化工课设吸收论文

1、学校代码： 10128学 号： 201220517018 课程设计说明书题 目：填料塔吸收合成氨厂精炼再生气中的氨学生姓名： 陈卉学 院： 化工学院班 级： 应用化学13-2班指导教师： 高智二一六年六月三十日内蒙古工业大学课程设计说明书摘要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。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，由本人设计而成的。其中的各种物性数据全部来自于各种版本与吸收有关的教材、图书或其他电子资料。选材和计算理论的依据与其他吸收过程的基本原理相同。首先，在说

2、明书中概述了吸收分离技术和吸收设备的发展，除去有害组分（NH3 ）以净化气体的必要性；其次，根据任务书对填料塔设计的要求，选择合适的吸收剂，吸收过程，吸收塔设备以及合适填料，在据此计算设计出塔径，塔高。并选择合理的辅助设备。最后用简洁清晰的流程图来表达自己设计思想。关键词: 吸收 填料塔 水 低浓度氨气 逆流内蒙古工业大学课程设计说明书内蒙古工业大学课程设计说明书目录1 设计方案- 1 -1.1 概述- 1 -1.2 吸收设备的发展- 3 -1.3 吸收剂的选择- 4 -1.4 吸收流程的选择- 5 -1.4.1 吸收工艺流程的选择- 5 -1.4.2吸收塔设备及填料的选择- 6 -1.4.3

3、填料的选择- 6 -2 塔的计算- 8 -2.1 气液平衡关系- 8 -2.2 吸收剂用量的确定- 10 -2.3操作线方程- 11 -2.4 塔径- 11 -2.5 校核- 15 -2.6 填料层高度的确定- 20 -3. 辅助设备的计算及选型- 28 -3.1 填料支承设备- 28 -3.2填料压紧装置- 29 -3.3液体再分布装置- 29 -3.4 液体分布器- 29 -3.5气体分布装置- 30 -3.6辅助设备计算- 31 -3.6.1 输送气体管径- 31 -3.6.2 输送液体管径- 31 -3.6.3 泵- 32 -3.6.4 风机- 33 -计算结果汇总表- 36 -符号表

4、- 38 -参考文献- 40 -附 录41结束语44内蒙古工业大学课程设计说明书1 设计方案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，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同

5、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。综合考察各分离吸收设备中以填料塔为代表，填料塔技术用于各类工业物系的分离,虽然设计的重点在塔体及塔内件等核心部分,但与之相配套的外部工艺和换热系统应视具体的

6、工程特殊性作相应的改进。例如在DMF回收装置的扩产改造项目中,要求利用原常压塔塔顶蒸汽,工艺上可以在常压塔及新增减压塔之间采用双效蒸馏技术,达到降低能耗、提高产量的双重效果，在硝基氯苯分离项目中;改原多塔精馏、两端结晶工艺为单塔精馏、端结晶流程,并对富间硝基氯苯母液进行精馏分离,获得99%以上的间硝基氯苯,既提高产品质量,又取得了降低能 耗的技术效果。过程的优缺点：分离技术就是指在没有化学反应的情况下分离出混合物中特定组分的操作。这种操作包括蒸馏，吸收，解吸，萃取，结晶，吸附，过滤，蒸发，干燥，离子交换和膜分离等。利用分离技术可为社会提供大量的能源，化工产品和环保设备，对国民经济起着重要的作用

7、。为了使- 1 -填料塔的设计获得满足分离要 - 39 - 求的最佳设计参数(如理论板数、热负荷等)和最优操作工况(如进料位置、回流比等),准确地计算出全塔各处的组分浓度分布(尤其是腐蚀性组分)、温度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分离技术。而且,20世纪80年代以来,以高效填料及塔内件为主要技术代表的新型填料塔成套分离工程技术在国内受到普遍重视。由于其具有高效、低阻、大通量等优点,广泛应用于化工、石化、炼油及其它工业部门的各类物系分离。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，氨对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用，可以吸收皮肤

8、组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜结构。氨的溶解度极高，所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上，从而产生刺激和炎症。可麻痹呼吸道纤毛和损害粘膜上皮组织，使病原微生物易于侵入，减弱人体对疾病的抵抗力。氨通常以气体形式吸入人体，氨被吸入肺后容易通过 肺泡进入血液，与血红蛋白结合，破坏运氧功能。进入肺泡内的氨，少部分为二氧化碳所中和，余下被吸收至血液，少量的氨可随汗液、尿液或呼吸排出体外。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

9、引起心脏的停搏和呼吸停止,危及生命。长期接触氨气，部分人可能会出现皮肤色素沉积或手指溃疡等症状；氨气被呼入肺后容易通过肺泡进入血液，与血红蛋白结合，破坏运氧功能。短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难，可伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症，同时可能生呼吸道刺激症状。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工业尾气

10、,其达到排放标准。设计采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。1.2 吸收设备的发展

11、吸收用塔设备与精馏需要的塔设备具有相似的原则要求，用较小直径的塔设备完成规定的处理量，塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，合适的操作弹性，结构简单，造价低，便于安装、操作和维修等。对于吸收过程来说，一般采用填料塔。随着化工产业的发展，大规模的吸收设备已广泛用于实际生产中。具有很高的吸收效率，且在节能方面也日趋完善。填料塔的工艺设计内容是在明确了装置的处理量、操作温度及操作压力及相应的相平衡关系的条件下，完成填料塔的工艺尺寸及其他塔内件设计。在以后的化学工业的生产中，对吸收设备的要求及效率将会有更高的要求，所以日益完善的吸收设备会逐渐应用于实际的工业生产中。在吸收过程中，质量交换是在两相接

12、触面上进行的。因此，吸收设备应具有较大的气液接触面，按吸收表面的形成方式，吸收设备可分为下列几类：（1）表面吸收器 吸收器中两相间的接触面是静止液面（表面吸收器本身的液面）或流动的液膜表面（膜式吸收器）。这类设备中的接触表面在相当大的程度上决定于吸收器构件的几何表面。这类设备还可分为以下几种基本类型：水平液面的表面吸收器：在这类吸收器中，气体在静止不动或缓慢流动的液面上通过，液面即为传质表面，由于传质表面不大，所以此种表面吸收器只适用于生产规模较小的场合。通常将若干个气液逆流运动的吸收器串联起来使用。为了能使液体自流，可将吸收器排列成阶梯式，即沿流体的流向，后一个吸收器低于前一个吸收器。水平液

13、面的表面吸收器的效率极低，现在应用已很有限。只有从体积量不大的气体中吸收易溶组分，并同时需要散除热量的情况下才采用它们。这类吸收器有时还用于吸收高浓度气体混合物中的某些组分。液膜吸收器：在液膜吸收器中，气液两相在流动的液膜表面上接触。液膜是沿着圆管或平板的纵向表面流动的。已知有三种类型的液膜吸收器：列管式吸收器：液膜沿垂直圆管的内壁流动；板状填料吸收器：填料是一些平行的薄板，液膜沿垂直薄板的两测流动； 升膜式吸收器：液膜向上（反向）流动。填料吸收器： 填料吸收器是装有各种不同形状填料的塔。喷淋液体沿填料表面流下，气液两相主要在填料的润湿表面上接触。设备单位体积内的填料表面积可以相当大，因此，能

14、在较小的体积内得到很大的传质表面。但在很多情况下，填料的活性接触表面小于其几何表面。机械液膜吸收器：机械液膜吸收器可分为两类。在第一类设备中，机械作用用来生成和保持液膜。属于这一类的有圆盘式液膜吸收器。当圆盘转到液面上方时，便被生成的液膜所覆盖，吸收过程就在这一层液膜表面上进行。圆盘的圆周速度为0.20.3米/秒。这种吸收器的传质系数与填料吸收器相近。（2）鼓泡吸收器在这种吸收器中，接触表面是随气流而扩展。在液体中呈小气泡和喷射状态分布。这样的气体运动（鼓泡）是以其通过充满液体的设备（连续的鼓泡）或通过具有不同形式塔板的塔来实现。在充填填料的吸收器中，也可看到气体和液体相互作用的特征。这一类吸

15、收器也包括以机械搅拌混合液体的鼓泡吸收器。鼓泡吸收器中，接触表面是由流体动力状态（气体和液体的流量）所决定的。（3）喷洒吸收器喷洒吸收器中的接触表面是在气相介质中喷洒细小液滴的方法而形成的。接触表面取决于流体动力学状态（液体流量）。这一类的吸收器有：吸收器中液体的喷洒是用喷雾器（喷洒或空心的吸收器）；用高速气体运动流的高速并流喷洒吸收器；或用旋转机械装置的机械喷洒吸收器。在这些不同形式的设备中，现在最通用的是填料及鼓泡塔板吸收器。1.3 吸收剂的选择在填料吸收塔的设计中，选择合适的吸收剂，对物系的有效分离、流程的确定、溶剂的用量或循环量、设备的尺寸大小等都有至关重要的影响，也直接决定了分离操作

16、的经济效益。对吸收剂的选择，一般有以下几方面考虑：（1）溶解度大： 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需用量。（2）选择性好： 吸收剂对溶质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或吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离。（3）挥发度要低： 操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，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。一般很难有一种吸收剂满足以上所有要求，

17、所以，经综合考虑，我们采用清水作为吸收剂进行吸收氨气。物理吸收剂和化学吸收剂的特性物理吸收剂化学吸收剂（1）吸收容量正比于溶质分压（2）吸收热效应很小（近于等温）（3）常用降压闪蒸解吸（4）适于溶质含量高，而净化度要求不太高的场合（5）对设备腐蚀性小，不易变质（1）吸收容量对溶质分压不太敏感（2）吸收热效应显著（3）用低压蒸汽气提解吸（4）适于溶质含量不高，而净化度要求很高的场合（5）对设备腐蚀性大，易变质1.4 吸收流程的选择1.4.1 吸收工艺流程的选择工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同角度进行分类，从所选用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两步吸收流

18、程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程和多塔吸收流程，从塔内气液两相的流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。经过考虑，本人采用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。此操作的特点：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。1.4.2吸收塔设备及填料的选择对于吸收过程，能够完成其分离任务的塔设备有多种，如何从众多的塔设备中选出合适的类型是进行工艺设计的首要工作。而进行这一项工作则需对吸收过程进行充分的研究后，并经多方案对比方能得到较满意的结果。一般吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求

19、，即用较小直径的塔设备完成规定的处理量,塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，具有合适的操作弹性，结构简单，造价低，易于制造、安装、操作和维修等。但吸收过程一般具有操作液起比大的特点，因而更适用于填料塔。此外,填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能，所以对于吸收过程来说，以采用填料塔居多。但在液体流率很低难以充分润湿填料，或塔径过大，使用填料塔不经济的情况下，以采用板式塔为宜。因此，经过多方面考虑之后，该过程处理量不大，所以用的塔直径不会太大，以采用填料塔较为适宜。1.4.3填料的选择各种填料的结构差异较大，具有不同的优缺点，因此在使用上应根据具体情况选择不同的塔填料。在选择塔填料时，应该考

20、虑如下几个问题：(1) 选择填料材质 选择填料材质应根据吸收系统的介质以及操作温度而定，可选用塑料，金属，陶瓷等材料。对于腐蚀性介质应采用相应的抗腐蚀性材料，对于温度较高的情况应考虑材料的耐温性能。(2) 填料类型的选择 填料类型的选择是一个比较复杂的问题。一般来说，同一类填料塔中，比表面积大的填料虽然具有较高的分离效率，但是由于在同样的处理量下，所需要的塔径较大，塔体造价升高。(3) 填料尺寸的选择 实践表明，填料塔的塔径与填料直径的比值应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。填料尺寸大，成本低，处理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往难以

21、抵偿其效率降低所造成的成本增加。拉西环 2030 （最小不低于810）鲍尔环 1015 （最小不低于8）鞍形填料 15 （最小不低于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。2 塔的计算2.1 气液平衡关系在水吸收氨气的过程中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率产生明显影

22、响，所以该过程视为非等温吸收。对于低浓度气体的非等温吸收过程，由于塔顶到塔底的温度变化比较明显，平衡关系的确定常采用近似法。将吸收塔按也想浓度x的变化分成若干段，每段浓度变化为x,则有： 式中：， 第i段两端的液相温度， 第i段两端的液相浓度差 L 溶液流率，（于液相浓度差很小，L可视为常数） 溶液的平均比热 溶液的微分溶解热（取 与 之间的平均值）在塔顶液相浓度、温度已知的情况下，可利用上式逐段进行计算出每个组分下的液相温度，建立吸收塔中液相浓度x与温度t的对应关系。 （其中P为操作压力，mmHg。）非等温吸收时实际平衡线的确定2.2 吸收剂用量的确定 式中： V 惰性气体流率，K mol/

23、h； 最小吸收剂用量，K mol/h； 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，摩尔比。为汽液平衡线纵坐标y=0.1时的横坐标， 查平衡关系曲线图得到xe1=0.044 清水吸收，则=0 选根据设计要求知道再生气处理量：操作条件下在再生气的摩尔流量为： 惰性气体（co）的摩尔流量为：那么液体的摩尔流量为： 2.3操作线方程对于逆流吸收过程，其操作线方程： 换成摩尔分数，操作线方程为 =2.4 塔径塔内平均温度：T=1/2(T顶+T底)=（30+20）/2+273=298塔顶混合气体的平均相对分子质量：塔底混合气体的平均相对分子质量：塔内混合气体的平均相

24、对分子质量：塔内气相密度：塔内吸收剂密度（低浓度氨水近似于水）：298K时 kg/ 泛点气速，m/s； 空塔气速，m/s。计算泛点气速采用Eckert通用关联图方法。Eckert关联图中最上面两条为线液泛线，由已知参数（液气相流率、液气相密度），计算出该图的横坐标值，查图读取乱堆填料泛点线曲线的纵坐标值。再根据所选材料和已知条件求出泛点气速，进而确定u。图2-4 Eckert通用关联图， 液气相流率，Kg/s , 液气相密度，Kg/ 液相粘度，m Pa.s 液相密度校正系数，= 填料因子，1/m g 重力加速度, m/s2如图2-3所示，根据气液相流量及密度计算出横标值，纵坐标查图知，其对应纵

25、坐标为：0.145A:鲍尔环a:选用的塑料50鲍尔环:d=50mm、A = 0.0942、K = 1.75、查得：=1、=120m-1 、 g=9.81 、 =0.895 m Pa.s算得：=3.49 m Pa.s=(0.5-0.8) 选=0.6=0.63.49=2.094 m/s塔径： 式中：操作条件下混合气体体积流量，； D塔径，m。将与代入上式得：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=0.5m.B:拉

26、西环选用的陶瓷50拉西环 的d=50mm、查得：=1、=120m-1 、 g=9.81 、 =0.895 m Pa.s算得：=2.5782 m Pa.s=(0.5-0.8) 选=0.6=0.62.58=1.55 m/s塔径： 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=0.6m.2.5 校核A:鲍尔环1.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

27、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。查表得填料的比表面积，那么经计算后符合要求。2.泛点率u/uF的校核式中： 泛点气速，m/s； 空塔气速，m/s。u=VS3600D24=1245.9636000.7850.52=1.776u/uF=0.513. 单位高度填料层压降的校核压强降是塔设计的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了操作过程的动力消耗。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

28、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横座标值：塑料鲍尔环的压降填料因子纵坐标1.776211259.810.9925997.040.8950.2=0.0391Eckert通用关联图由坐标点（0.08758,0.0391），找到对应的所以符合标准B:拉西环1.喷淋密度(U)的校核对直径不超过75mm的拉西环及其他填料，取为0.08。查表得填料的比表面积，那么经计算后符合要求。2.泛点率u/uF的校核u=VS3600D24=1245.9636000.7850.52=1.234u/uF=0.5013. 单位高度填料层压降的校核横座标值：陶瓷拉西环的压降填料因子纵坐标1.2

29、34212889.810.9925997.040.8950.2=0.04352Eckert通用关联图由坐标点（0.087,0.044），找到对应的所以符合标准2.6 填料层高度的确定1.传质单元数的计算本设计应用准数关联式，其特点是将为液体润湿的填料表面作为有效专职面积，因此先分别计算有效专职面积a和传质系数、，然后相乘得到体积传质系数和。A:鲍尔环有效传质面积（润湿面积） 式中：单位体积填料的传质总表面积，/； t单位体积填料的总表面积，/； 液体的表面张力，； c填料材质临界表面张力，； 液体通过塔截面的质量流率，； 液相粘度，； 液气相密度， /； g重力加速度, ； 是考虑不同材质的填

30、料被润湿的情况不同而引入的值.材质钢陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蜡的表面75 61 3340 56 73 20填料材质的临界表面张力值查表，已知 250C时,液体粘度，液体密度L=997.04 kgm3，液体的表面张力则 C=0.556将以上数据代入式得：则有效传质面积： 液相传质系数 式中：D溶质在液相中的扩散系数，； 填料的名义尺寸，m。由液体扩散系数表可查5 0C时， 15 0C时，由内插法：D1-D2D1-DL=5-155-25=12=(1.24-1.77)(1.24-D)算得：DL=2.310-9 m/s查得塑料50鲍尔环 dp=50mm=5010-3 m 可得：atdp=10650

31、10-3=5.32代入上式得：液相传质系数kL得： 气相传质系数式中：C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； R气体常数，； T气体温度，K； 溶质在气相中的扩散系数，/s； 气体通过空塔截面的质量流率，； 气体粘度，； 气体密度，。已知C=5.23，R=8.314，T=273.15+25=298K，25 0C气体密度溶质在气相中的扩撒系数DV=0.918 10-4 m2/s 25 0C CO的粘度NH3的粘度V=yiiMi12yiMi12=0.91.76810-52812+0.11.02710-517120.92812+0.11712 =1.32210-5

32、pa.s将以上数据代入式得：2 填料层高度的计算对于稳态操作的、对高浓度气体的吸收的吸收塔，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。高浓度气体的吸收可用如下公式计算：Z=HOGNOG NOG=Y1-Y2 Ym HOG=VKYa KYa=KGaP1KGa=1kGa+1kLa式中 Z： 填料层高度 m KYa: 气膜体积吸收系数 KGa: 总传质系数 NOG: 传质单元数 HOG: 传质单元高度 mLV=Y1-Y2X1-X2X1-X2=VY1-Y2L=50.420.11-0.0004192.09=0.0288X1=0.0288作图找出对应斜率：Y=1.9065

33、X-0.0082 斜率m=1.9065溶解度系数H=PLPM1m=997.0489.5927.4511.9265=0.212 1KGa=1kGa+1kLa=13.37110-551.072+10.2122.34510-451.072=974.697 KGa=1.02610-3 KYa=KGaP=1.02610-389.59=0.0919 =r2=3.14(0.52)2=0.1963 m2 HOG=VKYa=50.4225/36000.09190.19625=0.78 Ye1=1.90650.0288-0.0028=0.053 X2=0, Ye2=0 Y1=Y1-Ye1=0.11-0.053=0

34、.057 Y2=Y2-Ye2=0.0004-0=0.0004 Ym=Y1-Y2lnY1Y2=0.057-0.0004ln0.0570.0004=0.0114 NOG=Y1-Y2 Ym=0.11-0.00040.0114=9.61 Z=HOGNOG=0.789.61=7.50 mB:拉西环有效传质面积（润湿面积） 填料材质的临界表面张力值材质钢陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蜡的表面75 61 3340 56 73 20查表，已知 250C时,液体粘度，液体密度L=997.04 kgm3，液体的表面张力则 C=0.8476将以上数据代入式得：则有效传质面积： 液相传质系数 查得陶瓷50拉西环 dp=

35、50mm=5010-3 m 是由填料类型与尺寸决定的一个无因次数，由表可查=4.7 已经求得DL=2.310-9 m/s代入上式得：液相传质系数kL得： 气相传质系数已知C=5.23，R=8.314，T=273.15+25=298K，混合气体的粘度V=1.32210-5 pa.s将以上数据代入式得：2 填料层高度的计算已求得溶解度系数H=0.212 1KGa=1kGa+1kLa=13.34610-551.628+10.2121.74210-451.628=1041.55 KGa=9.610-4 KYa=KGaP=9.610-489.59=0.0822 =r2=3.14(0.62)2=0.282

36、6 m2已求得NOG=9.61 Z=HOGNOG=0.609.61=5.77 m Z=1.35.77+1.2=8.7m所以我们选择拉西环，拉西环对鲍尔环的改进，环的高径比为1:2，并在一端增加了锥形翻边，减少了气体通过床层的阻力，并增大了通量，填料强度较高，由于其结构特点，使气液分布均匀，增加了气液接触面积而提高了传质效率。陶瓷拉西环也改变了环填料的环高与直径相等的习惯，降低了环的高度，减薄了材质的厚度，并在拉西环的一侧端增加了翻边。由于拉西环填料的一侧端增加了翻边，不但可以增加填料环的机械强度，而且由于破坏了填料结构的对称性，因而增加了填料投放时的定向几率。又由于翻边的影响，使得填料在堆积时

37、填料环隙之间的接触由此线性接触为主变为以点接触为主。这样，不但增加了填料颗粒之间的空隙，减少了气体穿过填料层的阻力，而且这些接触点还可以为液体沿填料表面流动的汇聚分散点，从而促进了液膜的表面更新，有利于填料传质效率的提高。因此，陶瓷拉西环填料的性能较塑料鲍尔环又有了进一步的提高。陶瓷拉西环具有优异的耐酸耐热性能，能耐除氢氟酸以外的各种无机酸、有机酸及有机溶剂腐蚀，可在各种高温场合使用，应用范围十分广泛，可用于化工、冶金、煤气、环保等行业的干燥塔、吸收塔、冷却塔、洗涤塔、再生塔等。3. 辅助设备的计算及选型3.1 填料支承设备支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

38、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：（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，如下图中的（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9001200mm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0.60.7。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

39、瓷环，再放置尺寸较小的瓷环。这样，栅板自由截面较大，如下图（c）所示。当栅板结构不能满足自由截面要求时，可采用如下图（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。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。由于采用的是的填料，所以可用的十字环。3.2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

40、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。3.3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

41、，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。3.4 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。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

42、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。3.5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

43、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3.6辅助设备计算3.6.1 输送气体管径管路的内径可用圆形管路的流量公式，即： 式中：操作条件下混合气体体积流量，/s； D塔径，m。根据气体在管路中常用流速范围u1020m/s ，取，代入下式，则 ；对照教科书化工流体流动与传热（柴诚敬.张国亮 .化学工业出版社）附录管径的选型表，选外径194mm，壁厚5mm的无缝钢管。3.6.2 输送液体管径根据液体在塔体进出口常用流速范围u12m/s ，取，代入下式，则选外径32mm，后壁2.5mm无缝

44、钢管。3.6.3 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。1. 泵的流量被输送液体的流量：2. 泵的压头在自来水液面和塔内喷淋管出口外侧之间列机械能衡算方程：设则泵的压头可按下式计算，计算公式如下：（1） 阻力系数的计算由雷诺数和相对粗糙度来确定摩擦系数：雷诺数的计算公式如下：输送管路管径,

45、m；流体流速,m/s；流体密度,kg/m3；流体黏度，pa.s。 新的无缝钢管：=0.10.2mm，选择管壁粗糙度为：=0.15mm根据计算出来的雷诺数数值与相对粗糙度值通过查管流摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的关系图（化工原理上册课本P52）可得：假设管长为10m,根据流程图可知在输送液相进吸收塔的管路上有2个截止阀，3个弯头，在管件与阀门的当量长度共线图中查得对应的当量长度，得到管路的当量长度则管路阻力为：=4.39设所以泵的压头应为： 3.6.4 风机为了克服整个系统的阻力以输送气体，必须选择合适的风机并确定其安装方式。按输送机械出口气体的压强分，输送气体的风机类型主要有：通风机、鼓风机、

46、压缩机、真空泵等。气体输送机械按其结构与工作原理也可以分为离心式、往复式、旋转式和流体作用式。工业生产上一般采用离心式通风机,选择风机时，首先根据所输送气体的性质（如清洁气、含尘气等）与风压范围，确定风机的材质和类型，然后根据计算的风量和系统所需要的风压，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，而风压需要把操作条件下的数值换算成实验条件下（20、101.3Kpa、=1.2）的风压,即： 式中: 操作条件下系统要求的风压， 风机实验条件下的风压， 操作温度压强下气体的密度，风机的风压：设风机进口处为截面1- 1，填料塔出口处为截面2-2，则由单位面积

47、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： 由于及值很小，故一项可以忽略：风机进、出口管段很短，项也可以忽略。由公式可知： 所以前面已知，且填料有效高度3.25m 可以得到实验条件下的风压，则有：输送气体的流量：Q=1254.96 m3/h 根据=1189.8mmHO和=1254.96m，从风机中选取4-72型离心风机。表4-2 4-72型离心风机的有关性能参数转速/流量/全压/pa效率/%内功率/所需功率/29008489218484.66.046.95核算风机的轴功率： 校核成功，所选风机合适。计算结果汇总表量及符号数值再生气处理量1254.96 m3/h惰性气体摩尔流量50.4

48、23操作条件下气体体积流量2384.42液体摩尔流量192.09液体质量流量3457.59 Kg/h气体质量流量1245.59 气体平均摩尔质量0.02745 气体平均密度v0.9925泛点气速2.578空塔气速 1.235 塔径D0.6最小喷淋密度9.744 喷淋密度12.27 填料层压降392.4有效传质单元面积51.63液相传质系数气相传质系数传质单元数9.61传质单元高度0.60填料层高度5.77塔高8.7输送气体管径178气体流速14.11输送液体管径26液体流速1.68泵的压头19.3泵实际安装高度0.231操作条件下风压2673.97试验条件下风压320.36符号表1. 英文字母

49、填料层的有效传质比表面积（m/m）填料层的总比表面积m/m填料当量直径，mm填料直径，mm；溶液的平均比热，(KJ/K mol)塔径，m传质单元高度，m扩散系数，m/s； 塔径;重力加速度，kg/(m.h) 气体通过空塔截面的质量流率，kg/（m2s）液体通过塔截面的质量流率，kg/（m2s）气膜吸收系数, K mol /(m.s.K Pa);液膜吸收系数 ，K mol/(m2.s.K mol/m3)液体喷淋密度;分压，K Pa传质单元数，无因次总压，K Pa惰性气体流量，K mol/s空塔速度，m/s液泛速度，m/s2.下标液相的气相的1塔底2塔顶x溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次X溶质组分在气相中的摩尔比 无因次y溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次Y溶质组分在气相中的摩尔比 无因次min最小的max最大的3.希腊字母粘度，Pa.s密度，kg/m3表面张力，N/m填料因子，m-1 ;参考文献1高俊.化工原理课程设计M.内蒙古大学出版社.20102李芳.化工原理及设备课程设计M.化学工