压降Eckert通用关联图方法。， 液气相流率，Kg/s , 液气相密度，Kg/ 液相粘度，mPa.s 液相密度校正系数 填料因子，1/m g 重力加速度, m/s2在常压塔中，一般在145490Pa/m较为合理，如超出这个范围，应按要求的值，由Eckert通用关联图反求气速u，再重新计算塔径。表2-5 压降填料因子（P）填料类型填料尺寸50mm塑料鲍尔环填料*125；#110塑料阶梯填料891）塑料鲍尔环：=0.0526根据Eckert通用关联图可知（0.1328，0.0526）=469.81=451.262）塑料阶梯环：=0.0601根据Eckert通用关联图可知（0.1328，0.0601）=509.81=490.52.6填料层高度的确定2.6.1传质系数的计算A.有效传质面积（润湿面积） （2-13） 其中：单位体积填料的总表面积， t单位体积填料的总表面积， 液体的表面张力，N/m c填料材质临界表面张力，N/m GL液体通过塔截面的质量流率，Kg/.s 液相粘度，Pa.s 液气相密度，Kg/ g 重力加速度, m/s2 由化工物性数据简明手册得： 表2-6水的表面张力t/ 203072.8871.2 利用内差法求定性温度24.5下水的表面张力:w=72.12410-3Nm1）塑料鲍尔环填料比表面积=106.4 填料材质为聚氯乙烯，临界表面张力其中：GL=WL4D2=5.1380.785(0.82)=10.2269Kgm2s代入公式可得:aat=0.5863则： = 0.5863at=0.5863106.4=62.383m22）塑料阶梯环填料比表面积=121.8 填料材质为聚氯乙烯，临界表面张力其中：GL=WL4D2=5.1380.785(0.72)=13.3576Kgm2s代入公式可得:aat=0.597则： = 0.5863at=0.597121.8=72.83m2B气相传质系数 = （2-14）其中：C系数（C=5.23）R气体常数，8.314 T气体温度，K DV溶质在气相中的扩散系数，/s GV气体通过空塔截面的质量流率， 气体粘度， 气体密度，kg/m（1） 由化工物性数据简明手册得 气体黏度的计算: （2-15)表2-7 空气粘度表（）温度2030粘度18.0818.56由内差法求得：在温度为37时的空气的粘度为V=18.89610-6PaS表2-8液氨粘度表（）温度300K400K粘度17.6719.73在温度为37(310.15K)时的液氨的粘度为L=17.87910-6PaS平均摩尔分数：yNH3=y1+y22=0.45+0.0152=0.2325y空气=（1-y1)+(1-y2)2=0.7675根据公式可以计算出气体的粘度为代入求得V=1.870510-5PaS （2）扩散系数 （3）气体通过空塔截面的质量流速鲍尔环：GV=WV4D2=2.327Kg(m2s)阶梯环：GV=WV4D2=3.3094Kg(m2s)（4）气体温度原料气温度T=273.15+37=310.15K（5）气相传质系数 鲍尔环:at=106.4根据公式可知气相传质系数为：KG=C(GVaV)0.7(VVDV)13(LgL)13(atdp)-2(atDVRT)求得：KG=3.32910-5鲍尔环:at=121.8根据公式可知气相传质系数为：KG=C(GVaV)0.7(VVDV)13(LgL)13(atdp)-2(atDVRT)求得： KG=3.1410-5C液相传质系数KLKL=0.0051(GLal)23(LLDL)-12(LgL)13(atdp)0.4 （2-16）式中： D-溶质在液相中的扩散系数，m2s dp-填料的名义尺寸，m DL=2.2210-5m2s塑料鲍尔环：GL=10.226Kgm2s,a=62.383m2代入（2-16）得KL=1.01710-4塑料阶梯环：GL=10.3576Kgm2s,a=72.83m2代入（2-16）得KL=1.15710-42.6.2 填料层高度的计算原料气组成中氨气含45%，属于高浓度气体的吸收。气液流率沿塔高变化明显，溶液热效应大，气液温度升高，平衡线斜率也将沿塔高改变。气液相吸收分系数并非常数，总吸收系数变化更为显著，因此，高浓度气体的吸收可用如下公式计算： Z=VKyay2y11(1-y)(y-ye)dy=HGNG （2-17）其中： V气相总摩尔流量，Kmol/s 气膜体积吸收系数 成平衡的气相度其式子中可视为常数而不致带来显著误差故公式可变 = （2-18） 以为纵坐标，以为横坐标作图，所得曲线与 ，围成的面积即为定积分= 1 .传质单元高度（）的计算阶梯环：ky=pkG=89.5903.1410-5=2.81310-3Kmol(m2s)鲍尔环：ky=pkG=89.5903.332910-5=2.98610-3Kmol(m2s)（1）阶梯环填料的气相传质单元高度 =360022.436002.81372.83(0.7)24=0.566（2）鲍尔环填料的气相传质单元高度 =360022.436002.81362.383(0.8)24=0.4772.传质单元数的计算（）以为横坐标作图，以为纵坐标,求所围成的面积。其中和的值从前面已解出转换成CAD图为：- 面域 -面积: 516.2719按1：100的比例画图，最后求得面积 ：S=5.162719 根据上述公式（2-17）（2-18）可以计算出填料层的高度为：1.阶梯环填料Z=HOGNOG=0.4775.162719=2.06512.鲍尔环填料Z=HOGNOG=0.5665.162719=2.5813填料层设计高度： 阶梯环 ：Z=1.3Z=2.68463鲍尔环：Z=1.3Z=3.3557填料层最终高度拉西环最终高度：Z=2.0651+1.2=3.2651 m鲍尔环最终高度：Z=3.3557+1.2=4.5558m2.7 最终填料的选取表2-9 两种填料的填料的比较塑料阶梯环塑料鲍尔环塔径( m )0.70.8 0.00270.00236D/d1418 （pa.m）490.5451.26a （）72.8362.383 (m)0.4170.516Z(m)2.58132.0651Z(最终高度）(m)4.55573.8846经过比较两种填料，综合考虑，最终选择塑料鲍尔环。 第3章 填料吸收塔附属装置的选型及计算3.1填料吸收塔附属装置的选型3.1.1填料支承板填料支撑板用于支撑塔内填料及其所持有的气体、液体的质量，同时起着气液流动通道及其均匀分布气体的作用。故要求支撑板具有足够的强度、均匀的开孔率和大于填料孔隙率的自由截面分率。故支撑板上气液流动阻力太大，将影响塔的稳定操作甚至引起液泛。支撑板大体分为两类：（1）平板型支承板（2）气体喷射型。气体喷射型支撑板气液分道，既有利于气体的均匀分配，又避免了液体在板上聚集。梁式结构强度好，装卸方便，可提供大于塔截面积的自由截面，且允许气液负荷较大，其应用日益受到重视。3.1.2填料压紧装置填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类，每类又有不同的型式，填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重量将填料压紧。它适用于陶瓷、石墨等制成的易发生破碎的散装填料。床层限制板用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的散装填料及所有规整填料。床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布器的安装和使用，不能采用连续的塔圈固定，对于小塔可用螺钉固定于塔壁，而大塔则用支耳固定。本设计中填料塔在填料装填后于其上方安装了填料压紧栅板。3.1.3液体再分布装置气液两相在填料层中流动时，受阻力的影响，易发生偏流现象，导致乱堆填料层内气液分布不均，使传质效率下降。为防止偏流，可间隔一定高度在填料层内设置再分布装置，将流体先经收集后重新分布。最简单的再分布装置为截锥式再分布器，其结构简单安装方便。故选择截锥式再分布器。3.1.4 液体分布器在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料塔达到预期分离效果的保证。选型与设计要求：1. 液体分布要均匀2自由截面率要大3. 操作弹性大4不易堵塞、引起雾沫夹带及起泡等5.可用多种材料制作，且制造安装方便，容易调整水平管式分布器具有结构简单、供气体流过的自由截面大、阻力小等优点，并且在吸收过程中液体负荷小，不会发生堵塞。本设计选择双排管式多孔分布器，它是在中间的主管上交错布置上下两排排管。在低负荷时，仅下层排管排液，随着液体负荷加大，一部分液体溢入上层排管，则上下两层排管同时工作。这种分布器是目前应用较广的分布器，其液体的分布点多且均布性好，能对气体提供较大的通道。而且安装、拆卸方便，对规整填料与散装填料均适用，可用不锈钢、塑料等材质制作。双排型操作弹性较大。常用于液体负荷不太高，要求喷淋点数多的清洁物系。3.1.5气体分布装置 填料塔是气液两相的传质设备,其传质效率的高低是由气液两相能否充分接触来决定的,而气液两相充分接触的关键之一是气体分布均匀。但是就仅仅依靠填料层本身使气体达到均匀分布是不可能的，随着大型塔的发展和填料床层的薄层化,使得气体分布装置的设置显得十分重要。本设计采用环形单管式多腔分布器（如下图）。该装置结构简单,金属耗量少、压降低 ；缺点是中心部位气量较多,而塔壁区气量很少。因此有的在其上部增设气体导流器、环隙气体能道及盘式气体分布板等。图3-1环形单管式多腔分布器3.2 辅助设备的选型及计算3.2.1 管径的计算管路的内径可用圆形管路的流量公式，即： （3-1）从式中可以看出，根据流速和流量即可确定管径。由化工原理课程设计， 表3-1 某些流体在管路中的常用流速范围流体的类别及情况流速范围, m/s水及低粘度流体（1105Pa1106Pa）1.53.0常压气体1020由此计算的管径不一定是整数值，需要参照标准，选用标准管径，才能作为操作中的实际管径。1.计算气相管径：气体进料温度为37，T=37+273.15=310.15选取u=15m/s=选取，由于管路采用标准管路，因此实际操作情况下的流速不是选取的流速，需要将标准管径代入，反算操作流速，进行校核。可得： 所以校核符合。2.计算液相管径：选取u=2.0m/s 选取 由于管路采用标准管路，因此实际操作情况下的流速不是选取的流速，需要将标准管径代入，反算操作流速，进行校核。可得： 校核符合。3.2.2封头的选择填料塔的顶部与底部均选用标准椭圆形封头。封头的计算： 封头曲面深度：h=200mm 封头的直边高度：=200mm3.2.3 泵液体输送设备的种类很多，按照工作原理的不同，分为离心泵、往复泵、旋转泵与旋涡泵等几种。其中，以离心泵在生产上应用最为广泛。化工生产中被输送液体的性质、压强、流量等差异很大，按液体性质不同可分为水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵等；按叶轮吸入方式可分为单吸泵和双吸泵；按叶轮数目又可分为单级泵与多级泵。本次课设需要输送的是清水，所以选择单级单吸离心水泵。5m1m1m图3-2 水的输送图化简得：以下水平槽为基准面，下水槽液面为1-1截面，上水槽为2-2截面在两截面之间列伯努利方程为 因为整个过程为常压操作， 又因为截面1- 和截面2- 处的管径相同，即可得出因为 所以 管路能量损失：=1.流量和压头被输送液体的流量Q=VH2O=WL=18495.96997.0825=18.55m3h在被输送水槽液面和塔顶出口外侧俩截面出列柏努利方程式，以液面处为基准水平面： 由雷诺数和相对粗糙度来确定摩擦系数：氨水的粘度，水的密度由此可以判断出流型为湍流。对于新的无缝钢管：=0.10.2mm，选择管壁粗糙度为：=0.15mm此时，查图可知当内差法可得0.00254-0.002-0.0249=0.004-0.0020.029-0.0249 =0.026根据设计实际情况和查管件与阀门的当量长度共线图来确定1个截止阀(全开): Le1=202个标准弯头（90）：Le2=1.82=3.6 1个闸阀(全开): Le3=0.4Le=Le1+Le2+Le3=20+3.6+0.4=24m根据安装标准泵离塔水平距离1.0米处安装，泵距水槽的高度为1.0m，水平距离为1m，泵到塔的垂直距离为5m所以管长：管进口阻力系数为=0.5，管出口阻力系数为=1.0=(0.026 2.7477m=5+2.7477=7.7477m2.泵的选型根据和，从清水泵IS系列中选取型离心泵，表3-2为该泵的有关性能参数:29002550653.352.0核算泵的轴功率：校核成功，所选泵合适。实际气蚀余量：2.0+0.5=2.5在实际的安装过程中，具体根据具体的清水槽的位置，决定离心泵的安装高度。3.2.4 风机的选型工业生产上一般采用离心式通风机，其中较常用的是8-13、8-23、9-27系列。选择风机时，首先根据所输送气体的性质（如清洁气、含尘气体等）与风压范围，确定风机的材质和类型，然后，根据技术的风量和系统所要求的风压，参照风机样本选用合适的型号。这里需强调的是，风量是指风机入口处的温度和压强下的体积流量。而风压则需要把操作条件下的数值换算成为风机实验条件下（20、101.3Kpa、=1.2Kgm3）的风压HT.即： 式中：HT操作条件下系统要求的风压，PaHT实验条件下的风压，Pa 操作温度压强下介质的密度，Kgm3设风机进口处为截面1- ，出口处为截面2- ，则由单位面积液体为基准的伯努利方程式可以得到离心通风机的风压为： 风机进、出口管段很短，项也可以忽略。由公式可知： 前面已知，且填料有效高度Z=2.0651m所以 =931.897 -可以得到实验条件下的风压，则有：H=根据=1128.065和=4621.93m，由化工原理， 从风机中选取4.5A型离心风机，表3-3为该离心风机的有关性能参数:表3-3 4.5A型离心风机的性能参数转速nrmin流量Qm3h全压Pa效率功率NKW29007785232084.16.81第四章设计结果汇总通过以上的选型、校核、计算得出下面的结果，下面是所选的填料、塔高、塔径、及附属装备的选型列于下表4-1 设备一览表设备填料塔离心泵风机4.5A型离心风机液体分布器填料支撑板4-2塔计算结果一览表塔径0.8m塔径比18压降451.260.477m5.162719填料层高度3.8846m4-3塔操作条件表课程设计题目清水吸收氨的填料塔设计流程选择逆流操作吸收剂水填料气液平衡关系塑料鲍尔环填料非等温吸收表4-4 填料性能表塑料鲍尔环塔径( m )0.8 0.00236D/d18 451.26a （）62.383 (m)0.477Z(m)2.0651Z(最终高度）(m)3.8846课程设计总结化工原理我们大学所学课程中很重要的一门专业课，化工原理不仅涉及到化工工业的生产，污水的处理，而且在我们的生活中也有很重要的作用，它与我们的生活息息相关，能够解决生活中的问题，所以学校安排化工原理课程的课程设计。让我们学到了很多的知识，化工原理课程设计不仅可以培养我们的化工设计能力，怎样确定一个操作的流程，能够联想到实际生产情况，会通过填料的性能选取较优的方案，帮助我们形成一种设计的理念，如何设计更经济，更合算，还能培养我们查取物性参数的能力及查找文献的能力，这些是我们在基础年级不曾锻炼和涉猎过的。课程设计还能培养我们团队合作的能力，大家分工合作，互相讨论。更有助于我们灵活运用计算机处理文档及数据的能力，还能锻炼我们计算机绘图、查取资料和信息的能力。更重要的是它能培养我们的实践能力，在化工原理课上我们学到的吸收是利用溶解度的不同来分离气体混合物的一种操作，可是通过这次课设，我才知道吸收的作用可以是吸收排放出来的尾气，防止污染空气，具有环保的作用。课程设计让我们将理论与实践结合起来，使我们形成工程的思想，用学过的知识处理实际问题，解决化工工厂的问题，这才是课程设计的最终目的。所以这次课程设计尤为重要，是我们第一次进行化工设计，它是理论与实践之间架起的一座桥梁。让我有很深的感悟，所以在以后的学习及生活和工作中，要灵活运用化工原理的知识，为以后的工作打基础。 本次课程设计，坚持不懈是我收获最大的。苛刻的条件，复杂的计算，设计多次遇到瓶颈。多少次中断，多少次想要放弃，但咬牙坚持了一切迎刃而解了。这是第一次独立的工业化设计，从指导老师那里了解到课程设计是培养我们化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形；在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性和经济合理性。第一次接触课程设计，更多的是迷茫和无从下手，甚至有一些畏惧。可是在这短短的两周里，从开始的一无所知，到同学讨论，再进行整个流程的计算，再到对工业材料上的选取论证和后期的程序的编写以及流程图的绘制等过程的培养，我真切感受到了理论与实践相结合中的种种困难，也体会到了利用所学的有限的理论知识去解决实际中各种问题的不易。理论知识都是在理想情况下的出的公式和算法，可是在我们的设计中却难以符合，查找操作条件下的各种物性参数，再采用经验公式，推理公式。计算机的熟练应用对于工艺学生来说十分重要，从数据的计算