化工机械基础填料塔设计方案
化工机械基础填料塔设计方案
1.水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介
1.1任务及操作条件
①混合气(空气、NH3 )处理量： 26003/
m h；
②进塔混合气含NH3 7% (体积分数)；温度:20℃；
③进塔吸收剂(清水)的温度:20℃；
④ NH3回收率：96%；
⑤操作压力为常压101.3k Pa。
1.2填料的选择
塔填料是填料塔的核心构件，它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面，其性能优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面积越大，气液分布也就越均匀，传质效率也越高，它与塔件一起决定了填料塔的性质。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。
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，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。
塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国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。设计选用填料塔，填料为散装聚丙烯DN
阶梯环填料。
50
国阶梯环特性数据
2. 工艺尺寸计算
2.1基础物性数据 2.1.1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纯水的物性数据。由手册查的，20℃水的有关物性数据如下： 密度：ρ1 =998.2Kg ／m 3
粘度：μL =1.005mPa ·S =0.001Pa ·S=3.6Kg ／（m ·h ） 表面力：σL =72.6dyn ／cm=940 896Kg ／h 2
氨气在水中的扩散系数：D L =1.80×10-9 m 2/s=1.80×10-9×3600 m 2/h=6.480 ×10-6m 2/h
2.1.2气相物性的数据
混合气体平均摩尔质量：
M VM =Σy i M i =0.070×17+0.930×29=28.16 混合气体的平均密度： ρvm =RT
PM VN
=100×28.16／(8.314×293)=1.166Kg ／m 3
混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20℃空气的粘度： μV =1.81×10—5Pa ·s=0.065Kg ／（m ·h ）
查手册得氨气在20℃空气中扩散系数： D v = 0.189 cm 2/s=0.068 m 2/s 2.1.3气液相平衡数据
20C 下氨在水中的溶解度系数：)/(725.03kpa m kmol H ,常压下20℃时亨利系数：S
L
HM E
=998.2／(0.725×18.02)=76.40Kpa
相平衡常数：
756.0100
02.18725.02.998
P HM P E m S L 2.1.4 物料衡算
进塔气相摩尔比：Y 1=
1
1
y 1y —=0.070／（1—0.070）=0.075 出塔气相摩尔比：Y 2=Y 1（1—φ）=0.075×（1—0.998）=0.00015 进塔惰性气相流量：
V=2600／22.4×273／（273+20）×（1—0.070）=100.6Kmol ／h
该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：
（
V L ）min =2
121m X Y Y Y —／— 对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 X 2=0，则 （
V
L
）min =（0.075—0.00015）／[0.075／(0.756—0)]=0.762 取操作液气比为最小液气比1.8倍，则
V
L
=1.8×0.762=1.354， 因此 L=1.372×100.6=138.02Kmol ／h 由全塔物料衡算得：
V （Y 1—Y 2）=L （X 1—X 2）， 得X 1=100.6×(0.075—0.00015) ／138.02=0.05456 2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 2.2.1 塔径的计算 混合气体的密度：
33
3/166.1293
315.8104.2810100m Kg RT M P V
塔径气相质量流量为：
V =2600×1.166=3032Kg ／h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即: L =138.02×18.02=2512㎏/h
塑料阶梯环特性数据据如下
用贝恩—霍根关联式计算泛点气速：
2.0v 2t 2g
u lg L L F
=8
1v 4
1／／— L V L K A
查表得比表面积： t a =114.2m 2/m 3 ,A=0.204,K=1.75， =0.927 ，得：
8
1v 4
1／／—
L V L K A =—0.610
245.02
.02
L L
V t F u g a u
因此计算得： F u = 3.93m/s 取u =u F =1×4.23m/s =3.93m/s
由 D=
u
4 S
V = [（4×2600／3600）／（3.14×3.93）] 0.5=0.484m 圆整塔径，取 D=0.5m （常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）
8
泛点率校核: u=2600／3600／(0.785×0.52)=3.68m ／s
F
u u
3.68／3.93×100％=93.60％（在允许围）
填料规格校核： D ／d=500／50=10>8 液体喷淋密度校核：
因填料为50mm×25mm×1.5mm,塔径与填料尺寸之比大于8，固取最小润湿速度为（Lw ）min=0.08 m 3/(m·h)，查常用散装填料的特性参数表，得at=114.2m 2/m 3 U min =（L W ）min · a t =0.08×114.2=9.136m 3／m 2·h
U=136.22×18.02／998.2／（0.785×0.52）=12.53>U min
经以上校核可知，填料塔直径选用D= 500mm 是合理的。 2.2.2 填料层高度计算
查表知， 0C
，100 kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数：s cm D /17.02 o
由23
))((o
o o T T
P P D D G ，则293k ，100kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数：
s cm D D G /191.0)273
293)(1003.101(223
液相扩散系数：s m D L /1080.129
Y 1*=mX 1=0.756×0.05528=0.042 ， Y 2*=mX 2=0
脱吸因数：S=mV ／L=0.764×100.6／138.02=0.5642
气相总传质单元数：
35.12]000015.00
075.0)5642.01[(5642.011S 1ln 11*22*21 Ln S Y Y Y Y S N OG
——— — 气相总传单元高度采用修正的思田关联式计算：
})()()()(45.1exp{12.02
05.022
1.075.0t L L L L t L L t L L c t w a U g
a U a U a a 液体质量通量为U L =138.02×18.02／(0.785×0.52)=12673.2Kg ／m 2·h
气体质量通量为Uv=2600×1.166／ (0.785×0.52)=15447.6Kg ／m 2·h 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：
}
)()()()(45.1exp{12.02
05.
022
1.075.0t L L L
L t L L t L L c t w a U g
a U a U a a 不同材质的бc 值见下表
材质
钢 瓷 聚乙烯 聚氯乙烯 碳 玻璃 涂石蜡的表面 表面力，N/m ×103
75
61
33
40
56
73
20
查表知，2/427680/33h kg cm dyn c
})()()()(45.1exp{12.02
05.022
1.075.0t L L L
L t L L t L L c t w a U g
a U a U a a
气膜吸收系数由下式计算：1497.0)()()(237.031
7.0 RT
D
a D a U k V t V V V V t V G
液膜吸收系数由下式计算：4596.0)()()(0095.02132
L
L L L L L w L L g
D a U k
查下表得：45.1 ,各类填料的形状系数
填料类型 球 棒 拉西环 弧鞍 开孔环 Ψ值
0.72
0.75
1
1.19
1.45
F u u
3.68／
4.23×100％=93.60％>50％， 由 a u u
a a u u
a L F
L
G F
G
])5.0(6.21[])5.0(5.91[2.24.1得
由
由Z=H OG N OG =0.2758×12.19=3.36m，Zˊ=1.4×3.36=4.704m
设计取填料层高度： Z ˊ=5m ，查表，对于阶梯环填料，m h D
h
6,15~8max 设计填料层高度：m h 85.7515 。 2.2.3 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：
0280.0)2
.998166.1(166.1260002.1802.138)(5
.05.0 L V V L 已知：1
89 m P 纵坐标为
1437.0005.12
.99881.9166
.118968.32.02.02
L L V p g
u
通用压降关联图
查图上图得：△P ／Z=100×9.81=981.00Pa ／m
填料层压降为：△P=981.00×5=4.905KPa=4905(Pa) 2.2.4 液体分布器简要设计
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。故选用槽式分布器。
分布点密度计算：
按 Eckert 建议值，D=400时，喷淋点的密度为330点／m 2，D=750时，喷淋点的密度为170点／m 2，设计取喷淋密度为280点／m 2。
则总布液孔数为：n=0.785×0.52×280=55 ， 实际总布液孔数：54点，布液计算：
由 H g n d L o S 242 s m L S /0006831.02
.998360002
.1822.1363
取60.0 ，mm H 160 ，
m H g n L d s 00302.016
.081.926.05414.30006831
.04240
则 m d 00302.00 ， 因此可知填料塔设计条件如下：
填料塔类型 聚丙烯阶梯环吸收填料塔
混合气体处理量（m 3
/h ）
2600 塔径D （m ） 0.5 填料层高度Z （m ） 5 气相总传质单元高度（m ）
0.2578 气相总传质单元数 12.35 泛点气速（m/s ） 3.68 压降（kpa ） 4.905 操作压力（kpa ）
100
二、工艺计算
第1章 填料塔的设计数据
1塔体径D i =500mm ，塔高近似取H=8000mm 。
2计算压力c p =0.1MPa ，设计温度t=20℃
3设置地区:基本风压值q 0=400N/2m ，地震设防烈度为 8度，场地土类：I 类，设计地震分组：第二组，设计基本 地震加速度为0.2g 。
4填料层开设一个手孔，手孔的公称直径有DN=150mm 和DN=250mm 两种，安装手孔DN=250mm
5塔外保温层厚度为s =100mm ，保温材料密度
2 =300kg/3m 。
6塔体与封头材料选用16MnR ，其 t =170 MPa ， =170 MPa,s =345 MPa,E=1.9510 MPa 。
7群座材料选用Q235-B 。
8塔体与群座对接焊接，塔体焊接接头系数 00.1 。
9塔体与封头厚度附加量C=2mm 。
第2章 计算塔体和封头厚度
2.1塔体厚度计算
c
t
i
C p
D p 213.01
.011702500
1.0 (mm)
由于工程上最小厚度为3mm,故取mm 3
考虑厚度附加量C=2mm ，负偏差0.8mm ，因此mm d 8.58.023 经圆整，取mm n 6 。
2.2 封头厚度计算
封头取标准椭圆形封头mm d 6
第3章 塔设备质量载荷
3.1 筒体圆筒、封头、群座质量01m
圆筒质量： 6008751 m （kg ） 封头质量： 2.301.1522 m （kg ） 群座质量： 5.1125.1753 m （kg ）
7.7425.1122.3060032101 m m m m (kg)
注：（1）塔体圆筒总高度为H=8m
（2）查得DN500mm ，厚度6mm 的圆筒质量为75kg/m ；
（3）查得DN500mm ，厚度6mm 的椭圆形封头质量为15.1kg/m （封头曲面深度850125mm ，直边高度50mm ）； （4）群座高度1500mm ，（厚度按6mm 计）。
3.2 塔段件质量02m
填料封层高度5.0m 由设计温度可知，填料选择金属半环填料
02m =
968.9750.55.0785.05.05.050.58.974
22
i D
（kg ）
（查得金属半环填料密度为97.8kg/3m ）
3.3 保温层质量03m
03m =
03
22
2
22224
m H D D n i n
i
= 30030006.025.003.02006.025.0785.022
+5.3023003.02 (kg)
其中，03
m 为封头保温层质量，kg 3.4 平台、扶梯质量04m 04m =
2
12224
2
2
n i n
i
D B D
n F F H q q 0
=0.785 84015015.0006.025.09.02006.025.022 =619.3(kg)
注：手册查得平台质量：1500 q kg/2m ；
笼式扶梯质量40 F q kg/m ；笼式扶梯总高：F H =8m ；平台数量：n=1。
3.5 操作时物料质量 1102054
f w i h N h D m
=0 kg 10152.998016.02.998511.05.0785.02
注：物料密度1 =998.2kg/3m ；封头容积3016.0m V f ；填料层高度
0h 5m ；填料塔板层数N=1；塔板上液层高度w h =0.1m 。
3.6 附件质量a m
按经验取附件质量为 a m =0.2501m =10897(kg)
3.7 充水质量w m
16021000016.02100085.0785.024
22
w f w i w V H D m
(kg)
3.8 质量汇总 全塔操作质量
/kg 2.296105040302010 e a m m m m m m m m 全塔最小质量
/kg 4.18692.004030201min e a m m m m m m m 水压试验时最大质量/kg 2.45630504030201max e w a m m m m m m m m m
第4章 风载荷与风弯矩计算
4.1 以1—2段为例计算风载荷2P
2P =6222012110 e D l f q K K （N ）
式中
1K -----体型系数，对圆筒形容器，
1K =0.7
0q -----10m 高处基本风压值，
0q =400N/2m
2f -----风压高度变化系数，查表得 ：2f =1.00
2l ------计算段长度，2l =4500mm
2 ------脉动影响系数，查得2 =0.72 1T ------塔的基本自振周期，对等直径、
等
厚度圆截面塔：
1T =90.33H
33
010 i
e D E H m =
s 29.010500
6109.130000
2.29618000
33.9033
5 =0.29s
------脉动增大系数，根据自振周期1T ，查得： =1.35 2z ----振型系数，查得3z =0.69 12K ---风振系数
12K =1+
2
12
2f v =1+
00
.116
.072.06.3 =1.41
2e D ---塔有效直径。设笼式扶梯与塔顶管线成 90， 取以下a ，b 式中较大者
a. 2e D =4322K K D e oi 图 2
b. 2e D =ps o e oi K d D 2243
3K =400mm ，mm d o 400 ，mm p e 10022 mm l A K 4004500
1000
9001223
4
a. 2e D =mm 1512400400100*2512
b. 3e D =mm 1712200400400200512 取3e D =1712mm
mm P 1.3667101712450000.14007.17.062 (N)
4.2各计算段风载荷汇总
第5章 风弯矩计算
截面0-0
22254321521211
00l l l l l P l l P l P M w =mm
N /1027.3)
2300045001500(7.2444)245001500(1.3667215007947
截面1-1
1
1 w M =
2225432532322
l l l l P l l P l P =3667.1
2300045007.244424500 +64615
=2.29mm N /107 截面2-2
222543543433
2
2l l l P l l P l P M w =2444.72
3000
=3.67mm
106
N/
第6章地震弯矩计算
地震弯矩计算时，为了便于分析、计算，可化简图。
取第一振型脉动增大系数为02.01 则衰减指数95.002
.055.002
.005.09.0
s T 29.01
塔得总高度H=8m
全塔操作质量kg m 2.29610 重力加速度2/81.9s m g
地震影响系数 max 112152.0 g T T 查得24.0max （设防烈度8级） 查得3.0 g T
024.002.005.002.08/05.002.011 319.102
.07.106.002
.005.017.106.005.01112
076.024.03.0529.0024.02.0319.195.01
计算截面距地面高度h ： 0-0截面：h=0 1-1截面：h=900mm 2-2截面：h=1500mm
地震弯矩计算可用以下方法： 截面0-0
gH m M E
010035
16
/
=)/(1007.8800081.92.2931076.035
16
6mm N
000025.1
E
E M M =1.25)/(100.11007.876mm N
图 3
截面1-1
5.35.25.35
.20111414101758h h H H H
g
m M E
=
5
.35.25.35
.21000410008000148000108000
17581.92.2961076.08 =)/(1007.86mm N
)/(100.11007.825.125.1761111mm N M M E E
截面2-2
5
.35.25.35
.20122414101758h h H H H
g m M E
=
5.35.25.35
.23000430008000148000108000
17581
.92.2961076.08 =)/(1093.36
mm N
)/(109.425.11093.325.1662222mm N M M E E
第7章：各种载荷引起的轴向应力
7.1 计算压力引起得轴向拉应力1 a e i c MP D p 1.34
4500
1.041
其中、)(426mm C n e
7.2 操作质量引起的轴向压应力2 截面0-0
a s
b MP A g m 63.44
50014.381.92.29610000
02
令群座厚度为16mm ；有效厚度)(426mm es ；es is sb D A 截面1-1 )(4.27920
81.95.1948110112
a sm MP A g m
其中，kg m 5.19487.7422.29611
10
；sm A 为手孔截面得截面积，查相关标准得道sm A =27290mm 截面2-2 )(8.214
50014.381.91820220222
a MP A g m
其中
kg m 18205.302967.7422.2961220 ； A e i D 。 7.3 最大弯矩引起的轴向应力3 )(2.414500785.01027.342
72
00max 00max 0
03
a es is s
b MP D M Z M
其中，mm N M M e
w /1027.37
0000max 880
00000m ax 106.2325.0106.2125.0 e w E
M M M M + )/(102.2810785.088mm N
es is sb D Z
2
4
截面1-1 )(3.181248000
1029.2711max 1
13
a sm MP Z M
其中，
)/(1029.271
111max
mm N M M w )/(1057.11093.225.0100.125.07771
11111max mm N M M M M e w E sm
Z 人孔截面得抗弯截面系数，查得相关标准得：sm Z 21248000mm 截面2-2
a MP Z M 4.74
500785.0108.52
622max 2
23
其中，
)/(1067.362
222max
mm N M M w )
/(108.51067.325.0109.425.06662
22222max mm N M M M w E e i D Z
24
第8章 塔体和群座危险截面的强度与稳定校核
8.1塔体的最大组合轴向拉应力校核 截面2-2
塔体得最大轴向拉应力发生在正常操作时得2-2截面上。其中
a t
MP 170 ；
1 ；K=1.2； )(20411702.1a t MP K 。
)(7.74.78.21.32
23222122max a MP
a t a MP K MP 2047.72
2max ， 满足要求。
8.2塔体与群座的稳定校核 截面2-2
塔体2-2截面上得最大组合轴向应力
a MP 2.104.78.22
2322222max
)(192204,192min min 2.102
2max a t cr a
MP K KB MP ， 满足要求。 其中， 0015.04
/250094
.0/094.0
e i R A 查得（16MnR ，20℃）B=160MPa ， MPa t 170 ，K=1.2。 截面1-1
塔体1-1截面上得最大组合轴向压应力
MPa 7.203.184.21
1311211max
)(6.1356.135150min 7.201
1max MPa K KB MPa t cr ，，
满足要求。 其中， A=
0015.04
/500094
.0/094.0 es is R 查得Q235-B ，20℃ B=125MPa ， MPa t 113 ，K=1.2 截面0-0
塔体0-0截面上的最大组合轴向压应力
MPa 83.452.4163.400300200max
填料塔附属设备设计
5 优化设计计算 5.1 数据预处理 5.2 塔径的计算 5.3 填料层高度的计算 5.4 精馏塔塔体年投资折旧费及维修费用1J 5.5 冷凝器年运转费用2J 5.6 再沸器年运转费用或加热蒸汽费用3J 5.7 填料年折旧费用 5.8 汽液负荷 5.9 年总费用与回流比的关系 6 填料塔水力学性能校核 6.1 泛点率校核 6.2核算径比 80032825 T p D d ==>>8 6.3核算喷淋密度 v min ()(M.W.R)0.0820916.72 L a =?? t a [m 3/(m .h)] 回流液opt L R D mol h ==? 6.4 填料塔压降 化原下册P151图11-27Ekert 泛点和压降通用关联图可查得每米填料层压力降。 7 附属设备的设计与选型 7.1 塔顶冷凝器
7.1.1 初估冷凝器传热面积 7.1.1.1 冷凝器传热量 D opt D D D Dr R Dr R Vr Q )1()1(+=+== 7-1 式中 D Q 冷凝器传热量，kJ/h ； V 精馏段汽相流量，kmol/h ； D r 冷凝器中汽相冷凝潜热，kmol kJ/； D 塔顶产品流量，kmol/h ； R 、opt R 回流比和最佳回流比。 7.1.1.2 冷凝器传热推动力 opt D D opt m t T t T t t t ,211,2ln ---= ? 7-2 式中 m t ? 冷凝器传热推动力，C ?； D T 冷凝器汽相（第一块塔板汽相）露点温度，C ?； 1t 冷凝器中冷却水进口温度，C ?； opt t ,2 冷凝器中冷却水最佳出口温度，C ?。 若C 50)(1max ?>-=?t T t D m ，则冷凝器应装有温度补偿装置或采用浮头式换热器。 7.1.1.3 初估冷凝器传热面积 )(m D D D t K Q A ?= 7-3 式中 D A 冷凝器传热面积，2m ； D K 冷凝器总传热系数，C)h kJ/(m 2???。 取D K （初估）值代入式7-3 得D A （初估）。 根据D A （初估）从换热器系列型号中选择固定管板式列管换热器，其尺寸为： 公称直径 公称压力 管程数 管子根数 换热面积 管长 管子排列方式 管子规格 7.1.2 冷凝器选型 7.1.2.1 冷凝器传热系数的校核 1 2 1121222111d d d d R d d b R K s m s αλα++++= 7-4 式中 1α、2α 冷凝器管内、外对流给热系数，C)W/(m 2??；
填料塔的结构及其工作原理
填料塔的结构及其工作原理 填料塔的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。 以下讲一下填料塔的结构特点： 填料塔是以塔的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，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，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。 填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。 填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。 填料的分类 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。 1．散装填料 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，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料: 拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料 （1）拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。
填料塔计算部分
填料吸收塔设计任务书 一、设计题目 填料吸收塔设计 二、设计任务及操作条件 １、原料气处理量：5000m3/h。 ２、原料气组成：98％空气＋％的氨气。 ３、操作温度：20℃。 ４、氢氟酸回收率：98％。 ５、操作压强：常压。 ６、吸收剂：清水。 ７、填料选择：拉西环。 三、设计内容 1.设计方案的确定及流程说明。 2.填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算。 3.填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。 4.吸收塔的工艺流程图。 5.填料吸收塔的工艺条件图。
目录 第一章设计方案的简介 (4) 第一节塔设备的选型 (4) 第二节填料吸收塔方案的确定 (6) 第三节吸收剂的选择 (6) 第四节操作温度与压力的确定 (7) 第二章填料的类型与选择 (7) 第一节填料的类型 (7) 第二节填料的选择 (9) 第三章填料塔工艺尺寸 (10) 第一节基础物性数据 (10) 第二节物料衡算 (11) 第三节填料塔的工艺尺寸的计算 (12) 第四节填料层压降的计算 (16) 第四章辅助设备的设计与计算 (16) 第一节液体分布器的简要设计 (16) 第二节支承板的选用 (17) 第三节管子、泵及风机的选用 (18) 第五章塔体附件设计 (20) 第一节塔的支座 (20) 第二节其他附件 (20)
第一章设计方案的简介 第一节塔设备的选型 塔设备是化工、石油化工、生物化工制药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，可分为板式塔和填料塔两大类。 1、板式塔 板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的气液传质设备之一。传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在板式塔中，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。 一般而论，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。 ２、填料塔 填料塔是最常用的气液传质设备之一，它广泛应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。几年来，由于填料塔研究工作已日益深入，填料结构的形式不断更新，填料性能也得到了迅速的提高。金属鞍环，改型鲍尔环及波纹填料等大通量、低压力降、高效率填料的开发，使大型填料塔不断地出现，并已推广到大型汽—液系统操作中，尤其是孔板波纹填料，由于具有较好的综合性能，使其不仅在大规模生产中被采用，且由于其在许多方面优于各种塔盘而越来越得到人们的重视，在某些领域中，有取代板式塔的趋势。近年来，在蒸馏和吸收领域中，最突出的变化是新型填料，特别是规整填料在大直径
填料塔的设计指导
二氧化硫填料塔设计 一．填料吸收塔简介 在化学工业中，吸收操作广泛应用于石油炼制，石油化工中分离气体混合物，原料气的精制及从废气回收有用组分或去除有害组分等。吸收操作中以填料吸收塔生产能力大，分离效率高，压力降小，操作弹性大和持液量小等优点而被广泛应用。目前国内对填料吸收塔设计大部分是经验设计方法，该方法是在给定生产任务的条件下，由经验确定出一个液气比的值，然后手算出吸收塔的有关设计参数。该设计手段落后，没有考虑经济技术指标，不符合工厂实际生产中成本最低要求，故提出了填料吸收塔的优化设计方法。 下面简要介绍一下填料塔的有关内容。 填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。填料塔以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。 与板式塔相比，在填料塔中进行的传质过程，其特点是气液连续接触，而传质的好坏与填料密切相关。填料提供了塔内的气液两相接触面积。填料塔的流体力学性能，传质速率等与填料的材质，几何形状密切相关，所以长期以来人们十分注中填料的性能和新型填料的开发，使得填料塔在化工生产中应用更加广泛。 填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔还有以下特点： 1.当塔径不是很大时，填料塔因为结构简单而造价便宜。 2.对于易起泡物系，填料塔更适合，因填料对气泡有限制和破碎作用。 3.对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因为可以采用瓷质填料。 4.对于热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔的持液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。填料塔的压强降比板式塔小，因而对真空操作更有利。 填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。 二．设计方案简介 2.1 方案的确定 填料精馏吸收塔的确定包括装置流程的确定,操作压力的确定,进料热状况的选择,加热方式的选择以及回流比的选择等 2.1.1 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： 定义：气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出的操作。 特点：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。 适用情况：工业生产中多采用逆流操作。 (2) 并流操作： 定义：气液两相均从塔顶流向塔底的操作。 特点：系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。 适用情况：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
化工机械基础填料塔设计方案
化工机械基础填料塔设计方案 1.水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介 1.1任务及操作条件 ①混合气(空气、NH3 )处理量： 26003/ m h； ②进塔混合气含NH3 7% (体积分数)；温度:20℃； ③进塔吸收剂(清水)的温度:20℃； ④ NH3回收率：96%； ⑤操作压力为常压101.3k Pa。 1.2填料的选择 塔填料是填料塔的核心构件，它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面，其性能优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面积越大，气液分布也就越均匀，传质效率也越高，它与塔件一起决定了填料塔的性质。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。 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，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。 塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国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。设计选用填料塔，填料为散装聚丙烯DN 阶梯环填料。 50 国阶梯环特性数据
2. 工艺尺寸计算 2.1基础物性数据 2.1.1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纯水的物性数据。由手册查的，20℃水的有关物性数据如下： 密度：ρ1 =998.2Kg ／m 3 粘度：μL =1.005mPa ·S =0.001Pa ·S=3.6Kg ／（m ·h ） 表面力：σL =72.6dyn ／cm=940 896Kg ／h 2 氨气在水中的扩散系数：D L =1.80×10-9 m 2/s=1.80×10-9×3600 m 2/h=6.480 ×10-6m 2/h 2.1.2气相物性的数据 混合气体平均摩尔质量： M VM =Σy i M i =0.070×17+0.930×29=28.16 混合气体的平均密度： ρvm =RT PM VN =100×28.16／(8.314×293)=1.166Kg ／m 3 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20℃空气的粘度： μV =1.81×10—5Pa ·s=0.065Kg ／（m ·h ） 查手册得氨气在20℃空气中扩散系数： D v = 0.189 cm 2/s=0.068 m 2/s 2.1.3气液相平衡数据 20C 下氨在水中的溶解度系数：)/(725.03kpa m kmol H ,常压下20℃时亨利系数：S L HM E =998.2／(0.725×18.02)=76.40Kpa 相平衡常数： 756.0100 02.18725.02.998 P HM P E m S L 2.1.4 物料衡算
填料塔的设计
目录
前言 世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实。”如果人类生活在污染十分严重的空气里，那就将在几分钟内全部死亡。工业文明和城市发展，在为人类创造巨大财富的同时，也把数十亿吨计的废气和废物排入大气之中，人类赖以生存的大气圈却成了空中垃圾库和毒气库。因此，大气中的有害气体和污染物达到一定浓度时，就会对人类和环境带来巨大灾难，对有害气体的控制更必不可少。 一．设计任务书 1.设计目的 通过对气态污染物净化系统的工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计的基本方法。培养学生利用所学理论知识，综合分析问题和解决实际问题的能力、绘图能力、以及正确使用设计手册和相关资料的能力。 2.设计任务 试设计一个填料塔，常压，逆流操作，操作温度为25℃，以清水为吸收剂， ，气体处理量为1500m3/h，其中含氨%（体积分数），吸收脱除混合气体中的NH 3
要求吸收率达到99%，相平衡常数m=。 3.设计内容和要求 1）研究分析资料。 2）净化设备的计算，包括计算吸收塔的物料衡算、吸收塔的工艺尺寸计算、填料层压降的计算及校核计算。 3）附属设备的设计等。 4）编写设计计算书。设计计算书的内容应按要求编写，即包括与设计有关的阐述、说明及计算。要求内容完整，叙述简明，层次清楚，计算过程详细、准确，书写工整，装订成册。设计计算书应包括目录、前言、正文及参考文献等，格式参照学校要求。 5）设计图纸。包括填料塔剖面结构图、工艺流程图。应按比例绘制，标出设备、零部件等编号，并附明细表，即按工程制图要求。图纸幅面、图线等应符合国家标准；图面布置均匀；符合制图规范要求。 6）对设计过程的评述和有关问题的讨论。 二．设计资料 1.工艺流程 采用填料塔设计，填料塔是塔设备的一种。塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。结构较简单，检修较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。 2.进气参数 进气流量: 1500m3/h 进气主要成分：NH 3
填料塔工艺尺寸的计算
第三节 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、填料能高度的计算及分段 3.1 塔径的计算 1. 空塔气速的确定——泛点气速法 对于散装填料，其泛点率的经验值u/u f =0.5~0.85 贝恩（Bain ）—霍根（Hougen ）关联式 ，即： 2213lg V F L L u a g ρμερ?? ?????? ? ???????=A-K 141V L V L w w ρρ???? ? ??? ?? （3-1） 即：1 124 8 0.23100 1.18363202.59 1.1836lg[ ()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2F u ?????? =- ? ? ??????? 所以：2 F u /9.81（100/0.9173）（1.1836/998.2）= UF=m/s 其中： f u ——泛点气速，m/s; g ——重力加速度，9.81m/s 2 W L =5358.89572㎏/h W V =7056.6kg/h A=0.0942； K=1.75； 取u=0.7 F u =2.78220m/s
0.7631D = = = （3-2） 圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核：2 6000 3.31740.7850.83600 u = =?? m/s 则 F u u 在允许范围内 2. 根据填料规格校核：D/d=800/50=16根据表3-1符合 3. 液体喷淋密度的校核： (1) 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。 (2) 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，可取最小润湿速率()3min 0.08m /m h w L ?为。 ()32min min 0.081008/w t U L m m h α==?=? （3-3） 22 5358.8957 10.6858min 0.75998.20.7850.8 L L w U D ρ= ==>=???? （3-4） 经过以上校验，填料塔直径设计为D=800mm 合理。 3.2 填料层高度的计算及分段 *110.049850.75320.03755Y mX ==?= （3-5） *220Y mX == （3-6） 3.2.1 传质单元数的计算
填料塔结构设计
17.2填料塔结构设计 一、液体分布器 （喷林装置） 1、典型结构： （1）管式喷洒器 （2）莲蓬式喷洒器 （3）多孔直管分配器 （4）多孔盘管分配器 （5）溢流管式分配器 （6）筛孔盘式分配器 （7）槽式分配器 （8）排管式分配器 2、各结构特点 二、填料 自学 三、填料支承 1、支承要求 有足够的强度和刚度 而且有足够的自由截面 使支承处不发生液泛 2、类型 栅板 气体喷射式支承板 ???梁型钟罩型 四、液体再分配器 1．填料层的分段原因 P341 倒二行~~P 342 第一行 2．再分配器的作用： 收集上段填料层的液体，并使其在下段填料层重新均匀分布。 3．再分配器的类型 （1）分配锥 （2）边圈槽形分配器 （3）升气管式分配器 （4）斜板复合式分配器 五、除沫器 1．作用： 减少液体夹带，确保气体纯度，保证后续设备正常工作。 2．使用条件： 在空塔气速较大，塔顶溅液现象严重时，以及工艺过程不允许出塔气体夹带雾滴的情况下设置 3．除沫器的类型 （1）折板除沫器 （2）涤网除沫器 六、裙座结构 1．裙座的组成 座体、排净孔、基础环、筛板、盖板、人孔、管线引出孔、排气孔、保温支承圈 2．裙座与壳体的连接 （1）对接焊缝 座体外径与壳体外径相同 适用于一般情况下
（2）搭接焊缝 座体内径与壳体外径相同 由于受力较差对小塔或受力较小的情况下用 3．裙座的材料 采用普通碳钢考虑操作条件载荷封头材料等的因素取 七、管口结构及其他 1．进气管口 2．液体出口管 D大小取人、手孔倾斜安装 3．填料出口按N 4．其他结构同一般的容器相同 填料塔结构原理 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。 的塔身是一直立式圆筒（如上图所示）， 塔身 底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，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，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。
填料塔的计算.doc
一、设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据
7.熔 根据上式计算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =??=301 314.805 .333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为
μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m ?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6?105kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =?= P E 溶解度系数为H=)/(1013.218 106.22.9973 45 kPa m kmol E M s ??=??= -ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 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 121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581
填料塔器设计资料
6 填料塔的结构设计 I. 塔径计算 计算公式： D = ① 塔填料选择 须知： 相对处理能力：拉西环<矩鞍<鲍尔环<阶梯环<环鞍(填料尺寸相同，压降相同) 对于规整填料，分离能力：丝网类填料>板波纹类填料，板波纹填料较丝网类有较大的处理量和较小的压降。250Y ——250指的是填料的比表面积，Y 指的是波纹倾角为45o ,X Y 指的是波纹倾角为30o 填料选择的三步骤：选材质→选类型→选尺寸(径比应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。) 选尺寸说明：填料尺寸大，成本低，处理量大，但效率低。一般大塔常使用50mm 的填料。 塔径/mm 填料尺寸/mm D<300 20~25 300
化工原理课程设计(规整填料塔)
填料精馏塔设计任务书 一、设计题目：填料塔设计 二、设计任务：苯-甲苯精馏塔设计 三、设计条件： 1、年处理含苯41%（质量分数，下同）的苯-甲苯混合液3万吨； 2、产品苯含量不低于96%； 3、残液中苯含量不高于1%； 4、操作条件： 填料塔的塔顶压力：4kPa（表压） 进料状态：自选 回流比：自选 加热蒸汽压力：101.33kPa（表压） 5、设备型式：规整填料塔 6、设备工作日：300天/年，24h连续运行 四、设计内容和要求 序号设计内容要求 1 工艺计算物料衡算、热量衡算、理论塔板数等 2 结构设计塔高、塔径、分布器、接口管的尺寸等 3 流体力学验算塔板负荷性能图 4 冷凝器的传热面积和冷却介质的 用量计算 5 再沸器的传热面积和加热介质的 用量计算 6 计算机辅助计算将数据输入计算机，绘制负荷性能图 7 编写设计说明书目录、设计任务书、设计计算及结果、流程图、参考资料等
目录 第1章流程的确定和说明 (3) 1.1加料方式 (3) 1.2进料状态 (3) 1.3冷凝方式 (3) 1.4回流方式 (3) 1.5加热方式 (3) 1.6加热器 (4) 第2章精馏塔设计计算 (5) 2.1操作条件和基础数据 (5) 2.1.1操作压力 (5) 2.1.2基础数据 (5) 2.2精馏塔工艺计算 (7) 2.2.1物料衡算 (7) 2.2.2热量衡算 (9) 2.2.3理论塔板数计算 (11) 2.3精馏塔的主要尺寸 (12) 2.3.1精馏塔设计的主要依据 (12) 2.3.2塔径设计计算 (15) 2.3.3填料层高度的计算 (16) 第3章附属设备及主要附件的选型计算 (17) 3.1冷凝器 (17) 3.1.1计算冷却水流量 (18) 3.1.2冷凝器的计算与选型 (18) 3.2再沸器 (18) 3.2.1间接加热蒸汽 (18) 3.2.2再沸器加热面积 (18) 3.3塔内其他结构 (19) 3.3.1接管的计算与选择 (19) 3.3.2液体分布器 (20) 3.3.3除沫器 (21) 3.3.4液体再分布器 (22) 3.3.5填料支撑板的选择 (22) 3.3.6塔底设计 (23) 3.3.7塔的顶部空间高度 (23) 第4章结束语 (24) 参考文献 (25)
填料塔的结构及其工作原理
填料塔得结构及其工作原理 填料塔得作用就是起到吸收作用,就是化工、石油化工与炼油生产中最重要得设备之一。 以下讲一下填料塔得结构特点: 填料塔就是以塔内得填料作为气液两相间接触构件得传质设备。填料塔得塔身就是一直立式圆筒,底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌得方式放置在支承板上。填料得上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入,经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置)分布后,与液体呈逆流连续通过填料层得空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。 当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中得趋势，使得塔壁附近得液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器与液体再分布器两部分,上层填料流下得液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大,分离效率高，压降小,持液量小,操作弹性大等优点。 填料塔也有一些不足之处,如填料造价高;当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合得物料;对侧线进料与出料等复杂精馏不太适合等。 填料得分类 填料得种类很多,根据装填方式得不同,可分为散装填料与规整填料。 １.散装填料 散装填料就是一个个具有一定几何形状与尺寸得颗粒体,一般以随机得方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型得散装填料: 拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料 (1)拉西环填料于１９14年由拉西(F、 Rａshching)发明,为外径与高度相等得圆环。拉西环填料得气液分布较差,传质效率低,阻力大,通量小,目前工业上已较少应用。
填料塔课程设计要点
目录 1.前言 (4) 2.设计任务 (6) 3.设计方案说明 (6) 4.基础物性数据 (6) 5.物料衡算 (6) 6.填料塔的工艺尺寸计算 (8) 7.附属设备的选型及设备 (14) 8.参考文献 (19) 9.后记及其他 (20)
1.前言 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。而塔填料塔内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。聚丙烯材质填料作为塔填料的重要一类，在化工上应用较为广泛，与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 填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，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，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。 填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对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。 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，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。
填料塔工艺尺寸的计算
填料塔工艺尺寸的计算 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
第三节 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、填料能高度的计算及分段 塔径的计算 1. 空塔气速的确定——泛点气速法 对于散装填料，其泛点率的经验值u/u f =~ 贝恩（Bain ）—霍根（Hougen ）关联式 ，即： 2213lg V F L L u a g ρμερ?? ?????? ? ???????=A-K 14 18 V L V L w w ρρ???? ? ??? ?? （3-1） 即：1124 8 0.23100 1.18363202.59 1.1836lg[ ()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2F u ?????? =- ? ? ??????? 所以：2 F u /（100/3）（）= UF=3.974574742m/s 其中： f u ——泛点气速，m/s; g ——重力加速度，9.81m/s 2 W L =㎏/h W V =7056.6kg/h A=； K=； 取u= F u =2.78220m/s 0.7631D = = = （3-2） 圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核：2 6000 3.31740.7850.83600 u = =?? m/s 则 F u u 在允许范围内 2. 根据填料规格校核：D/d=800/50=16根据表3-1符合 3. 液体喷淋密度的校核： (1) 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。
(2) 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，可取最小润湿速率()3min 0.08m /m h w L ?为。 ()32min min 0.081008/w t U L m m h α==?=? （3-3） 22 5358.8957 10.6858min 0.75998.20.7850.8L L w U D ρ= ==>=???? （3-4） 经过以上校验，填料塔直径设计为D=800mm 合理。 填料层高度的计算及分段 *110.049850.75320.03755Y mX ==?= （3-5） *220Y mX == （3-6） 3.2.1 传质单元数的计算 用对数平均推动力法求传质单元数 12 OG M Y Y N Y -= ? （3-7） ()* *1 1 22*11*22 () ln M Y Y Y Y Y Y Y Y Y ---?= -- （3-8） = 0.063830.00063830.03755 0.02627ln 0.0006383 -- = 3.2.2 质单元高度的计算 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： () 0.75 0.10.05 2 0.2 2 21exp 1.45/t c l L t L L V t w l t l L U U U g ασαρσαασαμρ-????????? ? =--?? ? ? ??? ????? ?? ? （3-9） 即：αw/αt =0. 液体质量通量为：L u =WL/××=10666.5918kg/(㎡?h ) 气体质量通量为： V u =60000×=14045.78025kg/(㎡?h)
填料塔设计说明书
填 料 塔 设 计 说 明 书 设计题目：水吸收氨填料吸收塔学院：资源环境学院 指导老师：吴根义罗惠莉 设计者：海江 学号：7 专业班级：08级环境工程1班
一、设计题目 试设计一座填料吸收塔，用于脱出混于空气中的氨气。混合气体的处理为2400m3/h，其中含氨5%，要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小量的1.5倍。 二、操作条件 1、操作压力常压 2、操作温度 20℃ 三、吸收剂的选择 吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。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。且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。 四、流程选择及流程说明 逆流操作气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，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。工业生产中多用逆流操作。 五、塔填料选择 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 选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格：
六、填料塔塔径的计算 1、液相物性数 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20℃水的有关物性数据如下： 密度为:L ρ=998.2 kg/m3 粘度为:μL=0.001004 Pa·S=3.6 kg/（m·h） 表面力为σL=72.6 dyn/cm =940896 kg/h2 2、气相物性数据： 20℃下氨在水中的溶解度系数为：H=0.725kmol/(m3·kPa)。 混合气体的平均摩尔质量为： Mvm=0.05×17.03g/mol +0.95×29g/mol=28.40g/mol , 混合气体的平均密度为：ρvm =1.183 kg/m3 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为: μv=1.81×10-5 Pa·S=0.065 kg/(m·h) 3、气相平衡数据 20℃时NH3在水中的溶解度系数为H=0.725 kmol/(m3·kPa),常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为E=76.41kPa 。 4、物料衡算： 亨利系数 S L HM E ρ= 相平衡常数 754.03 .10102.18725.02 .998=??=== P HM P E m S L ρ E ——亨利系数 H ——溶解度系数 Ms ——相对摩尔质量
过程设备设计课程设计(填料吸收塔)
第一章塔内件的选型 (2) 1.2 液体分布器的选型 (3) 1.3 液体再分布器 --—升气管式液体再分布器 (5) 1.4 填料支承装置 --- 驼峰支撑 (6) 1.6气体和液体的进出口装置设计........................................................................ 1.6.1 气体和液体的进出口直径的计算........................................................ 1.7 接管法兰尺寸................................................................................................... 1.8塔体人孔设置及选型........................................................................................ 1.9裙座的选择........................................................................................................ 1.11 开孔补强......................................................................................................... 1.11.1接管补强............................................................................................... 1.11.2人孔补强............................................................................................... 第二章填料塔的机械设计............................................................................................ 2.1 填料塔机械设计简介....................................................................................... 2.2塔机械性能设计基本参数................................................................................ 2.2.1 塔设计地区状况.................................................................................... 2.2.2 塔的设计参数...................................................................................... 2.2.3 塔的危险截面的确定............................................................................ 2.3按设计压力计算塔体和封头的壁厚................................................................ 2.4设备质量载荷的计算........................................................................................ m ....................................................................... 2.4.1 塔壳体和裙座质量01 m ............................................................................. 2.4.2 塔内填料的质量02 2.4.3 平台扶梯的质量 m ............................................................................. 03 2.3.4 操作时物料的质量 m ......................................................................... 04 2.4.4 塔附件的质量........................................................................................ 2.4.5 塔设备各种质量.................................................................................... 2.5风载荷与风弯矩的计算.................................................................................... 2.4.1 塔设备的分段........................................................................................ 2.4.2 各段的风载荷........................................................................................