化工原理课程设计水吸收氨气填料塔设计教材

1、 化工原理课程设计 水吸收氨气填料塔设计 学院 专业 班级 姓名 学号 指导教师 2012 年 12 月 11 日 设计任务书 水吸收氨气填料塔设计 （一） 设计题目 混合气体的处理 混合气体的进料 试设计一座填料吸收塔， 采用清水吸收混于空气中的氨气 量为 3200m3/h，其中含氨为 8% （体积分数） 温度为 25。要求： 塔顶排放气体中含氨低于 0.04%（体积分数） 二） 操作条件 1）操作压力：常压 2）操作温度： 20 3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定 （三） 填料类型 聚丙烯阶梯环吸收填料塔 四） 设计内容 1）设计方案的确定和说明 2）吸收塔的物料衡算； 3）吸收塔的工

2、艺尺寸计算； 4）填料层压降的计算； 5）液体分布器简要设计； 6）绘制液体分布器施工图 7）吸收塔接管尺寸计算； 8）设计参数一览表； 9）绘制生产工艺流程图（ A3 号图纸）； 10）绘制吸收塔设计条件图（ A3 号图纸）； 11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。 目录 前 言 1 第一节 填料塔主体设计方案的确定 2 1.1 装置流程的确定 2 1.2 吸收剂的选择 2 1.3 课程设计任务 3 1.4 填料的类型与选择 3 1.4.1 填料种类的选择 4 1.4.2 填料规格的选择 6 1.4.3 填料材质的选择 6 1.5 基础物性数据 7 1.5.1 液相物性数据 7 1.5.2

3、 气相物性数据 8 1.5.3 气液相平衡数据 8 1.5.4 物料横算 8 第二节 填料塔工艺尺寸的计算 1.0 2.1 塔径的计算 1.0 2.2 填料层高度的计算及分段 1.2 2.3 填料层压降计算： 1.4 第三节 填料塔内件的类型及设计 1.5 3.1 液体分布装置 1.5 3.2 液体再分布装置 1.7. 3.3 填料支撑装置 1.8 3.4.流体进出口流差 2.0 设计一览表 2.1 对本设计的评述 2.2 参考文献 2.3 前言 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

4、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

5、能优良的填料塔必将大量用于工 业生产中。 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工业尾气， 使 其达到排放标准。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。 利用混合气体中各组分在同一种液体 (溶剂 ) 中溶解度差异而实现组分分离 的过程称为气

6、体吸收气体吸收是一种重要的分离操作， 它在化工生产中主要用来 达到以下几种目的。 (1) 分离混合气体以获得一定的组分。 (2) 除去有害组分以净 化气体。 (3) 制备某种气体的溶液。一个完整的吸收分离过程，包括吸收和解吸 两个部分。典型过程有单塔和多塔、逆流和并流、加压和减压等。 第一节 填料塔主体设计方案的确定 1.1 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。 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。 1.2 吸收剂的选择 吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的

7、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

8、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。 附图：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 1.3 课程设计任务 1. 气体混合物成分：空气和氨 2. 空气中氨的含量 : 8.0% （体积含量即为摩尔含量） 3. 混合气体

9、流量 3200 m3/h 4. 操作温度 293K 5. 混合气体压力 101.3KPa 6. 尾气氨含量 0.04% 7. 采用清水为吸收剂 8. 填料类型：采用聚丙烯鲍尔环填料 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。 因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。 1.4 填料的类型与选择 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。 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

10、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 3 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。 1.4.1 填料种类的选择 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。 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

11、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

12、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，

13、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，

14、 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

15、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 4mm 6mm 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 5 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

16、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，本课设选择散装阶梯环填料。 1.4.2 填料规格的选择 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 3-1 填料种类 D/d 的推荐值 拉西环 D/d 2030 鞍环 D/d 15 鲍尔环 D/d 1015 阶梯环 D/d

17、8 环矩鞍 D/d8 1.4.3 填料材质的选择 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。 6 (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

18、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( 0.2 0.1mm)，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

19、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。 1.5 基础物性数据 1.5.1 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. l 998.2kg / m3 2. 黏度： l 0.001pa.s 3.6kg / m.h 2 3. 表面张力为

20、 : z 72.6dyn/cm 940896kg / h2 4. 20 CNH3 :H 0.725kmol / m3 kpa 5. 20 CNH3 :Dl 7.34 10 6m2 /h 22 6. 20 CNH3 :Dv 0.225cm2 /s m2 /h 1.5.2 气相物性数据 1. 混合气体的平均摩尔质量为 M 0.08 17 (1 0.08) 29 28.04(kg / kmol) 2. 混合气体的平均密度 PM 101.3 103 28.04 10 3 3 V 1.166kg /m3 V RT 8.315 293 3 R=8.314 m3 KPa /kmol K 3. 混合气体黏度可

21、近似取为空气黏度。查手册得 20 C 时，空气的黏度 v 1.73 10 5 pa s 6228 10 5kg/m h 注：1N 1kg m/s2 1 1Pa 1N/m2 1kg/ s2 m 1Pa.s=1kg/m.s 1.5.3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下， 200C 时，NH3 在水中的亨利系数为 E=76.3kpa 200C时, NH3 在水中的溶解度 : H=0.725kmol/m 相平衡常数： m E L 998.2 0.754 P HM SP 0.725 18.02 101.3 溶解度系数 : H 0.725kmol /( m3 kpa) 1.5.4 物料横算 1. 进塔气

22、相摩尔比为 Y1 0.08 0.08696 1 1 0.08 2. 出塔气相摩尔比为 Y2 0.0004 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为： X 2 0( 清水) 273 1 混合气体流量： 3200 133.11(kmol /h) 293 22.4 惰性气体流量： V 133.11 (1 0.08) 122.46(kmol /h) (L) Y1 Y2 (V )min X1 X 2 最小液气比： Y1 Y2 Y1 X 0.08696 0.0004 0.08696 0 0.754 0.0.7505 取实际液气比为最小液气比的 2.5 倍，则可得吸收剂用量为： L 0.7231 122.46 2

23、.5 229.77(kmol /h) X1 V(Y1 Y2) L 0.04613 0.08696 0.0004 0.7505 2.5 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; 液气比 L 229.77 18 3200 1.166 1.108 经计算该吸收过程为低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数 据。混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。 第二节 填料塔工艺尺寸的计算 填料塔

24、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 2.1 塔径的计算 混合气体的密度 PM RT 33 101.3 103 28.04 10 3 8.315 293 3 1.166kg / m3 填料总比表面积： at 132.5m 2 / m3 水的黏度 L 1.004mPa s 采用贝恩 - 霍根泛点关联式计算泛点速度： lgugF2 at3 V g3L 137.859 1 0.204 1.75 ( 32001.16 0.4755 2 uF at V 0.2 F 3t V L0.2 0.3346 g3L uF 1/4 1/8 L0.2 A K wLV L wVL 1 8 3 0.334

25、6 9.81 0.913 998.2 0.23.9961m / s 132.5 1.166 1.0040.2 F泛点气速， m/s； g 重力加速度， 9 81m/s2 a t 填料总比表面积， m2m3 填料层空隙率， m3m3； V, L气相、液相密度， k/m3； L液体粘度， mPas; A,K关联常数。 散装填料类型 A K 规整填料类型 A K 塑料鲍尔环 0.0942 1.75 金属阶梯环 0.106 1.75 3.1 不同类型填料的 A、K值 10 金属鲍尔环 0.1 1.75 瓷矩鞍 0.176 1.75 塑料阶梯环 0.204 1.75 金属环矩鞍 0.06225 1.75

26、 取泛点率为 0.6，即 u 0.6uF 0.6 3.9961 2.3997m/ s 4 3200 3.14 2.3997 3600 0.6872m / s 圆整后取 D 0.7m 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) 泛点率校核： 3200 3600 0.785 0.72 2.311m / s u uF 2.311 3.9961 0.5783 对于散装填料，

27、其泛点率的经验值为 u/uF 0.5 0.85 ) 填料规格校核： D 700 18.42 8 d 38 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为： (LW )min 0.08m3 /(m h) at 132.5m2 /m3 所以 U min(LW )min at 0.08 132.5 10.6m3 /(m2 h) 11 2 0.785 D 2 229.77 18 998.2 2 0.785 0.82 32 10.78m3 /(m2 h) U min 经以上校核可知，填料塔直径选用 D 0.7m 合理。 2.2 填料层高度的计算及分段 查表知， 0 C ，101.3 kpa下， NH 3在空气中的

28、扩散系数 Do 0.17cm2 / s 由DG Do(P)(TT )2， 则 293 k ， 101.3 kpa 下 ， NH 3 在 空 气 中 的 扩 散 系 数 为 2 0.189cm2 /s 3 Do(110011.33)(227933)23 液相扩散系数 DL 1.80 10 9m2 /s 液体质量通量为 UL 229.77 182 10752.27kg /( m2 h) 0.785 0.72 气体质量通量为 UV 3200 1.1662 9700.25kg /(m2 h) V 0.785 0.72 Y1 mX1 0.754 0.04613 0.03478 Y2 mX2 0 mV 0

29、.754 122.46 脱吸因数为 S 0.4019 L 229.7 气相总传质单元数为： NOG 1 1 1SLn(1 S) Y1 Y2 S Y2 Y2 1 0.4019 Ln(1 0.4019) 0.08696 0 0.0004 0 0.4019 8.144 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： aw 1 exp 1.45 ( c)0.75UL 0.1 UL at 0.05 L at (at L) ( L2g ) 2 U L0.2 ( U L)0.2 L Lat 12 0.06228 0.237 ( 9700.25)0.7 ( 4 132.5 0.06228 1.166 0.189

30、 10 4 3600 2 0.1141km ol /( m2 h kpa) 14 13 132.5 0.189 3600 10 4 ) ( ) 8.314 293 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 聚乙烯 聚氯乙 烯 碳 玻璃 涂石蜡的表面 表面张力， N/m 103 75 61 33 40 56 73 20 查表知， c 33dyn/cm 427680kg / h2 2 aw427680 0.75 10752.27 0.11075.272 132.5 0.05 w 1 exp 1.45 ()0.75 ( )0.1 ( 2 8 ) 0.05 at940

31、896 132.5 3.6998.22 1.27 108 10752.272 所以， t 0.2 (998.2 940896 132.5) 0.064365 气膜吸收系数由下式计算： 1 at v G 0.237( UV )0.7 ( VDVV)3 (aRt DTV ) 液膜吸收系数由下式计算： L2 L1 L g 1 L 0.0095 (a L ) 3 ( LD ) 2 ( L g)3 aw L L DL L 2 1072.2723 0.0095 () 3 ( 9 0.064365 132.5 3.6 998.2 1.80 10 9 3600 UL 1072.27 3.6 11 ) 12 (

32、3.6 1.27 108 )13 ) ( 998.2 ) 1.54 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 0.72 0.75 1 1.19 1.45 查表得： 1.45 13 aw 0.4 0.1141 0.064365 132.5 1.451.1 1.464kmol /(m3 h kpa) u uF 0.5783 0.5 Ga 1 9.5 ( u 0.5)1.4 G a 由uF得， La 1 2.6 ( u 0.5)2.2 L a uF 1.4 3 Ga 1 9.5 (0.0.5783 0.5)1.4 1.464 1.857kmol /(m3 h kp

33、a) L a 1 2.6 (0.5783 0.5) 2.2 15.238 15.3839 1h H OG 1 11 Ga HL a 11 1.857 0.725 15.3839 1.5919kmol /(m3 h kpa) V KYa V122 .46 2 G a P1 .5919 101.3 0.785 0.72 1.9743m 由 Z H OG NOG 1.9743 8.144 16.0787m Z 0.7 9.368 11.255m 设计取填料层高度为： Z 12m 查表：对于阶梯环填料， h 8 15,hmax 6m D 将填料层分为两段设置，每段 6m，两段间设置一个液体再分布器 2

34、.3 填料层压降计算： 采用 Eckert 通用关联图计算填料层压降 横坐标为： L ( V )0.5 229.77 18 (1.166) 0.5 0.03788 V L 3200 1.166 998.2 查表得： P 116m 1 纵坐标为： u P V L0.2 2.311 116 1 1.166 1.0040.2 0.07383 g L L 9.81 998.2 14 1.54 0.064365 132.5 1.450.4 15.3839 1h P 查图得， 451.26pa/ m Z 填料层压降为： P 451.26 12pa 5.415kpa 第三节 填料塔内件的类型及设计 3.1

35、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 15 条件。从喷淋密度考虑，应保证每 60m2 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 310

36、m，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。 多孔环管式分布器 : 由多孔圆形盘管、联接管及中央进料管组成。这种分布 器

37、气体阻力小，特别使用于液量小而气量大的填料吸收塔。 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。 近年来的实践表明，大直径填料塔的放大问题主要是保证液体初始分布均 匀，若能保证单位塔截面的喷淋点数目与小塔相同， 大型填料塔的传质效率将不 会低于小型塔。 液体分布装置的安装位置，须高于填料层表面 200mm以, 提供足够的自由空 间，让上升气流不受约束地穿过分布器。 根据氨气易溶解的性质， 可选用目前应 用较为广泛的多孔型布液装置中的排管式喷淋器。 多孔型布液装置能提供足够均 匀的液体分布和空出足够大的气体通道（自由截面一般在70%以上），也便于制 成分段可拆结构。 液体引

38、入排管喷淋器的方式采用液体由水平主管一侧引入， 通过支管上的小 孔向填料层喷淋。 排管式喷淋器采用塑料制造。 分布点密度计算： 为了使液体初始分布均匀， 原则上应增加单位面积上的喷淋点数。 但是，由 于结构的限制，不可能将喷淋点设计得很多。 根据 Eckert 建议，当 D 800mm时， 16 每 60cm2 塔截面设一个喷淋点。则总布液孔数为： 2 0.785 0.7 2 n 4 64.11 64 60 10 4 布液计算： 由 LSdo2n 2g H 229.77 18 3 3 LSm3 /s 0.00129m3 / s S 3200 998.2 取 0.60 ， H 160mm do

39、n 2g H 4LS 4 0.00129 3.14 85 0.6 2 9.81 0.16 0.00429m 4.29mm 3.2 液体再分布装置 实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流动时， 不能保持喷淋装置所提供的原 始均匀分布状态， 液体有向塔壁流动的趋势。 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， 影响了流体沿塔横截面分布的均匀性， 降低传 质效率。所以，设置再分布装置是十分重要的。 液体分布器分为截锥形再分布器、 边圈槽型再分布器、改进截锥形再分布器 , 见图 3.2 。可选用多孔盘式再分布器。 分布盘上的孔数按喷淋点数确定， 孔径为 49.7mm。为了防止上一填料

40、层来的液 体直接流入升气管，应在升气管上设帽盖。它的设计数据如下：分布盘外径 -785mm，升气管数量 -6. 图3.2 （a）、（ b）为两种截锥式再分布器。其中（ a）型是将截锥体固定在塔 壁上，其上下均可装满填料，锥体不占空间，是最简单的一种。 （b）型是在截锥 上方设支承板，截锥以下隔一段距离再放填料，需分段卸出填料时可用此型。 截锥体与塔壁的夹角一般取为 35-400，截锥下口直径 D1=（0.7 0.8 ）D。 截锥型再分布器适于直径 800mm以下的塔应用。 17 图3.2（c）为边圈槽形再分布器。壁流液汇集于边圈槽中，再由溢流管引入 填料层。边槽宽度为 50 100mm，可依塔

41、径大小选取，溢流管直径为 1632mm， 一般取 34根溢流管。此型结构简单，气体通过截面较大，可用于 3001000mm 直径的塔中，其缺点是喷洒不够均匀。 图3.2（d）为改进形分配锥，此型既改善了液体分布情况，又有较大的自由 70mm，溢流管直径 截面积，适用于 600mm以下塔径。 综上所述，本设计选用边圈槽形再分布器，边槽宽度为 为 25mm。 a）、（b）截锥式 （c）边圆槽形 图 3.2 常用液体再分布器 d）改进截锥式 3.3 填料支撑装置 填料支承装置用于支承塔填料及其所持有的气体、 液体的质量， 同时起着气 液流道及气体均布作用。故在 设计支承板是应满足下列三个基本条件：

42、（1）自 由截面与塔截面之比不小于填料的空隙率； （ 2）要有足够的强度承受填料重量及 填料空隙的液体；（3）要有一定的耐腐蚀性。 用竖扁钢制成的栅板作为支承板最为常用，如图 3.3 中的（ a）。栅板可以制 成整块或分块的。一般当直径小于 500mm时可制成整块；直径为 600800mm时， 可以分成两块；直径在 900 1200mm时，分成三块；直径大于 1400mm时，分成四 块；使每块宽度约在 300400mm之间，以便拆装。 栅板条之间的距离应约为填料环外径的 0.6 0.7 。在直径较大的塔中， 当填 料环尺寸较小的， 也可采用间距较大的栅板， 先在其上布满尺寸较大的十字分隔 18

43、瓷环，再放置尺寸较小的瓷环。这样，栅板自由截面较大，如图 3.3 （c）所示。 当栅板结构不能满足自由截面要求时， 可采用如图 3.3（ b）所示的升气管式 支承板。气相走升气管齿缝，液相由小孔及缝底部溢流而下。这类支承板，有足 够齿缝时， 气相的自由截面积可以超过整个塔德横截面积， 所以绝不会在此造成 液泛。 本设计塔径 D=800m，m 采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小，由 竖扁钢制成的栅板作为支承板，将其分成两块，栅板条之间的距离约为24.7mm。 为了改善边界状况， 可采用大间距的栅条， 然后整砌一、 二层按正方形排列的瓷 质十字环，作为过渡支承，以取得较大的孔隙率。由于采用

44、的是 50mm的填料， 所以可用 75mm的十字环。 （a）栅板（b）升气管式（c）十 字隔板环层 图3.3 填料支承板 填料支撑装置对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。 采用结构简单、 自 由截面较大、 金属耗用量较小的栅板作为支撑板。 为了改善边界状况， 可采用大 间距的栅条，然后整砌一、二层按正方形排列的瓷质十字环，作为过渡支撑，以 取得较大的孔隙率。由于采用的是 38mm的填料，所以可用 75mm 的十字环。 19 塔径 D 800mm ，设计栅板由 2 块组成。且需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，每块重量不超过 700N，以便 从人孔

45、进行装卸。 3.4.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。 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 0.8 1.5m/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 气体进出口管直径： D14Vs 4.148 液体进出口管直径： D 2 4 4.148 0.03497m 2 3.14 1.2 3600 按标准管规格进行圆整后得，气体进口出管直径 D1=115.9mm，厚度为 10mm 液体进出管直径 D2=41.63mm，厚度为 8mm。 设计位于塔底的进气管时， 主要考虑两个要