填料吸收塔课程设计说明书

1、填料吸收塔课程设计说明书专业班级姓名班级序号指导老师日期目录前言2水吸收丙酮填料塔设计2一任务及操作条件.2二吸收工艺流程的确定.2三物料计算3四热量衡算4五气液平衡曲线.5六吸收齐I（水）的用量Ls.5七塔底吸收液浓度Xi.6八操作线.6九塔径计算6十填料层高度计算.9十一填科层压降计算13十二填料吸收塔的附属设备.13十三课程设计总结.15十四主要符号说明.16十五参考文献.17十六附图18塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能

2、力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等。塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。填料塔由填料、塔内件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两大类。塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。水吸收丙酮填料塔设计一任务及操作

3、条件混合气（空气、丙酮蒸汽）处理量：1249m3/ho进塔混合气含丙酮2.34%（体积分数）；相对湿度：70%;温度:35C；进塔吸收剂（清水）的温度25C；丙酮回收率：90%;操作压力为常压。二吸收工艺流程的确定采用常规逆流操作流程.流程如下。暖冲署及机尾气、7用度计n液体再分布器*排入地沟bi塔底取样三物料计算(l).进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为101.3kPq故：混合气量=1249(273)x=49.42kmol/h2733522.4混合气中丙酮量=49.42X0.0213=1.16kmol/h=1.16X49.42=67.28kg/h查附录，35c饱和水蒸气压强为562

4、3.4Pa,则相对湿度为70%的混合气中含水蒸气量=5623.40.7101.3103-0.75623.4=0.0404kmol（水气）/kmol（空气十丙酮）混合气中水蒸气含量=49.42-0.0404=1.92kmol/h(化工单元操作及设备P18910.040416-23）=1.92X18=34.56kg/h混合气中空气量=49.42-1.16-1.92=46.34kmol/h=46.34X29=1344kg/h(2),混合气进出塔的(物质的量)成y1=0.0234，则y2=169）=0.002446,341.921.16（1-0.9）（3） .混合气进出塔（物质的量比）组成若将空气与水

5、蒸气视为惰气，则惰气量=46.34十1.92=48.26kmol/h=1344+34.56=1378.56kg/h116Y=0.024kmol（丙酮）/kmol（惰气）48.26Y=1.16（1-0.9）=0.0024kmol（丙酮）/kmol（惰气）48.26（4） .出塔混合气量出塔混合气量=48.26+1.16X0.1=48.376kmol/h=1378.56+67.2BX0.1=1385.3kg/h四热量衡算热量衡算为计算液相温度的变化以判明是否为等温吸收过程。假设丙酮溶于水放出的热量全被水吸收，且忽略气相温度变化及塔的散热损失（塔的保温良好）。查化工工艺算图第一册，常用物料物性数据，

6、得丙酮的微分溶解热（丙酮蒸气冷凝热及对水的溶解热之和）：Hd均=30230+10467.5=40697.5kJ/kmol吸收液（依水计）平均比热容Cl=75.366kJ/kmol-C,通过下式计算(Xn-XnJt=t皿inn一Cl对低组分气体吸收，吸收液浓度很低时，依惰性组分及比摩尔浓度计算较方便，故上式可写为:tL=2540697.6-X75.366依上式，可在x=0.0000.009之间，设系列x值，求出相应x浓度下吸收液的温度t_,计算结果列于表1第l,2列中。由表中数据可见，浓相浓度x变化0.001时，温度升高0.54C,依此求取平衡线表1各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据XtEm3

7、Y*X10025211.52.08800.00125.54217.62.1482.1480.00226.08223.92.2104.4200.00326.62230.12.2726.8160.00427.16236.92.3389.3520.00527.7243.72.40612.0250.00628.24250.62.47414.8440.00728.78257.72.54417.8080.00829.32264.962.61620.9280.00929.86272.272.90924.192注：（1）气相浓度Y1相平衡的液相浓度Xi=0.0049,故取Xn=0.009;（2）平衡关系符合亨

8、利定律，与液相平衡的气相浓度可用y*=mX表示；（3）吸收剂为清水，x=0,X=0;（4）近似计算中也可视为等温吸收。五气液平衡曲线当x一丫2=48.26X0.024-0.0024=117.1kmol/h（化工单元操作及设备Xi*-X20.0089P20416-43a)取安全系数为1.8,则Ls=1.8X117.1=210.8kmol/h=210.8X18=3794kg/h七塔底吸收液浓度Xi依物料衡算式：Vb(Y、2)=Ls(XiX2)c”0.024-0.0024Xi=48.26X=0.0049210.8八操作线210.8、,X+0.0024依操作线方程式Y=.xY-LSXVBVB48.26

9、Y=4.368X+0.0024由上式求得操作线绘于附图中。九塔径计算塔底气液负荷大，依塔底条件（混合气35C）,101.325kPa查表1,吸收液27.16CI|也.尚14小之J:|:|iii.!r-i卜，T檀ni出ijRI-,可附L-n一.一上一I,T-a|*,pir图2通用压降关联图国中VLf一分别为气液相流率*，h出、鱼告别为气蟆相喜度:好，局液相粘度卜EPhRH一液相密度核正系数，四莒3液q力一实验测瓶湃填料因干U各种境鞘的中闿戴于填料性褪我中,武力加速度，E也u=(0.60.8)Uf(化工单元操作及设备P20616-45)(1).采用Eckert通用关联图法(图2)计算泛点气速Uf有

10、关数据计算塔底混合气流量V、S=1344+67.28+34.56=1446kg/h吸收液流量L、=3794+1.16X0.9X58=3855kg/h进塔混合气密度Pg=mX273=1.15kg/m3(混合气浓度低，可近似视为空22.427335气的密度)吸收液密度PL=996.7kg/m3吸收液黏度入=0.8543mPa-s经比较，选DG50mm塑料鲍尔环(米字筋)。查化工原理教材附录可得，其填料因子e二120m，比表面积A=106.4m2/m3关联图的横坐标值=0.090L,:g、1/23855/1.15、1/2()=()V:L1446996.7由图2查得纵坐标值为0.13f2：.：，王即(

11、匕)Nl0.2：g;Lf21209.81996.71.15、022)m0.8543=0.0137uf=0.13故液泛气速Uf=J0.13=3.08m/s，0.0137(2),操作气速u=0.7Uf=0.7X3.08=2.16m/sD=124936000.7852.16(3) .塔径=0.453m=453mm取塔彳全为0.5m(=500mm)(4) .核算操作气速U=1.768m/sUf1249236000.7850.52(5) .核算径比D/d=500/50=10,满足鲍尔环的径比要求。(6) .喷淋密度校核依Morris等推专，d75mm约环形及其它填料的最小润湿速率(MWR)为0.08m3

12、/(m-h),由式(4-12):最小喷淋密度min=(MWRA=0.08X106.4=8.512m3/(m2h)38553=19.7m/(m-h)996.70.7850.5故满足最小喷淋密度要求。十填料层高度计算计算填料层高度，即Z=HOGNOGVbY1dYKYaJY2Y-Y*（1） .传质单元高度Hog计算HOG=7；，其中KYa=KGaP|KYa-1111=一十（化工单兀操作及设备P20916-7）KGakGaH1本设计采用（恩田式）计算填料润湿面积aw作为传质面积a,依改进的恩田式分别计算k|_及kG,再合并为k1_a和kGa。列出备关联式中的物性数据气体性质（以塔底35C,101.32

13、5kPa空气计）：PG=1.15kg/m3（前已算出）；%=0.01885X10Pas(查附录)；Dg=1.09X10，m2/s(依翻Gilliland式估算);液体性质（以塔底27.16C水为准）：PL=996.7kg/m3;氏=0.8543X10Pas；74*10,2（：m）0.5T八、Dl=1.344X10m2/s（以Dl=，.410T式计算）（化学工程手册10-89）,“；.式中Va为溶质在常压沸点下的摩尔体积，G为溶剂的分子量，P为溶剂的缔合因子。J=71.6X10”N/m（查化工原理附录）气体与液体的质量流速:Lg=385536000.7850.52=5.5kg/(m.sVg=14

14、46236000.7850.5=2.0kg/(n2.s)Dg50mm塑料鲍尔环（乱堆）特性：dp=50mm=0.05m;A=106.4m2/m3;ac=40dy/cm=40X10-3N/m;查化学工程手册,第12篇，气体吸收，有关形状系数中，中=1.45（鲍尔环为开孔环）依式awatCTC0.75=1-exp，-1.45()crLg0.1aL=1-exp-1.45,34010,371.61055106.40.854310，0.15.52106.4)-0.05996.729.810.5.5996.771.610，106.4=1-exp-1.45(0.646)(1.51)(1.49)(0.33)=

15、1-exp(-0.695)=0.501故aw=aw.A=0.501X106.4=53.3m2/m3A依式Lg2/3-L1八3/Lg1/30.4Kl=0.0051(-)()()(atdp)atjl：lDll-3kG=523(/1高上等=5.23(2.0_5106.41.88510_5_51.88510106.41.0910071/3一)()()(5.32)58.3143081.151.0910=5.23(125.6)(1.146)(4.529X10-7)(5.32)=1.814X10-3kmol/(m-33=2.41X10kmol/(m.S.kPa)S-kPa)故kLa=kLaw=1.61X10

16、、x53.3=1.04x10-2(m/s)kGa=kGaw=1.814X10-3X53.3=9.67X10-2kmol/(m2.s.kPa)(2)计算KYa111KYa=KGaP,而H=一(化工单兀操作及设备P189KGakGaH%EMs16-21a)。由于在操作范围内，随液相组成和温度h的增加，m(E)亦变，故本设计分为两个液相区间，分别计算KGa(I)和KGa(II)区间IX=0.0049-0.002(KGa(I)区间IIX=0.002-0(为Ga(II)由表1知Ei2.=2.33x10kPa,996.7EiMs2.33102183=0.238kmol/(m.kPa)Eii=2.18X10

17、2kPa,Hii996.7=0.254kmol/(m3*.kPa)E|1Ms2.1810218KGa(i)9.6710一十-2=-20.2381.0410414.34KGa(I)=KGa(ii)29.6710=38920.2549.0310-33Kg3(ii)=2.57X10kmol/(m.S.kPa)KYa(ii)=KGa(ii).P=0.00257X101.3=0.26kmol/(m3.S)(3)计算HogHOG(I)=Vb_48.26/3600KYaiJ2a0.2540.7850.5=0.269mHOG(II)=VbKYaii_48.26/360020.260.7850.5=0.263m

18、(4).传质单元数Nog计算在上述两个区间内，可将平衡线视为直线，操作线系直线，故采用对数平均推动力法计算Nog。两个区间内对应的X、Y、Y*浓度关系如下：IIIX0.00490.0020.002-0Y0.0240.01110.01110.0024*Y0.01176-0.004420.00442-0Yi-Y2Nog=(化工单兀操作及设备P20916-54a)Ym=(Y1，*)TY=2(化工单元操作及设备P21216-26)m3:1(Y2-Y2*)用,(0.024-0.0118)-(0.0111-0.004421)=0.00916Ym()=,(0.024-0.0118)ln(0.0111-0.0

19、0442)Nog(I)(0.024-0.0111)=1.41m9.1610Ym(I:=0.00419(0.0111-0.00442)-(0.0024-0),(0.0111-0.00442)In(0.0024-0)K1小、(0.0111-0.0024)Nog(II)=2.07m4.1910与3.填料层高度z计算Z=Z1十Z2=Hog（I）Nog+Hog（ii）Nog（id=0.269X1.41十0.26X2.07=0.93m取25%富余量，则完成本设计任务需Dg50mm塑料鲍尔环的填料层高度z=1.25X0.93=1.2m。十一填料层压降计算取图2（通用压降关联图）横坐标值0.105（前已算出）

20、；将操作气速u（=1.425m/s）代替纵坐标中的Uf查表，DG50mm塑料鲍尔环（米字筋）的压降填料因子125代替纵坐标中的.则纵标值为：1.768212511502X（上5-）x（0.8543）.=0.0319.81996.7查图2（内插）得P=24X9.81=235.4Pa/m填料全塔填料层压降P=1.2X235.4=282.5Pa至此，吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出。关于吸收塔的物料计算总表和塔设备计算总表此处从略。十二填料吸收塔的附属设备1、填料支承板分为两类：气液逆流通过平板型支承板，板上有筛孔或栅板式；气体喷射型，分为圆柱开气管式的气体喷射型支承板和梁式气

21、体喷射型支承板。2、填料压板和床层限制板在填料顶部设置压板和床层限制板。有栅条式和丝网式。3、气体进出口装置和排液装置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500mnfi径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45度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。气体出口既要保证气流畅通，又要尽量除去夹带的液沫。最简单的装置是除沫挡板（折板），或填料式、丝网式除雾器。液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。注：（1）本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器；且

22、填料层不高，可不设液体再分布器。（2）塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及压板。其它塔附件及气液出口装置计算与选择此处从略。十三课程设计总结1、通过本次课程设计，使我对从填料塔设计方案到填料塔设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。它相当于实际填料塔设计工作的模拟。在课程设计过程中，基本能按照规定的程序进行，先针对填料塔的特点和收集、调查有关资料，然后进入草案阶段，其间与指导教师进行几次方案的讨论、修改，再讨论、逐步了解设计填料塔的基本顺序，最后定案。设计方案确定后，又在老师指导下进行扩初详细设计，并计算物料守衡，传质系数，填料层高度，塔高等；最后进行塔附件设计。

23、2、此次课程设计基本能按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。同学之间相互联系，讨论，整体设计基本满足使用要求，但是在设计指导过程中也发现一些问题。理论的数据计算不难，困难就在于实际选材，附件选择等实际问题。这些方面都应在以后的学习中得以加强与改进。以上足本次课程设计的指导过程中的心得与体会以及对课程设计完成情况的总结，希望在以后的学习当中能扬长避短，以取得更好的教学效果。十四主要符号说明E亨利系数，atm%一气体的粘度，Pa/sm一平衡常数平一水的密度和液体的密度之比g一重力加速度，m2/s%,0L分别为气体和液体的密度,kg/m3WG，Wl一分别为气体和液体的质量流量，kg/s3心气相总体积传质系数，kmol/(mZ一填料层高度，m：.2D2。一塔截面积，4Hog一气相总传质单元高度，mNog一气相总传质单元数Kg一以分压差表示推动力的总传质系数,，2kmol/mskPa2kmol/mskPaaW一单位体积填