化工原理课程设计填料塔

1、目录第1章概述3吸收技术概况3吸收设备的发展3吸收在工业生产中的应用4丙酮的性质5第2章方案比选72.1 方案选择与对比72.2 吸收剂的比选8填料的作用以及选择92.4 操作参数的选择122.5流向选择12吸收剂再生方法的选择12操作参数的选择13第3章吸收塔的工艺计算14基础物性数据143.1.1 气液相物性数据14物料计算143.2 塔径计算153.3 填料层高度确定183.3.1 .传质单元数计算183.3.2 传质单元高度计算18填料层高度的计算20第四章塔的结构设计21筒体的设计21封头设计21除沫器设计21液体进料管的设计22液体出料管的设计224.6 气体进料管的设计224.7

2、 气体出料管的设计234.8 填料支撑板设计234.9 填料压板23体分布装置234.11再分布器24气体入塔分布器24法兰的设计25手孔的设计25吸收塔支座的设计25泵的选择264.17吸收塔高度的计算26填料吸收塔主要尺寸27课程设计心得28参考文献29第1章概述气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利 用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的 单元操作。在化工生产中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体保护环境等 方面得到了广泛的应用。在研究和开发吸收过程中，在方法上多从吸收过程的传 质速率着手，希望在整个设备中，气液两相为连

3、续微分接触过程，这一特点那么 与填料塔得到了较好的结合。由于填料塔的通量大，阻力小，使得其在某些处理 量大要求压降小的分离过程中备受亲睐。尤其今年高效填料塔的开发，使得填料 塔在分离过程中占据了重要的地位。丙酮是一种重要的基本有机化工原料，它是制造丙酮氰醇，双酚A等化工产品的 原料，也用于制造维生素C，此外还作为溶剂广泛用于醋酸纤维素胶片、塑料、 涂料、医药及炼油等工业部门。气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的 分离操作，其基本原理是利用混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不 同，实现各组分分离的单元操作。实际生产中，吸收过程所用的吸收剂常需回收利用，故一般来说，完整的吸 收过程应

4、包括吸收和解吸两部分，因而在设计上应将两部分综合考虑，才能得到 较为理想的设计结果。作为吸收过程的工艺设计，其一般性问题是在给定混合气 体处理量、混合气体组成、温度、压力以及分离要求的条件下，完成以下工作： （1）根据给定的分离任务，确定吸收方案；（2）根据流程进行过程的物料和热量衡算，确定工艺参数；（3）依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计；（4）绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图；（5）编写工艺设计说明书。吸收剂将混合气体中溶质组分吸收后所得到的溶液是混合溶液，在生产中常 需要使溶质从吸收后的溶液中重新释放出来，实现最终分离，而液相的吸收剂又 可得以再生重新使用。这种使溶质组分

5、从溶液中脱出的过程称为解吸，是吸收的 逆过程，也是一种通过相际间传质而实现物质分离的单元操作。在化工生产中， 吸收和解吸是常用的联合操作，共同构成了一个完整的工艺流程。吸收设备是化工、石油化工、生物化工等生产过程中广泛采用的气液传质 设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可氛围板式塔和填料塔两大类。过去由于填料本体及塔内构件的不完善，填料塔大多局限于处理腐蚀性介 质或不适宜安装塔板的小直径塔。近年来由于填料结构的改进，新型的高效、高 负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能，又保持了压力降小的特点， 因此填料塔已被推广到所有大型气液操作中。在某些场合，还代替了传统的板式 塔。随着对填料塔

6、的研究和开发，性能优良的填料塔已大量地用于工业生产中。由于填料塔通量大，阻力小，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造，结构简 单，效率高，有利于过程节能。所以对于吸收过程来说，以采用填料塔居多。填料塔约有100年的发展史，1914年拉西环的出现使填料塔进入了科学发 展的轨道，至50年代取得了很大的发展，但由于填料塔的“放大效应”，50年 代后填料塔进入了缓慢发展时期，而板式塔应运而生。70年代由于世界性的能 源危机后，为了节能，填料塔得到了蓬勃发展，规整填料的出现和塔内件的改进 使“放大效应”问题基本解决。填料塔的特点：1 .生产能力大2 .分离效率高3 .压力降小4 .操作弹性大5 .持液量小对于

7、吸收过程，能够完成分离任务的塔设备有多种，如何从众多的塔设备 中选择合适类型是进行工艺设计的首要任务。而进行这一项工作那么需对吸收过 程进行充分的研究后，并经多方面对比方能得到满意的结果。一般而言，吸收用 塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原那么要求，用较小直径的塔设备 完成规定的处理量，塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，具有合适的 操作弹性，结构简单，造价低，便于安装、操作和维修等。但是吸收过程，一般具有液气比大的特点，因而更适用填料塔。此外，填 料塔阻力小，效率高，有利于过程节能。所以对于吸收过程来说，以采用填料塔 居多。近年来随着化工产业的发展，大规模的吸收设备已经广泛用于

8、实际生产当 中。具有了很高的吸收效率，以及在节能方面也日趋完善。填料塔的工艺设计内 容是在明确了装置的处理量，操作温度及操作压力及相应的相平衡关系的条件 下，完成填料塔的工艺尺寸及其他塔内件设计。在今后的化学工业的生产中，对 吸收设备的要求及效率将会有更高的要求，所以日益完善的吸收设备会逐渐应用 于实际的工业生产中。气体吸收在化工生产中的应用大致有以下几种。(1)净化或精制气体。混合气的净化或精制常采用吸收的方法。如在合成 氨工艺中，采用碳酸丙烯酯(或碳酸钾水溶液)脱除合成气中的二氧化碳等。（2）制取某种气体的液态产品。气体的液态产品的制取常采用吸收的方法。 如用水吸收氯化氢气体制取盐酸等。（

9、3）回收混合气体中所需的组分。回收混合气体中的某组分通常亦采用吸 收的方法。如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃等。（4）工业废气的治理。在工业生产所排放的废气中常含有少量的SO2、H2S、 HF等有害气体成分，若直接排入大气，那么对环境造成污染。因此，在排放之 前必须加以治理，工业生产中通常采用吸收的方法，选用碱性吸收剂除去这些有 害的酸性气体。（1）物理性质无色液体，具有令人愉快的气味（辛辣甜味）。易挥发。能与水、乙醇、N,N- 二甲基甲酰胺、氯仿、乙醚及大多数油类混溶。相对密度325）0.7845。熔点-9。 沸点。折光率（n20D） 1.3588。闪点-20。易燃。半数致死量（大鼠，经口

10、） 10.7ml/kg。有刺激性。（2）化学性质丙酮是脂肪族酮类具有代表性的的化合物，具有酮类的典型反应。例如： 与亚硫酸氢钠形成无色结晶的加成物。与氰化氢反应生成丙酮氰醇。在还 原剂的作用下生成异丙酮与频哪醇。丙酮对氧化剂比较稳定。在室温下不 会被硝酸氧化。用碱性高锰酸钾或铬酸钾等强氧化剂做氧化剂时，生成乙 酸、甲酸、二氧化碳和水。在碱存在下发生双分子缩合，生成双丙酮醇。2mol丙酮在各种酸性催化剂（盐酸，氯化锌或硫酸）存在下生成亚异丙基 丙酮，再与1mol丙酮加成，生成佛尔酮（二亚异丙基丙酮）。3mol丙酮在 浓硫酸作用下，脱3mol水生成1，3, 5-三甲苯。在石灰。醇钠或氨基钠存 在下

11、，缩合生成异佛尔酮（3, 5, 5-三甲基-2-环己烯-1-酮）。在酸或碱存 在下，与醛或酮发生缩合反应，生成酮醇、不饱和酮及树脂状物质。与苯 酚在酸性条件下，缩合成双酚-A。丙酮的a-氢原子容易被卤素取代，生成 a-卤代丙酮。与次卤酸钠或卤素的碱溶液作用生成卤仿。丙酮与Grignard试剂发生加成作用，加成产物水解得到叔醇。丙酮与氨及其衍生物如羟氨、 肼、苯肼等也能发生缩合反应。此外，丙酮在5001000 时发生裂解，生成乙烯酮。在170260 通过硅-铝催化剂，生成异丁烯和乙醛；300350 时生成异丁烯和乙酸等。（3）作用和用途丙酮是重要的有机合成原料，用于生产环氧树脂，聚碳酸酯，有机玻

12、璃， 医药，农药等。亦是良好溶剂，用于涂料、黏结剂、钢瓶乙炔等。也用作 稀释剂，清洗剂，萃取剂。还是制造醋酐、双丙酮醇、氯仿、碘仿、环氧 树脂、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯等的重要原料。在无烟火药、赛 璐珞、醋酸纤维、喷漆等工业中用作溶剂。在油脂等工业中用作提取剂。（4）危害健康危害：急性中毒主要表现为对中枢神经系统的麻醉作用， 出现乏力、 恶心、头痛、头晕、易激动。重者发生呕吐、气急、痉挛，甚至昏迷。对 眼、鼻、喉有刺激性。口服后，先有口唇、咽喉有烧灼感，后出现口干、 呕吐、昏迷、酸中毒和酮症。慢性影响：长期接触该品出现眩晕、灼烧感、咽炎、支气管炎、乏力、易激动等。皮肤长期反复接触可致皮炎

13、。燃爆危险：该品极度易燃，具刺激性。因此，合理处理空气中的丙酮不但有利于对环境的保护，而且能使杂 质丙酮回收加以利用或转为部分经济利益。第2章方案比选方案选择与对比对于许多逆流气液接触过程，填料塔和板式塔都可以适用。因此必须根据情 况进行选用。填料塔和板式塔有许多不同点，因此要了解这些不同点来合理决定 塔的选用。填料塔板式塔操作范围较小，对液体负荷的变化 更为敏感，当液体负荷较 小时，填料表面不能很好 润滑，传质效果急剧下 降；当液体负荷过大时， 容易产生液泛。设计良好的板式塔，那么 具有大得多的操作范围处理易聚合或含有固体 悬浮物的物料不宜处理某些类型的板式塔可以 有效处理安全系数适宜比填料

14、塔取得要更小塔径当塔径不大时，在800mm 以下，因结构简单而造价 便宜当塔径在600mm以下时， 造价会比较填料塔而贵， 并且安装困难。对亦气泡物系和腐蚀性 物系更适合有一定缺陷生产能力大较填料塔小分离效率高，每米理论板最多可达 10级以上分离效率略优于填料塔， 每米理论板最多不超过2 级空塔速率低高压降较填料塔高5倍左右持液量小，一般小于6%大，高达8%-12%操作弹性大，对负荷变化适应性很 强小，适应负荷变化强的操 作比较困难工业生产对塔设备的性能有着严格的要求，主要有以下几个方面：(1)具有良好的操作稳定性这是保证正常生产的先决条件。一个性能良好的塔设备，首先要保证塔设备在连续生产中的

15、稳定操作，具有一定的操作弹性。在允许的工艺波动范围内，设 备本身的操作弹性必须大于等于生产中可能产生的工艺波动率。(2)具有较高的生产效率和良好的产品质量该项是设备设计制造核心。没有良好的产品质量，说明该设备不能胜任其相 应的工艺操作。当然，仅有较高的产品质量，而没有较高的生产率也是不可取的。 一个好的设计应使两者兼顾，在保证产品质量的前提下，尽可能提高产品生产效 率。(3)结构简单，制造费用低塔设备在能保证满足相应的要求的前提下，尽量采用简单的结构，降低设备 材料、加工制作和日常维护的费用。设备尽可能采用通用材料，特殊场合如遇到 盐酸、加氢反应、高温高压等比较苛刻的条件下，也应尽可能采用复合

16、材料，以 便降低塔设备的制造成本。(4)塔设备的寿命、质量与运行安全化工设备一般要求其使用寿命在10年以上。在设计时，要能考虑选用材料 的成本、设备的运行安全、制造质量和其一次性投资等之间的关系，不要一味追 求高寿命，并应注意塔设备在运行使用中的安全性和操作的方便性，不能出现任 何在操作中可能导致操作失误的结构和部件。本设计采用填料塔，填料塔结构简单，生产能力大，分离效率高，持液量小， 操作弹性大。2.2吸收剂的比选当吸收是为了制取某种溶液产品时，只能用某种特定的吸收剂，如由氯化 氢制造盐酸，只能用水作吸收剂。当吸收是为了对气体混合物作组分分离 时，吸收剂的合理选择，对吸收操作的成功与否有重大

17、影响。优良吸收剂 的性能包括：溶质在其中有较高的溶解度，因而有较大的过程推动力，并可减少吸 收剂的用量；易于再生，便于循环使用；有较高的选择性，以取得较高纯度的解吸气；不易挥发，以减少损耗；粘度较低，不易起泡，以保证两相在塔内接触良好；化学性质稳定，以免在使用过程中降解变质；价廉易得，使用安全(无毒、不易燃烧等)。工业上常用吸收剂溶质吸收剂氨 丙酮蒸气 氯化氢 二氧化碳 二氧化硫 硫化氢 苯蒸气 丁二烯 二氯化碳 一氧化碳水、硫酸 水 水 水、碱液、碳酸丙烯酯 水碱液、砷碱液、有机溶剂 煤油、洗油 乙醇、乙腈 煤油 铜氨液由于该处理项目中，要去除杂质丙酮。丙酮在水中的溶解度比较大，而 且容易获

18、取，价格低廉，吸收效果好。虽然丙酮易溶于有机溶剂，但有机 溶剂容易挥发，造成大气污染，成本也高。所以，在清水与有机溶剂两者 比较中，本课程设计选用清水作为吸收剂。填料的作用以及选择填料的作用：填料泛指被填充于其他物体中的物料。在化学工程中，填料指装于填充塔内的 惰性固体物料，例如鲍尔环和拉西环等，其作用是增大气-液的接触面，使其相 互强烈混合。近年来，由于填料结构的改进，新型的高效，高负荷填料的开发， 不但提高了塔的通过能力以及分离效率，又保持了压力降以及性能稳定的特点， 因此填料已经被推广到许多大型气液操作中。种类的选择填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：传质效率传质效

19、率即分离效率，它有两种表示方法：一是以理论级进行计算的表示方 法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即HETP值；另一是以传质速率进行 计算的表示方法，以每个传质单元相当的填料层高度的表示，即HTU值。在满足 工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即HETP （或HTU）值较低的填料。通量在相同的液体负荷下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大，那么通量 愈大，塔的处理能力亦越大。因此，在选择填料种类时，在保证具有较高传质效 率的前提下，应选择具有较高的泛点气速或气相动能因子的填料。填料层的压降填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降愈低，动力消耗越低， 操作费用愈小，选择低压降的填料对热

20、敏性物系的分离尤为重要。比较填料的压 降有两种方法，一是比较填料层单位高度的压降AP/Z,另一是比较填料层单位 传质效率的比压降ap/Nt。填料的操作性能T填料的操作性能主要是指操作弹性、抗污堵性及抗热敏性等。所选填料应具 有较大的操作弹性，以保证塔内气液负荷发生波动时维持操作稳定，同时还应具 有一定的抗污堵、抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度的变化。止匕外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修（3）填料规格的选择通常，散装填料与规整填料的规格表示方法不同，选择的方法亦不尽相同。散装填料规格的选择散装填料的规格通常是指填料的公称直径。工业塔常用的散装填料主要有 DN16，*25,“38。50,

21、“76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,填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔 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。因此，对塔径 与填料尺寸的比值要有一规定，常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐 值列于表2-2。塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值填料种类D/d推荐值拉西环D/dN2030鞍环D/dN15鲍尔环D/dN1015阶梯环D/d>8环矩鞍D/d>8规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法有很多，国内习惯用比表面积 表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种

22、规格，同种类型的规整填 料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也明显 增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作 费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足工艺要求，又具有经济合理性。（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。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，不宜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能，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等 过程。金属填

23、料金属填料可用多种材料制成，金属材料的选择主要根据物质的腐蚀性和金属 材质的耐腐蚀性来综合考虑。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，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，一般能耐除 Cl-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 造价极高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。1.0 mm),与同种类型、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。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 丙烯材料。塑料材料

24、的耐腐蚀性能良好，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。塑料填料具有质轻、价廉、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差，在某些特殊应用场合 需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。填料材质评估表填料名称评估值对评估植的评价排序丝网波纹填料很好1孔板波纹填料相当好2金属 Intalox相当好3金属鞍形环相当好4金属阶梯环一般好5金属鲍尔环一般好6瓷 Intalox较好7瓷鞍形环略好8瓷拉西环略好9选用填料时要注意以下几点要求1 .单位体积填料的表面积要大，而且填料表面要容易被液体润湿2 .填料的孔隙

25、率需大，对气体阻力小3 .填料单位体积价格低4 .填料应该具有化学稳定性，不被气体或者液体所腐蚀5 .填料的重度需小，机械强度需大。根据综合考虑，本设计选用50mm X 50mm X1mm的拉西环钢制乱堆，其具体参数 性质如下：a=110m2 /m3 ；填料分类：空隙率 Y=0.95 m3/m3 ；填料可分为乱堆填料和规整填料，由于该设计处理量不大，造价要经济，因 此运用乱堆填料。2.4 操作参数的选择操作温度的选择对于物理吸收而言，降低操作温度,对吸收有利。但低于环境温度的操作温度因 其要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的，所以一般情况下，取常温吸收较为 有利。对于特殊条件的吸收操作必须采用

26、低于环境的温度操作。对于化学吸收， 操作温度应根据化学反应的性质而定，既要考虑温度对化学反应速度常数的影响, 也要考虑对化学平衡的影响，使吸收反应具有适宜的反应速度。对于再生操作， 较高的操作温度可以降低溶质的溶解度,因而有利于吸收剂的再生。操作压力的选择对于物理吸收，加压操作一方面有利于提高吸收过程的传质推动力而提高过 程的传质速率,另一方面,也可以减小气体的体积流率,减小吸收塔径。所以操作 十分有利。但工程上,专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看是不 合理的，因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下，一般是 以前道工序的压力作为吸收单元的操作压力。对于化学吸收,若

27、过程由质量传递 过程控制,那么提高操作压力有利,若为化学反应过程控制,那么操作压力对过程 的影响不大，可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压力，但加大吸收 压力依然可以减小气相的体积流率,对减小塔径仍然是有利的。对于减压再生（闪 蒸）操作,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定,逐次或一次从吸收压力减至再 生操作压力,逐次闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果。2.5 流向选择在两相进出口摩尔分数相同情况下，逆流时的对数平均推动力必大于并流，因 此就吸收过程本身而言，逆流优于并流。但是，就吸收设备而言，逆流操作时流 体的下流容易受到上升气体的作用力。这种曳力过大时会妨碍液体顺利流下，因 而限制

28、了吸收塔所允许的流体流率以及气体流率，这是逆流的缺点。在特殊情况 下，例如相平衡线斜率极小时，逆流并无大优点，才考虑用并流。为使过程具有最大的推动力，一般吸收操作采用逆流吸收，本次课程设计采 用了逆流吸收操作。依据所用的吸收剂的不同可以采用不同的再生方法，工业上常用的吸收剂再 生方法主要有减压再生，加热再生及气提再生等。（1）减压再生（闪蒸）吸收剂的减压再生是最简单的吸收剂再生方法之一。在吸收塔内，吸收了大 量溶质后的吸收剂进入再生塔并减压，使得溶于吸收剂中的溶质得以再生。该方 法最适用于加压吸收，而且吸收后的后续工艺处于常压或较低压力的条件，如吸 收操作处于常压条件下进行，若采用减压再生，那

29、么解吸操作需在真空条件下进 行，那么过程可能不够经济。(2)加热再生加热再生也是吸收剂再生最常用的方法。吸收了大量溶质后的吸收剂进入再 生塔内并加热使其升温，溶入吸收剂中的溶质得以解吸。由于再生温度必须高于 解吸温度，因而，该方法最适用于常温吸收或在接近于于常温的吸收操作，否那 么，若吸收温度较高，那么再生温度必然更高，从而，需要消耗更高的能量。一 般采用水蒸汽作为加热介质，加热方法可以依据具体情况采用直接蒸汽加热或采 用间接蒸汽加热。(3)气提再生气提再生是在再生塔的底部通入惰性气体，使吸收剂表面溶质的分压降低， 使吸收剂得以再生。常用气提气体是空气和水蒸气。本设计采用加热再生的方法再生吸收

30、剂。操作温度的选择对于物理吸收而言，降低操作温度,对吸收有利。但低于环境温度的操作温度因其 要消耗大量的制冷动力而一般是不可取的,所以一般情况下,取常温吸收较为有 利。对于特殊条件的吸收操作必须采用低于环境的温度操作。对于化学吸收，操 作温度应根据化学反应的性质而定,既要考虑温度对化学反应速度常数的影响， 也要考虑对化学平衡的影响，使吸收反应具有适宜的反应速度。对于再生操作， 较高的操作温度可以降低溶质的溶解度,因而有利于吸收剂的再生。操作压力的选择对于物理吸收,加压操作一方面有利于提高吸收过程的传质推动力而提高过程 的传质速率,另一方面,也可以减小气体的体积流率,减小吸收塔径。所以操作十 分

31、有利。但工程上,专门为吸收操作而为气体加压,从过程的经济性角度看是不合 理的，因而若在前一道工序的压力参数下可以进行吸收操作的情况下,一般是以 前道工序的压力作为吸收单元的操作压力。对于化学吸收,若过程由质量传递过 程控制,那么提高操作压力有利,若为化学反应过程控制,那么操作压力对过程的 影响不大,可以完全根据前后工序的压力参数确定吸收操作压力,但加大吸收压 力依然可以减小气相的体积流率,对减小塔径仍然是有利的。对于减压再生（闪蒸） 操作,其操作压力应以吸收剂的再生要求而定,逐次或一次从吸收压力减至再生 操作压力,逐次闪蒸的再生效果一般要优于一次闪蒸效果。第3章吸收塔的工艺计算基础物性数据气液

32、相物性数据对于空气中含有较少丙酮气体的低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取 纯水的物性数据。由手册查得25时水的有关物性数据如下：密度：p = 997.08 kg/m3粘度：h L = 0.8937mPa - s = 3.2173kg/m 3表面张力：。l = 71.97 dyn/cm = 932731.2 kg/h 2对于水，中二1扩散系数：D = 1.344 义 10 -5 cm 2/sL35。时气体的有关物性数据如下：粘度 h V = 1.890 x 10-5 Pa s扩散系数 DV = 1.090 x 10 -5 m 2 / s水的饱和水蒸气压强：5623.4 pa物料计算1 .近似

33、取塔平均操作压强为101.3kpa,因此：2731进塔气流量：G = 6000 xx=237.42kmol / h273 + 35 22.4质量流量Wv混合气体中丙酮的量n丙6000x50x10 -3 -5.17 kmol58.08m丙=6000x50x 10 -3 =300kg/h2 .混合气塔摩尔组成若将空气和水蒸气视为惰性气体,那么% =942 - 57 = 232-25kmol/hy =51=0.022 1 237.42 - 5.17y 2 = y 1 x(1-99%)= 0.000223 .气液平衡关系当x<0.1, t = 1545时，丙酮溶于水其亨利常数E可用下式计算:1g

34、E = 9.171 2040 /(t 十 273)液相温度t = 25 kPaE 211.54101.3=2.088该系统的相平衡关系可以表示为y=mx - 2.088x4 .吸收剂用量在混合气体中进出口组成y 1 =0.022当 y 1 =0.022 时， 最小液气比x = 0.01051 eR = (L) min G miny - y12x - x1 e20.022 - 0.000222-2.070.0105 - 0实际气液比Rmin所以：液体流量:L=3.105 x 237.42=737.19 kmol/h质量流量:3.2塔径计算1.泛点气速计算W »、13269.42L ()

35、0.5 二XW p L6885.18,1 15、()0.5 = 0.065996.7u 2 6 P I2- -G R 02g(Pj L本设计运用50mm X 50mm X1mm的拉西环钢制乱堆，填料因子中= 175=2.90 m / s因此代入公式得uf，0.17x996.7秋8 12175x1x1.15 xO.9O3o.2因此液泛气速uf2 .操作气速确定3 .核算径比D/dp=1000/50=20,径比在合理范围内，因此满足拉西环径比要求4 .塔径计算八_ :而:4x60001.02 mD ,1 s 1V nu t 3600W.14x 2.03取整圆塔径为1000mm5 .核算操作气速u=

36、 4 X 6000= 2.12m / s < 2.90m / s3600x3.14x12因此改塔径满足要求。6 .喷淋密度校核填料的最小润湿速率(MWR)为(LW ) i 0.08 m 3 /(mh)最小喷淋密度 U . =(L > a X 110 = 8. 80m3 / (mh)4 L13269.42/996.7 /z ,、操作值密度U =m 3 / (m 2 h)p n D 2n 1hlx124因为操作值密度大于最小喷淋密度，所以符合要求。D=1000mm合理7 .单位填料程压降（,）的校核那么纵坐标为：2.032x1x130 xI：15-x0.903 0.2 = 0.083

37、9.81996.7横坐标为0.065,纵坐标为0.083,查表得包=1000pa,由于1000pa在填料范Z围内，故满足要求。8 .3填料层高度确定.传质单元数计算根据物料守恒，G(yy2) = L(-x2)G得 x = x + (y y ) = 0.00712 L 12由 x =0.007，可得 y = 2.088x0.007 = 0.01151过程平均推动力:1 eY*) (0.022 0.015) - (0.00022 0) 22_二 Y *-Y * lnuY Y * 22 0.022 0.015ln0.00022=1.96x10-3NOG=y 1 - y2 = 0.022 - 0.00

38、02 = " 口一 Ay1.96x10-3.m传质单元高度计算50X50X 1的钢制拉西环比表面a=110m2/m3 m3/m3 ；临界表面张力o =75mN/m4WV-n D24x6885.183600n x1x1=2.44kg /(m2 s)4x13269.423600n x1x1=4.70kg /(m2 , s)1.求aw/6、,(二)0.75 =(o7571.96)0.75 = 1.03G4.7(-l- )0.1 = ()0.1 = 1.47aL110x9.0310 -4)-0.05 =(4.70x110996.72x9.81)-0.05 = 1.64(-L- )0.2 =(

39、p o a996.7x0.071961 10)0.2 = 0.31a 11 «= 1 - exp -1.45a I tA 0.75 AUL-a日t L、0"U 2aLtp 2 gL、-0.05,、0.2=1 - exp - 1.45x1.030.75 x1.47 0.1 x1.64 -0.05 x0.310.2 )=0.67a = 0.67a = 0.67对10 = 73.7m2 /m32.求Ka1/3=(996.79.03x10-4x9.811)3 = 48.3GL-a日w L2/3 J4.70)124妁.03见0 -4)=17.04、-1/2 ( 9.03x10-419

40、96.7x1.344x10-9)12 = 0.039(adp %4 = (110x0.05) 0.4 = 1.98=0.0051'GLa Nw2/3-1/2 (adp )0.41/30.0051 x 17.04x0.039x1.9 848.3=1.39x10-4kmol /m2 s (kmol / m3)Ka = 1.39x10-4 x74 = 0.0103kmol / m 2 - s (kmol / m 3)3.c=、0.7=(2.44110x1.89x10-50.71/3=(1.89x10-51.15x1.0910 -51)3 =1.15(adp )-2 = (110x0.05)

41、-2 = 0.033、0.7,aD cIp d ) 1_v_vZRT1/3(adp) - 2110x1.0910 -5x5.237140. 82x1.15a 0338.3143.08-5 kmol /m2 s - kpaK a - 1.31x10 -5x74 = 9.69x10 -4 kmol /m2 s - kpaG4 义 237.42=0.85m4.传质单元高度的计算k aQ PKGaQ101.3x9.69xnx 1 x 1 x3600C=P L ML9967 - 55.37kmol /m3184 义 737.1955.37 * 0.0102 xnx 1 义 1 * 3600=0.45 m

42、Hog - HgmG2.088+H = 0.85 +x 0.46 =1.16mL l 3.105填料层高度的计算填料塔高度： H = N0G x H0G - 1.16 x 11.11 - 12.89m因此取填料塔高度，因为每段高度不得6m,因此，分三段每段5.2m第四章塔的结构设计筒体的设计在压力不是太高，筒体有钢板卷焊而成和取自大口无缝钢管的两种，直 径较大的一般用钢卷制，其内径必须符合公称直径的数值，并且均为整数。 直径较小的筒体，为方便计算，可选用适当的无缝钢管。由于钢管内径会因 不同厚度规格而变化，所以取外径为筒体的公称直径。D=1000mm取塔壁厚 d=3mm+2mm=5mm,3mm

43、塔壁必须保证的基本厚度2mm塔壁的腐蚀裕量塔外径 Do=1000+5 x 2=1010mm因此本设备塔外径为1920 x 5mm.封头设计化工上常用的封头形式有半球形，椭圆形，无折边球形，锥形以及平板盖。因本次设计中所涉及的塔顶压力不大，因此可以选择结构较为简单的平定盖 上封头。平板盖封头的几何形状包括原型，椭圆形，长圆形以及方形等几种。平板封头的厚度计算是以薄板理论为基础，因塔顶上封口处有气体出料管， 塔底要承载液体，因此选择椭圆形封头标准椭圆形封头的长短轴之比为2,型号以及尺寸按1153-73规定，长轴即 为筒体的直径，短轴即为长轴一半。封头内径D=1000mm外径 Do=1010mm封头

44、曲面高度h1=250mm封头直边高度h2=50mm除沫器设计在空塔气速较大，塔顶溅液现象严重，以及工艺过程不允许出塔夹带雾滴情况下，需要设置除沫器，从而减少液体的夹带损失，确保气体的纯度， 保证后续设备的正常操作。这次选用丝网除沫器。丝网除沫器具有比表面积大，重量轻，孔隙率大 以及使用方便等优点，尤其是它具有除沫效率高，压力较小的特点，从而是 使用最广泛的除沫装置。丝网除沫器使用于清洁气体，不宜用在液滴中含有或易析出固体物质的场 合，以免液体蒸发后留下固体堵塞丝网，当雾沫中含有少量悬浮物时，应该 经常冲洗。丝网除沫器常用的设计气速13m/s。对于金属丝网，当丝网直径为0.076时，网层密度为4

45、8530kg/m3时，在适宜气速下，丝网层的续液厚度 约25-50mm,取网层厚度为100-150mm时，制成的网应压紧到密度为 110-160kg50mm。直径计算u = 0.095、巴- Pg = 2.80 m / sPg g4 义 6000D 二nx 2.8 义 3600=0.675m液体进料管的设计4 x 13269.42取液体进料管允许液体流速u=/s=0.0434md = .3.14 x 2.5 x 996.7 x 3600根据管道标准选择Dg=50mm,壁厚取5mm 外径中50 x 2.5mm4.5 液体出料管的设计液体出料管位于塔底承受一定压力，用焊接钢管取液体出料管U=/s,

46、那么：D J，卜n up b L4 x 13269.42(3.14 x 4.5 x 996.7 x 3600=0.032m取 D=40mm4.6 气体进料管的设计为避免气体淹没通道，使气体沿塔截面分布均匀，防止破碎填料进入气体进 料管，因此选用侧面挡板式进气，选用普通的无缝钢管。进气管直径计算如下：实际气速在10-20m/s,取u=15m/s,:犷:4 义 6000d =、s = 、 376mm.n n u -nx 15 义 3600取 400mm4.7 气体出料管的设计气体出料管位于填料塔顶，采用GBB163-87,管子规格为DN10-500mm4.8 填料支撑板设计填料层底部的支撑板在设计

47、中往往容易被忽略，因此造成阻力过大，容 易导致液泛等问题，特别是孔板式支撑板这个缺点比较突出，从化工要求来 说，支撑板应该满足二个基本条件：(1)自由截面不小于填料的孔隙率(2)其强度足以支撑上面填料的重量，用坚扁钢组成的栅板，通过常能满足 这一要求。扁钢条之间的距离宜为填料外径的0.6-0.8倍左右。在直径 较大的塔中，也可以用较大的间距，上面再放一层十字隔板式陶瓷。然 后再在上面堆放拉西环。当用栅板结构不能满足上述两个基本条件时，可以采用升气管式支撑 板，气相从气管的齿缝走，而液相由小孔及部分由齿缝的底部溢流下去，当 有足够的齿缝面积时，这种结构甚至可以达到超过100%的气相自有率。本塔采

48、用分块多梁式支撑板。外径D1=988mm，分块数3块，高125mm。4.9 填料压板对防止填料层在气体压力差和符合波动引起的冲击作用下发生的膨胀， 对任何填料塔都必须安装填料压板或床层限制板。填料压板：使用于固定陶瓷填料层，凭自身的重量限制填料松动，无需 固定于塔壁。其关键的压强唱设计为1100口左右。此外自由界面率不应少于 70%，以减少阻力，其形式分为栅条压板式和丝网压板等。本塔采用分栅条压板直径为980mm体分布装置液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。工业 应用以管式、槽式及槽盘式为主。管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其突出的特点是结构简单，供气体流过的自

49、由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，操作弹性一般较小。管式液体 分布器多用于中等以下液体负荷的填料塔中。在减压精馏及丝网波纹填料塔中， 由于液体负荷较小，设计中通常用管式液体分布器。性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：(1)液体分布均匀评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。(2)操作弹性大液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最 小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为 24,对于液 体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到 10以上，此时，分布 器必须特殊设计。(3)自由截面积大 液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截

50、面积的比值。根据设计经验，性能优良的液俸分布器，其自由截面积为 50%。70qo。设计中，自由截面积最小应在35%以上。(4)其他 液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、 调整和维修方便。本塔采用排管式分布器。主管直径50mm，支管排数7mm，排管外缘直径1140mm4.11再分布器前已述及，为减小壁流现象，当填料层较高时需进行分段，故需设置液体 收集及再分布装置。最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器。截锥式再分 布器结构简单，安装方便，但它只起到将壁流向中心汇集的作用，无液体再 分布的功能，一般用于直径小于0.6 m的塔中。在通常情况下，一般将液体收集器及液体分布器同时使用，构成液体

51、收集及 再分布装置。液体收集器的作用是将上层填料流下的液体收集，然后送至液 体分布器进行液体再分布。常用的液体收集器为斜板式液体收集器。本设计塔用多孔盘式再分布器分布盘外径D1=985mm,升气管数=6气体入塔分布器气体入塔的均匀分布对大塔十分重要。对分布器的要求是：压降尽可能 小，分布均匀。DW500mm小塔多采用进气管分布，可使进气管伸到塔的中心线位置，管 的末端切成45°向下的斜口，或向下开缺口，使气流折转而上。较低的入口 气速有利于气体在塔内的分布，适宜的管内气速为1018m/s。对D进气管末端制成向下弯的喇叭形扩大口，或制成多环管式分布器。 对于D以上的大塔，在气体进口管上

52、方需设置气体“整流”分布器。对于 压力降小于的散堆金属塔填料、规整波纹填料塔尤因注意入塔气体的均布问 题。本设计采用将进气管末端制成向下玩的喇叭形扩大口。法兰的设计法兰连接由一对法兰，若干个螺母和一个垫片组成。当设备或者管道工 作时，介质内压有将法兰分开，并降低密封面以及垫片间压力的趋势。为此， 设备或管道在开工操作前，螺母就需拧紧到给垫片以一个适当的预紧力。显 然，这个预紧力与垫片的材料有关。而且与垫片的宽度有关，垫片越宽，所 需的预紧力越大本设计平焊法兰HG5010-58。手孔的设计手孔最简单的结构形式是在接管上安装一块盲板，这种结构用于常压和 低压，以及不需要经常打开的场合，回转盖快开手

53、孔，采用铰链螺栓紧固和 回转盖结构，使开启较为方便。因此，用于要求经常开启的低压设备。需要 快速启闭的手孔，应设置快速压紧装置。常压快开手孔采用卡板和球形手柄 将手孔压紧。这种结构启闭迅速，但压紧时密封不好，只能用在常压操作的 设备。旋柄快开手孔只需转动手柄就可以将盖子和法兰上紧。手里较常压快 开手孔均匀，可用在低压操作的设备。操作压力在2.5Mpa以上时，应采用 对焊法兰手孔。手孔的直径应使工人戴手套并握有工具的手能顺利通过。手孔的直径不 宜小于150mm, 一般为Dg150mm、Dg250mm。本设计手孔采用 250X6mm。吸收塔支座的设计悬挂式制作亦称耳式支座，是立式容器中用的极为广泛

54、的一种，尤其是中小型设 备。它通常是用数块钢板焊接而成的，也可以用从钢板上切下一条直线弯成，耳 式支座通常由底板以及肋板组成，底板的作用是与基础接触并连接，肋板的作用 是增加支座的刚性，使作用在容器上的外力通过底板传递到支撑梁上。支座的肋 骨不应有尖角。国外常用一种具有横向板的耳式支座，此种支座横向板均需用连 接焊缝，坚持肋板与壳体由支座集中载荷所产生的应力状态。每台设备一般配置两个或四个支座，必要时也可以多一些。但在安装的时候不容 易保证每个支耳在同一平面上，也就不能保证每个耳座受力均匀。焊接在每个支 座上的肋板数目是根据作用在支座上载荷大小决定的。小水箱和轻型设备的支座 可用角钢做成。1165-80悬挂式支座上，是采用具有两块肋板和一些底板做成的 焊接结构。本塔采用裙式支座，采用圆筒形。入孔直径