化工原理课程设计-非等温吸收填料塔设计

一设计说明书全套图 纸加扣 3346389411或3012250582 学 院:机械与汽车工程学院 专 业:过程装备与控制工程 指导教师:XXX 姓 名:XXX 学 号:XXXX 合 作 者:XXX目录一.设计任务说明二.方案选择三.塔工艺理论计算四.主要设备的计算与选型五.辅助设备的计算与选型六.吸收后尾气与釜液的处理七.放空气能量的利用八.计算结果及选型汇总九.结果分析与总结十.参考文献一.设计任务说明1.设计题目:非等温吸收填料塔2.设计任务: 为了使尿素生产厂合成氨放空气中的有害物质NH3 达到国家环保废气排放标准，需 设计一吸收填料塔，用清水吸收放空气中的氨，为达到国家环保尾气排放标准，处理后放空气中的氨浓度必须不超过400ppm,放空气的流量1000kg/h,其摩尔组成为:物料摩尔组成物质名NH3H2N2mol% 3.9%69.5%26.3%表1另外含有微量的Ar气（0.3%）,吸收剂为水、压力设定为10bar.二.方案选择1.塔型选择 本设计任务为设计填料塔,填料塔是化工过程中最为常用的气液接触设备之一,广泛用于蒸馏、吸收等单元操作。填料塔主要由踏体、填料及塔内件构成(如图4-1)。液体通过液体分布器均匀分布于填料顶层，在重力作用下沿填料表面向下流动，与再填料空隙中流动的气体相互接触，发传质与传热。填料塔通常在气液两相逆流状态下操作，用于吸收操作时也有采用并流操作。与板式塔相比，填料塔具有效率高、压降低、结构简单、便于采用耐腐蚀材料制造等显著优点1。2.吸收流程的确定 本设计选用单塔逆流接触方式,吸收剂无再循环吸收。 单塔：可以满足任务需求，且构造相对简单，维护方便。 逆流：在实际操作过程中，气液传质设备内气液两相大多呈逆流接触，因为当两进、出口浓度相同的情况下，逆流时的平均推动力大于并流，且利用气液相密度差，有利于两相分离2。 无循环：本实验中，需吸附的氨的含量较大，且循环需要动力装置，综合考虑经济效益，选用无循环为佳。3.吸收剂的选择 从吸收的原理可知，吸收剂的性能好坏直接影响到吸收操作的分离效果及经济性。因此对吸收剂的选择应满足如下几点要求：（1）在混合气体中，溶质的溶解度要大，这样在相同的操作条件下，处理一定量混合气所需的溶剂数量就会减少，平衡时气体中溶质残余液浓度也可降低，溶解速率增大。吸收、解析的设备尺寸和能耗也会减少。（2）在混合气中，除溶质外的其他组分的溶解度要小，即有较高的选择性。这样才能使混合气中溶质实现有效分离。（3）不易挥发，即蒸汽压低、蒸发损失少，同时可减小在气体中混入的吸收剂蒸汽。（4）粘度低，无腐蚀性，无毒，不易燃，不发泡，来源广泛，价格低廉，易于再生3。综合考虑这些因素，本设计采用水作为吸附剂。 图1三.塔工艺理论计算1.吸收剂用量计算放空气的平均相对分子质量为:M=1M1+2M2+3M3+4M4=0.03917+0.6952+0.26328+0.00340=9.537g/mol放空气的摩尔流量:q=LM=10009.537=104.85(kmolh-1)放空气中氨气的载气摩尔流量:q=q=104.851-0.039=100.77(kmolh-1)氨气进塔的摩尔比为:Y1=0.0391-0.039=0.0406取吸收率为0.99Y2=Y11-=0.04060.009=0.0004达到设计任务要求,出塔气体中氨气的摩尔比为0.0004由于水吸附氨气为一个放热过程,因而,在吸附过程中水温会升高,出塔溶液温度取决于溶剂量,为此可先假设溶液的浓度为6（质量）。 当溶解的氨量为:104.850.0390.991=4.048(kmolkmolh-1)由此可知,吸收剂用量为:qL=4.048170.060.94=1078.12kgh-1=59.9kmolh-1出塔水的摩尔比为:X1=6179418=0.06762.出塔氨水液的温度的计算每100kg水中氨的溶解量为：4.048171078.12100=6.383kg查图2可知,溶液的绝热升温值为27.2oC,入塔水温选定为25oC,所以氨水出塔温度为:tb=ta+t=25+27.2=52.2可见吸收过程中，系统的温度变化较大，平衡系统当然也会产生极为显著的变化，而不能采用恒温下的平衡系统来考虑问题，应该做出非等温平衡曲线。当然，由于塔体散热，实际的温升会小些，为安全起见，还是采用上述出塔温度。 图23.变温下的平衡曲线为描出变温下的平衡曲线，将全塔分成7个平衡点来考虑,氨水与水在各温度的关系如图3将全塔分为如下7个点kg/10001.3832.3833.3834.3835.3836.383表2第一点(0 kg/100kg)X1=0,Y1*=0,ta=25oC则该状态平衡点为(0,0)第二点(1.383 kg/100kg)查图2可知,温度升高为7.9oC,则溶液温度为t1=25+7.9=32.9 X1=1.3831710018=0.01464由图3内插读取32.8oC时压力P*=2133.15Pa(16mmHg)Y2*=2133.1510105-2133.15=0.00214则该状态平衡点为(0.01464,0.00214)第三点(2.383 kg/100kg)查图2可知,温度升高为14.2oC,则溶液温度为t1=25+14.2=39.2 X1=2.3831710018=0.02523由图3内插读取39.1oC时压力P*=4266.3Pa(32mmHg)Y2*=4266.310*105-4266.3=0.00428则该状态平衡点为(0.02523,0.00428)第四点(3.383 kg/100kg)查图2可知,温度升高为17.2oC, 则溶液温度为t1=25+17.2=42.2 X1=3.3831710018=0.0358由图3内插读取42.1oC时压力P*=8132.66Pa(52mmHg)Y2*=6932.710*105-6932.7=0.0070则该状态平衡点为(0.0358,0.0070)第五点(4.383 kg/100kg)查表2可知,温度升高为21.4 oC, 则溶液温度为t1=25+21.4=46.4 X1=4.3831710018=0.0464由图3内插读取39.1oC时压力P*=11732.37Pa(81mmHg)Y2*=10799.110*105-10799.1=0.01092则该状态平衡点为(0.0464,0.01092)第六点(5.383 kg/100kg)查表2可知,温度升高为23.5 oC, 则溶液温度为t1=25+23.5=48.5 X1=5.3831710018=0.0570由图3内插读取49.5oC时压力P*=15332.03Pa(115mmHg)Y2*=15332.0310*105-15332.03=0.01571则该状态平衡点为(0.057,0.01571)第七点(6.383 kg/100kg)查表2可知温度升高为27.2 oC, 则溶液温度为t1=25+27.2=52.2 X1=6.3831710018=0.0676由图3内插读取52.5oC时压力P*=22000Pa(165mmHg)Y2*=2200010*105-22000=0.0225则该状态平衡点为(0.0676,0.0225) 则按表3 ,便可绘制出非等温平衡曲线x*00.014640.025230.03580.04640.0570.0676y*00.002240.004280.00700.010920.015710.0225表3图34.操作线出塔氨水浓度不高,所以操作线可用一直线表示Y=Y2+qq*X-X1=0.0004+59.9100.77X=0.0004+0.594X5.传质单元数NOG图解法由表4数据进行图解法求解表4由表3和表4可以做得图4所示图像图4由于平衡线是曲线,所以用吸收因素法和对数平均推动法计算NOG会产生较大的误差。这时可以采用简便作图法-近视梯级法计算。 作图步骤如下:a.在操作线与平衡线之间作中线；（如图4所示）b.从A点（0，0.0004）开始作阶梯，直至跨过点B（0.0676，0.040554）；c.计算阶梯数。NOG=5.8个。6.塔性能分析1、与YB=0.0406对应的X*E远大于=0.0676，所以前面设出塔质量分数为6%是可行的。且XB还可以增大，但吸收推动力减少，所需的传质单元数NOG增大2、非等温平衡曲线大致上是抛物线形状，如果塔底的操作点B的气、液相摩尔比大到一定程度，就会出现操作线与非等温平衡曲线相交的情况。这对吸收过程不利。所以吸收过程也是有一定限度。3、由图可知，本设计的6%的出氨质量分数是可以实现的。如果想吸收更多的氨，应该减少水的流量（进气不变）。并不是说水越多吸收的氨就越多，只是更容易吸收，需要更少的传质单元数。4、等温平衡线OF与非等温平衡线OE相差很远。且非等温平衡线与操作线之间的距离更小，推动力也更小，所以，在相同的条件下，等温吸收所需要的传质单元数NOG比温度不断上升时吸收所需的传质单元数NOG要少。7.填料的选择 在填料的选择上,大直径填料比小直径填料更易发生壁流,早在1935年,Baker等人4研究发现, 填料塔的直径必须大于散装填料直径的8倍以上,否则将产生严重的壁流。长期以来，这一直作为设计散装填料塔，尤其是试验塔的准则，Huber等人5推荐工业填料塔的直径最好大于填料直径的30倍。 对于不同类型的散堆填料，同样的尺寸、材质的鲍尔环在同样的压降下，处理量比拉西环大50%以上，分离效率可以高出30%以上；在同样的操作条件下，阶梯环的处理量可以比鲍尔环大20%左右，效率较鲍尔环高5%10%；而环鞍、矩鞍型填料则具有更大的的处理量和分离效率6。 常见散堆填料的相对处理能力7填料尺寸253850拉西环100100100矩鞍132120123鲍尔环155160150阶梯环170176165环鞍205202195表5 由此可见填料的选择也是设计塔的一个较为关键的部分, 填料的应具有耐腐蚀性，考虑到造价问题，在本设计中初试用公称直径D=25mm的塑料鲍尔环进行乱堆填充,填充材料相应参8数如表6: 外径d/mm高x厚(Hx)/(mmxmm)比表面积at(m2/m3)空隙率/(m3/m3)堆积密度p/(kg/m3)干填料因子湿填料因子2524.2x11940.87103294320表68.塔径计算确定Eckert关联图X 确定液泛气速和操作气速湿填料因子，查Ekert图: 图5用在乱堆填料泛点线上，找到X=0.0743对应的纵坐标值Y=0.165即：式中：故液泛气速为：所以操作气速为（取液泛分率为70%）：计算塔径D塔径为：塔径圆整取：D=350mm将D带回算出气速:在泛点气速的0.7倍以下,塔径与填料外径之比为Dd=35025=14,大于8,所以外径选择符合要求在填料的类型选择中，考虑到陶瓷材料的比重过大，为了工业生产方便我们选择塑料材质的填料。填料的直径不能过大，否则会使塔径过大。经过多次验算，得出较合理的填料公称尺寸为25mm。由于阶梯环和矩鞍环的分离效率和处理量都很优秀，我们分别计算了公称直径为25mm的塑料矩鞍填料和塑料阶梯环。二者的孔隙率和其他性能指标都比较优良。当选25mm塑料矩鞍环时，塔径圆整后取350mm。塔径与填料外径之比8，对于流体力学性能和润湿性能较好的矩鞍环是可以接受的。当选25mm塑料阶梯环时，塔径D=0.279(m)圆整后取300mm。塔径与填料外径之比8，也符合要求。可见鲍尔环、阶梯环、矩鞍环均能满足吸收要求，在阿里巴巴中国站上我们查到25mm直径的填料一立方的价格分别为1070元、2445元和3420元。因此我们选择鲍尔环填料。几种填料规格列表如下：填料种类外径高厚比表面积空隙率堆积密度干填料因子湿填料因子(dh)（at)()pat/3()塑料鲍尔环2524.211940.87103294320塑料阶梯环2512.51.42280.9097.8312.8172塑料矩鞍环38191.052830.847133473320表79.系统填料高度的压力降取D=350mm，则实际空塔气速为：由X,Y值在Ekert图上找到一点，该点位于处。10.传质系统高度的计算计算气相总吸收传质系数因为氨在H2O中溶解度很大，所以用水吸收氨的过程是气膜控制过程。即根据经验关联式：式中系数，一般环形填料和鞍形填料为5.23，小于15mm的填料为2.00；气体常数，；气体温度，；溶质在气相中的扩散系数，；气体通过空塔截面的质量流速，；气体粘度，；气体密度，。对于所选填料，C取5.23， ，在298K下查物性如表8：成分粘度/0.009850.01710.0087表8根据麦克斯韦-吉利兰(Maxwell-Gilliland)公式,气相扩散系数为：其中,氨气的相对分子质量MA=17，惰性组分B的相对分子质量MB=9.234。同时查到氨的分子体积为，氮气的分子体积；氢气的分子体积，则惰性气体组分 B的分子体积为： 计算有效气液传质面积恩田（Onda）公式：式中:单位体积填料层的润湿面积,；单位体积填料层的总表面积，；液体的表面张力及填料材料的临界表面张力，N/m；填料材质的临界表面张力，N/m；液体通过空塔截面的质量流速，；液体的粘度，；液体的密度，；重力加速度，。选择的填料是聚丙烯塑料鲍尔环，所以查表得：填料的临界表面张力c=75*10-3N*m-19；平均温度水的表面张力（以全塔平均温度38.6oC计）：=69.510-3 粘度： GL2atL2g-0,05=3.222194992.029.81-0.05=1.082(GL2Lat)0.2=3.222992.069.5*10-31940.2=0.2387把数据分别带入恩田公式得：aat=1-e-1.451.0591.38161.0820.2387=1-e-0.548=0.4225计算及全塔压降:塔高/塔径=2.2/0.35=6.3四.主要设备计算与选型本填料塔的主要构造单元有：圆筒外壳、封头、填料（核心单元）、填料支承、液体分布器、液体再分布器、气液的进出口接管、除沫器、法兰、支座。下面依次分别对它们进行设计计算和选型，最后对总体塔高进行设计计算。1.圆筒外壳由于具有腐蚀性，因此材料选用Q345R钢。设计壁厚，名义厚度为塔径，操作压力Q345R的许用应力值焊缝系数：查ASME压力容器规范第-卷焊缝系数，由于塔径比较小，须采用全透单面旱。接头形式为不带垫板单面的环向对接焊缝， 。壁厚附加量C：钢板的负偏差附加量，腐蚀裕度取2mm，,则3mm。对低合金钢制的容器，规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于3mm，若加上2mm的腐蚀裕量，名义厚度应至少取5mm10，根据GB713可知，壁厚可取6mm。2.封头筒体两端各采用标准椭圆形封头1个。查化工设备机械基础表13（EHA椭圆形封头内表面积、容积），选封头的公称直径为=350mm。其尺寸如下表：公称直径300mm的椭圆形封头的成品的尺寸（mm）公称直径曲面高度直边高度内表面积容积35088250.1600.00802表9图6选封头材料为Q345R，则封头与塔体的连接采用法兰连接操作压力封头厚度取6mm。3.填料由上述计算可知,初试填料可以满足任务要求外径d/mm高x厚(Hx)/(mmxmm)比表面积at(m2/m3)空隙率/(m3/m3)个数n/m-3堆积密度p/(kg/m3)干填料因子湿填料因子2524.2x11940.8753500103294320表104.填料支承填料支承结构要求既能托住填料，不使填料往下落，同时又能使气液顺利通过。填料塔性能的好坏，和填料的支承结构紧密相关。现在的填料一般使用搁栅。小型塔设备的搁栅可做成环箍形，然后焊上板条。搁栅板条间的空隙间距应按填料的大小而异，一般是不大于填料尺寸的0.60.8倍。对填料支承结构有三个基本要求：a.使气液能顺利通过，对于普通填料塔，支承件上的流体通过的自由截面应为塔截面的50以上，且应大于填料空隙率；此外，应考虑到装上填料后会将支承板的自由截面堵去一些，所以设计时应取尽可能大的自由截面。若自由截面太小，在操作中会产生拦液现象，增加压降，降低效率，甚至形成液泛。B.要有足够的强度承受填料重量，并考虑填料孔隙中的持液重量，以及可能加于系统的压力波动、机械振动、温度波动等因素。C.要有一定的耐腐蚀性能。综合以上的条件，选择搁栅式支承板结构。公称直径为200500的搁栅尺寸(单位:mm)公称直径填料环直径搁栅尺寸2001520020412141681425015240204151421013300152862041814252162510242402235015340204191630416251224288244001538030619183421625132532524.545025430306152537524.550025480306172542524.5表11根据本设计塔径为350mm，填料环直径为25mm，故选择的搁栅特性尺寸如下：（单位:mm）公称直径填料环直径搁栅尺寸35025340204122428824表12 即：，填料环直径为25mm；，采用整块搁栅支承板，支承板由竖立的扁钢焊制而成。支承圈：支承圈尺寸表公称直径碳钢不锈钢碳钢不锈钢200204180432.291.73250247223432.802.11300297257435.474.12350247307436.584.954003973376421.1014.204504473876424.0016.205004964166433.0022.106005964968653.8040.607006965968663.5048.108007966968673.6055.80表13根据本设计条件（塔径350mm），选择的支承圈特性参数如下：公称直径碳钢不锈钢碳钢不锈钢350247307436.584.95表14材料选用不锈钢，则厚度为3mm，质量4.95kg。图7栅板在塔内的安装及其结构5.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。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丝网床层限制板，厚度h为30mm。5.液体分布器液体分布器也称为液体喷淋器。填料塔操作时，在任一横截面上保证气液的均匀分布十分重要。液体分布器的作用是使液体的初始分布尽可能的均匀，设计液体分布器的总的原则是能使整个塔截面的填料表面积很均匀的润湿，所以既要能均匀分散液体，又不要过分的产生易被气流所带走的细雾沫，而通道不易堵塞，而且最好也不要很大的液柱压头，及结构简单，制造检修方便等。任何程度的壁流都会降低效率，因此在靠近塔壁的10塔径区域内，所分布的流量不应超过总流量的10。液体分布器的安装位置，通常需高于填料层表面150300mm，以提供足够的自由空间，让上升气流不受约束的穿过分布器。液体分布器的种类很多，本设计采用的是莲蓬式喷洒器（如图8）。图8莲蓬式喷洒器是开有许多小孔的球面分布器，液体借助泵或高位槽的静压头，经分布器上的小孔喷出，喷洒半径的大小随液体压头和分布器高度不同而异，在压头稳定的场合，可达到较为均匀的喷淋效果。莲蓬头喷洒器结构简单，一般用于直径600mm以下的塔中。通常安装在填料上方中央处，离开填料表面的距离为塔径的0.51.0倍。莲蓬头直径约为塔径D的0.20.3倍，球面半径为（0.51.0）D，喷洒角，喷洒外圈距塔壁，小孔直径为315mm。根据上述要求，设定喷洒器参数如下：塔径莲蓬头直径喷洒角球面直径莲蓬高度喷洒外圈距塔壁小孔直径冷水密度（温度为25时）冷水的体积流量取压头11喷头小孔处的流速喷头上小孔总数 圆整取2512由于莲蓬头液体分布器的喷孔直径较小，使用时应注意防止其堵塞，但是因为本设计中使用的吸收剂是清水，所以无此顾虑。6.液体再分布器液体沿填料层向下流时，往往呈现出“趋壁效应”，填料层“干芯”，使总的传质效率大为降低，因此每隔一定距离必须设置液体再分布装置，将散向塔壁四周的液体引向中央以避免此现象的发生。液体再分布装置的设计需注意以下三点：a.再分布装置的自由界面积不能过小（约等于填料的自由截面积），否则会使压强降增加z过大。b.结构既要简单，也要牢固可靠，能承受气、液流体的冲击。c.便于装拆。当填料层高度较大时，将填料分层填装，各层填料之间设置一个液体再分布器，每段填料层的高度因填料种类而异，对于拉西环可为塔径D的2.5-3倍，对于鲍尔环和鞍行填料可为塔径D的5-10倍，但通常高度最大不超过6m。鲍尔环填料每段填料层最大高度： 总填料高度 ： 本吸收塔可不设置液体再分布器。7.管口结构a.液体进、出口接管：弯管式液体进口接管（如图9）图9弯式进液管要求满足：即 （为25时水的密度）此时管径： 故可查下表，选用内管,外管,R=75，。液体入塔接管尺寸RH118*357*3.550无保温时120有保温时15025*376*47532*3.576*412038*3.589*412045*3.589*415057*3.5108*417576*4108*422589*4159*4.5265108*4219*6325133*4219*6400表15校核：核算故合符要求。液体出口接管（如图10）图10液体出口装置应该保证应该便于塔内液体的排放，不易堵塞，而且又能将塔设备的内部与外部大气相隔离。液体出口装置在负压操作的塔设备中必须另装液封装置。由于氨气溶于水后对水的流量影响不大，所以出水管取与进水管取相同的管径b.气体进、出接管：气体入塔接管（如图11） 图11 气体入塔装置气体进口的结构：要能防止液体淹没气体通道，并防止固体颗粒的沉淀。一般，填料塔对气体入塔的要求并不高，但亦不应使气流直接由管接口或水平管冲入塔内，因此要求气体进口管伸到塔的中心线位置，管的末端切成45的向下切斜口（指直径500 mm以下的小塔）或采用管子末端铣去一水平方向的长方形切口（直径较大的塔），使气流折转向上。要求满足： 即查GB6479-2000无缝钢管规格表，选择壁厚为3.5mm，外径为73mm的普通无缝钢管，内径为66mm。校核：,小于,故符合要求。本设计中，故选用上图所示装置，入塔气管伸到塔的中心位置。管端切成向下的斜口，使气流转折向上。气体的出口结构：要能防止液滴的代出和积聚，可采用同气体进口结构相似的开口向下的引出管。当气体夹带液滴过多时，需另装除沫器。出气平均分子量出气平均分子量：密度要求满足即以核算：符合要求。c.手孔和人孔为了容器便于安装和装卸内部装置，清洗内部结构需要开手孔和人孔。手孔结构通常时在一突出接口或短接管上加一盲板而成。对于较大压力容器直径大于900mm时需开设人孔。由于设备直径为350mm，因此，塔设备开设手孔。图12根据工作压力选择平盖手孔参数如下：标准图号：JB589-79-313公称压力/MPa公称直径Dg密封面型螺栓螺母数量螺栓直径*长度总重/kg1.6150A型平面159*6285240170882422248M20*7022.9表16d.接管接管直径的大小，由输送流体的流量和管内的流速确定。接管长度与接管的连接方式有关。 一般在接管一端焊上法兰，另一端焊接在设备上。接管长度为设备外壁至管法兰密封面之间的距离，该距离的长度要便于上紧螺栓，要考虑设备保温层的厚度。8.除沫器由于塔中气速较高，为了防止出塔气体中带有雾滴，耗费吸收剂同时为塔气处理带来不便，所以装有除沫器。一般塔设备顶部都装有，本设计中，因为放空气的组分只有NH3溶于水，产生的雾沫较多，而且吸收溶剂为水，气液中极少粘结物或者固体物，所以采用丝网除沫器比较理想（如下图），它比表面积大、空隙率大、结构简单、使用方便以及除沫效率高、压降小等优点。它可除去直径大于5的雾滴。应注意液体蒸发后留下固体易堵塞丝网孔影响塔的正常操作。构成是塑料丝网。本设计采用平放式。 图13丝网式除沫器相关参数14：气速： （ K取0.09）盘的直径： 除沫器厚度：选用0.2mm,的金属丝，则除沫器厚度设计为125mm，直径250mm。9.法兰由于塔径较小没有开人孔，因此在塔体的上封头需要用法兰连接，以便更换塔内附件。根据塔径350mm，壁厚5mm，、查HG20594,20595,GB/T9115,91167可得，选用公称直径DN=350mm的榫槽面板式平焊法兰，其参数如下：公称直径DN法兰螺柱连接尺寸法兰盘厚度规格数量DD1D2D3D4aa1d甲型平焊35048044040539539217142332M2016表17液体进口接管、液体出口接管各要一组法兰，根据内接管的外径可得公称压力，选用公称直径的榫槽面板式平焊法兰。其参数如下15：公称通径DN钢管外径连接尺寸板式平焊法兰盖法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺孔直径L螺孔数量n螺纹Th法兰内径B1坡口宽度b法兰厚度C法兰质量Kg厚度C253211585144M12335161.1216表18根据外接管的外径可得公称压力，选用公称直径的榫槽面板式平焊法兰。其参数如下公称通径DN钢管外径连接尺寸板式平焊法兰盖法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺孔直径L螺孔数量n螺纹Th法兰内径B1坡口宽度b法兰厚度C法兰质量Kg厚度C8089200160188M16916203.5920气体入塔接管、气体出塔接管各要一组法兰，根据接管的外径,选用公称压力，公称直径的榫槽面板式平焊法兰。其参数如下：公称通径DN钢管外径连接尺寸板式平焊法兰盖法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺孔直径L螺孔数量n螺纹Th法兰内径B1坡口宽度b法兰厚度C法兰质量Kg厚度C6576185145184M16786203.314.06表1910.支座中小型设备采用悬挂式支座又称耳座，广泛用于立式设备中。筋板设备一般为三块。安装位置应在容器中部。本设备采用 A型耳式支座，不带垫片，标记为JB1165-81，支座AN1，材料为Q235-A3F16 图14JB1165-81支座允许的负荷/t支座的支承面积/mm2支承面上单位压力（kgcm2）尺寸/mm地脚螺栓尺寸每个支座质量/kgHbsacfS1d直径1.095.110.5216010068012530825M201.6表2011.液封采用液封结构，一来将塔内空间与外界隔绝，维持塔设备的正常操作压力；二来防止气体走短路，影响吸收效果，同时保证塔内气体排出顺畅。只要塔底维持有一段储液高度，就可以直接与泵连接，无需再设置其他的液体出口装置。12.塔高的设计计算塔设备的总高度包括塔顶空间、塔底空间、填料层高度、封头等。本设备中，基本参数为：塔底部排液口的引出管设置在填料塔右边，内径为25mm，内伸高度为50mm，外伸距离为100mm;进气口中设置在填料塔的左边，外径为73mm，与壳体最低点的垂直距离设为200mm；进气口与填料支承板底部的垂直距离设为200mm；支承板的高度为30mm 填料层高度为2200mm；床层限制板高度为30mm；莲蓬头与填料层顶部的垂直距离为180mm；清水输入管设置在塔的右边，内径为25mm，清水输送管入口处与莲蓬头的垂直距离为100mm；除沫器支承圈厚度为20mm，底部到清水输入管入口处的垂直距离为50mm；除沫器厚度为125mm，直接放置在除沫器支承板上，顶部与圆筒外壳顶部的垂直距离为20mm；塔上下两端的封头的曲面高度为88mm，直边高度25mm，封头的厚度为4mm；排气口内径为65mm，外径为73mm，竖直开在塔顶封头上，最后由榫槽面对焊法兰与排气管连接，法兰上表面与塔顶封头的竖直距离为120mm，法兰厚度为20mm；（与管的距离均为到中心线的距离）则，全塔高=100+200+200+30+2200+30+180+100+50+20+125+20+25+88+4+120=3492mm五.填料塔辅助设备设计计算和选型1.离心泵本设计中离心泵与塔顶喷淋装置的垂直距离设为3.0m，水平距离设为1m，管段总长约为4.5m，其中还有三个标准弯头和一个转子流量计，转子流量计造成的阻力损失较小，此处忽略不计。查表可得标准弯头的阻力系数，对离心泵入口处与喷淋装置入口处进行能量衡算，则可利用伯努利方程式：清水摩尔流量： 清水质量流量： 清水密度： 清水粘度： 清水体积流量： 入水管：入水管中清水流速：， 采用光滑管： 泵与蓬头的高度差：若忽略塔内压降，又因蓬头前后取压头0.6，全塔压降为则有：，；查得，新的无缝钢管的绝对粗糙度为0.10.2mm，取，d=25mm，则相对粗糙度，查摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的关系图可得，。所以故，本设计的实际操作要求离心泵的有效功率至少要有；，即流量至少要有1.38；，即扬程至少要有。以此为依据查表选择轴功率为18.5 kW的IS65-40-315型离心泵，其性能参数如下表17：型号转速流量扬程/m效率/%功率/kW允许汽蚀余量/m质量（泵/底座）/kg轴功率电机功率IS65-40-31529001525304.176.948.3312712512328404418.521.322.8302.52.53.0152/110表21六.吸收后尾气与釜液的处理 放空气经过填料塔的吸收后，尾气中主要成分是和。二者均是合成氨工业生产的重要原料，可以根据二者的沸点不同加压分离，然后再按照一定的比例分配重新作为原料输入到合成塔中进行再利用。 釜液是低浓度的氨水，生产中可用稀盐酸进行吸收再结晶得到氯化铵产品七.放空气能量的利用为响应国家节能减排的号召，我们应对合成氨尾气的能量充分加以利用，提高原料的回收率和利用率，提高产品附加值。设计中所提供的放空气具有1MPa的压力，这说明它蕴含着很高的能量。我们可以在氨气合成塔和尾气吸收塔之间设置一个压差发电装置，利用放空气的高压势能，将其转化为电能，以供其他生产环节利用。另外，合成氨的尾气含有很高的热量，可以在氨气合成塔中设置高效率的换热器，将尾气的输出途径经过换热器，为合成氨反应提供预热，充分利用尾气的能源。八.计算结果及选型汇总NH3摩尔分数（入气）3.9%H2摩尔分数（入气）69.5N2摩尔分数（入气）26.3操作压强10bar放空气流量1000kg/h吸收剂入塔温度25出塔气体氨气浓度400ppm放空气进塔摩尔比0.0406放空气出塔摩尔比0.000406吸收剂入塔摩尔比0吸收剂出塔摩尔比0.0676吸收剂出塔温度52.2（温升27.2）吸收剂水的流量59.9kmol/hNOG5.8HOG0.376mH2.2m塔径内径350mm塔高3.492m圆筒外壳壁厚5mm液体分布器莲蓬式喷洒器填料支承结构搁栅式支承板 D=340mm支承圈Dg=350mm封头标准椭圆形封头Dg3504,JB1154-73支座A型耳式支座除沫装置丝网除雾沫器 DF=250mm H=125mm气体进出口管外径73mm，内径65mm，厚度4mm液体进出口管外径31mm，内径25mm，厚度3mm泵IS65-40-315型单级单吸离心泵流量的测定仪器涡轮式流量计和旋涡流量计压强的测定仪器单圈弹簧管压力表温度的测定仪器热电阻温度计表22九.设计结果分析讨论和总结本次课程设计的任务是设计一种填料吸收塔，以处理合成氨工业生产产生的尾气。经过两个学期的化工原理课程设计，我们对化工生产单元都有了一定的理论基础。但在看到设计题目的时候，一时间还是找不到着手的方向。 设计开始时，我们查阅了大量的文献，设计手册以及往届师兄师姐设计精馏塔换热器的相关书籍，对整个设计流程有了大概的了解。最开始我们是先从基础数据的处理开始的。这些数据都是填料塔的相关性能指标。我们发现，设计只是能给出理论指标，具体填料塔在实际传热传质过程中的表现如何是需要先假定的，这样才能继续设计下去。 之前在化工原理的学习中，填料塔的反应条件都设置的很理想化，比如假设的等温反应过程，而实际上氨溶于水的过程是放热过程，会使吸收温度发生变化，影响汽液平衡点。因此求传质单元数就不能用脱吸因数法或者对数平均推动力法。 我用的是近似梯级法求NOG的，由于从塔底到塔顶温度不断升高，