填料塔课程设计

1、填料塔课程设计目 录 （6） （8） 填料塔课程设计1.前 言其他材质的填料相比，聚丙烯填料具有质轻、价廉、耐蚀、不易破碎及加工方便等优点，但其明显的缺点是表面润湿性能。1.1 填料塔技术液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。1.2 填料的类型填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。填料塔课程设计规整填料是按一定的几何构形排

2、列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。根据设计的费用和分离要求来考虑，本设计采用散装填料。1.3填料的几何特性性能的基本参数。1.4填料的性能评价下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低填料塔的流体力学性能1.5填料塔的流体力学性能1.6填料的选择填料的选择包括填料种类的选择、填料规格的选择（散装填料规格的选择、又要使设备投资和操作费用最低。在填料的选择中，我选用D50填料。因为设N计任务的年产量比较小，塔径为800mm，不适合用尺寸大的填料。而在同类填料

3、中，尺寸越小的，分离效率越高，但它的阻力将增加，通量减小，填料费用也增加很多。而D50填料正处于两者之间。是理想的填料类型。N1.7填料塔的内件传质性能十分重要。填料塔课程设计2. 设计任务 原料气组成: 丙酮空气双组分混合气体丙酮含量 14.0%（体积%） 处理量: 1.310 4.110 Nm /a （标准体积流量）377年吸收能力1.210 m ，年开工3600小时7 3t 操作条件: 连续常压操作 ( = 2030 ) 尾气要求: 出塔气体中丙酮含量不大于原料气中丙酮含量的0.5%. 吸收剂: 清 水3设计方案的说明用水吸收丙酮溶解的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程，因用水作

4、为吸收剂，且丙酮不作为产品，故采用纯溶剂。对于水吸收的丙酮过程，操作温度及操作压力较低，故此用塑料阶梯环D50N填料。4基础物性数据4.1液相物性数据20C时水的有关物性数据如下：/m3密度为 0.001Pas 3.6kg/(mh)粘度为 72.6dyn/cm 940896kg/h2表面张力为LDm sm h 1.3 10 / 4.68 10 /6 2丙酮在水中的扩散系数为4.2气相物性数据9 2L混合气体的平均摩尔质量为M y /i混合气体的平均密度为填料塔课程设计 / .325 31.908)/(8.314 293) 1.3756/m3Vmm混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册的20

5、空气的粘度为 1.81 Pas 0.065/(mh)5VDm sm h1.03 10 / 0.037 /2丙酮在空气中的扩散系数为52V4.3气相中平衡数据H m/( .3)常压下20 时, 0.3428Ls在水中的享利系数为E=161.6KPa; 相平衡常数为m=E/P=1.59495物料衡算进塔气相摩尔比为yY1 y1 1 11出塔气相摩尔比为：Y Y ) 0.0228A21进塔惰性气相流量为 (1.210 )/3600=3333.373333.322.4V h1 0.14) 119.24 LY Y 0X12V Y m X2 12min对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为L 0.1628 0

6、.0228 V 1.37150.1628/1.5949 0 min取操作液气比为：LL VV minL 1.5 1. 2.06 V L hV Y Y L X X 2.06 .24 .63 1() ()1212 .24 (0. 0. )X 0. .631填料塔课程设计表1全塔物料衡算总表出塔进塔kg hkg h气相中丙酮的量 1127.46 / 气相中丙酮气的量 /kg hkg h惰性气体的量 / 惰性气体的量 / hkg h水中丙酮的量 /水中丙酮气的量 0 /kg h / 水的量kg h /水的量kg h / OUTPUTkg h9012.21 /INPUT公式算的理论水中丙酮的量比实际吸收

7、丙酮的量要大。6填料塔的工艺尺寸的计算6.1塔径的计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。气相质量流量为wkg h1 3333.3 1.3756 4585.29 v液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即wkg h1 245.63 18.02 4426.25 LEckert通用关联图的横坐标为w 0.5 4426.25 ( ) LV0.5 w 4585.29 998.2 VL查Eckert图得填料塔课程设计u 2 0.2F Fv0.2Lg L查表得陶瓷拉西环矩鞍泛点填料因子平均值为177m1F0.150.20 9.81 998.2uum s 2.8361 1L 177 1 1.756 1F

8、0.2L0.2Fvum s1 0.7 0.7 2.8361 1.9853 FV44 3333.3 / 36003.14 1.9853Ds 0.7708mu圆整塔径，取 D=0.8m=800mm3333.30.785 0.82泛点率校核： uu 65.0%uF在 0.50.85 的允许范围内，合格填料规格核算Dd 21.05 8液体喷淋密度核算取最小润湿速率为m3( ) 0.08Lm hw min查表得拉西环矩鞍 D 的比表面积N50m=93t2m3填料塔课程设计m3UL ( ) . 0.08 7.44m h2 minw mint 0.82U= Umin经以上核算可知，选用D=800mm合理图1

9、填料层的泛点和压强降的通用关联图（ECKERT图）6.2 填料层高度计算 Y =mX =11Y =mX =022填料塔课程设计脱吸因数为L 119.24S= 245.63气相总传质单元数为 Y Y1OGSS 1 122SY Y1 21 0 0 In1 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算0.050.2 0.75 U 0.1 U U22 w 1 exp cLLtL t g 2tLtLLLL查常见材质的临界表面张力值表dyn cmkg h 2 1c液体质量通量为W4426.25Ukg m 8810.21 h1L0.7852DL0.785 0.822则7905600.75 8810.21 0.

10、1 8810.2193 0.058810.212998.2 940986 930.22w 1 exp t94089693 3.6998.22 1.27 108 =0.5062得 =47.0766wm2m3填料塔课程设计气膜吸收系数由下式计算 U 1/3 D k 0.237 VVtV t V DG VV气体质量通量为3333.3 1.3756U m 9126.77 h21V0.785 0.82则： 1/3 k G m h 1 21液膜吸收系数由下式计算： U 2/3 1/2 g 1/3k 0.0095 LLL DL wLLLL则：1/3 2/3 1/2 108k L 6m h .1k k 由1.

11、1GGwk k 0.4LLw查常见填料的形状系数表得： 1k k 1.1GGw h 1 31k k 0.4LLw 0.3672 47.0766 0.4 h1填料塔课程设计u 65.0% uF所以需要按下式进行校正：1.4 uk 0.5 K 1 9.5uGGF u2.2k K 1 2.6 0.5uGLF1.4kkmol m h kPa 3 1 1 9.50.65 0.5 2. 4.Gk 1 2.60.650 0.517.2865 17.9785h2.2 1L11K m h 3 1 2.6945G1111Hka ka 4.7877 0.3428 17.9785GLVV119.24 101.3 0.

12、8H = 0.8749mK a K2YGZ=H N =0.8749 3.8540=3.3719m Z m取Z=Z m取 5hh m 4对拉西环填料， Dmaxh取 Dh= mmZ mm计算 ，故需要分两段。填料塔课程设计6.3 填料层压降的计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降。 0.54426.250.5横坐标为 LV 4585.29 998.2 VL查表得陶瓷拉西环压降填料因子平均值为： 288m1Pu 288 1 22纵坐标为1 Pvg LL查Eckert通用关联图得：P ZPa m1 124 9.81 1216.44P 5 Pa=，7辅助设备的选型及设备7.1 液体分布器7.1.

13、1液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。7.1.2分布点密度计算根据Eckert的散装填料塔分布布点密度推荐值，D=750mm时取喷射点密度为170点/m ，现D=800mm,取喷射点密度为180点/m22则布液点数为 0.785 0.8 .432n2取130点.按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设五道，在槽侧面开孔，槽宽度为 80mm，槽高度为 210mm，两槽中心矩为填料塔课程设计160mm。分布点采用三角形排列，实际设计点数n=92点，如下图所示：图2为槽式液体分布器布液点设计图7.1.3分液计算d g H24

14、0取孔流系数，开孔上方的液位高度分别为： 0.60,H 16014 442612 L42998.2 3600dS则，n H03.14 92 0.6 2 9.81 0.16 0.004005m 填料塔课程设计7.2 填料支撑结构填料支承结构应满足3个基本条件：使起液能顺利通过.设计时应取尽可的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等。支承装置的选择，主要的依据是塔径、填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流率等。本设计根据需要，选择栅条式支承装置。7.3填料压紧装置料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类。填料压板自由放置于填料层上中填料塔在填料装填后于其上方安装了填料压紧栅板。7.4 液体再分布

15、器装置简单的液体再分布装置为截锥式再分布器。7.5除沫装置装置，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。填料塔课程设计7.6接管口尺寸的计算为防止流速过大引起管道冲蚀，磨损，震动和噪音，液体流速一般不超过V43m/s ，气体流速一般不超过10-30m/s。管径计算公式：d ，由于该Sug填料塔吸收在底浓度下进行，故气液体进出空的管径相同。（1） 丙酮与空气混合气体：取u=30 m/s所以由公式：4 3333.3d 213mmg3.14 3600 26（2） 圆整取 213mm（3） 219mm9.5mm的无缝钢管，内径为：219-29.5=200mm3333.3um s 29.49

16、 /在对气体流速进行校核： 0.221u u,所以，管子选取合格1（4） 对于液体进出口，取液体流量为2m/s219mm9.5mm的无缝钢管，内径为：219-29.5=200mm4426.25/998.2um s /在对液体流速进行校核： 0.222u,所以，管子选取合格u2填料塔课程设计表2 101.32520P/kPat /MD/mm800h/mmZmm200050001.8436082.23.854874.992(m/s)P/Pa气相总传质单元数N气相传质单元高度H /mm布液点数n/点孔径d /mm40气体进出管道的尺寸mm液体进出管道的尺寸mm219 9.5219 9.5填料塔课程设

17、计8.参考文献1.陈敏恒等.化工原理.下册.北京:化学工业出版社,20002.上海医药设计院编.化工工艺设计手册.北京:化学工业出版社,19963.匡国柱,史启才主编.化工单元过程及设备课程设计 .北京:化学工业出版社,20024.王树楹主编.现代填料塔技术指南.北京:中国石化出版社,19985.刘乃鸿主编.工业塔新型规整填料应用手册.天津:天津大学出版社，19936.贺匡国主编.化工容器及设备设计简明手册.北京:化学工业出版社,20027.王松汉主编.石油化工设计手册.第3卷.化工单元过程.北京:化学工业出版社,20028.倪进方.化工过程设计.北京:化学工业出版社,19999.谭蔚主编.化

18、工设备设计基础.天津:天津大学出版社,200010.化学工程手册编辑委员会.化学工程手册.第3 卷第十篇.气体吸收.北京:化学工业出版社，1989ChemicalHandbook.Sixthedition.Section18.198412.Langes Handbook of Chemistry.15th ed，199913.化学工程手册编辑委员会.化学工程手册.第3卷第十三篇.气液传质设备.北京:化学工业出版社,1989工业出版社，1996填料塔课程设计9. 后记 ：设计过程的心得体会经过了两周多时间的课程设计， 现在终于完成了这次的课程设计要求， 有了一点的心得。在上学期，我们学习了化工原

19、理这一课程，化工原理是化学工程专业的一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成一定加工目的的基本过程，其特点是化工生产过程中以物理为主的操作过程，包括流体流动过程、传热过程和传质过程。在这里面，我们主要学习了流体输送、流体流动、机械分离、传热、传质过程导论、吸收、蒸馏、气-液传质设备，以及干燥等。这次我的课程设计题目是水吸收丙酮过程填料塔的设计。 填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。本设计中，开始的时候我们是采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速，但是我发现用查图