課程設(shè)計(jì)---非等溫填料吸收塔設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一.設(shè)計(jì)任務(wù)說明</b></p><p><b>　　二.方案選擇</b></p><p><b>　　三.塔工藝?yán)碚撚?jì)算&l

2、t;/b></p><p>　　四.主要設(shè)備的計(jì)算與選型</p><p>　　五.輔助設(shè)備的計(jì)算與選型</p><p>　　六.計(jì)算結(jié)果及選型匯總</p><p><b>　　七.結(jié)果分析與總結(jié)</b></p><p><b>　　八.參考文獻(xiàn)</b></p>

3、;<p><b>　　一.設(shè)計(jì)任務(wù)說明</b></p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)題目:</b></p><p><b>　　非等溫吸收填料塔</b></p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)任務(wù):</b></p><p>　　為了使尿素生產(chǎn)廠

4、合成氨放空氣中的有害物質(zhì)NH3 達(dá)到國家環(huán)保廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，需 設(shè)計(jì)一吸收填料塔，用清水吸收放空氣中的氨，為達(dá)到國家環(huán)保尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后放空氣中的氨濃度必須不超過600ppm,放空氣的流量1200kg/h,其摩爾組成為:</p><p><b>　　表1物料摩爾組成</b></p><p>　　另外含有微量的Ar氣（）,吸收劑為水,壓力設(shè)定為12bar.</p

5、><p><b>　　二.方案選擇</b></p><p><b>　　1.塔型選擇</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)為設(shè)計(jì)填料塔,填料塔是化工過程中最為常用的氣液接觸設(shè)備之一,廣泛用于蒸餾、吸收等單元操作。填料塔主要由踏體、填料及塔內(nèi)件構(gòu)成(如圖4-1)。液體通過液體分布器均勻分布于填料頂層，在重力作用下沿填料表面向下

6、流動(dòng)，與再填料空隙中流動(dòng)的氣體相互接觸，發(fā)傳質(zhì)與傳熱。填料塔通常在氣液兩相逆流狀態(tài)下操作，用于吸收操作時(shí)也有采用并流操作。與板式塔相比，填料塔具有效率高、壓降低、結(jié)構(gòu)簡單、便于采用耐腐蝕材料制造等顯著優(yōu)點(diǎn)[1]。</p><p><b>　　2.吸收流程的確定</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)選用單塔逆流接觸方式,吸收劑無再循環(huán)吸收。</p><

7、p>　　單塔：可以滿足任務(wù)需求，且構(gòu)造相對簡單，維護(hù)方便。</p><p>　　逆流：在實(shí)際操作過程中，氣液傳質(zhì)設(shè)備內(nèi)氣液兩相大多呈逆流接觸，因?yàn)楫?dāng)兩進(jìn)、出口濃度相同的情況下，逆流時(shí)的平均推動(dòng)力大于并流，且利用氣液相密度差，有利于兩相分離[2]。</p><p>　　無循環(huán)：本實(shí)驗(yàn)中，需吸附的氨的含量較大，且循環(huán)需要?jiǎng)恿ρb置，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，選用無循環(huán)為佳。</p>

8、<p><b>　　3.吸收劑的選擇</b></p><p>　　從吸收的原理可知，吸收劑的性能好壞直接影響到吸收操作的分離效果及經(jīng)濟(jì)性。因此對吸收劑的選擇應(yīng)滿足如下幾點(diǎn)要求：</p><p>　?。?）在混合氣體中，溶質(zhì)的溶解度要大，這樣在相同的操作條件下，處理一定量混合氣所需的溶劑數(shù)量就會(huì)減少，平衡時(shí)氣體中溶質(zhì)殘余液濃度也可降低，溶解速率增大。吸收、解析

9、的設(shè)備尺寸和能耗也會(huì)減少。</p><p>　?。?）在混合氣中，除溶質(zhì)外的其他組分的溶解度要小，即有較高的選擇性。這樣才能使混合氣中溶質(zhì)實(shí)現(xiàn)有效分離。</p><p>　?。?）不易揮發(fā)，即蒸汽壓低、蒸發(fā)損失少，同時(shí)可減小在氣體中混入的吸收劑蒸汽。</p><p>　?。?）粘度低，無腐蝕性，無毒，不易燃，不發(fā)泡，來源廣泛，價(jià)格低廉，易于再生［3］。</p&

10、gt;<p>　　綜合考慮這些因素，本設(shè)計(jì)采用水作為吸附劑。</p><p><b>　　三.塔工藝?yán)碚撚?jì)算</b></p><p><b>　　1.吸收劑用量計(jì)算</b></p><p>　　放空氣的平均相對分子質(zhì)量為:</p><p><b>　　放空氣的摩爾流量:<

11、;/b></p><p>　　放空氣中氨氣的載氣摩爾流量:</p><p>　　氨氣進(jìn)塔的摩爾比為:</p><p><b>　　取吸收率為0.99</b></p><p>　　達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)要求,出塔氣體中氨氣的摩爾比為0.000417</p><p>　　由于水吸附氨氣為一個(gè)放熱過程,因而

12、,在吸附過程中水溫會(huì)升高,出塔溶液溫度取決于溶劑量,為此可先假設(shè)溶液的濃度為6％（質(zhì)量）。 當(dāng)溶解的氨量為:</p><p>　　由此可知,吸收劑用量為:</p><p><b>　　出塔水的摩爾比為:</b></p><p>　　2.出塔氨水液的溫度tb的計(jì)算</p><p>　　每100kg水中氨的溶解量為：<

13、/p><p>　　查圖2可知,溶液的絕熱升溫值為27.2oC,入塔水溫選定為25oC,所以氨水出塔溫度為:</p><p>　　可見吸收過程中，系統(tǒng)的溫度變化較大，平衡系統(tǒng)當(dāng)然也會(huì)產(chǎn)生極為顯著的變化，而不能采用恒溫下的平衡系統(tǒng)來考慮問題，應(yīng)該做出非等溫平衡曲線。當(dāng)然，由于塔體散熱，實(shí)際的溫升會(huì)小些，為安全起見，還是采用上述出塔溫度。 </p><p><b>

14、　　圖2</b></p><p>　　3.變溫下的平衡曲線</p><p>　　為描出變溫下的平衡曲線，將全塔分成7個(gè)平衡點(diǎn)來考慮,氨水與水在各溫度的關(guān)系如圖3</p><p>　　將全塔分為如下7個(gè)點(diǎn)</p><p><b>　　表2</b></p><p>　　第一點(diǎn)(0 kgNH

15、3/100kgH2O)</p><p>　　X1=0,Y1*=0,ta=25oC</p><p><b>　　則該狀態(tài)平衡點(diǎn)為</b></p><p><b>　　(0,0)</b></p><p>　　第二點(diǎn)(1.38 kgNH3/100kgH2O)</p><p>　　查

16、圖2可知,溫度升高為7.8oC,則溶液溫度為</p><p>　　由圖3內(nèi)插讀取32.8oC時(shí)壓力P*=2133.16Pa(16mmHg)</p><p><b>　　則該狀態(tài)平衡點(diǎn)為</b></p><p>　　(0.0146,0.00178)</p><p>　　第三點(diǎn)(2.38 kgNH3/100kgH2O)<

17、;/p><p>　　查圖2可知,溫度升高為14.1oC,則溶液溫度為</p><p>　　由圖3內(nèi)插讀取39.1oC時(shí)壓力P*=6266.15Pa(47mmHg)</p><p><b>　　則該狀態(tài)平衡點(diǎn)為</b></p><p>　　(0.0252,0.00525)</p><p>　　第四點(diǎn)(3

18、.38 kgNH3/100kgH2O)</p><p>　　查圖2可知,溫度升高為17.1oC, 則溶液溫度為</p><p>　　由圖3內(nèi)插讀取42.1oC時(shí)壓力P*=8132.66Pa(61mmHg)</p><p><b>　　則該狀態(tài)平衡點(diǎn)為</b></p><p>　　(0.0358,0.00682)</

19、p><p>　　第五點(diǎn)(4.38 kgNH3/100kgH2O)</p><p>　　查表2可知,溫度升高為21.3 oC, 則溶液溫度為</p><p>　　由圖3內(nèi)插讀取39.1oC時(shí)壓力P*=11732.37Pa(88mmHg)</p><p><b>　　則該狀態(tài)平衡點(diǎn)為</b></p><p&g

20、t;　　(0.0464,0.00987)</p><p>　　第六點(diǎn)(5.38 kgNH3/100kgH2O)</p><p>　　查表2可知,溫度升高為24.5 oC, 則溶液溫度為</p><p>　　由圖3內(nèi)插讀取49.5oC時(shí)壓力P*=18131.84Pa(136mmHg)</p><p><b>　　則該狀態(tài)平衡點(diǎn)為<

21、;/b></p><p>　　(0.057,0.01534)</p><p>　　第七點(diǎn)(6.38 kgNH3/100kgH2O)</p><p>　　查表2可知溫度升高為27.2 oC, 則溶液溫度為</p><p>　　由圖3內(nèi)插讀取52.5oC時(shí)壓力P*=22931.45Pa(172mmHg)</p><p&g

22、t;<b>　　則該狀態(tài)平衡點(diǎn)為</b></p><p>　　(0.0676,0.0195) </p><p>　　則按表3 ,便可繪制出非等溫平衡曲線</p><p><b>　　表3</b></p><p><b>　　圖3</b></p><p>

23、<b>　　4.操作線</b></p><p>　　出塔氨水濃度不高,所以操作線可用一直線表示</p><p>　　則由表3及上述操作先方程作圖,如圖4</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　5.傳質(zhì)單元數(shù)NOG圖解法</p><p>　　由表4數(shù)據(jù)進(jìn)

24、行圖解法求解</p><p><b>　　表4</b></p><p>　　由表4可以做得圖5所示圖像</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　由于平衡線是曲線,所以用吸收因素法和對數(shù)平均推動(dòng)法計(jì)算NOG會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。這時(shí)可以采用簡便作圖法-近視梯級法計(jì)算。</p&g

25、t;<p><b>　　作圖步驟如下:</b></p><p>　　a.在操作線與平衡線之間作中線；（如圖5所示）</p><p>　　b.從A點(diǎn)（0，0.000417）開始作階梯，直至跨過點(diǎn)B（0.0676，0.04165）；</p><p>　　c.計(jì)算階梯數(shù)。NOG=4.3個(gè)。</p><p><

26、;b>　　6.塔性能分析</b></p><p>　　1、非等溫平衡曲線大致上是拋物線形狀，如果塔底的操作點(diǎn)B的氣、液相摩爾比大到一定程度，就會(huì)出現(xiàn)操作線與非等溫平衡曲線相交的情況。這對吸收過程不利。所以吸收過程也是有一定限度。</p><p>　　2、由圖可知，本設(shè)計(jì)的6%的出氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)是可以實(shí)現(xiàn)的。如果想吸收更多的氨，應(yīng)該減少水的流量（進(jìn)氣不變）。并不是說水越多吸收的

27、氨就越多，只是更容易吸收，需要更少的傳質(zhì)單元數(shù)。</p><p><b>　　7.填料的選擇</b></p><p>　　在填料的選擇上,大直徑填料比小直徑填料更易發(fā)生壁流,早在1935年,Baker等人[4]研究發(fā)現(xiàn), 填料塔的直徑必須大于散裝填料直徑的8倍以上,否則將產(chǎn)生嚴(yán)重的壁流。長期以來，這一直作為設(shè)計(jì)散裝填料塔，尤其是試驗(yàn)塔的準(zhǔn)則，Huber等人[5]推薦工

28、業(yè)填料塔的直徑最好大于填料直徑的30倍。</p><p>　　由此可見填料的選擇也是設(shè)計(jì)塔的一個(gè)較為關(guān)鍵的部分,在本設(shè)計(jì)中初試用公稱直徑D=25mm的金屬鮑爾環(huán)進(jìn)行亂堆填充,填充材料相應(yīng)參[6]數(shù)如表5:</p><p><b>　　表5</b></p><p><b>　　8.塔徑計(jì)算</b></p>&l

29、t;p>　　確定Eckert關(guān)聯(lián)圖X</p><p>　　確定液泛氣速和操作氣速</p><p>　　濕填料因子，查Ekert圖: </p><p>　　用在亂堆填料泛點(diǎn)線上，找到X=0.083對應(yīng)的縱坐標(biāo)值Y=0.145即：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>&l

30、t;b>　　,, </b></p><p><b>　　故液泛氣速為：</b></p><p>　　所以操作氣速為（取液泛分率為70%）：</p><p><b>　　計(jì)算塔徑D</b></p><p><b>　　塔徑為：</b></p>&l

31、t;p>　　塔徑圓整?。篋=350mm</p><p><b>　　將D帶回算出氣速:</b></p><p>　　在泛點(diǎn)氣速的0.7倍以下,塔徑與填料外徑之比為</p><p>　　,大于8,所以外徑選擇符合要求</p><p>　　9.系統(tǒng)填料高度的壓力降</p><p>　　取D=35

32、0mm，則實(shí)際空塔氣速為：</p><p>　　由X,Y值在Ekert圖上找到一點(diǎn)，該點(diǎn)位于處。</p><p>　　10.傳質(zhì)系統(tǒng)高度的計(jì)算</p><p>　　計(jì)算氣相總吸收傳質(zhì)系數(shù)</p><p>　　因?yàn)榘痹贖2O中溶解度很大，所以用水吸收氨的過程是氣膜控制過程。即</p><p><b>　　根據(jù)經(jīng)

33、驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　——系數(shù)，一般環(huán)形填料和鞍形填料為5.23，小于15mm的填料為2.00；</p><p><b>　　——?dú)怏w常數(shù)，；</b></p><p><b>　　——?dú)怏w溫度，；</b>&

34、lt;/p><p>　　——溶質(zhì)在氣相中的擴(kuò)散系數(shù)，；</p><p>　　——?dú)怏w通過空塔截面的質(zhì)量流速，；</p><p><b>　　——?dú)怏w粘度，；</b></p><p><b>　　——?dú)怏w密度，。</b></p><p>　　對于所選填料，C取5.23，，</

35、p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　在298K下查物性如表6：</p><p><b>　　表6</b></p><p>　　根據(jù)麥克斯韋-吉利蘭(Maxwell-Gilliland)公式,氣相擴(kuò)

36、散系數(shù)為：</p><p>　　其中,氨氣的相對分子質(zhì)量MA=17，惰性組分B的相對分子質(zhì)量MB=9.168。</p><p>　　同時(shí)查到氨的分子體積為，氮?dú)獾姆肿芋w積；氫氣的分子體積，則惰性氣體組分 B的分子體積為：</p><p>　　計(jì)算有效氣液傳質(zhì)面積</p><p>　　恩田（Onda）公式：</p><p&g

37、t;　　式中——單位體積填料層的潤濕面積,；</p><p>　　——單位體積填料層的總表面積，；</p><p>　　——液體的表面張力及填料材料的臨界表面張力，N/m；</p><p>　　——填料材質(zhì)的臨界表面張力，N/m；</p><p>　　——液體通過空塔截面的質(zhì)量流速，；</p><p><b>

38、;　　——液體的粘度，；</b></p><p><b>　　——液體的密度，；</b></p><p><b>　　——重力加速度，。</b></p><p>　　選擇的填料是金屬鮑爾環(huán)，所以查表得：</p><p>　　填料的臨界表面張力；平均溫度</p><p&

39、gt;　　水的表面張力（以全塔平均溫度39.6oC計(jì)）：σ=69.3×10-3 </p><p><b>　　粘度：</b></p><p>　　把數(shù)據(jù)分別帶入恩田公式得：</p><p>　?。?.554*＝0.554×209＝115.786</p><p><b>　　計(jì)算及</

40、b></p><p><b>　　全塔壓降:</b></p><p>　　塔高/塔徑=1.75/0.35=5</p><p>　　四.主要設(shè)備計(jì)算與選型</p><p>　　本填料塔的主要構(gòu)造單元有：圓筒外殼、封頭、填料（核心單元）、填料支承、液體分布器、液體再分布器、氣液的進(jìn)出口接管、除沫器、法蘭、支座。下面依次

41、分別對它們進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和選型，最后對總體塔高進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p><b>　　1.圓筒外殼</b></p><p>　　材料選用16Mn鋼。</p><p><b>　　壁厚</b></p><p><b>　　塔徑，操作壓力</b></p><p

42、>　　16Mn的許用應(yīng)力值</p><p>　　焊縫系數(shù)：由于塔徑比較小，須采用全透單面旱。接頭形式為不帶墊板單面的環(huán)向?qū)雍缚p， 。</p><p>　　壁厚附加量C：鋼板的負(fù)偏差附加量，腐蝕裕度按單面腐蝕考慮，取設(shè)備內(nèi)測腐蝕裕度，則,則</p><p><b>　　壁厚圓整取4mm。</b></p><p>&

43、lt;b>　　2.封頭</b></p><p>　　筒體兩端各采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭1個(gè)。查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表13（EHA橢圓形封頭內(nèi)表面積、容積），選封頭的公稱直徑為=350mm。其尺寸如下表：</p><p>　　公稱直徑300mm的橢圓形封頭的成品的尺寸（mm）</p><p>　　選封頭材料為16Mn，則</p><p&

44、gt;　　腐蝕裕度按單面腐蝕考慮，取設(shè)備內(nèi)測腐蝕裕度</p><p>　　采用全透單面旱，接頭形式為不帶墊板單面的環(huán)向?qū)雍缚p，取。</p><p><b>　　操作壓力</b></p><p><b>　　故封頭厚度</b></p><p>　　封頭厚度圓整取4mm。</p><

45、;p><b>　　3.填料</b></p><p>　　由上述計(jì)算可知,初試填料可以滿足任務(wù)要求</p><p><b>　　表4</b></p><p><b>　　4.填料支承</b></p><p>　　填料支承結(jié)構(gòu)要求既能托住填料，不使填料往下落，同時(shí)又能使氣液順

46、利通過。填料塔性能的好壞，和填料的支承結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)?，F(xiàn)在的填料一般使用擱柵。小型塔設(shè)備的擱柵可做成環(huán)箍形，然后焊上板條。擱柵板條間的空隙間距應(yīng)按填料的大小而異，一般是不大于填料尺寸的0.6－0.8倍。對填料支承結(jié)構(gòu)有三個(gè)基本要求：</p><p>　　a.使氣液能順利通過，對于普通填料塔，支承件上的流體通過的自由截面應(yīng)為塔截面的50％以上，且應(yīng)大于填料空隙率；此外，應(yīng)考慮到裝上填料后會(huì)將支承板的自由截面堵去一些，

47、所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。若自由截面太小，在操作中會(huì)產(chǎn)生攔液現(xiàn)象，增加壓降，降低效率，甚至形成液泛。</p><p>　　b.要有足夠的強(qiáng)度承受填料重量，并考慮填料孔隙中的持液重量，以及可能加于系統(tǒng)的壓力波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度波動(dòng)等因素。</p><p>　　c.要有一定的耐腐蝕性能。</p><p>　　綜合以上的條件，選擇擱柵式支承板結(jié)構(gòu)。</p&g

48、t;<p>　　公稱直徑為200～500的擱柵尺寸(單位:mm)</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)塔徑為350mm，填料環(huán)直徑為25mm，故選擇的擱柵特性尺寸如下：</p><p><b>　?。▎挝?mm）</b></p><p>　　即：，填料環(huán)直徑為25mm；</p><p>　　，采用整塊擱柵支承板，

49、支承板由豎立的扁鋼焊制而成。</p><p><b>　　支承圈：</b></p><p><b>　　支承圈尺寸表</b></p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)條件（塔徑350mm），選擇的支承圈特性參數(shù)如下：</p><p>　　材料選用不銹鋼，則厚度為3mm，質(zhì)量4.95kg。</p>

50、<p>　　圖6柵板在塔內(nèi)的安裝及其結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　5.液體分布器</b></p><p>　　液體分布器也稱為液體噴淋器。填料塔操作時(shí)，在任一橫截面上保證氣液的均勻分布十分重要。液體分布器的作用是使液體的初始分布盡可能的均勻，設(shè)計(jì)液體分布器的總的原則是能使整個(gè)塔截面的填料表面積很均勻的潤濕，所以既要能均勻分散液體，又不要過分的產(chǎn)生易被氣

51、流所帶走的細(xì)霧沫，而通道不易堵塞，而且最好也不要很大的液柱壓頭，及結(jié)構(gòu)簡單，制造檢修方便等。任何程度的壁流都會(huì)降低效率，因此在靠近塔壁的10％塔徑區(qū)域內(nèi)，所分布的流量不應(yīng)超過總流量的10％。液體分布器的安裝位置，通常需高于填料層表面150～300mm，以提供足夠的自由空間，讓上升氣流不受約束的穿過分布器。液體分布器的種類很多，本設(shè)計(jì)采用的是蓮蓬式噴灑器（如圖7）。</p><p><b>　　圖7<

52、;/b></p><p>　　蓮蓬式噴灑器是開有許多小孔的球面分布器，液體借助泵或高位槽的靜壓頭，經(jīng)分布器上的小孔噴出，噴灑半徑的大小隨液體壓頭和分布器高度不同而異，在壓頭穩(wěn)定的場合，可達(dá)到較為均勻的噴淋效果。蓮蓬頭噴灑器結(jié)構(gòu)簡單，一般用于直徑600mm以下的塔中。通常安裝在填料上方中央處，離開填料表面的距離為塔徑的0.5～1.0倍。蓮蓬頭直徑約為塔徑D的0.2～0.3倍，球面半徑為（0.5～1.0）D，噴

53、灑角，噴灑外圈距塔壁，小孔直徑為3～15mm。</p><p>　　根據(jù)上述要求，設(shè)定噴灑器參數(shù)如下：</p><p><b>　　塔徑</b></p><p><b>　　蓮蓬頭直徑</b></p><p><b>　　噴灑角</b></p><p>

54、<b>　　球面直徑</b></p><p><b>　　蓮蓬高度</b></p><p><b>　　噴灑外圈距塔壁</b></p><p><b>　　小孔直徑</b></p><p>　　冷水密度 （溫度為25℃時(shí)）</p>

55、<p><b>　　冷水的體積流量</b></p><p><b>　　取壓頭</b></p><p><b>　　噴頭小孔處的流速</b></p><p>　　噴頭上小孔總數(shù) 取26</p><p>　　由于蓮蓬頭液體分布器的噴孔直徑較小，使用時(shí)應(yīng)注意防止其堵

56、塞，但是因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中使用的吸收劑是清水，所以無此顧慮。</p><p><b>　　6.液體再分布器</b></p><p>　　液體沿填料層向下流時(shí)，往往呈現(xiàn)出“趨壁效應(yīng)”，填料層“干芯”，使總的傳質(zhì)效率大為降低，因此每隔一定距離必須設(shè)置液體再分布裝置，將散向塔壁四周的液體引向中央以避免此現(xiàn)象的發(fā)生。液體再分布裝置的設(shè)計(jì)需注意以下三點(diǎn)：</p><

57、;p>　　a.再分布裝置的自由界面積不能過?。s等于填料的自由截面積），否則會(huì)使壓強(qiáng)降增加z過大。</p><p>　　b.結(jié)構(gòu)既要簡單，也要牢固可靠，能承受氣、液流體的沖擊。</p><p><b>　　c.便于裝拆。</b></p><p>　　當(dāng)填料層高度較大時(shí)，將填料分層填裝，各層填料之間設(shè)置一個(gè)液體再分布器，每段填料層的高度因填

58、料種類而異，對于拉西環(huán)可謂塔徑D的2.5-3倍，對于鮑爾環(huán)和鞍行填料可為塔徑D的5-10倍，但通常高度最大不超過6m。</p><p>　　鮑爾環(huán)填料每段填料層最大高度： </p><p><b>　　總填料高度 ： </b></p><p>　　本吸收塔可不設(shè)置液體再分布器。</p><p><b>　　7

59、.管口結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　a.液體進(jìn)、出口接管：</p><p>　　彎管式液體進(jìn)口接管（如圖8）</p><p><b>　　圖8彎式進(jìn)液管</b></p><p>　　要求滿足：即 （為28℃時(shí)水的密度）</p><p><b>　　此時(shí)管徑：</b

60、></p><p>　　故可查下表，選用內(nèi)管,外管，。</p><p><b>　　液體入塔接管尺寸</b></p><p><b>　　校核：</b></p><p><b>　　核算</b></p><p><b>　　故合符要求。&

61、lt;/b></p><p>　　液體出口接管（如圖9）</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　液體出口裝置應(yīng)該保證應(yīng)該便于塔內(nèi)液體的排放，不易堵塞，而且又能將塔設(shè)備的內(nèi)部與外部大氣相隔離。液體出口裝置在負(fù)壓操作的塔設(shè)備中必須另裝液封裝置。由于氨氣溶于水后對水的流量影響不大，所以出水管取與進(jìn)水管取相同的管徑<

62、/p><p>　　b.氣體進(jìn)、出接管：</p><p>　　氣體入塔接管（如圖10）</p><p>　　圖10 氣體入塔裝置</p><p>　　氣體進(jìn)口的結(jié)構(gòu)：要能防止液體淹沒氣體通道，并防止固體顆粒的沉淀。一般，填料塔對氣體入塔的要求并不高，但亦不應(yīng)使氣流直接由管接口或水平管沖入塔內(nèi)，因此要求氣體進(jìn)口管伸到塔的中心線位置，管的末端切成45&

63、#176;的向下切斜口（指直徑500 mm以下的小塔）或采用管子末端銑去一水平方向的長方形切口（直徑較大的塔），使氣流折轉(zhuǎn)向上。</p><p><b>　　要求滿足：</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　選擇壁厚為4.5mm，外徑為76mm的普通無縫鋼管，內(nèi)徑為67mm。</p>

64、;<p>　　校核：,小于,故符合要求。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，故選用上圖所示裝置，入塔氣管伸到塔的中心位置。管端切成向下的斜口，使氣流轉(zhuǎn)折向上。</p><p>　　氣體的出口結(jié)構(gòu)：要能防止液滴的代出和積聚，可采用同氣體進(jìn)口結(jié)構(gòu)相似的開口向下的引出管。當(dāng)氣體夾帶液滴過多時(shí)，需另裝除沫器。</p><p>　　出氣平均分子量出氣平均分子量：&l

65、t;/p><p><b>　　密度</b></p><p><b>　　要求滿足即</b></p><p><b>　　以核算：</b></p><p><b>　　符合要求。</b></p><p><b>　　c.手孔和人

66、孔</b></p><p>　　為了容器便于安裝和裝卸內(nèi)部裝置，清洗內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要開手孔和人孔。手孔結(jié)構(gòu)通常時(shí)在一突出接口或短接管上加一盲板而成。對于較大壓力容器直徑大于900mm時(shí)需開設(shè)人孔。由于設(shè)備直徑為350mm，因此，塔設(shè)備開設(shè)手孔。</p><p>　　根據(jù)工作壓力選擇平蓋手孔參數(shù)如下：</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)圖號：JB589-79-3<

67、/p><p><b>　　d.接管</b></p><p>　　接管直徑的大小，由輸送流體的流量和管內(nèi)的流速確定。接管長度與接管的連接方式有關(guān)。 一般在接管一端焊上法蘭，另一端焊接在設(shè)備上。接管長度為設(shè)備外壁至管法蘭密封面之間的距離，該距離的長度要便于上緊螺栓，要考慮設(shè)備保溫層的厚度。</p><p><b>　　8.除沫器</b&

68、gt;</p><p>　　由于塔中氣速較高，為了防止出塔氣體中帶有霧滴，耗費(fèi)吸收劑同時(shí)為塔氣處理帶來不便，所以裝有除沫器。一般塔設(shè)備頂部都裝有，本設(shè)計(jì)中，因?yàn)榉趴諝獾慕M分只有NH3溶于水，產(chǎn)生的霧沫較多，而且吸收溶劑為水，氣液中極少粘結(jié)物或者固體物，所以采用絲網(wǎng)除沫器比較理想（如下圖），它比表面積大、空隙率大、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便以及除沫效率高、壓降小等優(yōu)點(diǎn)。它可除去直徑大于5的霧滴。應(yīng)注意液體蒸發(fā)后留下固體易堵

69、塞絲網(wǎng)孔影響塔的正常操作。構(gòu)成是塑料絲網(wǎng)。本設(shè)計(jì)采用平放式。</p><p><b>　　圖11絲網(wǎng)式除沫器</b></p><p><b>　　相關(guān)參數(shù)：</b></p><p><b>　　氣速：</b></p><p><b>　?。?K取0.09）</b

70、></p><p><b>　　盤的直徑：</b></p><p>　　除沫器厚度：選用0.1mm,的金屬絲，則除沫器厚度設(shè)計(jì)為120mm，直徑250mm。</p><p><b>　　9.法蘭</b></p><p>　　液體進(jìn)口接管、液體出口接管各要一組法蘭，根據(jù)接管的外徑、公稱壓力，選用

71、公稱直徑的榫槽面平焊法蘭。其參數(shù)如下：</p><p>　　體入塔接管、氣體出塔接管各要一組法蘭，根據(jù)接管的外徑、公稱壓力，選用公稱直徑的榫槽面平焊法蘭。其參數(shù)如下：</p><p><b>　　10.支座</b></p><p>　　中小型設(shè)備采用懸掛式支座又稱耳座，廣泛用于立式設(shè)備中。筋板設(shè)備一般為三塊。安裝位置應(yīng)在容器中部。</p&

72、gt;<p>　　本設(shè)備采用 A型耳式支座，不帶墊片，標(biāo)記為JB1165-81，支座AN1，材料為Q235-A3F</p><p><b>　　JB1165-81</b></p><p><b>　　11.液封</b></p><p>　　采用液封結(jié)構(gòu)，一來將塔內(nèi)空間與外界隔絕，維持塔設(shè)備的正常操作壓力；二來

73、防止氣體走短路，影響吸收效果，同時(shí)保證塔內(nèi)氣體排出順暢。只要塔底維持有一段儲液高度，就可以直接與泵連接，無需再設(shè)置其他的液體出口裝置。</p><p>　　12.塔高的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　塔設(shè)備的總高度包括塔頂空間、塔底空間、填料層高度、封頭等。本設(shè)備中，基本參數(shù)為：</p><p>　　塔底部排液口的引出管設(shè)置在填料塔右邊，內(nèi)徑為25mm，內(nèi)伸高度為50

74、mm，外伸距離為100mm;</p><p>　　進(jìn)氣口中設(shè)置在填料塔的左邊，外徑為76mm，與殼體最低點(diǎn)的垂直距離設(shè)為200mm；</p><p>　　進(jìn)氣口與填料支承板底部的垂直距離設(shè)為200mm；</p><p>　　支承板的高度為20mm </p><p>　　填料層高度為1750mm；</p><p>　　蓮

75、蓬頭與填料層頂部的垂直距離為180mm；</p><p>　　清水輸入管設(shè)置在塔的右邊，內(nèi)徑為25mm，清水輸送管入口處與蓮蓬頭的垂直距離為100mm；</p><p>　　除沫器支承圈厚度為20mm，底部到清水輸入管入口處的垂直距離為50mm；</p><p>　　除沫器厚度為120mm，直接放置在除沫器支承板上，頂部與圓筒外殼頂部的垂直距離為20mm；</

76、p><p>　　塔上下兩端的封頭的曲面高度為88mm，直邊高度25mm，封頭的厚度為4mm；</p><p>　　排氣口內(nèi)徑為67mm，外徑為76mm，豎直開在塔頂封頭上，最后由榫槽面平焊法蘭與排氣管連接，法蘭上表面與塔頂封頭的豎直距離為120mm，法蘭厚度為24mm；</p><p>　?。ㄅc管的距離均為到中心線的距離）</p><p>　　則

77、，全塔高=100+500+140+20+1750+180+100+280+20+120+68+4+45=3327mm</p><p>　　五.填料塔輔助設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算和選型</p><p><b>　　1.風(fēng)機(jī)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中風(fēng)機(jī)與入塔氣管之間的距離設(shè)為1m，對風(fēng)機(jī)入口與氣管出口進(jìn)行能量衡算，則可利用伯努利方程式： <

78、/p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，，</b></p><p>　　，因文丘里流量計(jì)造成的阻力損失較小，因此此處忽略不計(jì)。</p><p>　　查表得，新的無縫鋼管的絕對粗糙度為0.1~0.2mm，d=67mm，所以</p><p><b&g

79、t;　　得，</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　得，本設(shè)計(jì)的實(shí)際操作要求風(fēng)機(jī)的有效功率至少要有，又</p><p>　　以此為依據(jù)查表選擇風(fēng)機(jī)型號為16B風(fēng)機(jī)，其性能參數(shù)如下表所示：</p><p>　　16B離心風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)</p><p>&l

80、t;b>　　2.離心泵</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中離心泵與塔頂噴淋裝置的垂直距離設(shè)為3.0m，水平距離設(shè)為1m，管段總長約為4.5m，其中還有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)彎頭和一個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)造成的阻力損失較小，此處忽略不計(jì)。查表可得標(biāo)準(zhǔn)彎頭的阻力系數(shù)，對離心泵入口處與噴淋裝置入口處進(jìn)行能量衡算，則可利用伯努利方程式：</p><p><b>　　清水摩爾流量：

81、</b></p><p><b>　　清水質(zhì)量流量：</b></p><p><b>　　清水密度：</b></p><p><b>　　清水粘度：</b></p><p><b>　　清水體積流量：</b></p><p&

82、gt;<b>　　入水管：</b></p><p>　　入水管中清水流速：，</p><p><b>　　采用光滑管： </b></p><p><b>　　泵與蓬頭的高度差：</b></p><p>　　若忽略塔內(nèi)壓降，又因蓬頭前后取壓頭0.6，全塔壓降為</p>

83、;<p><b>　　則有：</b></p><p><b>　　，；</b></p><p>　　查得，新的無縫鋼管的絕對粗糙度為0.1～0.2mm，取，d=25mm，則相對粗糙度，</p><p>　　查摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及相對粗糙度的關(guān)系圖可得，。</p><p><b>

84、;　　所以</b></p><p>　　故，本設(shè)計(jì)的實(shí)際操作要求離心泵的有效功率至少要有；</p><p>　　，即流量至少要有1.38；</p><p><b>　　，即揚(yáng)程至少要有。</b></p><p>　　以此為依據(jù)查表選擇軸功率為18.5 kW的IS65-40-315型離心泵，其性能參數(shù)如下表：&

85、lt;/p><p>　　六.計(jì)算結(jié)果及選型匯總</p><p>　　七.設(shè)計(jì)結(jié)果分析討論和總結(jié)</p><p>　　本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)非等溫填料吸收塔用以吸收工業(yè)廢棄中的氨氣,是放空氣達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn),填料塔具有結(jié)構(gòu)簡單,易于建造,吸收效果優(yōu)良等特點(diǎn),對于本次設(shè)計(jì)任務(wù)所提出的要求均能很好的滿足。</p><p>　　開設(shè)設(shè)計(jì)之初，由于沒有思路，便大量

86、的閱讀文獻(xiàn)，在了解了填料塔主要的構(gòu)造，填料塔的特性以及填料塔的各種影響因素以后，便先從理論計(jì)算入手，逐步對塔的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算過程中，我發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際問題中，其實(shí)填料塔的影響因素有很多很多，如填料塔的持液量，填料塔的載點(diǎn)及泛點(diǎn)，并且針對同一個(gè)計(jì)算，可能有許多不同的數(shù)學(xué)模型，他們各自有各自的適用條件，因此在實(shí)際計(jì)算中應(yīng)慎重選擇。</p><p>　　計(jì)算NOG時(shí)，我們要求用不同的方法計(jì)算，我采用了近似階梯作圖

87、，由于該種方法沒有一個(gè)準(zhǔn)確的擬合軟件，因此在計(jì)算過程中有了較大的誤差，但是，經(jīng)過多組對比，我發(fā)現(xiàn)，當(dāng)平衡線越接近于直線的時(shí)候，圖解法與計(jì)算的方法越接近，因此，圖解法可以在平衡線的曲率不太大的情況下對塔參數(shù)進(jìn)行粗略的估算，當(dāng)平衡線曲率大過一定值時(shí)，圖解的方法所帶來的誤差就非常大了。</p><p>　　在選用填料的時(shí)候，由于填料是填料塔的核心部件，直接關(guān)系到塔的壓降，塔的吸收效率等許多因素，因此選擇時(shí)特別慎重，在參

88、考了大量文獻(xiàn)后，我發(fā)現(xiàn)盡管目前有了很多新型的填料出現(xiàn)，但是由于比較新，很難找到比較可信的研究數(shù)據(jù)，而對于拉西環(huán)等，正逐步面臨淘汰，因此，我選用了研究時(shí)間相對較長，較為成熟的鮑爾環(huán)作為填料塔的填料，在選擇環(huán)的直徑的時(shí)候也應(yīng)注意，因?yàn)榄h(huán)如果過大，而塔內(nèi)徑很小，很有可能產(chǎn)生壁流，因此，在選擇填料直徑時(shí)也應(yīng)考慮到今后塔的直徑，進(jìn)行多次嘗試，最終獲得理想的選擇。</p><p>　　所得數(shù)據(jù)與其他組同學(xué)進(jìn)行組間比較,發(fā)現(xiàn)采

89、用外徑為40mm矩鞍環(huán)用圖解法計(jì)算的填料層高2.10,塔壓降1351.35pa,總塔高為3.532m,出塔液體組分為0.0676與本設(shè)計(jì)相比,采用矩鞍環(huán)所需的填料層高度更高一些,壓降也更大一些,而采用積分法計(jì)算時(shí),矩鞍環(huán)填料層的高度為因此金屬鮑爾環(huán)的</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)使我獲益匪淺，為了完成任務(wù)，必須查閱大量的研究資料和文獻(xiàn)，在閱讀這些文獻(xiàn)的過程中，我也接觸到了很多很多實(shí)際問題中要考慮的問題，使我的

90、思路更加廣泛和縝密，突然意識到這些小的因素單個(gè)可能起不了太大作用，但放在一起，其影響力是相當(dāng)可觀的，并且，在實(shí)際問題中，往往還涉及到設(shè)備的選型，設(shè)備的成本等問題，這些都是在教科書上的理想狀態(tài)下所不能得到的訓(xùn)練。</p><p><b>　　八.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]化學(xué)工程手冊編輯委員會(huì)，《化學(xué)工程手冊》，第14篇，60，化學(xué)工業(yè)出版社,1979

91、 </p><p>　　[2]鄒華生，鐘理，伍欽，賴萬東，《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)》，121-122，華南理工大學(xué)出 </p><p><b>　　版社,2007</b></p><p>　　[3]鄒華生，鐘理，伍欽，賴萬東，《傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)》，122，華南理工大學(xué)出版</p><p><b>　　社, 2

92、007</b></p><p>　　[4]Baker,T.,T.H.Chilton and H.C.Vernon.Trans.AlChE,31,296(1935)</p><p>　　[5]Huber,M. and R.M.,et al.,Chem,Eng,Tech.,12,445(1989)</p><p>　　[6]涂偉萍,陳佩珍,程達(dá)芳,《化工過程

93、及設(shè)備設(shè)計(jì)》，90，化學(xué)工業(yè)出版社，2000.6</p><p>　　[7]潘永亮,《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，科學(xué)出版社，2007</p><p>　　[8] 化學(xué)工程手冊編輯委員會(huì)，《化學(xué)工程手冊》，第12篇，60，化學(xué)工業(yè)出版</p><p><b>　　社,1979 </b></p><p>　　[9]顧芳珍,陳國桓,