填料吸收塔課程設計說明書

目錄(一) 設計任務1

(二) 設計簡要2

2.1 填料塔設計的一般原則2

2.2 設計題目與要求2

2.3 設計條件2

2.4 工作原理2

(三) 設計方案2

3.1 填料塔簡介2

3.2填料吸收塔的設計方案3

.設計方案的思考3

.設計方案的確定3

.設計方案的特點3

.工藝流程3

（四）填料的型別4

4.1概述4

4.2填料的效能引數4

4.3填料的使用範圍4

4.4填料的應用5

4.5填料的選擇5

（五）填料吸收塔工藝尺寸的計算6

5.1塔徑的計算6

5.2核算操作空塔氣速u與泛點率7

5.3液體噴淋密度的驗算8

5.4填料層高度的計算8

5.5填料層的分段8

5.6填料塔的附屬高度9

5.7液相進出塔管徑的計算9

5.8氣相進出塔管徑的計算9

（六）填料層壓降的計算10

（七）填料吸收塔內件的型別與設計10

7.1 填料吸收塔內件的型別10

7.2 液體分布簡要設計12

（八）設計一覽表13

（九）對設計過程的評述13

（十）主要符號說明14

參考文獻17

（二）設計簡要

（1）填料塔設計的一般原則

填料塔設計一般遵循以下原則:

①:塔徑與填料直徑之比一般應大於15：1，至少大於8：1；

②：填料層的分段高度為：金屬:6.0-7.5m，塑料：3.0-4.5；

③：5-10倍塔徑的填料高度需要設定液體在分布裝置，但不能高於6m；

④：液體分布裝置的布點密度，walas推薦95-130點/m2,glitsh公司建議65-150點/m2

⑤：填料塔操作氣速在70%的液泛速度附近；

⑥：由於風載荷和裝置基礎的原因，填料塔的極限高度約為50公尺

（2）設計題目與要求

常溫常壓下，用20℃的清水吸收空氣中混有的氨，已知混合氣中含氨10%（摩爾分數，下同），混合氣流量為3000m3/h，吸收劑用量為最小用量的1.3倍，氣體總體積吸收係數為200kmol/m3.h，氨的**率為95%。

請設計填料吸收塔。

要求：綜合運用《化工原理》和相關先修課程的知識，聯絡化工生產實際，完成吸收操作過程及裝置設計。要求有詳細的工藝計算過程（包括計算機輔助計算程式）、工藝尺寸設計、輔助裝置選型、設計結果概要及工藝裝置條件圖。

同時應考慮：

①：技術的先進性和可靠性

②：過程的經濟性

③：過程的安全性

④：清潔生產

⑤：過程的可操作性和可控制性

（3）設計條件

①：設計溫度：常溫（25℃）

②：設計壓力：常壓 (101.325 kpa)

③：吸收劑溫度：20℃

（4）工作原理

氣體混合物的分離，總是根據混合物中各組分間某種物理性質和化學性質的差異而進行的。吸收作為其中一種，它根據混合物各組分在某種溶劑中溶解度的不同而達到分離的目的。在物理吸附中，溶質和溶劑的結合力較弱，解析比較方便。

填料塔是一種應用很廣泛的氣液傳質裝置，它具有結構簡單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料製造等優點，操作時液體與氣體經過填料時被填料打散，增大氣液接觸面積，從而有利於氣體與液體之間的傳熱與傳質，使得吸收效率增加。

（三）設計方案

（1）填料塔簡介

填料塔是提供氣-液、液-液系統相接觸的裝置。填料塔外殼一般是圓筒形，也可採用方形。材質有木材、輕金屬或強化塑料等。填料塔的基本組成單元有：

①：殼體（外殼可以是由金屬（鋼、合金或有色金屬）、塑料、木材，或是以橡膠、塑料、磚為內層或襯裡的複合材料製成。雖然通入內層的管口、支承和磚的機械安裝尺寸並不是決定裝置尺寸的主要因素，但仍需要足夠重視;

②：填料（一節或多節，分布器和填料是填料塔效能的核心部分。為了正確選擇合適的填料，要了解填料的操作效能，同時還要研究各種形式填料的形狀差異對操作效能的影響）；

③：填料支承（填料支承可以由留有一定空隙的柵條組成，其作用是防止填料墜落；也可以通過專門的改進設計來引導氣體和液體的流動。塔的操作效能的好壞無疑會受填料支承的影響）;

④：液體分布器（液體分布的好壞是影響填料塔操作效率的重要因素。液體分布不良會降低填料的有效濕潤面積，並促使液體形成溝流）；

⑤：中間支承和再分布器（液體通過填料或沿塔壁流下一定的高度需要重新進行分布）；

⑥：氣液進出口。

塔的結構和裝配的各種機械形式會影響到它的設計並反映到塔的操作效能上，應該力求在最低壓降的條件下，採用各種辦法提高流體之間的接觸效率，並設法減少霧沫夾帶或壁效應帶來的效率損失。與此同時，塔的設計必須符合由生產過程和塔的結構形式所決定的經濟性原則。

（2）填料吸收塔的設計方案

.設計方案的思考

用水吸收空氣中的氨是屬於低濃度吸收。因為氨在水中的溶解度為1∶700(v/v)，並且用水吸收氨屬於物理吸收過程，所以在常溫常壓下操作即可達到較滿意的效果。為了確保氨的**率。

宜採用氣-液逆流的吸收過程，使水和混合氣充分接觸，以達到**的要求。為使吸收劑迴圈使用，可設計解吸塔，分離**的氨，並迴圈使用吸收劑。

.設計方案的確定

裝置流程的確定：吸收裝置的流程的有多種多樣，如逆流操作、並流操作、吸收劑部分再迴圈操作、多塔串聯操作、串聯-併聯混合操作等。氨極易溶於水，吸收過程的平衡曲線較陡，流向對吸收的推動力有一定的影響；整個操作過程為等溫等壓過程，依據題意可知吸收劑的用量比較大。

結合以上分析及各種流程的優缺點，本設計選擇逆流操作。

操作方式：氣相由塔底進入從塔頂排出，液相由塔頂進入從塔底排出。

.設計方案的特點

傳質平均推動力，傳質速率快，分離效率好，吸收劑利用率高。

.工藝流程

混合氣在常溫常壓下進入吸收塔底後，進過氣體分布裝置，與塔頂下來的由幫浦提公升的吸收劑逆流接觸，將氨吸收。出塔的淨化氣**淨化利用，吸收了氨的吸收液由幫浦提公升進入解吸塔，與過熱蒸汽逆流接觸後，分離解吸出來的氨並**利用，塔底流出的液體進入吸收塔迴圈利用。

（四）填料型別的選擇

（1）概述

填料是填料塔內氣-液兩相接觸的核心元件。填料型別和填料層的高度直接影響傳質效果，其效能的優劣是決定填料塔操作效能的主要因素。

填料的種類很多，根據填裝方式的不同，可分為散裝填料盒規整填料兩大類。規整填料是將金屬絲網或多孔板壓制成波紋狀並疊成圓筒形整塊放入塔內。這種填料不但空隙率大，壓降低，而且液體按預分布器設定的途徑流下，只要液體的初始分布均勻，全塔填料層內的液體分布良好，克服大塔的放大效應，傳質效能高。

但其造價較高，易被雜物堵塞並且清洗困難。

散裝填料常見的有：拉西環填料、鮑爾環填料、階梯環填料、弧鞍形填料、矩鞍形填料、環矩鞍填料等等。

圖-ⅳ 各種填料示意圖

（2）填料的效能引數

①：比表面積a 單位m2/m3 填料應具有盡可能多的表面積以提高液體鋪張，形成較多的氣液接觸介面。對同種填料，小尺寸填料具有較大的比表面積，但填料過小不但造價高而且氣體流動的阻力大。

②：孔隙率ε 流體通過顆粒層的阻力與孔隙率ε密切相關。為了減少氣體的流動阻力，提高填料塔的允許氣速（處理能力），填料層應有盡可能大的孔隙率ε。

③：填料因子f 其單位1/m 填料因子是比表面積與空隙率三次方之比。它表示填料的流體力學效能，f值越小，表明流動阻力越小。填料效能通常根據效率、通量及壓三要素衡量。

（3）表-ⅰ 填料的使用範圍

表-ⅰ 填料的使用範圍

（4）表-ⅱ 各種填料的應用

表-ⅱ 各種填料的應用

（5）填料的選擇

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