化工原理课程设计终结版

1、设计说明书Yibin University环境工程原理 化工设备 课程设计题 目 填料式吸收塔设计 专 业 资源环境与城乡规划管理 学生姓名 邓敬 罗跃婷 年 级 11 级 4 班 指导教师 张燕 徐慎颖 化学与化工学院目    录一 前言3二 设计内容3三 设计条件和操作条件3四 设计方案4 1吸收剂的选择4 2填料类型的选择4 3.流程的选择4五 工艺和设备计算4 1物料恒算4 2塔径的计算53.填料层高度计算74. 压降计算105.填料塔附属高度的计算106.泵效率计算11 7液体分布装置11 8.填料支撑装置129、填料压紧装置1210.管径计算及其选材1

2、211.筒体的选材和壁厚的计算14 12.封头1513.补强1614.载荷计算1615.支座的选择1616.除沫器的选择1717.设计图纸一张，包括设备总装配图，至少画三个重要构件的局部图；技术特性表，接管表和总图材料明细表。要求比例适当，字体规范，图纸整洁。六 总陈.17七 设计心得20八 参考文献20一前言氨气的危害是使环境酸化、土壤结板、土壤氮富集，污染地表水和地下水等，并且对人畜都有巨大危害。氨吸入呼吸道，会引起动物上部呼吸道粘膜充血，支气管炎，严重者引起水肿、肺出血等。氨气进入肺泡后，可由肺泡上皮组织进入血液，引起血液中枢反应，并与血红蛋白结合，置换氨基，破坏血液运氧功能。若短期内吸

3、进少量的氨，可被血液吸收，变成尿素由尿排出体外。高浓度的氨可直接刺激抗体组织引起碱性化学灼伤，是组织溶解坏死，还能引起中毒性肝病心肌损伤。所以高浓度的氨气是不能直接排放的。工业上，塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元操作过程。对于一个具体的分离过程，设计中选择何种塔型，应根据生产能力、分离效率、塔压降、操作弹性等要求，并结合制造、维修、造价等因素综合考虑。填料塔有如下优点：结构简单，流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造。所以特别适用于处理量小、有腐蚀性的物料和要求压降较小的场合。填料塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体接触面。二、设计内容1. 填料的选择；2. 填料层高度，塔径；3.

4、塔体设备总成；4. 吸收剂进料泵选型；5. 主体设备和零部件材料选择；6. 主体设备尺寸和零部件尺寸计算及选择规格；7. 设备壁厚以及封头壁厚的计算和强度校核；8. 各种接管以及零部件的设计选型；9. 设备支座的设计选型；10. 法兰的设计选型；11. 设备开孔及开孔补强计算；12. 设计图纸一张，包括设备总装配图，至少画三个重要构件的局部图；技术特性表，接管表和总图材料明细表。要求比例适当，字体规范，图纸整洁。三、设计条件和操作条1、年处理1500万立方米氨气-空气混合气体填料塔设计2、进塔混合气含氨量：9.0(体积分数)3、 回收率：93。4、操作温度：293 K 5、混合气体压力：101

5、.3Pa四、设计方案1吸收剂的选择 氨气在水中的溶解度大，而且水对空气和氨气混合气体中的其他气体的吸收度小。在操作温度常温下水的挥发度低，而且粘度度低。水无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得化学性质稳定，所以采用水为吸收剂。2填料的选择根据氨与水的物性综合选择钢-阶梯环填料。2 P111钢阶梯环特性常数填料外径（mm）高（mm）厚（mm）比表面积（m2/m3）空隙率（m2/m3）个数个/m2堆积密度Kg/m3干填料因子填料因子25 12.5 0.62200.9397160439273523038 19 0.6 154.3 0.9431890475.5185511850 25 1.

6、1 109.2 0.9511600 400127482A=0.1063.流程的选择逆流的优点：当两流体进、出口温度各自相同的情况下，逆流传热的平均温度差最大，并流传热的平均温度差最小，其他流动方向的平均温度差介于逆流与并流两者之间，就传热推动力而言，逆流优于并流和其他流动方式。因此在此选择逆流操作。其流程如附页流程图所示：气象自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出。五、工艺计算1物料恒算 查书得，常压下20摄氏度时，NH3在水中的亨利常数E=277KPa1。由亨利定律有:m=E/P=277/101.3=2.73进塔气相摩尔比为：Y1=y1/1-y1=0.09/1-0.09=0.0989

7、出塔气相摩尔比为：Y2=Y1(1-a)=0.0989(1-0.93)=0.0069239(a为氨气回收率)进塔惰性气相流量为（每年工作300天）：V=（1-0.09）=78.86Kmol/h该吸收过程为底浓度吸收：（)min=清水是纯吸收剂：X2=0（)min=2.5389由环境工程原理书有吸收剂的实际用量一般取最小用量的1.1-2.0倍取实际用量为最小用量的1.5倍：=1.5（)min=1.5×2.5389=3.80835=×3.80835=300.3265Kmol/h又，X2=0，所以X1=2.塔径的计算3P155气体体积流量，m3/s空塔气速，m/s空塔气速应小于泛点

8、气速，一般取泛点气速的50%-85%贝恩-霍根关联式4P109干填料因子，分别为气液相的密度，液相粘度，气液相的质量流量，常数与填料的形状和材料有关由取n=1mol有所选填料为钢阶梯环，A=0.106 , 2取，圆整后取泛点率校核：填料规格校核：（散装阶梯环填料）液体喷淋密度校核：散装填料，=38<75,取=经以上校核可知，填料塔直径选用合理。3. 填料层高度计算脱吸因数为:气相总传质单元数：气相总传质单元高度：准数方程： 气体的质量通量， 液体的粘度，液体的密度，填料的比表面积，重力加速度,液体表面张力，填料材质的临界表面张力， 液相传质系数：液相的密度，液相的粘度，液相的质量通量，溶

9、质在液相中的扩散系数，填料名义尺寸， 气膜吸收系数：系数，对于大于15的环形和鞍形填料为5.23，小于15的为2.0气体的质量流速，溶质在气相中的扩散系数，气体的粘度，气体的密度， 稀溶液：设计填料层高度为：对于阶梯环填料，, ，取则 计算填料层高度为，故不需分段。4. 压降计算 采用通用关联图计算填料压降。横坐标： 纵坐标：查图得:填料层的压降为：5.填料塔附属高度的计算 塔上部空间高度，通过相关资料可知，可取，塔底液相停留时间按考虑，则塔釜液所占空间高度为：塔底液面与填料层底部之间还应留有空间，以满足安装进气管的要求，进气管的位置应在填料层以下约一个塔径的距离，且高于塔底液面以上则塔底空间

10、高度为：故实际塔高为：。6.泵效率计算，液体进口流速，取，管长，当量长度。7.液体分布装置液体分布器的选型： 液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。液体分布装置的安装位置，须高于填料层表面200mm,以提供足够的自由空间，让上升气流不受约束地穿过分布器。根据该物系性质，可选用目前应用较为广泛的多孔型布液装置中的排管式喷淋器。多孔型布液装置能提供足够均匀的液体分布和空出足够大的气体通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆结构。液体引入排管喷淋器的方式采用液体由水平主管一侧引入，通过支管上的小孔向填料层喷淋。由于液体的最大负荷低于，按照设计参考数据可提供良好

11、的液体分布：主管直径50mm,支管排数4,排管外缘直径660mm，最大体积流量9.6，。排管式喷淋器采用塑料制造。分布点密度计算：为了使液体初始分布均匀，原则上应增加单位面积上的喷淋点数。但是，由于结构的限制，不可能将喷淋点设计得很多。喷淋个数：布液计算：体积流量，开孔直径，喷淋个数。常数取。重力加速度，两管中心间的距离，。8.填料支撑装置填料支撑装置对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小的栅板作为支撑板。为了改善边界状况，可采用大间距的栅条，然后整砌一、二层按正方形排列的瓷质十字环，作为过渡支撑，以取得较大的孔隙率。由于采用的是的填料，所以可用的十字

12、环。塔径，设计栅板由两块组成。且需要将其搁置在焊接于塔壁的支持圈或支持块上。分块式栅板，每块宽度为350mm，每块重量不超过700N，以便从人孔进行装卸。9.填料压紧装置 为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动，需要在填料层上方设置填料压紧装置。我们选用压紧柵板，为了防止在填料压紧装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料压紧装置的自由面积应大于70%。10.管径计算及其选材本设计中填料塔有多处接管，但主要的是气体和液体的进料口和出料口接管。气体和液体在管道中的流速选择原则为：常压塔气体进出口管气速可取(高压塔气速低于此值）；液体进出口流速可取（必要时可加大些）。气相体积流量：液相体积流量：

13、（1） 进液管径 由于清水无腐蚀性可选择热无缝钢管取,查表6-16，圆整取管 ，并且用法兰连接管，查表选用公称尺寸为的管法兰。 （2） 出液管径由于本吸收操作中在空气中含量极低，故吸收液前后密度变化不大，所以出口管仍取，仍用法兰连接，管法兰公称尺寸仍取50。(3) 进气管管径由于雨水呈弱碱性故对管道有腐蚀所以选取热无缝不锈钢管。 ， 圆整取管，又，合理。用法兰连接，法兰公称尺寸为。(4) 出气管管径由于出气体前后组分变化不大，故出气管仍取，用法兰连接，法兰公称尺寸为。进出口管所用管法兰均为平焊法兰，垫片用非金属垫片。其相关参数为：（液），厚度为14，,。（气），厚度为24，。11.筒体的选材和

14、壁厚的计算 经过综合考虑和查资料筒体材料选Q235-B7，常温，,筒体用双面焊全部无损探伤焊接，焊缝系数，由设计条件有操作压力，取。 8筒体理论计算厚度，；筒体计算压力，；筒体内径，；焊缝系数；钢板在涉及温度下的许用应力，；，又碳素钢不应小于，所以取。 腐蚀裕量，；筒体设计厚度，；单面腐蚀取，双面腐蚀取，取， 筒体名义厚度，；除去负偏差后的圆整值，；钢板负偏差，；查资料有，； 有效壁厚，；强度校核：形状系数校核压力，；圆柱体查书得； ， ，合理。由得，综上所述，选材合理。12.封头 封头选用标准椭圆形封头，材料选Q235-B，其公称直径为700。封头公称直径小于时，；封头直径大于时，；这儿（封

15、头的直边高度）。曲面深度。封头的材料及其受到的压力与筒体相同，所以其计算厚度和筒体相同。由上面计算可知，合理。封头与筒体之间用法兰连接，容器法兰选用甲型平焊法兰，垫片用非金属软垫片。法兰参数：，规格M20，螺柱数量。非金属垫片参数：，。13.补强 用补强圈补强，补强圈外径 ，。我们开一个人孔，在填料层下方。选用板式平焊法兰手孔，其参数如下：，(螺栓螺柱数量），螺栓直径长度，螺柱直径长度。14.载荷计算 填料的质量:封头的质量：冲水质量：筒体质量：总质量：15.支座的选择由书可知：当容器，且壳体的有效厚度，壳体材料与支座材料相同时常采用不带垫板的耳式支座，则选A型3号支座2个，高度，底板，筋板，

16、垫板，螺栓孔，盖板，。16.除沫器的选择除沫装置用于分离塔体中气体夹带的液滴，从而保证传质效率并改善塔后操作，减少有价值物料的损失。根据本设计选用丝网升气管型除沫器。6、 总陈1. 塔设备总陈 塔径填料层高度 塔高 压降（Pa)泵效率 喷淋孔径 0.7 4.1 6.9 160.884 0.223 52.设备总陈（1)筒体 材料 壁厚计算压力 Q235-B 4.5 0.6(2) 封头 材料 壁厚计算压力 Q235-B 4.5 0.6（3） 塔支座 材料 Q235-B 200 160 105 10 50 125 125 6 250 200 8 30 d个 30 规格 M24 质量 6（4）管法兰（

17、平焊法兰） 液相 气相 50 250 140 375 110 235 14 18（个） 4 12 M16 M16（个） 80 295 6 12厚度 16 24 1.5 9.0 1.5 18.5(5) 筒体法兰（甲型平焊法兰） 700 830 790 755 745 742厚度 36质量 42螺柱规格 M20螺柱数量 24 23（6） 手孔法兰（板式平焊法兰）公称压力 0.6密封面形式 突面RF 250 375 335 24 22 24 190 90螺栓螺柱数量 12螺柱直径长度 螺栓直径长度 （7） 进出口管气体进出口管液体进出口管材料热无缝钢管热无缝不锈钢管规格七、设计心得这次的课程设计是我

18、进大学后第一个课程设计，在没开始做之前我就很紧张，我害怕自己做不好，说实话我对自己所学到的知识一点信心都没有，我觉得自己没有学到什么。在做课程设计的过程中我们遇到了很多问题，每个问题我们都要花很长的时间去解决。做课程设计的过程就如老师所说的一样是一个痛苦的过程。在做课程设计的这一周里，我和我的搭档每天很早离开寝室很晚回到寝室。有时候为了思路不被打断到了饭点我们也不去吃饭，坚持把做到一半的计算算完再去吃饭，这样导致我们有时候两三点才吃午饭或者午饭晚饭一起吃，这周我的胃受了不少罪。在做课程设计的这周里我们遇到的停电，遇到了选修课考试，还遇到了那该死的高温。前两天连续的高温天气让我每天大概只能睡五个小时左右，