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东南大学成贤学院

课程设计报告

题目填料吸收塔的设计

课程名称化工原理课程设计

专业制药工程

班级

学生姓名

学号

设计地点成贤学院

指导教师

设计起止时间： 20## 年8月 29日至 20## 年 9 月 9 日

填料吸收塔课程设计说明书

第一节 前言

1.1 设计任务书

1.2 吸收剂和填料的选择

1.3 工艺流程图说明

第二节 平衡关系及物料衡算

2.1 平衡关系衡算

2.2 物料衡算

第三节 填料塔工艺

3.1塔径的计算

3.2 填料高度的计算

3.3 传质单元的高度和数目

3.4 填料层的分段问题

3.4 填料层压降

3.5 喷淋密度

第四节 填料塔内附件选型

4.1支撑和分布装置

4.2附属空间

第五节 附属设备

5.1离心泵

第六节体会和附录

6.1 设计结果一览表

6.2 主要符号说明

6.3 设计总结和体会

6.4 参考文献

前言

塔是化工生产里必要的设备之一，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。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。

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。

1.1 设计任务书

设计条件

1、混合气体流量 3800 m3（标）?h-1

2、混合气体组分含甲醇 8 %，空气 92 %(体积比)

3、混合气体温度 40 ℃

4、吸收率 94 %

5、吸收剂温度 25℃

6、操作压强 1 arm

1.2 吸收剂和填料的选择

（1）吸收剂选择的原则：

①溶解度大：溶解度↑，溶剂用量↓，传质速率

↑；随工艺条件变化大；若有反应应可逆。

②选择性好：对溶质的溶解度大；

③不易挥发，以减少溶剂损失；

④粘度低，改善流动状态，阻力小，降低能耗。

⑤无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉、不发泡、冰点

低、化学稳定等。

本设计采用水为吸收剂，主要由于水无毒、价廉，化学稳定

（2）填料的选择

填料塔对填料的要求具体表现在以下几个方面：

(1)比表面积a要大，比表面积a是指单位堆积体积填料所具有的表面积； (2)能提供大的流体流量，即所选用的结构填料要敞开，使于死角区域的空间小，有效空隙率大；

(3)液体的再分布性能要好；

(4)填料要有足够的机械强度，尤其是非金属填料；

(5)价格低廉；

3，填料的尺寸

填料尺寸直接影响塔底操作和设备投资。实践证明，塔径（D）与填料外径（d）之比值有一个下限值，若径比低于此下限值时，塔壁附近的填料空隙率大而不均匀，气流易短路及液体壁流等现象剧增。

各种填料的径比的下限：

拉西环 20—30 （最小不低于8—10）

鲍尔环 10—15 （最小不低于8）

阶梯环 15 （最小不低于8）

对一定塔径，满足径比下限的填料可能有几种尺寸，应综合考虑填料性能及经济因素选定。

一般推荐:D≤300时，选25的填料；

时，选25—38的填料。

时，选用的填料.

但一般大塔中常用的填料，但通量的提高不能补偿成本的降低

1.3设计流程图

第二节 平衡关系及物料衡算

2.1 平衡关系衡算

本次取=0.004 ，详细数据如下：

X-Y图见附图（1）

2.2 物料衡算

PV=NRT 则N=PV/RTN=101.3kpa3800（8.314（273.15T+40T）=147.9kmol/h

由X-Y图得及第16个数据，=0.1025,=0,

=V(-)/(m)--)

=(1--0.08)(0.1025-0.00615)/(0.10251.453--0)=185.84kmol/h

取安全流量为L=1.5=278.77kmol/h(v为摩尔流量)

当=0.093时可得=0.063则:=+（—）

=25+571.75（0.063-0）

=61

第三节 填料塔工艺

3.1塔径的计算

本次取50×50×1的金属拉西环，查《化工原理下》表3-6

比表面积=110/，空隙率=0.92

则=/=141

=278.77183600=1.384kg/s

=(321470.08+290.92147)3600=1.2kg/s

=1.236003800=1.137kg/

查埃克特通用关联图，见《化工原理下》图3-18

横坐标=0.039

查得纵坐标=0.198

则=3.52m/s

取u=0.7U=2.5m/s

则D=0.73则圆整塔径D=800mm.在计算空气塔速

u==2.1m/s,泛点率u/=0.59

下图为查埃克特通用关联图：

3.2填料层高度的计算

3.2.1 传质单元高度

Z =

A：吸收因数

HOG—气相传质单元总高度 m；

HG—气相传质单元高度 m；

HL—液相传质单元高度m；

a—填料的比表面积m2?m-3；

δ—液膜厚度，m 由图2-12查取；

RG—气膜填充系数，见表2-7；

C=0.6，因混合气体中不含氢气；

VG—实际气速，m?s-1；

VL—液体表面速度， m?s-1,由图2-12查取。

C1=1 C2 =1 C3 =1

查得：《化工原理设计》表4-2

金属环=0.22，=0.46

=12.18÷16=0.761

=278.77kmol/h,=147.96kmol/h

则

=278.77÷0.761÷147.96=2.47

=0.22+0.46÷2.47=0.41

3.2.2 传质单元数的计算

=0，==136×0.087×0.94÷287.77=0.039

==0.087，==0.00522

=136kmol/h，由`的数值得知，在此吸收过程所涉及的组成范围内，平衡关系可用前7组数据而得的直线方程。

=0,67X-4.操作线斜率=2

S==1/3

=0.667×0.399-4=-3.97,=-4

=0.087+3.97=4.057 =0.00522+4=4.00522

=4.5

则Ｚ＝H_OG_×N_OG

_＝_{０．４５×４．５}_{＝１．８５}

取＝１.３Ｚ＝２.４ｍ

不需要分段

3.3填料层压降

纵坐标=0.72²×0.098=0.05

横坐标=0.039

查埃克特通用关联图知在300pa~400pa之间

符合要求

3.4喷淋密度的计算

因填料为50×50×0.8，塔径与填料尺寸之比大于8，依式3-31参《化工原理下》，计算最小喷淋密度。因填料尺寸小于75mm，故取=0.08/（m.h）,由表3-6，《化工原理下》比表面积=114㎡/则

×=0.08×114=9.12/（㎡h）

U=278.77×18÷1000×4/×0.8²=9.9>9.12 符合

第四节 填料塔内件的选型

4.1 支撑装置

填料塔的内件主要有填料支承装置、液体分布装置、液体收集再分布装置、除沫装置等。

(1) 填料支承装置
填料支承装置的作用是支承塔内的填料。常用的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等。对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型支承装置；对于规整填料，通常选用栅板型支承装置。设计中，为防止在填料支承装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支承装置的自由截面积应大于75%。考虑到塔径及吸收要求，本设计选梁式气喷式支撑板。

表4.1 梁式气喷式支承板结构尺寸（mm）

4.2分布装置以及除沫装置

前已述及，为减小壁流现象，当填料层较高时需进行分段，故需设置液体收集及再分布装置。
最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器。截锥式再分布器结构简单，安装方便，但它只起到将壁流向中心汇集的作用，无液体再分布的功能，一般用于直径小于0.6m的塔中。
在通常情况下，一般将液体收集器及液体分布器同时使用，构成液体收集及再分布装置。液体收集器的作用是将上层填料流下的液体收集，然后送至液体分布器进行液体再分布。常用的液体收集器为斜板式液体收集器。

由于本设计不需要填料分层，所以不需要液体收集及再分布装置。

（2）除沫装置

气体在塔顶离开填料层时，带有大量液沫和雾滴，为回收这部分液体，需要在塔顶安装除沫器。常用的除沫器主要有折流板式除沫器，旋流板式除沫器、丝网除沫器。本设计选用上装式丝网除沫器。

表4.2 上装式丝网除沫器基本参数