氨填料吸收塔课程设计

1、前言填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。而塔填料塔内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。从塔填料、塔内件以及工艺流程,特别是塔填料三方面对填料塔技术。填料塔洗涤吸收净化工艺不单应用在化工领域 ,在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。工程实践表明 ,合理的系统工艺和塔体设计 ,是保证净化效果的前提。本文简述聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。在化工、炼油、医药、食品及环境保护等工业部门，塔设备是一种重要的单元操作设备。其作用实现气液相或液液相之间的充分接触，从而达到相际间进行传质及传热的过程。它广泛用于蒸馏、

2、吸收、萃取、等单元操作，随着石油、化工的迅速发展，塔设备的合理造型设计将越来越受到关注和重视。塔设备有板式塔和填料塔两种形式，下面我们就填料塔展开叙述。填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推荐用于0.6至0.7m以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。

3、板式塔和填料塔都可用于吸收过程，此次设计用填料塔作为吸收的主设备目录摘 要1第一章 氨吸收填料吸收塔的设计21.1 概述21.2 设备的选用21.3 流程方案的确定31.3.1 流程方案31.3.2流程选择及流程说明31.3.3流程布置51.3.4 吸收剂的选择51.4 填料的选择61.4.1塔填料选择61.4.2填料选取的要求61.4.3 填料的选取6第二章 工艺计算82.1 概述82.2 气液平衡关系82.3 平衡关系的确定102.4 吸收剂用量及操作线的确定122.4.1物料衡算122.4.2 吸收剂用量的确定122.4.3 操作线方程的确定142.5 塔径的计算162.5.1 空塔气速

4、的确定162.5.2塔径212.6 校核232.6.1单位高度填料层压降的校核232.6.2喷淋密度的校核252.6.2泛点率的核算262.7 填料层高度262.7.2 填料层高度30第三章 设备333.1填料的确定333.2填料吸收塔附属装置的选型333.2.1 液体分布器333.2.2 填料支承板343.2.3 填料压板和床层限制板343.2.4 气体的进口装置与排液装置343.2.5 塔高的确定353.3 辅助设备的选型353.3.1 管径的计算353.3.1 泵的选型373.3.2 风机的选型39第四章 结果评价41结束语43参考文献44 摘 要填料塔洗涤吸收净化工艺不单应用在化工领域

5、，在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。工程实践表明，合理的系统工艺和塔体设计，是保证净化效果的前提。此设计是在各种版本教材和资料的基础上、在吸收原理的支持下，由本人编辑设计而成的，其中的各种物性数据全部来自于其他各种版本、各类于吸收有关的图书、教材之上，它们仍保持着客观物质的特性。在选材和计算理论上，也有着与其它吸收设计相同的基本原理。首先，在此设计中讲述了吸收技术的概况、发展以及应用，当今吸收技术的发展状况；再讲述怎样根据所给的已知条件来确定吸收方案，如吸收剂的选择、吸收流程的选择、解吸方法选择、设备类型选择、操作参数的选择等内容；在计算环节，先要集众家之所有-查出所有相关的物性数据

6、，由此计算出相应的理论结果，确定出理论上吸收的工程图。关键词： 水 填料塔 吸收 氨气 低浓度 第一章 氨吸收填料吸收塔的设计1.1 概述在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大应用面广的重要单元设备。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。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

7、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。1.2 设备的选用塔体喷淋装置 填料塔 填料液体再分布器填料支撑装置等在本次课程设计中，要求用稀氨水吸收氨气，由于填料塔具有结构简单、压力降小、传质效率高、便于采用耐腐蚀材料制造，以及生产能力大、吸收效果好、操作弹性大等优点，所以选用填料塔吸收氨气。塔的底部有用来支撑填料的栅板，并允许气液通过，支撑板上的填料有乱堆方式。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的表面上，使整个塔截面的填料表面润湿。但因填料层中的液体有向塔壁流动的趋势，即“趋壁效应”，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，将沿塔壁流动的液体

8、导向填料层内。近些年来，由于性能优良的新型填料不断开发，改善了填料层内气液两相的分布与接触情况。在某些场合甚至正逐步取代传统板式塔。1.3 流程方案的确定1.3.1 流程方案 用稀氨水作为吸收剂，水来自水槽，由于是逆流操作，需要泵将水抽到塔顶;由于氨水具有轻度腐蚀性，故需要防腐泵，气体则需选用风机。泵一个型号需配置两台，供替换使用，风机需一台。详细流程参见流程图。实际操作中的流量计和压力表等也需要考虑出现问题以后不影响正常工作。1.3.2流程选择及流程说明 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

9、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。 (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，逆流操作易引起液泛。 (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

10、热量。该流程特别适宜于相平衡常数m值很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应当指出，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)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。(5) 串联-并联混合操作 若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小（否则易引起塔的液泛），塔的生产能力很低

11、。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相作串联、气相作并联的混合流程。 列出几种常见的吸收过程如图2.1。（a） 并流 （b）逆流图2.1 吸收流程 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。1.3.3流程布置 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，所以选定流程为逆流

12、。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。此时吸收剂用量未知，我们可以按照逆流进行物料衡算得出吸收剂用量后，以此作为一个评判标准，判断是否该用逆流。 1.3.4 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，选择吸收剂时应着重考虑以下几方面。(1)溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量。(2)选择性 吸收剂对溶质组分要有良好的吸收能力，而对混合气体中其他组分不吸收或吸收甚

13、微，否则不能直接实现有效分离。(3)挥发度要低 操作温度下吸收剂的蒸气压要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。(4)黏度 吸收剂在操作温度下的黏度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。(5)其他 所选用的吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性，不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。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。本次课设的题目中，已给出吸收剂为稀氨水

14、。1.4 填料的选择1.4.1塔填料选择 塔填料（简称为填料）是填料塔的核心构件，它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面，其性能优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面积越大，气液分布也就越均匀，传质效率也越高，它与塔内件一起决定了填料塔的性质。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、填料层的压降来考虑，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d/d。1.4.2填料选取的要求 在本次课设中，选用两种填料进行计算，最终根据计算结果择优。 填料塔对填料的要求表现在以下几方面：1. 比表面积要大；2. 能

15、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；5. 价格低廉。1.4.3 填料的选取 首先选择散装填料，这是由于规整填料在装卸、清理时相对困难，且同种类型的规整填料，其表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用造价也明显增高。其次，要进行两种填料间的比较，则应选用相同的外径，这样才具有可比性。陶瓷材质的材料虽然质脆、易碎，但其耐腐蚀性较好，一般能耐除氢氟酸以外的常见的无机酸、有机酸及各种有机溶剂的腐蚀。且表面润湿性强，价格便宜，可在低温、高温下工作，具有一定的抗冲击性，故应用较为广泛。塑料材质的虽耐腐蚀性能好，价格适中，但耐温性及湿润性较差。金属材质有碳

16、钢、铝铝和铝合金等，多用于操作温度较高而无显著腐蚀性的操作。本次设计任务是高浓氨混合气体吸收，其具有强腐蚀性，故最佳填料选择应为陶瓷质地。 一般用于直径小于900的小塔，选用外径为25mm的填料;而直径大于900的塔，一般采用50mm以上的大填料。 综上所述，选取的两种填料见表1-1表1-1填料类型外径dmm比表面积m2/m3ufu填料因子填料塔经（mm_) d陶瓷鲍尔环252201.99471.59573001000陶瓷鲍尔环501101.9951.9350.046130900陶瓷拉西环251901.62861.30294501000陶瓷拉西环50933.031.5680.052201000

17、综合比较，合理范围内填料塔径d 均大于900mm,据此采用50mm以上的大填料。故d=25mm的等数值无需再继续计算比较。第二章 工艺计算2.1 概述整个工艺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. 管路及辅助设备的计算。2.2 气液平衡关系由于原料气组成中，氨气占45%，含量较高，用地下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，属于非等温吸收。在逆流吸收塔中气液平衡关系是温度的函数，温度升高，平衡关系便要改变，所以，在这种情况下不

18、能再利用我们熟悉的亨利定律，应重新按照非等温吸收的热衡算，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。以上假设，即是假定吸收过程中所释放出的热量全部用来加热液体。在给定的设计条件中得

19、知，要设计的是高浓度气体的非等温吸收。由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的变化分成若干段，每段浓度变化为,如图2-1所示，对第i段作热量衡算：图 2-1 非等温吸收热衡算 : : i-1 i i+1 : : i 根据课设要求，此处我们可以假设浓度变化范围为x=（00.1）,分为20段，即每段浓度变化为=0.005。溶质被吸收时放出的热量：液相温度由升至时吸收的热量：根据前面的假设，吸收过程中放出热量全部用于液相升温，=即则有: （2-1） 式中：， 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

20、) 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=25的情况下，由式2-1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。实际平衡关系可由温度与浓度的关系得到，可由经验公式来确定。对于氨气和水溶液的平衡物系，若选用经验公式，可作如下计算： 式中： 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

21、分压 ，hg由于是常压下吸收，气相可是为理想气体，按道尔顿分压定律，计算与相平衡的: 式中：p 操作压强，hg 计算过程如下：(以第二组数据为例) 。 hg =根据计算结果，以为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上绘出非等温吸收的平衡关系曲线，如下图2-2所示。（见附图一） 表2-2计算结果x（kj/kmol）平均（kj/kmol） （）p（ mmhg）ye0.00034900.0025.0000.0000.00000.00534868.7534884.37527.3133.6730.00550.01034837.5034853.12529.6248.7100.01300.01534806.25348

22、21.87531.93315.0660.02240.02034775.0034790.62534.24022.8030.03390.02534743.7534759.37536.54532.1370.04780.03034712.5034728.12538.84843.2510.06440.03534681.2534696.87541.14956.2340.08370.04034650.0034665.62543.44871.4500.10630.04534618.7534634.37545.74589.3310.13290.05034587.5034603.12548.040109.9010

23、.16350.05534556.2534571.87550.333133.0450.19800.06034525.0034540.62552.623159.9560.23800.06534493.7534509.37554.911190.5460.28360.07034462.5034478.12557.197225.4240.33550.07534431.2534446.87559.481264.2410.39320.08034400.0034415.62561.763307.6100.45780.08534368.7534384.37564.043356.4510.53040.090343

24、37.5034353.12566.321412.0960.61330.09534306.2534321.87568.597472.0630.70250.10034275.0034290.62570.871540.7540.80472.4 吸收剂用量及操作线的确定2.4.1物料衡算 如图2-3，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 yyxmn图2-3 吸收塔的逆流物料衡算示意图2.4.2 吸收剂用量的确定 1.最小吸收剂用量 式中： v 惰性气体流率，kmol/h 最小吸收剂用量 y,x 气相和液相组成摩尔比： 下标： 1塔底 ； 2塔顶 与平衡的液相组成2.吸收剂

25、用量 3吸收剂计算其中：（为汽液平衡线纵坐标y=0.45时的横坐标），。根据试2-5，2-6可算出： 所以由式2-9得，范围取1.2倍，所以2.4.3 操作线方程的确定由以上计算得操作可得操作线方程为： 由于是清水吸收，由公式可得到 即操作线方程为 =根据xy在图上画出操作线，如图2-2所示。（见附图一）附表一xhdtlgptpy*hdy/1-yy（1-y）ma034900250273.15298.1500-0.0172-0.0175010181.008725206-56.646713960.00534868.7527.31430.564547776273.15300.46433.669000

26、5440.00545998334884.3750.0407021110.0391102410.97761836830.234819640.0134837.529.62660.940161003273.15302.77668.7128653650.01296595434853.1250.0991890910.0902384240.94787291913.483347690.01534806.2531.93671.177626017273.15305.086715.053102420.02240110834821.8750.1582698480.1366433290.9192949989.3204

27、742440.023477534.24491.358130281273.15307.394922.810262390.0339448434790.6250.2179534690.1789505710.8915878787.4887560460.02534743.7536.55091.507120789273.15309.700932.145544670.04783703734759.3750.2782492310.2176799520.8644625086.5060031390.0334712.538.85491.635947109273.15312.004943.246116060.0643

28、562334728.1250.3391665980.2532669190.837641065.9379431310.03534681.2541.15671.750664808273.15314.306756.320280420.08381240334696.8750.4007152330.2860790140.8108540485.6152402450.043465043.45661.854901747273.15316.606671.598141160.10654798334665.6250.4629050.3164286130.7838341255.463462060.04534618.7

29、545.75431.950994086273.15318.904389.329331990.13293445834634.3750.5257459690.3445828990.7563120625.4521548850.0534587.548.052.0405482273.15321.2109.7863130.16337728834603.1250.5892484210.3707717520.7280085975.5786759910.05534556.2550.34362.124709246273.15323.4936133.26289570.19831370634571.8750.6534

30、228570.3951940390.698628675.8671609890.063452552.63512.204327218273.15325.7851160.07636660.23821587634540.6250.718280.4180226740.6678514496.3821601930.06534493.7554.92462.280052033273.15328.0746190.56890260.28359300634509.3750.7838308020.4394087160.6353177617.2733320340.0734462.557.52112.35734008927

31、3.15330.6711227.68797210.33883133934478.1250.8500864520.4594847180.5988175099.1822058730.07534431.2559.49732.421740081273.15332.6473264.08277870.39299186934446.8750.9170583780.4783674760.56324231212.647270390.083440061.78052.488434403273.15334.9305307.91752230.45822405834415.6250.9847582610.49616030

32、30.52257834327.340388350.08534368.7564.06172.552742546273.15337.2117357.0611060.53135653934384.3751.0531980330.512954920.477785211-53.309856340.0934337.566.34082.614887897273.15339.4908411.99115990.61310009234353.1251.122389890.5288330360.42765062-10.77101070.09534306.2568.61782.675060395273.15341.7

33、678473.21706240.70421274234321.8751.1923462980.5438676820.370190117-5.061490090.13427570.89272.733422084273.15344.0427541.2801290.80550004234290.6251.263080.5581243260.301458367-2.7578471052.5 塔径的计算2.5.1 空塔气速的确定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： 式中： 泛点气速，m/s 空塔气速，m/s泛点气速与气液流量、物系性质及填料的类型、尺寸等因素有关

34、。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。选用eckert通用关联图求解。如图2-4所示，根据气液相流量及密度计算出横标值，作垂直线与乱堆填料的泛点线相交，读取纵坐标，由已知参数纵坐标中解出气速即为泛点气速。演算过程如下：如前所述，非等温吸收时，各物性参数随组成变化而变化，故求取时应取其平均值。计算过程中还应注意单位的统一。1. 横坐标 要求，首先对全塔作平均处理，求出， , ，（1）定性温度现在已知进液温度25，需求出出塔温度。 由表2-1可知介于y=0.065和x=0.070之间，可用内插法求算：在此温度下查氨水的黏度和密度,必须知道氨

35、水的质量分数：因为 且所以w=3.45%（2）气体的密度由于液体的比热容远大于气体，故气体的进、出的温度按液体的出、进的温度来计。进塔气：平均摩尔质量 出塔气：平均摩尔质量 平均摩尔质量气相平均密度：（3）液体的黏度和密度表2-3氨水溶液黏度w% t3060083572010066.730，3.45%, 60，3.45%, 30.06773，3.45%, 求液体密度表2-4对应温度氨水的质量分数 1：（单位均为g/c）氨水的质量分数 202520.98950.98840.98110.980内插法可得：20时 , 25 外推法可得在定性温度t=39.269时， （4）气体的质量流量气体进塔的摩尔

36、流量为： v1 =气体出塔的摩尔流量为： 定性温度30.06773下的摩尔流量进口处与出口处的气体的平均摩尔质量，则有气相流率：(5) 液体的质量流量进塔液体摩尔流量：进塔液体质量流量：出塔液体摩尔流量：液体平均摩尔质量： 液体流量：因此可知横坐标2. 泛点气速从这一步开始，要对所选两种填料分别进行计算，填料物性参数见表1-2。根据eckert通用关联图可知 其中为液体密度修正系数，40时，；50时，内插法可得在定性温度下，= 根据表1-1可知 d=50mm的陶瓷鲍尔环的填料因子为 解得=2.7854 m/s 取空塔气速根据表1-1可知d=50mm的陶瓷拉西环的填料因子为解得取空塔气速 图 2

37、-4 eckert通用关联图， 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/s22.5.2塔径塔径的计算公式 式中： 操作条件下混合气体体积流量，/s d 塔径，m先求塔径，当计算出的数值不足整数时，往往需要圆整。圆整的根据是符合加工要求及设备定型，以便于设备加工。根据国内压力容器的公称直径标准（jb-1153-71），直径在1m以下时，间隔为100，（必要时在700以下时可用50为间隔）；直径在1m以上时，间隔为200（必要时在2m以下时可用100为间隔）。鲍尔环的塔径为圆整为0.9m故鲍尔环的塔径为0.9

38、m由塔径计算公式推导可得到鲍尔环塔的操作气速 同理可以解得拉西环的塔径 圆整1.1m 故拉西环的塔径为1.1m拉西环塔的操作气速因二者塔径均大于700，故填料选取d=50mm是较为合理的，又操作气速拉西环（陶瓷） 鲍尔环（陶瓷）； 鲍尔环（陶瓷d=50mm）=0.046 拉西环（陶瓷d=50mm）=0.050,综上可得：鲍尔环（陶瓷d=50mm）传质速率较大，且操作过程的动力消耗较小。故塔径最终确定为d=900mm。2.6 校核2.6.1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

39、通用关联图方法。如图2-5所示，eckert通用关联图除了有液泛线以外，还有许多等压降线。由已知参数及所用填料的压降填料因子p代替（注：本设计中仍采用），计算出该图的横、纵坐标值，查图读取相应压降曲线的值（若交点没正好落在压降线上，可用相邻两条线内插读取），即为单位高度填料层压降。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2-4 压降填料因子（p）填料类型 填料尺寸50mm鲍尔环(陶瓷填料130拉西环填料220演算过程如下：鲍尔环填料 在eckert通用关联图上查得，当横坐标时，纵坐标 压降曲线的值 ，介

40、于145490pa/m，压降合理。同理可得：拉西环填料塔 在eckert通用关联图上查得，当横坐标时，纵坐标 压降曲线的值=579.81=559.17pa/m，超出145490pa/m，压降偏大，这说明实际液气比与最小液气比的比例因子选取的仍有些偏大。但因其未超出合理范围的20%，且拉西环陶瓷（d=50mm)的明显大于鲍尔环陶瓷（d=50mm)的，若选取拉西填料操作过程动力消耗显著增大，又鲍尔陶瓷环（d=50mm)在允许压降范围内，综合考虑后选取鲍尔陶瓷环作为最终填料。2.6.2喷淋密度的校核填料塔中气液两相间的传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。要形成液膜，填料表面必须被液体充分润湿，而

41、填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的表面润湿性能。液体喷淋密度是指单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积，以u表示，单位为m3/(m2h)。为保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值，该极限值称为最小喷淋密度，以umin表示。式中 umin最小喷淋密度，m3/m2s (lw)min 最小润湿速率，m3/ms 填料的比表面积，m2/m3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。其值可由经验公式计算，也可采用经验值。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率(lw)min为0.08 m3/（mh）；对于直径大于 75mm的散装填

42、料，取(lw)min =0.12 m3/（mh）。填料表面润湿性能与填料的材质有关，就常用的陶瓷、金属、塑料三种材质而言，以陶瓷填料的润湿性能最好，塑料填料的润湿性能最差。实际操作时采用的液体喷淋密度应大于最小喷淋密度。若喷淋密度过小，可采用增大回流比或采用液体再循环的方法加大液体流量，以保证填料表面的充分润湿；也可采用减小塔径予以补偿。鲍尔环陶瓷填料演算过程如下：d umin 故喷淋密度校核合格2.6.2泛点率的核算泛点率 （鲍尔环填料）根据 陶瓷鲍尔环（d=50mm)填料的泛点率符合2.7 填料层高度2.7.1传质系数的确定有效面积（润湿面积） （2-14）式中：单位体积填料的总表面积，/

43、m3 t单位体积填料的总表面积，/m3 液体的表面张力，n/m c填料材质临界表面张力，n/m ，陶瓷c=6110-3n/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表2-4水的表面张力2t/ 20304072.6771.2069.63 利用内插法求定性温度40.6893下水的表面张力： 解得表2-5 20一定质量分数的氨水溶液的表面张力1质量分数 w%氨水的表面张力 n/m0.4572.557.7265.74利用内插法可得20时质量分数为3.45 %的氨水溶液的表面张力为 在此吸收过程中，氨溶于水中的量较少，氨水溶液的物性参

44、数均与水相似，所以有即可知39.269时氨水溶液的表面张力为 n/m鲍尔环填料比表面积=110 填料材质为聚氯乙烯，临界表面张力 液体通过塔截面的质量流速 根据公式可知:2.气相传质系数式中：c系数，5.23r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/m3演算过程如下：（1）气体黏度的计算: 根据图知：在温度为39.269时的空气的粘度为在温度为30.21773时的液氨的粘度为平均摩尔分数：根据公式可以计算出气体的粘度为 同理可求得：故（2）扩散系数 3）气体通过空塔截面的质量流速鲍尔环：（4）气体温度

45、采用定性温度(5) 气相传质系数鲍尔环：根据公式可知气相传质系数为 2.7.2 填料层高度填料层高度计算涉及物料衡算、传质速率和相平衡关系。对于整个吸收塔，气、液的浓度分布都沿塔高变化，吸收速率也在变化。所以要在全塔范围应用吸收速率关系式，就要采用微分方法，然后积分得到填料层的总高度。 填料层高度可用下面的通式计算： z=传质单元高度传质单元数选取传质单元数法求解填料层高度。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= 式中

46、：v气相总摩尔流量，kmol/s 气膜体积吸收系数 成平衡的气相度其中可视为常数，故公式可变为：= 传质单元数nog需用图解积分法求出。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（）的计算鲍尔环填料的气相传质单元高度 2. 传质单元数的计算（） 以为横坐标作图，以画出图后，进行图解积分，如图2-6所示一个小格的面积s=0.0001667共有16990个格 1 0.015 =2. 8322yey(1-y)m/(1-y)* (y-ye)yey(1-y)m/(1-y)* (y-ye)0.00000.039325.96600.05120.265.440.001

47、0.0521.030.06040.285.20.0020.0617.80.07520.305.10.00360.0813.60.08480.324.950.0060.1011.10.09680.344.80.00920.129.60.120.364.910.01240.148.40.14440.385.00.0180.167.60.1620.404.990.0220.186.90.20.425.40.02480.206.30.240.445.80.0340.225.990.260.456.10.040.245.63 表2-4 数据汇总根据公式可以计算出填料层的高度为：对于鲍尔环填料因为采用上述

48、方法求出的填料层高度还应留出一定的安全裕度。根据设计经验，填料层的实际高度一般为： ( 取z=1.35z)鲍尔环：第三章 设备我们已经在前面几章中确定了完成此次吸收任务的主体设备填料塔，并且计算出了塔径和填料层的高度。填料塔高度的确定还需先选出其附属装置。填料吸收塔附属装置的选型及辅助设备的选型，均在本章中予以介绍。3.1填料的确定上一章已对所选用的两种填料进行各方面的分析，我们将在这一节根据计算结果对填料进行筛选。综合上一章的计算数据，进行比较，最终选出50mm陶瓷鲍尔环作为填料。3.2填料吸收塔附属装置的选型3.2.1 液体分布器液体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