化学专业论文定稿--水吸收氨过程填料吸收塔的设计

1、化学专业论文定稿-水吸收氨过程填料吸收塔的设计 分类号 单位代码 11395密 级 学 号0706210156 学生毕业设计（论文）题 目水吸收氨过程填料吸收塔的设计作 者院 系化学与化工学院专 业化学工程与工艺指导教师刘侠答辩日期2011年5月21日榆 林 学 院毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，

2、均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。论文作者签名: 年月日摘 要本设计任务是用20清水吸收空气中混有的氨气以达到排放标准，空气中氨的体积含量为5%，水吸收过程属于低含量气体吸收过程，为提高传质效率选逆流吸收流程。填料选择DN50mm，聚丙烯阶梯环填料。根据设计任务和设计条件首先对相关物性数据进行了计算，然后对填料吸收塔的塔径、填料层高度、填料层压降、进出口压降、液体分布器布液能力以及填料主要接管尺寸进行了计算。然后对填料塔流体力学性能进行了校核符合设计要求，最终确定了填料吸收塔的结构和工艺尺寸。最后绘制了填料吸收塔的设备图。关 键 词：填料

3、塔，聚丙烯，吸收，逆流论文类型：工程设计ABSTRACTThis design task is uses 20 of water absorb ammonia in air to achieve emissions standards, the volume of ammonia in air is 5%, water absorption of ammonia in the air is a low concentration of gas absorption, to improve mass transfer efficiency, this design use counter-cur

4、rent absorption process. Select DN50mm, polypropylene ladder ring packingAccording to design task and design conditions, first to related to physical data were calculated, then calculate the diameter of packing absorbing column, the height of packing layer, the press drop of packing layer and entran

5、ce and exit, liquid distributor assign liquid ability and packing column mainly tube size was calculated. Then checks the fluid mechanics performance of packed column and meet the design requirement final ascertain the structure and technology dimension of packing absorbing column. Finally drafting

6、packing absorbing column equipment drawing.Key words: Packed column; Polypropylene; Absorb; CountercurrentThesis: Engineering Design目 录1绪论11.1 简述11.1.1塔设备简述11.1.2吸收操作简述11.1.3空气中氨的危害21.1.4填料塔的主体结构与特点简述21.2 填料塔的设计任务及步骤31.3 填料塔设计条件及操作条件32填料塔主体设计方案的确定52.1 装置流程的确定52.2 吸收剂的选择52.3 填料的类型与填料的选择62.3.1填料性能评价62

7、.3.2填料种类的选择72.3.3填料规格的选择82.3.4填料材质的选择82.4 基础物性数据92.4.1液相物性数据92.4.2气相物性数据102.4.3气液相平衡数据102.4.4物料横算103填料塔工艺尺寸的计算123.1 塔径的计算123.2 填料层高度的计算及分段143.2.1传质单元数的计算143.2.2传质单元高度计算153.2.3填料层的分段173.3 填料层压降计算183.4 填料塔附属高度计算194填料塔内件的类型及设计204.1 塔内件类型204.2 塔内件的设计及选用204.2.1液体分布装置204.2.2液体收集及再分布装置214.2.3填料支承装置214.2.4填

8、料压紧装置224.2.5吸收塔主要接管尺寸选择与计算234.3 其他附属装置选型23工艺设计计算结果汇总与主要符号说明24结论27参考文献28附录29致谢301绪论1.1 简述1.1.1塔设备简述塔设备是石油、化工、医药、轻工等生产中的重要设备之一，在塔设备内可进行气液或液液两相间的充分接触，实施相间传质，因此在生产过程中常用塔设备进行精馏、吸收、解吸、气体的增湿及冷却等单元操作过程1。塔设备在生产过程中维持一定的压力、温度和规定的气、液流量等工艺条件，为单元操作提供了外部条件。塔设备的性能对产品质量、产量、生产能力和原材料消耗，以及三废处理与环境保护等方面，都有重要影响。为了适应生产的发展需

9、求，人们已经研究出不同结构的塔设备。根据生产的单元操作可以把塔设备分为吸收塔、解吸塔、精馏塔和萃取塔等，而目前最常用的分类是根据塔内气液接触构件的结构形式把塔设备分为填料塔和板式塔1.1.2吸收操作简述混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异而进行的。根据不同性质上的差异，可以开发出不同的分离方法。吸收操作仅为其中之一，它根据混合物组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的2。混合气体中，能够溶解的组分称为吸收物质或溶质，以A表示；不被溶解的组分称为惰性组分或载体，以B表示；吸收操作所用的溶剂称为溶剂，以S表示；吸收操作所得到的溶液称为吸收液或溶液，其成分为溶剂S和溶质

10、A；排出的气体称为吸收尾气，其主要成分除惰性气体B外，还含有未溶解的溶质A3。根据处理气体的浓度，气体吸收一般分为低含量气体的吸收和高含量气体的吸收2气体的吸收常在吸收塔中进行，根据气、液两相的流动方向，分为逆流操作和并流操作两类，工业生产中以逆流操作为主，吸收剂从塔顶加入自上向下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。图1.1为逆流操作的吸收塔示意图。1.1.3空气中氨的危害 氨在国民经济中占有重要的地位，在农业生产方面，氨用于制造化肥；在化学纤维和塑料工业中，则以氨、硝酸和尿素作为氮元素的来源生产己内酰胺、尼龙-6、丙烯腈等单体和脲醛树脂等产品

11、。氨在常温常压下是无色气体，具有特殊的刺激性臭味,能刺激人体感官粘膜，空气中含氨大于0.02%时即会引起人体慢性中毒4。可见氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染。（1）吸入氨的危害：轻度吸入氨中毒表现有鼻炎、咽炎、喉痛、声音嘶哑。急性轻度中毒：咽干、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、咳痰，胸闷及轻度头痛，头晕、乏力。急性中度中毒上述症状加重，呼吸困难，有时痰中带血丝，轻度发绀，眼结膜充血明显，喉水肿，肺部有干湿性哕音。急性重度中毒：剧咳，咯大量粉红色泡沫样痰，气急、心悸、呼吸困难，喉水肿进一步加重，明显发绀，或出现急性呼吸窘迫综合症、较重的气胸和

12、纵隔气肿等。严重吸入中毒可出现喉头水肿、声门狭窄以及呼吸道粘膜脱落，可造成气管阻塞，引起窒息。吸入高浓度的氨可直接影响肺毛细血管通透性而引起肺水肿，可诱发惊厥、抽搐、嗜睡、昏迷等意识障碍。个别病人吸入极浓的氨气可发生呼吸心跳停止。（2）氨对眼睛和皮肤的危害：低浓度的氨对眼和潮湿的皮肤能迅速产生刺激作用。潮湿的皮肤或眼睛接触高浓度的氨气能引起严重的化学烧伤。急性轻度中毒：流泪、畏光、视物模糊、眼结膜充血。皮肤接触可引起严重疼痛和烧伤，并能发生咖啡样着色。被腐蚀部位呈胶状并发软，可发生深度组织破坏5。因此，吸收空气中的氨，防止氨超标具有重要意义。1.1.4填料塔的主体结构与特点简述填料塔由塔体、液

13、体分布器、填料压紧装置、塔填料、液体在分布器、填料支撑装置等构成。其结构见图1.2填料塔是化工分离过程的主体设备之一，与板式塔相比，具有生产能力大、分离效率高、压降小、操作弹性大、塔内持液量小等突出特点，因而在化工生产中得到了广泛的应用6。由于填料塔填料易于用耐腐蚀材料制造，使填料塔在处理腐蚀性物料时具有很大优势。近年来填料塔洗涤吸收净化工艺不但应用在化工领域，在低浓度气体吸收方面也能很好地发挥作用。填料塔是最常用的一类气液传质设备，其具有分离效率高、处理能力大、压降小、耐腐蚀等特点,因此选用填料塔作为吸收设备7。1.2 填料塔的设计任务及步骤设计任务：用水吸收空气中混有的氨气以达到排放标准。

14、设计步骤：（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案;（2）针对物系及分离要求，选择适宜填料；（3）确定塔径、填料层高度等工艺尺寸（考虑喷淋密度）；（4）计算塔高、及填料层的压降；（5）塔内件设计。1.3 填料塔设计条件及操作条件（1）气体混合物成分：空气和氨（2）空气中氨的含量:：5.0% （体积含量即为摩尔含量）（3）混合气体流量9000m3/h（4）操作温度293K（5）混合气体压力101.3KPa（6）回收率99 %（7）采用清水为吸收剂（8）填料类型：采用聚丙烯阶梯环填料2填料塔主体设计方案的确定2.1 装置流程的确定吸收装置的流程主要有以下几种。（1）逆流操作 气相自塔底进入塔顶排

15、出，液相自塔顶进入塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。（2）并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需要吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。（3）吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于以下情况：当吸收剂用量较小，为提

16、高塔的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平衡常数m值很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应予指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需要设置循环泵，操作费用增加。（4）多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需要经常清理调料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需要留较大空间，输液、喷淋、支承板等辅助装置增加，使设备投资加大。（5）串联?并联混合操作 若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内

17、的喷淋密度过大，操作气速势必很小（否则易引起塔的液泛），塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程8。用水吸收空气中的氨气属低浓度气体吸收，为提高传质效率，本设计选用逆流吸收流程。2.2 吸收剂的选择吸收操作是气液两相之间的接触传质过程，吸收操作的成功与否在很大程度上决定于溶剂的性质。评价溶剂的优劣的主要依据包括以下几点：溶剂应对混合气体中被分离组分（下称溶质）有较大的溶解度；溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具有较高的选择性；溶质在溶剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压迅速上

18、升。这样，被吸收的气体容易解吸，溶剂再生方便；溶剂的蒸气压要低，以减少吸收和再生过程中溶剂的挥发损失；溶剂应具有较好的化学稳定性，以免使用过程中发生变质；溶剂应有较低的黏度，且吸收过程中不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离；溶剂应尽可能满足廉价、易得、无毒、不易燃烧等经济和安全条件。实际上很难找到一个理想溶剂能满足所有这些要求，因此，应对可供选择的溶剂做全面的评价，以便做出经济、合理的选择2。表2.1给出几种工业常用吸收剂。表2.1几种工业常用吸收剂溶质吸收剂氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氢水二氧化碳水、碱液、碳酸丙烯酯二氧化硫水硫化氢碱液、砷碱液、有机溶剂苯蒸汽煤油、洗油丁二

19、烯乙醇、乙腈二氯乙烯煤油一氧化碳铜氨液综上所述，考虑吸收剂的选用要求可以看出水最适合作溶剂，水廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。所以，本设计选择水作溶剂，且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。2.3 填料的类型与填料的选择填料的种类很多，性能上各有差异。根据填料的结构及其使用方式可分为散装填料和规整填料两大类。本设计选择散装填料。2.3.1填料性能评价塔填料是填料塔的重要组成部分，是提供他内气液联想接触的场所，填料塔对填料的要求具体表现在以下几个方面：（1）比表面积要大。比表面积是指单位堆积体积填料所具有的表面积m2/m3。（2）能提供大的流体通量。即所选用的填料

20、结构要敞开，使属于死角区域的空间小，有效的空隙率大。（3）液体的再分布性能好，具体要求有以下四个方面：填料在塔内装填之后，整个床层结构均匀；填料在塔内的堆放形式应有利于液体向四周均匀分布；填料本身的结构要保证同一截面上的填料在接受上面流下的液体之后，不仅能垂直往下传递，而且能横向传递；减轻液体向壁面的偏流。（4）要有足够的机械强度，有良好的化学稳定性。（5）重量轻，来源易，价格低廉9。实际使用上，一般是从气液相通量、分离效率、压力降及抗堵塞能力方面评价填料性能，其基本规律如下（1）分离能力 同一系列填料中，小尺寸的填料比表面积大，具有较高的分离能力；（2）处理能力和压力降 同一系列填料中，空隙

21、率大者具有较小的压力降，和较大的处理量，金属和塑料材质的填料与陶瓷填料相比，具有较小的压力降和较大的处理量；（3）抗堵塞能力 比表面积小的填料具有较大的空隙率，具有较强的抗堵塞能力；金属和塑料材料的填料抗堵塞能力优于陶瓷填料6。2.3.2填料种类的选择散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种典型的散装填料（1）拉西环填料 其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。拉西环填料的气液分布较差，传质速率低，阻力大，通量小，目前工业上已

22、很少用了。（2）鲍尔环填料 鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气体阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，其通量可增加50%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。（3）阶梯环填料 阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机

23、械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的间隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前使用的环形填料中最为优良的一种。（4）弧鞍填料 弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面来那个侧均匀的流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容易破碎，工业生产应用不多。（5）矩鞍填料 将弧鞍填料两端的弧形面改成矩形面，且两面大小不等，即成

24、为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被矩鞍填料所取代。（6）环矩鞍填料 环矩鞍填料是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，是工业应用最为普遍的一种金属散装填料8。几种常见实体填料如图2.1：对于不同类型的散堆填料，同样尺寸、材质的鲍尔环在同样的压力降下，处理量比拉西环大50%以上，分离效率可以提高30%以上；在同样的操作条件下，阶梯环的处理量可以比鲍尔环大2

25、0%左右，效率比鲍尔环高5% 10%；而弧鞍，矩鞍型填料则具有更大的处理量和分离效率。若以拉西环的处理量进行对比，则在相同的压力降下几种散堆填料的处理能力如表2.2所示6。表2.2 常用散堆填料的相对处理能力填料尺寸253850拉西环100100100矩鞍132120123鲍尔环155160150阶梯环170176165弧鞍205202195综合考虑填料的处理能力、压力降、分离效率以及经济因素，本设计选择阶梯环填料。2.3.3填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加

26、很多。而大尺寸的填料应用于小塔径中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低8。填料规格的选择是一个较为复杂的问题，因为能够满足设计要求的塔填料不止一种，要在众多的塔填料中选择出最适宜的塔填料，需做出全面的技术经济评价以较少的投资获得最佳的经济技术指标。由于涉及的因素太多，因而这是一项繁重而复杂的工作，一般做法是根据经验选出几种可能选用的填料，然后进行全面评价，最终做出选择。本设计处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用DN50mm。2.3.4填料材质的选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类.（1）陶瓷填料 陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，一般能耐除氢氟酸以外的常见的

27、各种无机酸、有机酸的腐蚀，对强碱介质，可以选用耐碱配方制造的耐碱陶瓷填料。陶瓷填料因其质脆、易碎，不易在高冲击强度下使用。陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程。（2）金属填料 金属填料可用多种材质制成，金属材料的选择主要根据物系的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。碳钢填料造价低，且具有良好的表面湿润性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐以外常见物系的腐蚀，但其造价较高；钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价级高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。金属填料可制成薄壁结构（0.21.0mm），与同种类型

28、、同种规格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，工业应用主要以金属填料为主。（3）塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100以下使用。聚丙烯填料在低温（低于0）时具有冷脆性，在低于0的条件下使用要谨慎，可选用耐低温性能好的聚氯乙烯填料。塑料填料具有轻质、廉价、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能较差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，

29、以提高表面润湿性能8。所以本设计选用聚丙烯填料。综上所述选用50mm聚丙烯阶梯环塔填料，查化工手册得其主要性能参数：比表面积at：114.2空隙率：0.927干填料因子：填料因子：压降填料因子：2.4 基础物性数据2.4.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据。由手册查得，20时水的有关物性数据如下：（1）密度： （2）黏度： （3）表面张力为: （4）20下氨气在水中的溶解度系数: （5）20下氨气在空气中的扩散系数： （6）20下氨气在水中的扩散系数： 2.4.2气相物性数据（1）混合气体的平均摩尔质量为（2.1）（2）混合气体的平均密度（2.2）R8.314

30、（3）混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20时，空气的黏度注：2.4.3气液相平衡数据对于稀溶液来说：亨利系数（2.3）相平衡常数： （2.4） E?亨利系数；H?溶解度系数；Ms?溶剂的相对摩尔质量；m?相平衡常数。2.4.4物料横算（1）进塔气相摩尔比为（2.5）（2）出塔气相摩尔比为（2.6）（3）进塔混合气体流量（2.7）（4）进塔惰性气体流量（2.8）因为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。即：（2.9）（2.10）对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：清水最小液气比：（2.11）取操作液气比为最小液气比的1.7倍（2.12）则可得吸收剂用量为：（2.1

31、3）则：（2.14）G?单位时间内通过吸收塔的惰性气体量， L?单位时间内通过吸收塔的溶解剂， Y1、Y2?分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比， , X1、X2?分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比， , 3填料塔工艺尺寸的计算填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料层高度的计算及分段和填料层压降的计算。3.1 塔径的计算（1）空塔气速的确定?泛点气速法有关数据计算气体质量流量：（3.1）液相质量流量可近似为纯水的质量流量，即（3.2）液体密度校正系数： 对于散装填料，其泛点率的经验值 贝恩（Bain）?霍根（Hougen）关联式 ，即：（3.3）A,K? 关联常数。可由表3.1查取表

32、3.1不同类型填料的A，K值散装填料类型AK规整填料类型AK塑料鲍尔环0.09421.75金属阶梯环0.1061.75金属鲍尔环0.11.75瓷矩鞍0.1761.75塑料阶梯环0.2041.75金属环矩鞍0.062251.75查得A0.204；K1.75即：所以：计算得：取则（3.4）（2）计算塔径（3.5）D?塔径，m；?操作条件下混合气体的体积流量，；?空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，；根据国内容器公称直径标准JB 1153-71，直径在1m以下间隔为100mm，直径在1m以上时，间隔为200mm9。因此圆整塔径后 D1.0m（3）泛点率校核：（3.6）（3.7）则在允许范围

33、内（4）填料规格校核：（3.8）根据表3.2符合表 3.2 塔径与填料公称直径的比值D/d推荐值填料种类D/d的推荐值 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍（5）液体喷淋密度的校核：填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量；最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润速 。为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称最小喷淋密度，以表示。（3.9）所以（3.10）式中?液体喷淋密度，；?液体喷淋量，；D?填料塔直径，m。经过以上校核可知，填料塔设计为1.0m合理。3.2 填料层高度的

34、计算及分段（3.11）（3.12）3.2.1传质单元数的计算用吸收因数法计算传质单元数（3.13）对于相平衡关服从足亨利定律的情况对上式进行积分，积分结果可整理为（3.14）式中 称为解吸因数，用S表示；A为吸收因数。（3.15）（3.16）传质单元数为：3.2.2传质单元高度计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：（3.17）常见材质的临界表面张力值见表3.3表3.3 常见材质的临界表面张力值材质 碳瓷 玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 钢 石蜡表面张力，566173 33 407520查表 3-3 得液体质量通量为（3.18）气相传质系数由下式计算：（3.19）气体质量通量为（3.20）液相

35、传质系数由下式计算：（3.21）由（3.22）式中为填料形状系数，常见填料的形状系数见表3.4表 3.4 常见填料的形状系数填料类型球 形棒 形拉西环弧 鞍 开孔环值0.720.75 11.19 1.45查表3-4得则由修正的恩田公式计算出后，可按下式计算气相总传质单元高度HOG ：（3.23）其中（3.24）式中H?溶解度系数，:；?塔截面积，m2。因为 ，修正的恩田公式需按下式校正，即（3.25）（3.26）所以由（3.27）式中?设计时的填料高度，m；?工艺计算得到的填料层高度，m取安全系数为1.2设计时取填料层高度为3.2.3填料层的分段为使填料层内气液两相能够处于良好的分布状态，每经

36、过一定高度的填料层以后应对液体进行收集并进行再分布。否则，塔内塔内流体的不良分布将会使填料效率下降。对于散装填料，一般推荐的分段高度值见表3.5表3.5 散装填料分段高度推荐值填料类型拉西环2.5矩鞍鲍尔环阶梯环环矩鞍取 则（3.28）设计填料高度为：9000mm因此将填料层分为两段设置，每段4.5m，两段间设置一个液体再布器。3.3 填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为（3.29）已知压降填料因子 将操作气速代替得纵坐标（3.30）查图3.1得（3.31）3.4 填料塔附属高度计算液体流量（3.32）塔上部空间高度可取1.8m，其中液体分布器高度约为1.6m，塔底液

37、相停留时间按3min考虑，则塔釜液所占空间高度为（3.33）考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取0.6m，所以塔的附属空间高度因此，填料塔总高度4填料塔内件的类型及设计4.1 塔内件类型填料塔的内件主要有填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理的选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。4.2 塔内件的设计及选用4.2.1液体分布装置液体分布器的作用：液体分布装置设于填料层顶部，用于将塔顶液体均匀分布在填料表面上，液体的分布装置性能对填料塔效率影响很大，特别是大直径、低填料层的填料塔，尤其需要性能良好的液体分布装置。由于液体在填料塔内

38、分布均匀，可以增大填料的润湿表面积，以提高分离效果。因此，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。从喷淋密度考虑，应保证每60的塔截面上约有一个喷淋点，这样，可以防止塔内壁流和沟流现象常用的液体分布装置有莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔管式分布器等。莲蓬式喷淋器 液体经半球形喷头的小孔喷出。小孔直径为310m，做同心圆排列，喷洒角不超过。这种喷淋器结构简单，但只适用于直径小于600mm的塔中，且小孔易堵塞。盘式分布器 盘低开有筛孔的称为塞孔式，盘底装有垂直短管的称为溢流管式。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流短管流下。筛孔式的 液体分布效果好，而溢流管式自由截面积较大，且不易堵

39、塞。盘式分布器常用于直径较大的塔中，基本可保证液体分布均匀，但其制造较麻烦。 齿槽式分布器 液体先经过主干齿槽向其下个条形做第一级分布，然后再向填料层上面分布。这种分布自由截面积大，不易堵塞，多用于直径较大的填料塔。多孔环管式分布器 由多孔圆形盘管、联接管及中央进料管组成。这种分布器气体阻力小，特别使用于液量小而气量大的填料吸收塔。 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。近年来的实践表明，大直径填料塔的放大问题主要是保证液体初始分布均匀，若能保证单位塔截面的喷淋点数目与小塔相同，大型填料塔的传质效率将不会低于小型塔。液体分布装置的安装位置，须高于填料层表面200mm

40、,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10。（1）本设计任务液相负荷不大且氨气极易溶解，可选用重力型排管式液体分布器，排管式液体分布器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。取布液孔数为100个/m2，则总布液孔数为（4.1）（2）液体分布器布液能力计算（4.2）式中?液体流量， ；?开孔数目；?孔流系数，通常取；?孔径，m；?开孔上方的液位高度，m。取（4.3）4.2.2液体收集及再分布装置实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流动时，不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加、填料

41、主体的流量减小、塔中心的填料不被润湿，影响了流体沿塔横截面分布的均匀性，降低传质效率。所以，设置再分布装置是十分必要的。对于此塔可采用百叶窗式液体收集器与管式液体分布器组合使用，其所用的管式液体分布器与液体初始分布器具有相同结构。4.2.3填料支承装置填料支承装置的作用是支承填料以及填料层内液体的重量，由于填料支承装置本身对塔内气液的流动状态也会产生影响，因此作为填料支承装置，除考虑其对流体流动的影响外，一般情况下填料支承装置应满足如下要求：（1）有足够的强度和刚度，以支持填料及所持液体的重量（持液量）；（2）有足够的开孔率（一般要大于填料的空隙率），以防止首先在支撑处发生液泛；（3）结构上应

42、有利于气液相的均匀分布，同时不至于产生较大的阻力（一般阻力不大于20Pa）；（4）结构简单，易于加工制造安装和维修6。用竖扁钢制成的栅板作为支承板最为常用，如图4.1中的a。栅板可以制成整块或分块的。一般当直径小于500mm时可制成整块；直径为600800mm时，可以分成两块；直径在9001200mm时，分成三块；直径大于1400mm时，分成四块；使每块宽度约在300400mm之间，可以通过人孔进行装卸。栅板条之间的距离应约为填料环外径的0.60.7。在直径较大的塔中，当填料环尺寸较小的，也可采用间距较大的栅板，先在其上布满尺寸较大的十字分隔瓷环，再放置尺寸较小的瓷环。这样，栅板自由截面较大，

43、如图4-1c所示a 栅板 b 升气管式 c 十字隔板环层图4.1 填料支承板当栅板结构不能满足自由截面要求时，可采用如图4-1b所示的升气管式支承板。气相走升气管齿缝，液相由小孔及缝底部溢流而下。这类支承板，有足够齿缝时，气相的自由截面积可以超过整个塔的横截面积，所以绝不会在此造成液泛。本设计塔径D1000mm，采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小，由竖扁钢制成的栅板作为支承板，将其分成三块，每块宽333.33mm且需要将其搁置在焊接于塔壁的支持圈或支持块上，栅板条之间的距离约为24.7mm。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，作为过渡支承，以

44、取得较大的孔隙率。由于采用的是50mm的填料，所以可用75mm的十字环4.2.4填料压紧装置为保证填料塔在工作状态下填料床能够稳定，防止高气相负荷或负荷突然变动时填料层发生松动，破坏填料层结构，甚至造成填料损失，必须在填料层顶部设置填料限定装置。填料限定可分为类：一类是将放置于填料上端，仅靠自身重力将填料压紧的填料限定装置，称为填料压板；一类是将填料限定在塔壁上，称为床层限定板。填料压板常用于陶瓷填料，以免陶瓷填料发生移动撞击，造成填料破碎。床层限定板多用于金属和塑料填料，以防止由于填料层膨胀，改变其开始堆积状态而造成的流体分布不均匀的现象。一般要求压板和限制板自由截面分率大于70%11。本设计任务由于使用聚丙烯填料，故选用床层限定板。4.2.