環(huán)保設(shè)備課程設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要3</b></p><p>　　第一章 設(shè)計方案概述4</p><p>　　1.1 氣體吸收概述4</p><p>　　1.2 塔設(shè)備類型介紹4</p><p>　　1.3 設(shè)備的選擇

2、5</p><p>　　1.4 吸收工藝的選擇6</p><p>　　1.4.1 吸收裝置流程的選擇6</p><p>　　1.4.2吸收劑的選擇7</p><p>　　1.4.3吸收工藝的確定8</p><p>　　1.5 填料的類型與選擇8</p><p>　　1.5.1 填料的特

3、性8</p><p>　　1.5.2填料類型9</p><p>　　1.5.3填料的選擇10</p><p>　　1.5.4填料的確定11</p><p>　　第二章 填料塔工藝尺寸的計算12</p><p>　　2.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)12</p><p>　　2.1.1 液相物性數(shù)

4、據(jù)12</p><p>　　2.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)12</p><p>　　2.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)12</p><p>　　2.2 物料衡算13</p><p>　　2.3 填料塔的工藝尺寸計算14</p><p>　　2.3.1 塔徑計算14</p><p>　　2.3.2

5、填料層高度計算15</p><p>　　2.4 填料層壓降計算17</p><p>　　第三章 填料塔結(jié)構(gòu)及附件設(shè)計18</p><p>　　3.1 填料塔附件的設(shè)計18</p><p>　　3.1.1 填料緊固裝置18</p><p>　　3.1.2 填料緊固裝置選擇18</p><

6、p>　　3.2 填料支承裝置設(shè)計19</p><p>　　3.2.1 填料支承裝置類型19</p><p>　　3.2.2 填料支承裝置選擇20</p><p>　　3.3 液體分布裝置設(shè)計21</p><p>　　3.3.1 設(shè)計原則21</p><p>　　3.3.2 液體分布裝置類型22<

7、/p><p>　　3.3.3 液體分布裝置選擇22</p><p>　　3.4 液體再分布裝置設(shè)計23</p><p>　　3.4.1 液體再分布裝置類型23</p><p>　　3.4.2 液體再分布裝置選擇23</p><p>　　3.5 裙座的選擇24</p><p>　　3.6封頭

8、的選擇24</p><p>　　3.7 除沫裝置設(shè)計24</p><p>　　3.7.1 除沫裝置類型24</p><p>　　3.7.2 除沫裝置選擇25</p><p>　　3.8 進出氣液管道的設(shè)計26</p><p>　　3.8.1液體進口及出口裝置26</p><p>　　

9、3.8.2氣體進口及出口裝置27</p><p>　　3.9 填料塔總高度計算27</p><p>　　第四章 設(shè)計總結(jié)29</p><p>　　附錄一 工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總及主要符號說明30</p><p>　　工藝設(shè)計計算匯總表30</p><p><b>　　主要符號說明31</b

10、></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在化學(xué)工業(yè)中，吸收操作廣泛于石油煉制、石油化工中分離氣體混合物、原料氣的精制及從廢氣回收有用組分或去除有害組分等。</p><p>　　吸收是分離氣體混合物的單元操作，其分離

11、原理是利用氣體混合物中各組分在液體溶劑中溶解度的差異來實現(xiàn)不同氣體的分離。一個完整的吸收過程應(yīng)包括吸收和解吸兩部分。氣體吸收過程是利用氣體混合物中，各組分在液體中溶解度或化學(xué)反應(yīng)活性的差異，在氣液兩相接觸時發(fā)生傳質(zhì)，實現(xiàn)氣液混合物的分離。</p><p>　　本次化工原理課程設(shè)計的目的是根據(jù)設(shè)計要求采用填料吸收塔的方法處理含有二氧化硫的混合物，使其達到排放標準。吸收操作中以填料吸收塔生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓力降

12、小，操作彈性大和持液量小等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)對填料吸收塔設(shè)計大部分是經(jīng)驗設(shè)計方法，該方法是在給定生產(chǎn)任務(wù)的條件下，由經(jīng)驗確定出一個液氣比的值，然后手算出吸收塔的有關(guān)設(shè)計參數(shù)。</p><p>　　在本設(shè)計中,以水吸收混合氣中的二氧化硫，在給定的操作條件下對填料吸收塔進行物料衡算。本次設(shè)計包括設(shè)計方案的選取、工藝說明、主要設(shè)備的工藝設(shè)計計算、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算、主要設(shè)備的裝置圖、結(jié)構(gòu)圖等內(nèi)容

13、。</p><p>　　第一章 設(shè)計方案概述</p><p>　　1.1 氣體吸收概述</p><p>　　吸收是根據(jù)氣體混合物中各組分在液體溶劑中物理溶解度或者化學(xué)反應(yīng)活性不同而將混合物分離的一種方法。吸收凈化法具有效率高、設(shè)備簡單等特點，廣泛應(yīng)用于氣態(tài)污染物的控制之中，它不僅是減少或者消除氣態(tài)污染物向大氣排放的重要途徑，而且還能將污染物轉(zhuǎn)化為有用的產(chǎn)品。<

14、/p><p>　　吸收過程可以分為物理吸收和化學(xué)吸收兩種類型。若溶質(zhì)與吸收劑之間沒有化學(xué)反應(yīng)，而只靠溶質(zhì)在吸收劑中的物理溶解度，則被吸收時稱為物理吸收。若溶質(zhì)靠化學(xué)反應(yīng)與吸收劑相結(jié)合，則被吸收時稱為化學(xué)吸收。物理吸收時，溶質(zhì)在溶液上方的分壓力較大，而且吸收過程最后只能進行到溶質(zhì)在氣相的分壓力略高于溶質(zhì)在溶液上方的平衡分壓為止。化學(xué)吸收時，若為不可逆反應(yīng)，溶液上方的溶質(zhì)平衡分壓極小，可以充分吸收；若為可逆反應(yīng)，溶液上方

15、存在明顯的溶質(zhì)平衡分壓力但比物理吸收時小很多。工業(yè)生產(chǎn)中，化學(xué)吸收要比物理吸收用得多。大氣污染問題常具有廢氣量大、污染物濃度低、氣體成分復(fù)雜和排放標準要求高等特點，通常的物理吸收難以滿足上述要求，因此大多采用化學(xué)吸收。與物理吸收相比，化學(xué)吸收使吸收推動力增大?？偽障禂?shù)增大，吸收設(shè)備的有效接觸面積增大，能滿足處理低濃度氣態(tài)污染物的要求。</p><p>　　1.2 塔設(shè)備類型介紹</p><p

16、>　　在大氣污染凈化中，因為氣體量大而濃度低，所以常選用以氣相為連續(xù)相、湍流程度高、相界面大的吸收設(shè)備，最常用的是填料塔、板式塔、噴淋塔和文丘里吸收器。</p><p><b>　　填料塔</b></p><p>　　填料塔以填料作為氣液接觸的基本構(gòu)件。塔體為直立圓筒，筒內(nèi)支承板上堆放一定高度的填料。氣體從塔底送入，經(jīng)過填料間的空隙上升。吸收劑自塔頂經(jīng)噴淋裝置均

17、勻噴灑，沿填料表面下流。填料的潤濕表面就成為氣液連續(xù)接觸的傳質(zhì)表面，凈化氣體最后從塔頂排出。</p><p>　　波紋填料塔：效率較高，操作彈性大，便于處理腐蝕性物料。</p><p>　　湍球塔：氣流速度高，處理能力大；設(shè)備體積小，吸收效率高；還可以同事對含塵氣體進行除塵；由于填料劇烈的湍動，一般不易被固體顆粒阻塞。常勇于處理含顆粒物的氣體或者液體以及可能發(fā)生結(jié)晶的過程。</p&g

18、t;<p><b>　?。?）板式塔</b></p><p>　　板式塔通常由一個呈圓柱形的殼體及沿塔高按一定間距水平設(shè)置的若干層塔板所組成。操作時，吸收劑從塔頂進入，依靠重力作用由頂部逐板流向塔底排出，并且在各層塔板的板面上形成流動的液層；氣體由塔底進入，在壓力差的推動下，由塔底向上經(jīng)過均勻在塔板上的開孔，以氣泡形式分散在液層中，形成氣液接觸界面很大的泡沫層。氣相中部分有害氣

19、體被吸收，未被吸收的氣體經(jīng)過泡沫層后進入上一層塔板，氣體逐板上升與板上的液體接觸，被凈化氣體最后由塔頂排出。</p><p><b>　　（3）特種接觸塔型</b></p><p>　　在這種塔型中，氣體為連續(xù)相，液體以液滴形式分散于氣體中形成氣液接觸界面。常見的有噴淋塔、噴射吸收器、機械噴灑吸收器、文丘里吸收器等。</p><p><b

20、>　　1.3 設(shè)備的選擇</b></p><p>　　工業(yè)上，塔設(shè)備主要用于蒸餾和吸收傳質(zhì)單元操作過程。傳統(tǒng)的設(shè)計中，蒸餾過程多選用板式塔，而吸收過程多選用填料塔。近年來，隨著塔設(shè)備設(shè)計水平的提高及新型塔構(gòu)建的出現(xiàn)，上述傳統(tǒng)已逐漸打破。在蒸餾過程中采用填料塔及在吸收過程中采用板式塔已有不少應(yīng)用范例，尤其是填料塔在精餾過程中的應(yīng)用已非常普遍。</p><p>　　對于一個具

21、體的分離過程，設(shè)計中選擇何種塔型，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)能力、分離效率、塔壓降、操作彈性等要求，并結(jié)合制造、維修、造價等因素綜合考慮。例如，對于熱敏性物系的分離，要求塔壓降盡可能低，選用填料塔較為適宜；對于有懸浮物或者聚合物系的分離，為防止堵塞，宜選用板式塔；對于液體噴淋密度極小的工藝過程，若采用填料塔，填料層得不到充分潤濕，使其分離效率明顯下降，故宜選用板式塔；對于易泡發(fā)的物系的分離，因填料層具有破碎泡沫的作用，宜選用填料塔。</p>

22、<p>　　填料塔為連續(xù)接觸式的氣、液傳質(zhì)設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)為：在圓筒形塔體的下部，設(shè)置一層支承板，支承板上充填一定高度的填料。液體由入口管進入經(jīng)過分布器噴淋至填料上，在填料的空隙中流過，并潤濕填料表面形成流動的液膜。液體經(jīng)過填料后由排出管取出。液體在填料層中有傾向于塔壁的流動，故填料層較高時，常將其分段，兩段之間設(shè)置液體再分布器，以利液體的重新均布。氣體在支承板下方入口管進入塔內(nèi)，在壓強差的推動下，通過填料間的空隙由塔的頂部

23、排出管排出。填料層內(nèi)氣、液兩相呈逆流流動，相際間的傳質(zhì)通常是在填料表面的液體與氣相間的界面上進行，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。</p><p>　　填料塔和板式塔相比，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且具有生產(chǎn)能力大（通量大）、分離效率高、持液量小、操作彈性大、壓強降低等特點。通過填料材質(zhì)的選擇，可處理腐蝕性的物料。尤其對于壓強降較低的真空精餾操作，填料塔更顯示出其優(yōu)越性。但是，填料塔的造價通常高于板式塔，對于含有懸浮物的料液、易

24、聚合的物系則不能適用，而且對于有側(cè)線出料的場合等也不大適宜。</p><p>　　近年來，國內(nèi)外對填料的研究與開發(fā)進展很迅速，新型高效填料的不斷出現(xiàn)，使填料塔的應(yīng)用更加廣泛，直徑達幾米甚至十幾米的大型填料塔在工業(yè)上已非罕見。</p><p>　　填料塔的氣液接觸時間、液氣比均可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，而且結(jié)構(gòu)簡單、壓力降小。過去由于填料結(jié)構(gòu)及塔內(nèi)構(gòu)件不夠完善,填料塔大多局限于處理腐蝕性氣體或者不

25、適宜安裝塔板的小直徑塔。近年來由于填料結(jié)構(gòu)的改進，新型高效、高負荷填料的開發(fā)，既提高了塔的通過能力和分離能力，又保持了壓力降小及性能穩(wěn)定的優(yōu)點，因此填料塔已經(jīng)被推廣到所有大型氣液操作系統(tǒng)中，在SO2污染控制中得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　則本次設(shè)計采用填料塔作為吸收設(shè)備。</p><p>　　1.4 吸收工藝的選擇</p><p>　　1.4.1 吸收裝置流程

26、的選擇</p><p>　　填料塔吸收裝置的流程主要有逆流操作、并流操作、吸收劑部分再循環(huán)操作、多塔串聯(lián)操作、串聯(lián)—并聯(lián)混合操作、吸收蒸出操作等，本設(shè)計采用逆流操作過程，吸收利用率高。</p><p><b>　　逆流操作 </b></p><p>　　氣相自塔底進入由塔頂排出，液相自塔頂進入由塔底排出。特點：傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分

27、離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中大部分的填料吸收塔多采用氣液逆流操作流程。</p><p><b>　　（2）并流操作 </b></p><p>　　氣液兩相均從塔頂流向塔底。特點：系統(tǒng)不受液流限制，可以提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。應(yīng)用情況：當吸收過程的平衡曲線較平坦時，流向?qū)ν苿恿τ绊懖淮?；易溶氣體的吸收或者處理的氣體不需要吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流

28、操作易引起液泛。</p><p>　?。?）吸收劑部分再循環(huán)操作 </p><p>　　應(yīng)用情況：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，為了控制塔內(nèi)的溫升，需要取出一部分熱量。吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動力呀低，并且需要設(shè)置循環(huán)泵，操作費用增加。</p><p>　?。?）多塔串聯(lián)操作 </p><p>

29、;　　若設(shè)計的填料層高度過大，或者由于所處理物料等原因需經(jīng)常清理填料，為便于維修，可以把填料層分裝在幾個串聯(lián)的塔內(nèi)，每個吸收塔通過的吸收劑和氣體量相等。此種操作因塔內(nèi)需要留較大空間，輸液、噴淋、支承板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。</p><p>　　串聯(lián)—并聯(lián)混合操作 </p><p>　　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(nèi)的噴淋密度過大，操作氣速勢必很小，塔的

30、生產(chǎn)能力很低。</p><p><b>　　吸收蒸出操作</b></p><p>　　在多組分吸收過程中，為了提高吸收液中溶質(zhì)的濃度，可以采用吸收蒸出操作。</p><p>　　1.4.2吸收劑的選擇</p><p>　　吸收劑性能的優(yōu)劣，往往成為決定吸收操作效果是否良好的關(guān)鍵。在選擇吸收劑時，應(yīng)注意考慮以下幾個方面的問

31、題。</p><p><b>　　溶解度 </b></p><p>　　吸收劑對于溶質(zhì)組分應(yīng)具有較大的溶解度，這樣可以提高吸收速率并減小吸收劑的耗用量。當吸收劑與溶質(zhì)組分間有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時，溶解度可以大大提高，但若要循環(huán)使用吸收劑，則化學(xué)反應(yīng)必須是可逆的；對于物理吸收也應(yīng)該選擇其溶解度隨著操作條件改變而有顯著差異的吸收劑，以便回收。</p><p

32、><b>　　選擇性 </b></p><p>　　吸收劑要在對溶質(zhì)組分有良好吸收能力的同時，對混合氣體中的其他組分卻基本上不吸收或者吸收甚微，否則不能實現(xiàn)有效的分離。</p><p><b>　　揮發(fā)度 </b></p><p>　　操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，因為離開吸收設(shè)備的氣體往往被吸收劑蒸氣所飽和，吸收

33、劑的揮發(fā)度越高，其損失量便越大。</p><p><b>　　黏性 </b></p><p>　　操作溫度下吸收劑的黏度要低，這樣可以改善吸收塔內(nèi)的流動狀況，從而提高吸收速率，并且有助于降低泵的功耗，還能減小傳熱阻力。</p><p><b>　　其他 </b></p><p>　　所選用的吸收劑

34、還應(yīng)該盡可能無毒性，無腐蝕性，不易燃，不發(fā)泡，冰點低，價廉易得，并且具有化學(xué)穩(wěn)定性。</p><p>　　1.4.3吸收工藝的確定</p><p>　　綜合設(shè)計的任務(wù)要求及以上綜合考慮，本次設(shè)計采用濕法煙氣脫硫，吸收劑采用清水。用水吸收SO2屬于中等溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，并且SO2不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?lt;/p><p&

35、gt;　　1.5 填料的類型與選擇</p><p>　　1.5.1 填料的特性</p><p>　　在填料塔內(nèi)，氣體由填料間的空隙流過，液體在填料表面形成液膜并且沿填料間的空隙而下流，氣、液兩相間的傳質(zhì)過程在潤濕的填料表面上進行。因此，填料塔的生產(chǎn)能力和傳質(zhì)速率均與填料特性密切相關(guān)。</p><p>　　填料性能的優(yōu)劣通常根據(jù)通量、效率及壓降三要素來衡量。表示填料性

36、能的有比表面積、空隙率、填料因子。</p><p>　　在選擇填料時，一般要求比表面積及空隙率要大，填料的潤濕性能要好，單位體積的填料質(zhì)量輕，造價低，并且有足夠的力學(xué)強度。</p><p><b>　　1.5.2填料類型</b></p><p>　　填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可以分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。</p>&

37、lt;p><b>　　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(nèi)，又成為亂堆填料或者顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，又可以分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。 </p><p><b>　　規(guī)整填料</b></p><p>　　規(guī)整

38、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)其幾何結(jié)構(gòu)可以分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等，工業(yè)上應(yīng)用的匯整填料絕大部分為波紋填料。波紋填料按結(jié)構(gòu)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(zhì)制造。加工中，波紋與塔軸的傾角有30°和45°兩種，傾角為30°以代號BX（或X）表示，傾角為45°以代號CY（或Y）表示。</p><p>　　

39、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(nèi)習(xí)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，其表面積越大，傳質(zhì)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(yīng)從分離要求，通量要求，場地條件，物料性質(zhì)及設(shè)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(jīng)濟合理性。</p><p>　　應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類型，同

40、一規(guī)格的填料，也可選用同種類型，不通規(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。一的原則來選擇填料的規(guī)格。</p><p>　　1.5.3填料的選擇</p><p>　　填料的選擇包括填料材質(zhì)的選擇、填料種類的選擇、填料尺寸（規(guī)格）的選擇等內(nèi)容。</p><p><b>　　填料材質(zhì)的選擇

41、</b></p><p>　　填料的材質(zhì)可分為金屬、塑料、陶瓷三大類。金屬類有碳鋼、鋁、低合金鋼、不銹鋼、鉬鈦合金以及純鈦等。塑料類有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等。陶瓷類有輕質(zhì)陶瓷、重質(zhì)陶瓷、耐酸陶瓷、耐堿陶瓷等。</p><p>　　選材時，首先要考慮的是能耐介質(zhì)腐蝕。其次，考慮在操作溫度下，經(jīng)久耐用不變形。第三，考慮不污染或影響產(chǎn)品質(zhì)量。在滿足以上三項要求的基礎(chǔ)上

42、，通過分析比較，最后選定出經(jīng)濟合理的材質(zhì)。</p><p>　　材料的選擇應(yīng)主要從性能和價格兩方面來考慮。所有填料在收到化學(xué)、機械和惹的作用下均會老化、磨損、甚至喪失其性能。具有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐熱性和機械性能的材料，其壽命可以很長，但是價格十分昂貴。因此，在選用填料材料時必須兼顧材料的性能和價格，選用合適的材料。</p><p>　　由于填料一般都要與化學(xué)介質(zhì)接觸，因而填料的耐腐蝕性極為

43、重要。但迄今為止，尚無關(guān)于材料耐腐蝕性能的統(tǒng)一準則，因為耐腐蝕性往往與材料和介質(zhì)系統(tǒng)，溫度和作用時間，以及材料收到的額外負荷（電流、機械應(yīng)力等）密切相關(guān)。因此要判定一種材料是否耐蝕或足夠耐蝕，最好在現(xiàn)場條件下進行實驗。</p><p><b>　　填料種類的選擇</b></p><p>　　在選擇填料時，應(yīng)綜合考慮填料的通過能力、壓降、傳質(zhì)效率、操作彈性和成本等各項指

44、標。近年來，新型散堆和規(guī)整填料相繼開發(fā)使用，這些新型填料既能提高塔的通量和分離效率，又能保持較小的壓力降。</p><p>　　一般而言，對于需要理論塔板數(shù)很多的難分物系的分離，應(yīng)優(yōu)先考慮選用較高效或高效的規(guī)整材料；對于對于需要理論板數(shù)不多的容易分離物系的分離，應(yīng)優(yōu)先考慮選用較高效的新型散堆填料。</p><p>　　一座填料塔內(nèi)可以使用同一型號的填料，也可以使用同一結(jié)構(gòu)形式但尺寸不同的填

45、料。塔內(nèi)一段用規(guī)整填料，而其他部分則用規(guī)整填料。</p><p><b>　　散堆填料尺寸的選擇</b></p><p>　　常用的散堆填料主要有Φ25㎜、Φ38㎜和Φ50㎜三種尺寸。為使填料床層結(jié)構(gòu)均勻，保證較好的分離效率，填料尺寸應(yīng)與塔徑大小相匹配。對不同填料，推薦的塔徑D與填料公稱尺寸dp之比為：</p><p>　　拉西環(huán)

46、 D/dp≥20—30</p><p>　　矩鞍形填料 D/dp≥15</p><p>　　鮑爾環(huán) D/dp≥10—15</p><p>　　階梯環(huán) D/dp≥8</p><p>　　環(huán)矩鞍 D/dp≥8</p><p>　　一般而言，填料尺寸大，成本低；通過能力高，而效

47、率較低。大塔常使用Φ50㎜的填料。若大于Φ50㎜，則成本的降低和通過能力的提高，往往補償不上分離效率的降低。若使用Φ25㎜以下的小填料，則效率的提高彌補不了由通過能力降低和成本增高帶來的缺點。一般推薦按塔徑大小選定填料尺寸。</p><p>　　1.5.4填料的確定</p><p>　　該系統(tǒng)不屬于難分離物系，可選用散裝填料，系統(tǒng)中含有SO2有一定的腐蝕性，所以考慮選用塑料階梯環(huán)，由于系統(tǒng)

48、對壓降無特殊要求，考慮到不同尺寸階梯環(huán)的傳質(zhì)性能，選用D38塑料階梯環(huán)填料。該填料的泛點填料因子，壓降填料因子，比表面積α=132.5㎡/m³。</p><p>　　表1-1 國產(chǎn)塑料階梯環(huán)填料幾何特性數(shù)據(jù)：</p><p>　　第二章 填料塔工藝尺寸的計算</p><p>　　2.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　2.1.1

49、 液相物性數(shù)據(jù)</p><p>　　此次設(shè)計為低濃度吸收。對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得，20℃時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度為 </b></p><p><b>　　黏度為 </b></p><p><b>　　表面張

50、力為</b></p><p>　　SO2在水中的擴散系數(shù)為</p><p>　　2.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)</p><p>　　混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為</p><p>　　混合氣體的平均密度為</p><p>　　混合氣體的黏度可以近似取為空氣黏度 查手冊得20℃時空氣的黏度為</p>&l

51、t;p>　　查手冊得SO2在空氣中的擴散系數(shù)為</p><p>　　2.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　查手冊得，常壓下20℃時SO2在水中的亨利系數(shù)為</p><p>　　E=3.55×103kPa </p><p><b>　　相平衡常數(shù)為</b></p><p&

52、gt;　　m==3.55×103/101.3=35.04</p><p><b>　　2.2 物料衡算</b></p><p><b>　?、边M塔氣相摩爾比</b></p><p><b>　?、渤鏊庀嗄柋?lt;/b></p><p><b>　?、尺M塔惰性

53、氣體流量</b></p><p>　　該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算， </p><p>　　對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為</p><p><b>　　X2=0</b></p><p><b>　　取操作液氣比為</b></p>&l

54、t;p>　　2.3 填料塔的工藝尺寸計算</p><p>　　2.3.1 塔徑計算</p><p>　　采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速</p><p>　　進塔氣相流量轉(zhuǎn)化為標準狀況為</p><p><b>　　氣相質(zhì)量流量為</b></p><p><b>　　液相質(zhì)量

55、流量為</b></p><p>　　采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算冷卻氣速</p><p>　　查Eckert關(guān)聯(lián)圖的橫坐標為</p><p>　　查Eckert關(guān)聯(lián)圖的縱坐標為</p><p><b>　　=0.021</b></p><p>　　查《化工原理課程設(shè)計》表5-11得&

56、lt;/p><p>　　38mm的聚丙烯階梯環(huán)，填料因子</p><p>　　=0.5～0.85 取 </p><p><b>　　由 </b></p><p>　　圓整塔徑，取D=2.0m</p><p><b>　　泛點率校核：</b></p><p&

57、gt;<b>　　實際空速 </b></p><p>　?。ㄔ?0%～85%范圍內(nèi)）</p><p><b>　　填料規(guī)格校核：</b></p><p><b>　　液體噴淋密度校核：</b></p><p>　　對于d≤75㎜的散裝填料，取最小潤濕速率為（LW）min=0

58、.08m3/m·h</p><p>　　查書《化工原理課程設(shè)計》附錄五得： </p><p>　　αt=132.5㎡/m3</p><p><b>　　最小噴淋密度為 </b></p><p><b>　　實際噴淋密度為</b></p><p>　　經(jīng)以上校核可知，

59、填料塔直徑選用合理。</p><p>　　2.3.2 填料層高度計算</p><p><b>　　采用傳質(zhì)單元法計算</b></p><p>　　Y1*= mX1=35.04×0.0015=0.0526</p><p>　　Y2*= mX2=0</p><p><b>　　脫吸

60、因數(shù)為</b></p><p><b>　　氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為</b></p><p><b>　　傳質(zhì)單元高度計算：</b></p><p>　　關(guān)于填料的潤濕表面，恩田等人提出如下關(guān)聯(lián)式，</p><p>　　查《化工原理課程設(shè)計》表5-13得，聚乙烯臨界表面張力 </p>

61、;<p>　　液體通過空塔截面的質(zhì)量流速</p><p><b>　　由設(shè)計題目可知：</b></p><p>　　KGa=5.13kmol/(m3·h·KPa) KLa=97.12h-1 H=46.9KPa·m3/kmol</p><p>　　因為，所以需要由下式進行修正：</p>

62、<p>　　H'===0.0213kmol/(m3·KPa)</p><p><b>　　即 ·</b></p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　　由 &

63、lt;/b></p><p><b>　　∵ ∴ </b></p><p>　　安全系數(shù)為1.2～1.5，取1.25則 </p><p>　　設(shè)計取填料層高度為 </p><p>　　查書，對于階梯環(huán)填料，，</p><p><b>　　取 ，則</b><

64、/p><p>　　計算得填料層高度為7000mm，需分為兩段。</p><p>　　2.4 填料層壓降計算</p><p>　　采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降。</p><p><b>　　橫坐標為</b></p><p><b>　　查書得，</b></p>

65、;<p><b>　　縱坐標為</b></p><p><b>　　查圖，得</b></p><p>　　填料層壓降為 </p><p>　　第三章 填料塔結(jié)構(gòu)及附件設(shè)計</p><p>　　3.1 填料塔附件的設(shè)計</p><p>　　3.1.1 填料

66、緊固裝置</p><p>　　為了保持填料塔的正常穩(wěn)定操作，在填料床層的上端必須安裝填料壓緊裝置或者床層定位器，否則在高氣速或負荷突然變動時，填料層將發(fā)生松動。一般情況下，陶瓷、石墨等脆性材料使用填料壓緊器；金屬、塑料以及所有規(guī)整填料使用床層定位器。填料壓緊器主要有三種，一種是柵條壓板，與支撐柵板結(jié)構(gòu)相同；另一種是絲網(wǎng)壓板，這種絲網(wǎng)壓板由金屬絲編織成的大孔金屬網(wǎng)與扁鋼圈焊接而成；第三種是大塔用填料壓緊器，當塔的直

67、徑大于1200mm時，簡單的填料壓緊網(wǎng)板結(jié)構(gòu)不易達到足夠的壓強，而且塔徑越大，所需要壓強越近上限值（140Pa）。故需用到填料壓緊器，在設(shè)計時除適當增加鋼圈及柵高度外，一般要加金屬壓塊一級達到所需壓強，為了不減少網(wǎng)板孔隙率，壓塊的安裝方向應(yīng)與柵條方向一致。</p><p>　　3.1.2 填料緊固裝置選擇</p><p>　　本次設(shè)計所選填料為塑料散裝填料，因此填料壓緊裝置選用床層限制板。

68、床層限制板的重量較輕，一般為300Pa左右，它固定在塔壁上，對填料層起限制作用。安裝時位置要準確，在確保限位的情況下，不應(yīng)對填料層施加過大的附加載荷。當塔徑D≦1200mm時，床層限制板的外徑比塔的內(nèi)徑小10~15mm；當塔徑D≧1200mm時，則限制板外徑比塔徑小25~38mm，本設(shè)計取30mm。</p><p>　　圖3-1 床層限制板結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.2 填料支承裝置設(shè)

69、計</p><p>　　3.2.1 填料支承裝置類型</p><p>　　填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料，因此它應(yīng)有一定的強度和剛度。常用的填料支承裝置有柵板型、孔管型、駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型，駝峰型支承裝置；對于規(guī)整填料，通常選用柵板型支承裝置。</p><p>　　選擇使用哪一種類型的支承裝置，要根據(jù)所處理物料的物理特性、過程特點而定。主要根

70、據(jù)塔徑、使用的填料種類及型號、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流率、塔的能力及效率等。常用的填料支撐裝置有柵板型，孔管型，駝峰型等，對于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型等。選用目前性能最優(yōu)的大塔支承板梁型氣體噴射式支承板。</p><p>　　設(shè)計中，為防止在填料支承裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料支承裝置的自由截面積大于75%。</p><p>　　3.2.2 填料支承裝置選擇</p&g

71、t;<p>　　上述計算所得填料塔塔徑為D=2m，根據(jù)塔徑選擇的最適宜填料支承裝置為梁型氣體噴射式支承板，它是目前性能最優(yōu)的大塔支撐板，使用塔徑最大達12m。它的特點是：為氣體和液體提供了不同的通道，于是氣體容易進入填料層內(nèi)，而液體也可以自由排出，既避免了液體在塔上的積蓄，又有利于液體的均勻再分配。梁型氣體噴射式支承板可以提供大于100%的自由截面；液體負荷高，液體不僅可以從盤上的開孔排出，而且可以從條與條之間的間隙通過；

72、梁式結(jié)構(gòu)增加了強度，也便于安裝拆卸。</p><p>　　這種支承板由若干條支承梁組裝而成，各條支承梁除長度不同外，其余結(jié)構(gòu)尺寸均相同。</p><p>　　單條支承梁的寬度為290mm，高度為hz=300mm，在各條梁底面之間用定距凸臺保持10mm的間隙，供排液用。支承梁的板厚：不銹鋼為3～4mm。最大液體負荷為200m3/(m2·h)。</p><p>

73、;　　圖3-2 梁型氣體支撐板</p><p>　　表3-1 梁型氣體噴射式支承板設(shè)計參考數(shù)據(jù)</p><p>　　圖3-3 氣體噴射式支撐板</p><p>　　3.3 液體分布裝置設(shè)計</p><p>　　3.3.1 設(shè)計原則</p><p>　　為了使液體初始分布均勻，原則上應(yīng)增加單位面積上的噴淋點數(shù)。但是，由于

74、結(jié)構(gòu)的限制，不可能將噴淋點設(shè)計得很多，同時，如果噴淋點數(shù)過多，勢必每一股液流的流量過小，難以保證均勻分配。此外，不同填料對液體均勻分布的要求也有差別：如高效填料，因流體不均勻分布對效率的影響十分敏感，故應(yīng)有較為嚴格的均布要求。根據(jù)Eckert建議，常用填料的噴淋點數(shù)：D≈1200mm，每240cm2塔截面設(shè)一個噴淋點。jianrt</p><p>　　3.3.2 液體分布裝置類型</p><p

75、>　　液體分布裝置（也稱液體分布器）位于填料上端，它將回流液和液相加料均勻地分布到填料表面上，形成液體初始分布。液體分布裝置對填料塔的操作影響很大，若液體分布不均勻，則填料層的有效潤濕面積會減小，并可能出現(xiàn)偏流或溝流現(xiàn)象，影響傳質(zhì)效果。液體分布裝置的安裝位置，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地穿過分布器。</p><p>　　為了滿足不同塔徑、不同液流量以及不

76、同均布程度的要求，液體分布裝置有多種結(jié)構(gòu)型式：多孔型布液裝置、溢流型布液裝置、寶塔式淋灑器等等。</p><p>　　液體分布器設(shè)計的基本要求：</p><p>　　液體分布均勻 評價液體分布均勻的標準是：足夠的分布點密度；分布點的幾何均勻性；降液點間流量的均勻性。</p><p>　　操作彈性大 液體分布器的操作彈性是指液體的最大負荷與最小負荷之比。設(shè)計中，一

77、般要求液體分布器的操作彈性為2--4,對于液體負荷變化很大的工藝過程，有時要求操作彈性達到10以上，此時，分布器必須特殊設(shè)計。</p><p>　　自由截面積大 液體分布器的自由截面積是指氣體通道占塔截面積的比值。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，性能優(yōu)良的液體分布器其自由截面積為50%--70%。設(shè)計中，自由截面積最小應(yīng)在35%以上。</p><p>　　3.3.3 液體分布裝置選擇</p>

78、<p>　　溢流型布液裝置是目前廣泛應(yīng)用的分布器，特別適用于大型填料塔。它的優(yōu)點是：操作彈性大、不易堵塞、操作可靠和便于分塊安裝等。溢流型布液器分為溢流盤式和溢流槽式等兩種結(jié)構(gòu)型式，因為溢流盤式布液器的自由截面較小，故與篩板盤式噴淋器相仿，也只適用于塔徑D≤1200mm、氣液負荷較小的塔。而槽式布液器特別適用于大流量操作，一般用于塔徑D≥1000mm的場合。</p><p>　　由于本設(shè)計填料塔塔徑D

79、=2m，根據(jù)塔徑選擇的最適宜的液體分布器為溢流槽式液體分布器，溢流槽式液體分布器系由若干個噴淋裝置及置于其上的分配槽組成。噴淋槽兩側(cè)堰口的總數(shù)應(yīng)滿足噴淋點數(shù)的要求。分配槽數(shù)隨塔徑及液體負荷而異，在1~3個之間選用，槽內(nèi)液體流速不高于0.24~0.3m/s，槽寬度﹥120mm，高度≦350mm。</p><p>　　表3-2 溢流槽式液體分布器設(shè)計數(shù)據(jù)</p><p>　　3.4 液體再分布

80、裝置設(shè)計</p><p>　　3.4.1 液體再分布裝置類型</p><p>　　當塔頂噴淋液體沿填料層下流時，存在向塔壁流動的趨勢，導(dǎo)致壁流增加。此外，塔體傾斜、保溫不良等也會加劇壁流現(xiàn)象。</p><p>　　為提高塔的傳質(zhì)效果，當填料層高度與塔徑之比超過某一數(shù)值時，填料層需分段。在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集自傷以填料層來的液體，為下一填料層提供均勻

81、的液體分布。</p><p>　　3.4.2 液體再分布裝置選擇</p><p>　　由于本設(shè)計中D=2000mm，而梁型再分布器適用于D>1200mm的大塔。為了便于制造安裝，設(shè)計成可拆結(jié)構(gòu)，整個再分布器由多條梁型構(gòu)件拼接而成。再分布器與支持圈之間用卡子連接。</p><p>　　梁型再分布器與梁型氣體噴射式支撐板配套使用。支撐板無主梁時，升氣管上緣至填料支

82、撐板下緣的距離應(yīng)盡量縮短，應(yīng)小于75～100mm，以防從支撐板流下的液體進入升氣管中,影響再分布效果。如果結(jié)構(gòu)上必須超過上述距離，則宜在升氣管上方加設(shè)蓋帽。</p><p>　　表3-3 梁型再分布器的設(shè)計參考數(shù)據(jù)</p><p><b>　　3.5 裙座的選擇</b></p><p>　　裙座直接焊在塔釜封頭上，可以直接采用對接焊縫，即使裙座

83、的外周與殼體外圍齊平。為便于工作，取裙座的總高度為h裙座=3m。</p><p><b>　　3.6封頭的選擇</b></p><p>　　本設(shè)計選用標準橢圓封頭。</p><p>　　因為需要采用焊接等工藝，所以封頭壁厚取S=10mm。</p><p>　　查《化工工程制圖》P178得，公稱直徑DN=2000mm，曲面

84、高度h1=500mm，直邊高度h2=40mm。</p><p>　　總高度H=S+h1+h2=550mm。</p><p>　　圖3-4 封頭結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.7 除沫裝置設(shè)計</p><p>　　3.7.1 除沫裝置類型</p><p>　　當空塔氣速較大，塔頂濺液現(xiàn)象嚴重，以及工藝過程不允許出塔氣體夾

85、帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，從而減少液體的夾帶損失，保證后續(xù)設(shè)備的正常操作。</p><p>　　除沫裝置安裝在液體分布器上方，用以除去出氣口氣流中的液滴。由于二氧化硫溶于水中易產(chǎn)生泡沫。為了防止泡沫隨出氣管排出，影響吸收效率，采用除沫裝置。</p><p>　　常用的除沫裝置有折板除沫器、絲網(wǎng)除沫器以及旋流板除沫器。此外還有鏈條型除沫器、多孔材料除沫器及玻璃纖維除沫器等。在分離要求不嚴格

86、的操作場合，還將干填料層作除沫器用。</p><p>　　除沫器形式一般是根據(jù)所分離液滴的直徑，要求的捕沫效率及給定的壓力降來確定。拉西環(huán)、鮑爾環(huán)及鞍形填料可用于分離以上的霧滴，壓力降較小；多孔材料用于分離以下的霧滴，但只適用于清潔、不易自聚和結(jié)焦的物料；纖維用于分離以下的霧滴，效果很好，但壓力降較大，宜用于精分離及有腐蝕的物系；旋流板除沫器使氣體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，利用離心力分離霧沫，除沫效率可達98~99％，其壓力

87、降介于折板與絲網(wǎng)之間。</p><p>　　3.7.2 除沫裝置選擇</p><p>　　由于絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大，重量輕，空隙率大以及使用方便等優(yōu)點。尤其是它具有除沫效率高，壓力降小的特點，從而成為一種廣泛使用的除沫裝置。</p><p>　　則本設(shè)計選用絲網(wǎng)除沫器，材質(zhì)為不銹鋼，型式為標準型。</p><p><b>　　最

88、大允許氣速</b></p><p>　　其中 K為系數(shù)，取決于網(wǎng)套結(jié)構(gòu)及操作條件，一般取K=0.107-0.11。</p><p>　　∵實際空速 < ，∴ 所選用的除沫器符合要求。</p><p>　　表3-4 除沫器其特性參數(shù)</p><p><b>　　圖3-5 標準型網(wǎng)</b></p>

89、;<p>　　表3-5 上裝式絲網(wǎng)除沫器基本參數(shù)</p><p>　　按除沫器的安裝位置，分為安裝在設(shè)備頂部出氣管下方和安裝在殼體上不兩種結(jié)構(gòu)形式；按網(wǎng)快安放方式分為上裝式（人孔開設(shè)在除沫器上方）和下裝式兩種。標準推薦D300～D600的除沫器采用卷制絲網(wǎng)，而大于D800的采用平鋪結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.8 進出氣液管道的設(shè)計</p><p>

90、　　3.8.1液體進口及出口裝置</p><p>　　液體進口管通常與液體分布裝置相連，其結(jié)構(gòu)由液體分布裝置確定。</p><p>　　液體的出口裝置既要便于搭內(nèi)排液，又能將塔內(nèi)部與外部大氣相隔離。常用的液體出口裝置可采用液封裝置，這種裝置一般用于負壓的塔。若塔的內(nèi)外壓差較大時，又可用倒U型管密封裝置（如下圖）。</p><p>　　圖4-2 U型管密封裝置圖圖&

91、lt;/p><p>　　3.8.2氣體進口及出口裝置</p><p>　　為了獲得填料塔的最佳性能，必須設(shè)計合理的氣流入塔裝置及分布裝置。對于塔徑小于2.5m的小塔，可以采用簡單的進氣及分布裝置。它有兩種方式，一種是氣流直接進塔裝置；一種是具有緩沖擋板的簡單進料裝置，當氣流進入時，由于緩沖擋板的祖丹作用使氣體從兩側(cè)面環(huán)流向上，并均勻地分布到填料層中。</p><p>　

92、　3.9 填料塔總高度計算</p><p><b>　　⑴填料塔基本尺寸</b></p><p>　　塔徑 D=2.0m</p><p>　　填料層總高度 Z’=7m</p><p><b>　　填料層壓降 </b></p><p><b>　　

93、⑵填料塔總高度</b></p><p>　　一個完整的吸收塔，除了填料高度外，還有其他附屬高度，因此塔高的計算還包括塔附屬高度的計算</p><p>　?、偎敳康母叨龋撼餮b于塔頂，所需塔頂分離空間總高度為1200mm，h1=1.2m；</p><p>　?、谒黧w高度：即填料層高度z'=7m；</p><p>　　③

94、液體再分布器的高度：梁型再分布器高度h2取0.6m；</p><p>　?、芩卓臻g高度：由于塔底要接氣相接管，所以塔底空間高度取h3=1.3m。</p><p>　?、萑棺叨龋篽裙座=3m，裙座筒體上端面至塔釜封頭切線距離=72mm=0.072m。</p><p>　?、迌蓚€封頭高度：=5502=1100mm=1.1m</p><p>　

95、　塔的附屬總高為：=h1+ h2+h3+ h裙座++=7.272m，</p><p>　　所以塔的總高：H=h+z'=7.272+7=14.272m。</p><p><b>　　第四章 設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計是在大四進行的，是在學(xué)習(xí)了化工原理、大氣污染控制工程和水污染控制工程之后，而且，化工原理曾做過類似

96、的課程設(shè)計，因此本次設(shè)計是對大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識的綜合復(fù)習(xí)，是對實際設(shè)備的一個加深理解。</p><p>　　本次設(shè)計所花時間是一周，在一周緊張的搜集資料、計算、選型后，終于圓滿結(jié)束了本次設(shè)計，一個填料塔的大致模型出爐了?；仡櫼恢艿脑O(shè)計經(jīng)歷，還是覺得挺欣慰的。因為有設(shè)計填料塔的經(jīng)驗，資料也容易搜集，計算更加方便快捷，選型也稍簡便。只是在只做說明書和CAD制圖過程還是遇到了一些阻礙：（1）資料不夠，上網(wǎng)搜集困難；(2

97、)計算過程中，有些公式很復(fù)雜，也很難理解；（3）對吸收過程的理解和運用還不很熟悉；（4）對設(shè)備以及CAD制圖的不熟練；（5）還有一些其他的問題，例如計算的準確度等等。很多看似很不起眼的問題，卻在實際設(shè)計中給我們帶來了不少的阻礙，不過，我們都很認真很盡力地去一一解決了?？吹阶罱K設(shè)計出來的作品，沒有驕傲但至少充滿欣慰。</p><p>　　當然，在本次設(shè)計中，很感謝老師同學(xué)提供的幫助，是你們，才使得本次設(shè)計得以順利完

98、成，我才能交出成果。是你們的支持和一起相互交流的意見，使得本次設(shè)計客服了重重阻礙。謝謝你們。</p><p>　　課程設(shè)計不僅是一次作業(yè)，不僅是能交出成果就好的。從設(shè)計中模擬實際工作中的情境，遇到問題，學(xué)會分析問題、解決問題才是最重要的。以一種積極的態(tài)度對待遇到的每個問題，遇到的問題積極查閱文獻，解決問題并掌握相關(guān)的一些知識，才是課程設(shè)計的重點。感謝學(xué)校，感謝老師安排的本次設(shè)計！！</p><

99、p>　　附錄一 工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總及主要符號說明</p><p><b>　　工藝設(shè)計計算匯總表</b></p><p><b>　　主要符號說明</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 賈紹義，柴誠敬．化工原理課程設(shè)計[M]

100、 ．天津：天津大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[2] 魏兆燦，李寬宏．塔設(shè)備設(shè)計[M] ．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1988</p><p>　　[3] 陳家慶．環(huán)保設(shè)備原理與設(shè)計．北京：中國石化出版社，2008</p><p>　　[4] 匡國柱，史啟才．化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出社，2002 </p><p