化工原理課程設計---- 填料吸收塔的設計

1、<p>　　課 程 設 計 報 告</p><p>　　題 目 填料吸收塔的設計 </p><p>　　課 程 名 稱 化工原理課程設計 </p><p>　　專 業(yè) 制藥工程 </p><p>　　班 級 </p

2、><p>　　學 生 姓 名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　設 計 地 點 </p><p>　　指 導 教 師 </p><p>　　設計起止時間： 2012

3、年8月 28日至 2012 年 9 月 14 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 課程設計任務書1</p><p><b>　　1.1設計題目1</b></p><p>　　1.2工藝操作條件1</p><p><b&g

4、t;　　1.3設計任務1</b></p><p><b>　　第二章 前言1</b></p><p>　　2.1吸收劑的選擇1</p><p>　　2.2流程選擇及流程說明2</p><p>　　2.3塔填料選擇3</p><p>　　2.3.1 填料性能評價3<

5、/p><p>　　2.3.2 裝填類型選擇4</p><p>　　2.3.3 填料材質的選擇6</p><p>　　2．3.4 填料規(guī)格的選擇6</p><p>　　第三章 平衡關系及物料衡算8</p><p>　　3.1平衡關系衡算8</p><p>　　3.2物料衡算10&

6、lt;/p><p>　　第四章 填料塔工藝尺寸計算11</p><p>　　4.1 塔徑的計算11</p><p>　　4.1.1 校核填料規(guī)格13</p><p>　　4.1.2 校核潤濕率13</p><p>　　4.2 填料層高度計算13</p><p>　　4.3 填料層壓

7、降核算16</p><p>　　第五章 附屬設備的選型和計算16</p><p>　　5.1 支撐裝置16</p><p>　　5.2 分布裝置以及除沫裝置17</p><p>　　5.3 進出管口徑的計算18</p><p>　　5.4 離心泵的計算與選擇19</p><p&

8、gt;　　5．5 通風機的計算與選擇20</p><p><b>　　設計結果匯總20</b></p><p><b>　　主要符號說明22</b></p><p><b>　　總結23</b></p><p><b>　　參考文獻23</b>&

9、lt;/p><p><b>　　附圖24</b></p><p>　　一、 課程設計任務書</p><p><b>　　1．1設計題目</b></p><p>　　處理量為3600（m3/h）水吸收氨氣的工藝設計；</p><p>　　試設計一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的

10、氨氣?；旌蠚怏w的處理量為3600 （m3/h），其中含空氣為90％，氨氣為10％（體積分數(shù)）?；旌蠚怏w溫度為40℃，吸收劑溫度為20℃。吸收率為94％（20C°氨在水中的溶解度系數(shù)為H＝0.725kmol/m3.kPa） </p><p><b>　　1.2工藝操作條件</b></p><p>　?。?）操作平均壓力 1 atm </p>

11、<p>　　（2）選用填料類型及規(guī)格自選。</p><p><b>　　1.3設計任務</b></p><p>　　完成填料塔的工藝設計與計算，有關附屬設備的設計和選型。完成工藝流程圖，并使用chemCAD進行驗算。</p><p><b>　　二、前言</b></p><p>　　2.1

12、 吸收劑的選擇</p><p>　　吸收劑又叫溶劑，吸收過程是依靠氣體在吸收劑中的溶解來實現(xiàn)的，因此，選擇良好的吸收劑是吸收過程的重要一環(huán)選擇吸收劑的基本要求:    1. 吸收劑應具有較大溶解度，以提高吸收速率減少吸收劑用量，降低輸送與再生的能耗。    2. 選擇性好，吸收劑對混合氣體的溶質要有良好的吸收能力，而對其它組分不

13、吸收或吸收甚微。以提高吸收速率，減小吸收劑用量。     3. 操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，以為離開吸收設備的氣體往往被吸收劑所飽和，吸收劑的揮發(fā)度愈大，則在吸收和再生過程中吸收劑損失愈大。    4. 粘度要低，以利于傳質與輸送；有利于氣液接觸，提高吸收速率。    5. 具有較好的化學穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，以減

14、少吸收劑的降解和變質，尤其在使用化學吸收劑時。    6. 其它，所選用的吸收劑還應滿足無毒性，無腐蝕性，不易燃易爆，不發(fā)泡，冰點低，廉價易得以及化學性質穩(wěn)定等要求。</p><p>　　用填料吸收塔吸收空氣中的氨氣，本課設選擇用水作為吸收劑，由于水的化學性能穩(wěn)定，選擇性好，且對氨氣的吸收性較好，不用后處理，水資源相對豐富，廉價易得，符合吸收過程對吸收劑的基本要求。<

15、;/p><p>　　2.2流程選擇及流程說明</p><p>　　吸收裝置的流程主要有以下幾種：</p><p>　　(1)逆流操作 氣相自塔底進入由塔頂排出，液相自塔頂進入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點是傳質平均推動力大，傳質速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產中多用逆流操作。</p><p>　　(2)并流操作 氣、液兩相均

16、從塔頂流向，此即并流操作。并流操作的特點是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產能力。并流操作通常用于以下情況：當吸收過程的平衡曲線較平坦時，流向對推動力影響不大；易溶氣體的吸收或處理的氣體不需吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。</p><p>　　(3)吸收劑部分再循環(huán)操作 在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排除液體的一部分冷卻后與補充的新鮮吸收劑一同送回塔內，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以

17、下操作：當吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度;對于非等溫吸收過程，為控制塔內的溫升，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平衡常數(shù)m值很小的情況，通過吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。應當指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動力要低，且需設置循環(huán)泵，操作費用增加。</p><p>　　(4)多塔串聯(lián)操作 若設計的填料層高度過大，或由于所處理物料等原因需經常清理填料，為便于維修，可把填料層分裝在幾

18、個串聯(lián)的塔內，每個吸收塔通過的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作。此種操作因塔內需留較大空間，輸液、噴淋、支撐板等輔助裝置增加，使設備投資加大。</p><p>　　串聯(lián)-并聯(lián)混合操作 若吸收過程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內的噴淋密度過大，操作氣速勢必很?。ǚ駝t易引起塔的液泛），塔的生產能力很低。實際生產中可采用氣相作串聯(lián)、液相作并聯(lián)的混合流程；若吸收過程處理的液量不大而氣相流量很大時，可采

19、用液相作串聯(lián)、氣相作并聯(lián)的混合流程。</p><p>　　列出幾種常見的吸收過程如圖2.1。</p><p>　　并流 （b）逆流</p><p>　　圖2.1 吸收流程 </p><p>　　用水吸收NH3屬高溶解度的吸收過程，為提高傳質效率和分離效率，所以，本設計</p><p>

20、<b>　　選用逆流吸收流程。</b></p><p>　　該填料塔中，氨氣和空氣混合氣體，經由填料塔的下側進入填料塔中，與從填料塔頂流下的水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。經吸收后的混合氣體由塔頂排除，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。</p><p><b>　　2.3塔填料選擇</b></p><p>　　塔填料（

21、簡稱為填料）是填料塔的核心構件，它提供了氣、液兩相相接觸傳質與傳熱的表面，其性能優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面積越大，氣液分布也就越均勻，傳質效率也越高，它與塔內件一起決定了填料塔的性質。因此，填料的選擇是填料塔設計的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　塔填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材料。填料的種類主要從傳質效率、通量、填料層的壓降來考慮，填料規(guī)格的選擇常要符合填料的塔徑與填料公稱直徑比值D

22、/d。</p><p>　　2.3.1填料性能評價</p><p>　　填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通?？紤]一下幾個方面:</p><p>　　(1)傳質效率 傳質效率即分離效率，它有兩種表的方法：一是以理論級進行計算的表示方法，以每個理論級當量的填料層高度表示，即HETP值；另一方面是以傳質速率進行計算的表示方法，以每個傳質單元相當高度表示，即HTU值。在

23、滿足工藝要求的前提下，應選用傳質效率高，即HEYP(或HTU值)低的填料。對于常用的工業(yè)填料，其HEYP(或HTU值)可由有關手冊或文獻中查到，也可以通過一些經驗公式來估算。</p><p>　　(2)通量 在相同的液體負荷下，填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大，則通量愈大，塔的處理能力亦越大。因此在選擇填料種類時，在保證具有較高傳質效率的前提下，應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。對于大多數(shù)常用填料其

24、泛點氣速或氣相動能因子可由有關手冊或文獻中查到，也可以通過一些經驗公式來估算。</p><p>　　(3)填料層的壓降 填料層的壓降是填料的主要應用性能，填料層的壓降越低，動力消耗越低，操作費用越小。選擇低壓降的填料對熱敏性物系的分離尤為重要。比較填料的壓降</p><p>　　(4)填料的操作性能。填料的操作性能主要指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等。所選填料應具有較大的操作彈性，以保證塔

25、內氣、液負荷發(fā)生波動時維持操作穩(wěn)定。</p><p>　　同時，還應具有一定的抗污堵、抗熱敏能力，以適應物料的變化及塔內溫度變化。</p><p>　　此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修。</p><p>　　2.3.2裝填類型選擇 </p><p>　　填料種類很多，根據(jù)填料方式不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。</p>

26、;<p><b>　　1、散裝填料</b></p><p>　　散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結構特點不同，可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種典型的散裝填料。</p><p>　　(1)拉西環(huán)填料。其結構為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金

27、屬等材質制造。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質速率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已很少用了。</p><p>　　(2)鮑爾環(huán)填料。鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎上改進而得。其結構為在拉西環(huán)的側壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側仍與壁面相連，另一側向環(huán)內彎曲，形成內伸的舌葉，諸舌葉的側邊在環(huán)中心相搭，可用陶瓷、塑料、金屬等材質制造。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內空間及環(huán)內表面的利用率，氣體阻力小，液體分布均勻

28、。與拉西環(huán)相比，其通量可增加50%左右。鮑爾環(huán)是目前應用較廣的填料之一。</p><p>　　(3)階梯環(huán)填料。階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的間隙，同時成為液體沿填料表面流動的

29、匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利于傳質效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。</p><p>　　(4)弧鞍填料。弧鞍填料屬鞍形填料的一種，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質材料制成?；“疤盍系奶攸c是表面全部敞開，不分內外，液體在表面來那個側均勻的流動，表面利用率高，流道呈弧形，流動阻力小。其缺點是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，使傳質效率降低?；“疤盍蠌姸容^差，

30、容易破碎，工業(yè)生產應用不多。</p><p>　　(5)矩鞍填料。將弧鞍填料兩端的弧形面改成矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時不會套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前國內絕大多數(shù)應用瓷拉西環(huán)的場合，均已被矩鞍填料所取代。</p><p>　　(6)環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料是兼顧環(huán)形和鞍形結構特點而設計出的一種新型填料，該填料一般以金屬

31、材質制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，是工業(yè)應用最為普遍的一種金屬散裝填料。下圖為幾種實體填料：</p><p>　　拉西環(huán) 鮑爾環(huán) 階梯環(huán) 弧鞍形填料 矩鞍形填料</p><p>　　圖2.2 幾種實體填料</p>&

32、lt;p><b>　　2、規(guī)整填料</b></p><p>　　規(guī)整填料是按一定的幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)幾何結構可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。工業(yè)上應用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料。波紋填料按結構分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，可用陶瓷、塑料、金屬等材質制造。</p><p>　　金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，是

33、由金屬絲網(wǎng)制成的。其特點是壓降低、分離效率高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價高，但因性能優(yōu)良仍得到廣泛使用。</p><p>　　金屬板波紋填料是板波紋填料的主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多的小孔，可起到粗分配板片上的液體，加強橫向混和作用。波紋板片上軋成細小溝紋，可起到細分配板片上的液體、增強表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性

34、強，特別適用于大氣直徑塔及氣、液負荷較大的場合。</p><p>　　波紋填料的優(yōu)點是結構緊湊，阻力小，傳質效率高，處理能力大，比表面積大。其缺點是不適用于處理黏度大、易聚合或有懸浮物的材料，且裝卸、清理困難，造價高。</p><p>　　綜上所述，經分析各填料特點、性能，本課設選擇散裝階梯環(huán)填料。</p><p>　　2.3.3填料材質的選擇</p>

35、<p>　　工業(yè)上，填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類.</p><p>　　(1)陶瓷填料。陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的常見的各種無機酸、有機酸的腐蝕，對強堿介質，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料。</p><p>　　陶瓷填料因其質脆、易碎，不易在高沖擊強度下使用。陶瓷填料價格便宜，具有很好的表面潤濕性，工業(yè)上，主要用于氣體吸收、氣體洗滌、

36、液體萃取等過程。</p><p>　　(2)金屬填料。金屬填料可用多種材質制成，金屬材料的選擇主要根據(jù)物系的腐蝕性和金屬材質的耐腐蝕性來綜合考慮。碳鋼填料造價低，且具有良好的表面濕潤性能，對于無腐蝕或低腐蝕性物系應優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強，一般能耐以外常見物系的腐蝕，但其造價較高；鈦材、特種合金鋼等材質制成的填料造價級高，一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用。</p><p>　　

37、金屬填料可制成薄壁結構（0.2~0.1mm），與同種類型、同種規(guī)格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強度下使用，工業(yè)應用主要以金屬填料為主。</p><p>　　(3)塑料填料。塑料填料的材質主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，國內一般多采用聚丙烯材質。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在100℃以下使用。

38、聚丙烯填料在低溫（低于0℃）時具有冷脆性，在低于0℃的條件下使用要謹慎，可選用耐低溫性能好的聚氯乙烯填料。</p><p>　　塑料填料具有輕質、廉價、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點是表面潤濕性能較差，在某些特殊應用場合，需要對其表面進行處理，以提高表面潤濕性能。所以本次課設選用聚丙烯填料。</p><p>　　2.3.4填料規(guī)格的選擇<

39、/p><p>　　通常，散裝填料與規(guī)整填料的規(guī)格標示方法不同，選擇地方法亦不盡相同。</p><p>　?、偕⒀b填料規(guī)格的選擇。散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公稱直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小塔徑中，又會產生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔

40、的分離效率降低。</p><p>　　本課設處理量不大，所用的塔直徑不會太大，可選用50mm。</p><p>　　②規(guī)整填料規(guī)格的選擇。工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內習慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格。同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也明顯增加。選用時應從分類要求、通量要求

41、、場地要求、物料性質及設備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足工藝要求，又具有經濟合理性。</p><p>　　應當指出，一座填料塔可以選用同種類型、同一規(guī)格的填料，也可以使用同種類型、不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。</p><p>　　綜上所述選用50mm聚丙烯階梯環(huán)塔填料，其主要性能參數(shù)如

42、下：</p><p>　　比表面積α：114.2 </p><p><b>　　空隙率：0.927</b></p><p><b>　　干填料因子：</b></p><p><b>　　國內階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)</b></p><

43、p><b>　　操作流程圖</b></p><p>　　三、平衡關系及物料衡算</p><p>　　3.1 平衡關系衡算</p><p>　　CL—水在塔溫度tm=(塔頂+塔底)/2下的比熱 kJ · (kmol ·K)-1。</p><p>　　—氨氣的微分溶解熱， kJkmol-1 。<

44、;/p><p>　　取Δx=0.003~0.005 </p><p>　　=34748 kJkmol-1</p><p>　　取40攝氏度時CL=75.204 kJ · (kmol ·K)-1 </p><p><b>　　取Δx=0.004</b></p><p>　　根據(jù)

45、以上數(shù)據(jù)可以計算出不同的t值。</p><p><b>　　亨利系數(shù)E的計算：</b></p><p>　　氨氣水溶液的亨利系數(shù)-溫度關聯(lián)式：lgE=11.468-1922/T</p><p>　　單位 E: Pa T：k</p><p>　　一直計算到y(tǒng)*>y1為止。</p><p>

46、　　根據(jù)任務書，即y*>0.1026</p><p>　　初始時x=0，取Δx=0.004，所有計算結果列于下表，x每變化0.004，溫度升高1.848℃，依此求取平衡線。</p><p>　　各液相濃度下的吸收液溫度及相平衡數(shù)據(jù)</p><p><b>　　3.2 物料衡算</b></p><p><b&g

47、t;　　其中</b></p><p>　　由以及上圖，可以得出=0.0505。</p><p>　　對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成為：(清水)</p><p>　　混合氣體的平均摩爾質量為：</p><p>　　40℃時，空氣的密度</p><p><b>　　惰性氣體流量：</b>

48、</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p>　　與原假設基本吻合,原假設溫度符合條件。</p><p>　　四、填料塔工藝尺寸計算</p>&

49、lt;p><b>　　4.1 塔徑的計算</b></p><p>　　本次課設選用50mm聚丙烯階梯環(huán)塔填料，其主要性能參數(shù)如下：</p><p>　　比表面積α：114.2 </p><p><b>　　空隙率：0.927</b></p><p><b

50、>　　干填料因子：</b></p><p>　　進塔混合氣體密度 (混合氣體可以近似認為是空氣的密度)。</p><p><b>　　吸收劑密度</b></p><p><b>　　吸收劑粘度：</b></p><p>　　根據(jù)埃克特通用關聯(lián)圖：</p><p&

51、gt;<b>　　橫坐標：</b></p><p>　　由圖查得縱坐標值：0.165</p><p><b>　　=0.165</b></p><p>　　圓整D計到D標,取,D標=700mm</p><p>　　4.12 校核填料規(guī)格</p><p>　　D/d=700/

52、50=12>8,滿足階梯環(huán)徑比的要求。</p><p>　　4.13 校核潤濕率</p><p><b>　　Lw=U/ </b></p><p>　　U—噴淋密度， m3 (m2h)-1；</p><p>　　—填料的比表面積， m2m-3；</p><p>　　Lh—以m3/h表示的

53、吸收劑用量。</p><p>　　Lw=U/ =19713.1/114.2=172.62m3. (m.h)-1> 0.08m3. (m.h)-1</p><p>　　4.2 填料層高度計算</p><p>　　查表知， 0，101.3 下，在空氣中的擴散系數(shù)</p><p><b>　　由，</b></p&

54、gt;<p>　　則313，101.3下，在空氣中的擴散系數(shù)為</p><p><b>　　液相擴散系數(shù)</b></p><p><b>　　液體質量通量為</b></p><p><b>　　氣體質量通量為</b></p><p><b>　　脫吸因數(shù)

55、為</b></p><p>　　氣相總傳質單元數(shù)為：</p><p>　　氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算：</p><p>　　不同材質的бc值見下表：</p><p><b>　　不同材質的бc值</b></p><p><b>　　查表知，</b>

56、</p><p>　　表面張力為：σL=72.6 dyn/cm=940896 kg/h2</p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　氣膜吸收系數(shù)由下式計算：</p><p>　　液膜吸收系數(shù)由下式計算：</p><p><b>　　各類填料的形狀系數(shù)</b&g

57、t;</p><p><b>　　查表得：</b></p><p><b>　　由 得，</b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　——氣膜體積吸收系數(shù)，；</p><p>　　——液膜體積吸收系數(shù)，；</p>

58、<p><b>　　由 </b></p><p>　　HOG——氣相傳質單元高度，m</p><p><b>　　——塔截面積，m2</b></p><p><b>　　由 </b></p><p>　　根據(jù)設計經驗，填料層的設計高度一般為 Z′＝(1.2~1.

59、5)Z</p><p>　?。ㄈ“踩禂?shù)1.2）</p><p>　　式中 Z′——設計時的填料高度，m； </p><p>　　設計取填料層高度為：</p><p>　　查表：《散裝填料分段高度推薦值》</p><p>　　塑料階梯環(huán) h/d8～15 </p><p><b>　

60、　所以不需要分段。</b></p><p>　　散裝填料分段高度推薦值</p><p>　　4.3 填料層壓降核算</p><p>　　采用Eckert通用關聯(lián)圖計算填料層壓降</p><p><b>　　橫坐標：</b></p><p><b>　　縱坐標：</b&g

61、t;</p><p><b>　　已知：</b></p><p><b>　　查圖得，</b></p><p><b>　　填料層壓降為：</b></p><p>　　五、附屬設備選型和計算</p><p><b>　　5.1 支撐裝置<

62、/b></p><p>　　填料支承裝置用于支承塔填料及其所持有的氣體、液體的質量，同時起著氣液流道及氣體均布作用。故在 設計支承板是應滿足下列三個基本條件：（1）自由截面與塔截面之比不小于填料的空隙率；（2）要有足夠的強度承受填料重量及填料空隙的液體；（3）要有一定的耐腐蝕性。</p><p>　　用豎扁鋼制成的柵板作為支承板最為常用，如圖3.3中的（a）。柵板可以制成整塊或分塊的

63、。一般當直徑小于500mm時可制成整塊；直徑為600～800mm時，可以分成兩塊；直徑在900～1200mm時，分成三塊；直徑大于1400mm時，分成四塊；使每塊寬度約在300～400mm之間，以便拆裝。</p><p>　　柵板條之間的距離應約為填料環(huán)外徑的0.6～0.7。在直徑較大的塔中，當填料環(huán)尺寸較小的，也可采用間距較大的柵板，先在其上布滿尺寸較大的十字分隔瓷環(huán)，再放置尺寸較小的瓷環(huán)。這樣，柵板自由截面較

64、大，如圖5.1（c）所示。</p><p>　　當柵板結構不能滿足自由截面要求時，可采用如圖5.1（b）所示的升氣管式支承板。氣相走升氣管齒縫，液相由小孔及縫底部溢流而下。這類支承板，有足夠齒縫時，氣相的自由截面積可以超過整個塔德橫截面積，所以絕不會在此造成液泛。</p><p>　　本設計塔徑D=700mm，采用結構簡單、自由截面較大、金屬耗用量較小，由豎扁鋼制成的柵板作為支承板，將其分

65、成兩塊，柵板條之間的距離約為24.7mm。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質十字環(huán)，作為過渡支承，以取得較大的孔隙率。由于采用的是φ50mm的填料，所以可用φ75mm的十字環(huán)。</p><p>　　塔徑，設計柵板由2塊組成。且需要將其擱置在焊接于塔壁的支持圈或支持塊上。分塊式柵板，每塊寬度為400mm，每塊重量不超過700N，以便從人孔進行裝卸。</p><

66、;p>　?。╝）柵板 （b）升氣管式 （c）十字隔板環(huán)層</p><p>　　圖5.1 填料支承板</p><p>　　5.2 分布裝置以及除沫裝置</p><p>　　前已述及，為減小壁流現(xiàn)象，當填料層較高時需進行分段，故需設置液體收集及再分布裝置。 最簡單的液體再分布裝置為截錐式再分布器。截錐

67、式再分布器結構簡單，安裝方便，但它只起到將壁流向中心匯集的作用，無液體再分布的功能，一般用于直徑小于0.6m的塔中。 在通常情況下，一般將液體收集器及液體分布器同時使用，構成液體收集及再分布裝置。液體收集器的作用是將上層填料流下的液體收集，然后送至液體分布器進行液體再分布。常用的液體收集器為斜板式液體收集器。</p><p>　　由于本設計不需要填料分層 ，所以不需要液體收集及再分布裝置。</p>

68、<p><b>　　除沫裝置</b></p><p>　　氣體在塔頂離開填料層時，帶有大量液沫和霧滴，為回收這部分液體，需要在塔頂安裝除沫器。常用的除沫器主要有折流板式除沫器，旋流板式除沫器、絲網(wǎng)除沫器。本設計選用上裝式絲網(wǎng)除沫器。</p><p>　　表4.2 上裝式絲網(wǎng)除沫器基本參數(shù)</p><p>　　5.3 進出管口徑的計算

69、</p><p>　　填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布，對500mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成450向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴大器，或采用其它均布氣流的裝置。</p><p>　　氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或

70、填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。由于本設計對排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴，可不設除液沫裝置。</p><p>　　為防止塔內與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。</p><p>　　常壓塔氣體進出口管氣速可取10～20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口管氣速可取0.8～1.5m/s（必要時可加大些）。管徑依所選氣速決定后，應按標準管規(guī)格進行圓整，并

71、規(guī)定其厚度。</p><p>　　氣體進氣口氣速取15m/s，液體進液口流速取1.2m/s</p><p>　　氣體進出口管直徑： </p><p>　　液體流量： </p><p>　　液體進出口管直徑： </p><p>　　由于水及氨氣均無腐蝕性，故可以選擇普通無縫鋼管。

72、</p><p>　　參照標準管規(guī)格得，氣體進口出管直徑D1=299mm，厚度為10mm </p><p>　　液體進出管直徑D2=45mm，厚度為8mm。</p><p>　　設計位于塔底的進氣管時，主要考慮兩個要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時，本裝置由于直徑較小，可采用簡單的進氣分布裝

73、置。由于對排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴，可不設除液沫裝置。</p><p>　　5.4 離心泵的計算與選擇</p><p>　　本課設中H=4.4m。</p><p>　　管內液體流速： </p><p><b>　　則雷諾數(shù)</b></p><p><b>　　取L=30m&

74、lt;/b></p><p>　　三個標準截止閥全開 </p><p>　　三個標準90°彎頭 </p><p><b>　　=37.989m</b></p><p><b>　　流量</b></p><p>　　查 王志祥 編《制藥化工原

75、理》P406附錄20 ，選型號IS50-32-160泵合適，該泵揚程8米，流量6.3立方米/小時，轉速1450轉/分鐘。</p><p>　　5.5 通風機的計算與選擇</p><p>　　取風壓 HT=2pf</p><p><b>　　流量為：3600</b></p><p>　　查《化工原理課程設計指導》P

76、151離心通風機綜合特性曲線圖，選擇通風機型號為：</p><p>　　8-18-101No6</p><p><b>　　設計結果匯總 </b></p><p><b>　　主要符號說明</b></p><p><b>　　1、英文字母</b></p><

77、p><b>　　2、下標</b></p><p><b>　　3.希臘字母</b></p><p><b>　　總結</b></p><p>　　歷時三個星期的化工原理課程設計結束了，在這里首先要感謝老師耐心地為我指正錯誤，還要感謝同學的幫助。值得一提的是本次課程設計即使要求不高，還是難倒了我們

78、。在這個課程設計過程當中，我們綜合地運用了我們所學習過的流體力學，吸收等方面的化工基礎知識，設計了一款可應用于吸收氨的填料塔。在為期三周的課程設計當中我感觸最深的便是實踐聯(lián)系理論的重要性，當遇到實際問題時，認真思考，用所學的知識，再一步步實驗。這次的課程設計內容包括工藝流程的設計，塔板結構的設計，數(shù)據(jù)的校驗。目的主要是使我們對化學工藝原理有一定的感性和理性認識；對水吸收氨等方面的相關知識做進一步的理解；培養(yǎng)和鍛煉我們的思維實踐能力，使我

79、們的理論知識與實踐充分地結合，做到不僅具有專業(yè)知識，而且還具有較強的實踐能力，能自主分析問題和解決問題。</p><p>　　在設計的過程當中，有很多數(shù)據(jù)設計出來不一定能如人意，有些要反復試算很多遍，很能考驗耐性。有些人可能會為了美觀或省事而在圖上面改數(shù)據(jù)或者采用跟計算不一致的畫法，但是本人認為，應當實事求是，該是怎樣的就怎么樣。畢竟這是一個訓練的過程，如果我們都不抱著實事求是的態(tài)度的話，那么這個訓練的意義就沒有

80、那么大了。整個設計的過程絕大部分數(shù)據(jù)都是有書可查，有標準可參照的。</p><p>　　為期三周的化工原理課程設計終于結束了，我常常的舒了一口氣。最大的感觸，莫過于對于基礎知識的欠缺。深感自身的能力不足，我明白現(xiàn)實中的設計比本次課設要復雜的許多。做課設，需要耐心、細心，還有恒心！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　

81、　[1]匡國柱,史啟才,化工單元過程及設備課程設計[M].化學工業(yè)出版社 :197-234</p><p>　　[2]路秀林,王者相,塔設備[M].化學工業(yè)出版社</p><p>　　[3] 姚玉英，陳常貴，劉邦孚，等.化工原理[M].第1版.天津科學技術出版社，</p><p>　　2006：71-195</p><p>　　[4]馬江權,

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