1、精選優質文檔-傾情為你奉上板式吸收塔設計任務書一 設計題目水吸收二氧化硫板式吸收塔設計 二 設計任務及操作條件 1 設計任務混合氣體的處理為20000m3/h ，其中廢氣進入塔的濃度為0.3%（體積比），其余組分為惰性氣體（空氣）。要求采用清水進行吸收，吸收效率為98%。2 操作條件： 塔頂表壓力  0.3atm ，操作溫度  30 3 塔板類型: 泡罩式塔板 4 設備型式： 塔板 三 設計內容 1 設計方案的選擇及流程說明 2 吸收塔的基礎物性數據3 吸收塔的物料衡算4 吸收塔的工藝尺寸的計算5 溢流裝置的計算6 塔板的流體力學驗算7 塔板負荷性能圖；

2、8 板式塔的結構與附屬設備的計算9 設計結果匯總表10 設計心得11 主要參數說明12 繪制生產工藝流程圖13 繪制主要設備結構總裝圖板式吸收塔設計說明書目錄第一章 設計方案的簡介. （4）1.1 概述 （4）1.1.1 塔設備的類型 （4）1.1.2 板式塔與填料塔的比較及選型 （4）1.2 板式塔的設計 （5）1.2.1 設計方案裝置流程的確定 （6）1.2.2 塔板的類型與選擇 （6）第二章 板式塔工藝尺寸計算（9）2.1 基礎物性數據 （9）2.1.1 液相物性數據 （9）2.1.2 氣相物性數據 （9）2.1.3 氣液相平衡數據 （9）2.2 物料衡算 （9）2.3 板式吸收塔的工藝

3、尺寸的計算 （10）2.3.1 塔徑計算 （10）2.3.2 塔截面積 （10）2.3.2 塔截面積 （10）2.4 溢流裝置的計算 （10）2.4.1 溢流堰長 （10）2.4.2 出口堰高 （10）2.4.3 降液管的寬度和降液管的面積（10）2.4.4 降液管底隙高度 （11）2.4.5 塔板布置 （11）2.5 塔板的流體力學驗算（11）2.6 塔板負荷性能圖（13）2.6.1 漏液線 （13）2.6.2 霧沫夾帶線 （13）2.6.3 液相負荷下限線（14）2.6.4 液相負荷上限線 （15）2.6.5 液泛線（15）第三章 板式塔的結構與附屬設備（18）3.1 塔體結構（18）3.

4、2 塔板結構（18）第四章 設計結果總匯（20）4.1 板式塔設計匯總表 (20）4.2 結束語（21）附錄1 主要符號說明附錄2 參考文獻附圖一 板式吸收塔工藝流程簡圖附圖二 板式塔的裝配圖 第一章 設計方案的簡介1.1 概述1.1.1 塔設備的類型 塔設備是化工，石油化工，生物化工，制藥等生產過程中廣泛應用的氣液傳質設備。根據塔內氣液接觸構件的結構形式，可分為板式塔和填料塔兩大類。 板式塔內設置一定數量的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上的液層，進行傳質與傳熱。在正常操作下，氣相為分散相，液相為連續相，氣相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。1.1.2 板式塔與填料塔的比較及選型1.1

5、.2.1 板式塔與填料塔的比較 工業上，評價塔設備的性能指標主要有以下幾個方面：生產能力，分離效率，塔壓降，結構、制造及造價等。現就板式塔與填料塔的性能比較如下。1、生產能力板式塔與填料塔的液體流動和傳質機理不同。板式塔的傳質是通過上升氣體穿過板上的液層來實現，塔板的開空率一般占塔截面積的7%10%；而填料塔的傳質是通過上升氣體和靠重力沿填料表面下降的液流接觸實現。填料塔內件的開孔率通常在50%以上，而填料層的空隙率則超過90%，一般液泛點較高，故單位塔截面積上，填料塔的生產能力一般均高于板式塔。2、分離效率 一般情況下，填料塔具有較高的分離效率。工業上常用填料塔每米理論級為28級。而常用的板

6、式塔，每米理論版最多不超過2級。研究表明，在減壓，常壓和低壓操作下，填料塔的分離效率明顯低于板式塔，在高壓操作下，板式塔的分離效率略優于填料塔。3、壓力降填料塔由于空隙率高，故其壓降遠遠小于板式塔。一般情況下，板式塔的每個理論級壓降約在0.41.1kPa，填料塔約為0.010.27kPa，通常，板式塔的壓降高于填料塔5倍左右。壓降低不僅能降低操作費用，節約能耗。4、操作彈性一般來說，填料本身對氣液負荷變化的適應性很大，故填料塔的操作彈性取決于塔內件的設計，因而可根據實際需要確定填料塔的操作彈性。而板式塔的操作彈性則受到塔板液泛，液沫夾帶及降液管能力的限制，一般操作彈性較小。5、結構 ，制造及造

7、價等一般來說，填料塔的結構較板式塔簡單，故制造、維修也較為方面，但填料塔的造價通常高于板式塔。應予指出，填料塔的持液量小于板式塔，持液量大，可使塔的操作平穩，不易引起產品的迅速變化，故板式塔較填料塔更易于操作。板式塔容易實現側線進料和出料，而填料塔對側線進料和出料等復雜情況不太適合。對于比表面積較大的高性能填料，填料層容易堵塞，故填料塔不易直接處理由懸浮物或容易聚合的物料。表1 板式塔與填料塔對比序號填料塔板式塔壓降小尺寸填料較大；大尺寸填料及規整填料較小較大空塔氣速小尺寸填料較大；大尺寸填料及規整填料較小較大塔效率傳統填料低，新型亂堆及規整填料高較穩定，效率較高持液量較小較大液氣比對液量有一

8、定要求適應范圍較大安裝檢修較難較易材質金屬及非金屬材料均可常用金屬材料造價新型填料投資較大大直徑時較低1.1.2.2 塔設備的選型工業上，塔設備主要用于蒸餾和吸收傳質單元操作過程。傳統的設計中，蒸餾過程多選用板式塔，而吸收過程多選用填料塔。近年來，隨著塔設備設計水平的提高及新型塔構件的出現，上述傳統已逐漸打破。在吸收過程中采用板式塔已有不少應用范例。對于一個具體的分離過程，設計中選擇何種塔型，應根據生產能力、分離效果、塔壓降、操作彈性等要求，并結合制造、維修、造價等因素綜合考慮。例如，多于熱敏性物系的分離，要求塔壓降盡可能低，選用填料塔較為適宜；對于右側線進料和出料的工藝過程，選用板式塔較為適

9、宜；對于有懸浮物或容易聚合物系的分離，為防止堵塞，宜選用板式塔；對于液體噴淋密度極小的工藝過程，若采用填料塔，填料層得不到充分潤濕，使其分離效率明顯下降，故宜選用板式塔；對于宜發泡物系的分離，因填料層具有破碎泡沫的作用，宜選用填料塔。1.2 板式塔的設計板式塔的類型很多，但其設計原理基本相同。一般來說，板式塔的設計步驟大致如下：1 根據設計任務和工藝要求，確定設計方案；2 根據設計任務和工藝要求，選擇塔板類型；3 確定塔徑、塔高等工藝尺寸；4 進行塔板的設計，包括溢流裝置的設計、塔板的布置、升氣道（泡罩、篩孔或浮閥等）的設計及排列；5 進行流體力學驗算；6 繪制塔板的復合性能圖；7 根據復合性

10、能圖，對設計進行分析，若設計不夠理想，可對某些參數進行調整，重復上述設計過程，一直到滿意為止。1.2.1 設計方案裝置流程的確定確定流程時要較全面、合理的兼顧設備、操作費用、操作控制及安全諸因素。(如圖1 裝置流程簡圖)圖1 裝置流程簡圖1.2.2 塔板的類型與選擇板式塔是在塔內裝很多的塔板，傳熱傳質過程中基本上是在每層塔板上進行，塔板的形、板結構或塔板上氣液兩相的表現，來命名這些塔，諸如泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、柵板塔、舌形塔、等等。1.2.2.1 泡罩塔泡罩塔是工業上使用最早的一種板式塔，其主要元件為升氣管及泡罩。泡罩安裝在升氣管的頂部，分圓形和條形兩種，國內應用較多的是圓形泡罩。泡罩尺寸分

11、為80mm、100mm、150mm三種，可根據塔徑的大小選擇。通常塔徑小于1000mm，選用80mm的泡罩；塔徑大于2000mm，選用150mm的泡罩。其優點是：因升氣管高出液層，不易發生漏液現象，有較好的操作彈性，即當氣、液有較大的波動時，仍能維持幾乎恒定的板效率；塔板不易堵塞，適于處理各種物料。缺點是:、：塔板機構復雜，金屬耗量大，造價高；板上液層厚，氣體流徑曲折，塔板壓降大，兼因霧沫夾帶現象嚴重，限制了氣速的提高，致使生產能力及板效率均較低。近年來泡罩塔已逐漸被篩板塔和浮閥塔所取代，然而因它有操作穩定、技術比較成熟、對贓物料不敏感等優點，故目前仍有采用的。1.2.2.2 篩板塔篩板塔是一

12、種有降液管，板型結構簡單的板式塔，孔徑一般為mm，制造方便，處理量較大，清洗，更換，修理較簡單但操作范圍較小，適應于清潔的物料，以免堵塞。其優點是：結構簡單，造價低廉，氣體壓降小，板上液面落差也較小，生產能力及板效率均較泡罩塔高。主要缺點是：操作彈性小，篩孔小時容易堵塞。近年來采用大孔徑（直徑1025mm）篩板可避免堵塞，而且由于氣速的提高，生產能力增大。過去由于對篩板的性能研究不充分，認為操作不易穩定而未普遍應用，直到本世紀50年代初，對篩板塔的結構、性能作了較充分的研究，認識到只要設計合理、操作正確，同樣可獲得較滿意的塔板效率和一定的操作彈性，故近年來篩板塔的應用日趨廣泛。1.2.2.3

13、浮閥塔浮閥塔板是在泡罩塔板和篩孔塔板的基礎上發展起來的，它吸收了兩種塔板的優點。塔盤上開閥孔 , 安置能上下浮動的閥件（固定閥）除外 。由于浮閥塔板的氣體流通面積能隨氣體負荷變動自動調節 , 因而能在較寬的氣體負荷下保持穩定操作; 同時氣體以水平方向吹出 , 氣液接觸時間長 , 霧沫夾帶少, 具有良好的操作彈性和較高塔板效率 , 在工業中得到了較為廣泛地應用。浮法塔板的結構特點是在塔板上開有若干大孔（標準孔徑為39mm），每個孔上裝有一個可以上下浮動的閥片。浮閥的型式很多，目前國內已采用的浮閥有5種，但最常用的浮閥型式為F1型和V-4型。總之，浮閥塔生產能力大，彈性大，分離效率高，霧沫夾帶少，

14、液面梯度較少，結構簡單等特點。第二章 板式塔工藝尺寸計算2.1 基礎物性數據2.1.1 液相物性數據對于低濃度吸收過程，溶液的物性數據可近似取純水的物性數據。由手冊查得，20的H2O物性數據： 密度 L=998.2 kg/m3 粘度 L=0.001 Pas=3.6 kg/(mh) 表面張力 L=72.6 dyn/cm= kg/hSO2在水中的擴散系數 DL=5.29×10-6 m2/h 2.1.2 氣相物性數據 混合氣體的平均摩爾質量為Mvm=yi Mi=0.02×64.13+0.98×29=30.76 混合氣體的平均密度 vm = PMvmRT = 101.32

15、5×28.40158.314×293 =1.1814 kg/m3 對于低濃該氣體粘度近似的取空氣粘度，查手冊地20空氣的粘度為 Vm = PMVmRT = 101.325×30.768.314×293 =1.280 kg/m3 查手冊地20空氣的粘度為 V =1.81×10-5 Pa·s = 0.065 kg/(m·h) 查手冊得二氧化硫在空氣中的擴散系數為DV =0.039 m2/h2.1.3 氣液相平衡數據 由手冊查得，常壓下20時，SO2在水中的 亨利系數為 E=3550 kPa 相平衡常數 m=E/P=3550/10

16、1.3=35 溶解度系數 2.2 物料衡算1、進塔的氣相摩爾比為 Y1= y11-y1 = 0.051-0.05 =0.05262、出塔的氣相摩爾比為 Y2 = Y1(1-A) = 0.0526×(1-0.95) = 0.002633、進塔惰性氣相流量為 GB= .4 × ×(1-0.05) = 118.5474 kmol/h4、該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為一條直線，最小液氣比可按下式計算：(LSGB)min=Y1-Y2Y1m-X2對吸收劑為純水的吸收過程，進塔液組成X2 = 0 因此， (LSGB)min=Y1-Y2Y1m-X2=0.0526-0.-0=3

17、3.25取操作液氣比為最小液氣比的1.4倍，即： LSGB=1.4(LSGB)min=1.4×33.25=46.55氣相流量LS=46.55GB=46.55×118.5474=5518.38kmol/h根據LSGB=Y1-Y2X1-X2得 X1=Y1-Y2GBLS+X2= (0.0526-0.00263)×146.55 + 0 = 0.2.3 板式吸收塔的工藝尺寸的計算2.3.1 塔徑計算采用Eckert通用關聯圖計算泛點氣速。氣相的質量流量為 wV=GB=3000×1.1814=3544.2 kg/h液相質量流量可近似按純水的質量流量計算，即 wL=L

18、sMs=5518.38×18.02=99441.2076Lv= wLL=99441.2076 998.2 = 99.62m3/hVs=3000Nm3/h計算液相負荷因子C：塔板間距HT的選取與塔高、塔徑、物系性質、分離效率、操作彈性伊基塔的安裝、檢修等因素有關。設計時通常根據塔徑的大小，由表2列出的塔板間距的經驗數值選取。表2 塔板間距與塔徑的關系塔 徑D,m0.30.50.50.80.81.61.62.02.02.42.4板間距HT，m0.20.30.30.350.350.450.450.60.50.80.8設計中，板上液層高度hL由設計者選定。對常壓塔一般取為0.050.08m；

19、對減壓塔一般取為0.0250.03m。選取板間距HT =0.45m ，板上清液高度hL= 0.08m ，HT-hL=0.37m LVVS(LV)0.5= 99.(998.21.1814)0.5=0.9652由史密斯關聯圖查得C20 =0.035已知水在20時的表面張力L=72.6 dyn/cm= kg/h修正校正表面張力后的C值為C=C20(L20)0.2=0.035×(72.620)0.2=0.04529式中 C操作物系的負荷因子，m/s； L操作物系的液體表面張力，mN/m。最大允許空塔氣速 umax=cL-VV=0.04529×998.2-1.18141.1814 =

20、1.4301m/s根據設計經驗，乘以一定的安全系數，即u=(0.60.8)umax安全系數的選取于分離物系的發泡程度密切相關。對不易發泡的物系，可取較高的安全系數，對易發泡的物系，可取較低的安全系數。取安全系數為0.6，則u=0.6umax=0.8580m/s塔徑 DT=VSu4=4×30003.14×0.8580×3600 =1.2373m故取整D=1.4m2.3.2 塔截面積 AT= 4D2=1.5386 m22.6 塔板負荷性能圖2.6.1 漏液線 由u0,min=4.4C0(0.0056+0.13hL-h)LV u0,min= Vs,minA0 hL =

21、hW +hOW hOW= 2. ×E×(Lhlw)23聯立得： Vs,min=4.4C0A00.0056+0.13hw+2.×1×3600Lslw23-hLV =2.19390.+0.1546LS23在操作范圍內，任取幾個Ls值，依上式計算Vs值，計算結果如表5-1Ls ，m3/s1.5710×10-33.1420×10-34.7130×10-36.2840×10-3Vs，m3/s0.18600.20130.21330.2234由上表數據可做出漏液線12.6.2 霧沫夾帶線以ev=0.1kg液/kg氣為限，求Vs

22、Ls關系如下由ev= 5.7×10-6L(uaHT-hf)3.2 ua= VsAT-Af = Vs0.2827-0.0260 =3.8956VShW=0.0439 hOW= 2. ×1×(3600Ls0.42)23 =1.19Ls2/3hf = 2.5 hL=2.5(hW +hOW)=2.5(0.0439+1.19Ls2/3)=0.10975+2.975Ls2/3ev= 5.7×10-657.865(3.8956Vs0.24-2.975Ls23)3.2 =0.1整理得 VS =0.536-6.644 LS2/3在操作范圍內，任取幾個Ls值，依上式計算Vs

23、值，計算結果如表5-2Ls ，m3/s1.5710×10-33.1420×10-34.7130×10-36.2840×10-3Vs，m3/s0.44620.39350.34920.3098由上表數據可做出液沫夾帶線22.6.3 液相負荷下限線對于平直堰，取堰上液層高度hOW=0.006m作為最小液體負荷標準，hOW= 2.×1×3600Lslw23 =0.006取E=1.04,則Ls,min= 0.006×10002.84230.=0. m3/s據此可做出與氣體流量無關的垂直液相負荷下限線32.6.4 液相負荷上限線以=4S

24、作為液體在降液管中停留時間的下限 = AfHTLs =4s 故Ls,max = AfHT4= 0.0260×0.354 =0. m3/s據此可做出與氣體流量無關的垂直液相負荷上限線42.6.5 液泛線令Hd= (HT+hW)由Hd=hp+hL+hd，hp= hc +h1+h h1=hL hL = hW +hOW聯立得 HT+(-1) hW=(+1) hOW+ hc +Hd+h忽略h，將hOW與Ls，Hd與Ls，hc與Vs的關系式代入上式，并整理得 a Vs2=b-c Ls2-d Ls2/3式中，a=0.051A0C02VL b=HT+(-1) hWc=0.153/(lwh0)2 d=

25、2.84×10-3E(1+)(3600lw)23 將有關數據代入得：a=0.0510.101×0.1621×0.78520.80=0.2051b=0.5×0.35+(0.5-0.6-1)×0.0439=0.1267c=0.153/(0.42×0.0312)2=891d=2.84×10-3×1×(1+0.6)(36000.42)23=1.9032故 0.205/ Vs2=0.1267-891 Ls2-1.9032 Ls2/3在操作范圍內，任取幾個Ls值，依上式計算Vs值，計算結果如表5-3Ls ，m3/s1

26、.5710×10-33.1420×10-34.7130×10-36.2840×10-3Vs，m3/s0.69400.61300.56760.5103由上表數據可做出液泛線5根據以上各線方程，可作出泡罩塔的負荷性能圖，如圖5-1所示 在負荷性能圖上，作出操作點A，連接OA，即作出操作線。由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏夜控制。由圖5-1查得 Vs,max= 0.61 m3/s Vs,min=0.17 m3/s操作彈性為 Vs,maxVs,min = 0.61 0.17 = 3.588第三章 板式塔的結構與附屬設備3.1 塔體結構3.1.1

27、塔頂空間高度HD由頂部第一塊塔板到筒體與封頭接線的距離（不包括封頭空間）叫塔頂空間高度。通常取HD=1.52.0HT 可取HD=2.0HT=2×0.45=0.9 m3.1.2 塔底空間高度HB由塔底第一塊塔板到塔底封頭接線的距離稱為塔底空間。塔底液面至最下層塔板之間要（12）m的間距，大塔可以大于此值，因此塔底空間.3.1.3 人孔對于D1000 mm的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔68層塔板設一人孔。人孔直徑一般為450 mm600 mm，其伸出塔體的筒長為200250 mm，人孔中心距操作平臺約8001200 mm。設人孔的板間距應等于或大于600 mm。3.1.4 塔高塔

28、的高度是有效高度，底部，和頂部空間及裙座高度之和。根據給定的分離任務，求出理論板層后，就可按照下式計算塔的有效高度，即： 式中 Z-塔高，m -塔內所需的理論板數 -總板效率 -塔板間距，m可得 Z=80.4×0.45=9m3.2 塔板結構塔板按結構特點，大致可以分為整塊和分塊式兩類塔板。塔徑小于800 mm時，一般采用整塊式；塔徑超過800 mm時，由于剛度、安裝、檢修等要求，多將塔板分成數塊通過人孔送入塔內。對于單溢流型塔板，塔板分塊數如表5所示：表5 塔板分塊數塔徑，mm800-12001400-16001800-20002200-2400塔板分塊數3456第四章 設計結果總匯

29、4.1 板式塔設計匯總表板式塔設計計算結果序號項目篩孔板式塔1氣相流量0.83332液相流量0.027673實際塔板數84有效段高度Z，m95塔徑，m1.46板間距，m0.457溢流形式單溢流8降液管形式弓形9堰長，m0.9810堰高，m0.015711板上液層高度，m0.0812堰上液層高度，m0.064313降液管底隙高度，m0.009714邊緣區寬度，m0.0315開孔區面積1.05916篩孔直徑，m0.00417篩孔數目849418孔中心距，m0.01219開孔率，%10.120空塔氣速0.541621篩孔氣速7.791122穩定系數2.4823每層塔板壓降，Pa874.9524負荷上限液沫夾帶控制25負荷下限液相控制下限26液沫夾帶5.749×10-727氣相負荷上限0.28氣相負荷下限0.29操作彈性3.5884.2 結束語本設計為篩孔式吸收塔設計，在設計過程中，物性數據的求取很繁瑣，塔的工藝尺寸也需經過多次試差才達到要求，實際塔板數的求取既要通過作圖、查圖，又要通過計算才可完成。本設計由于我們的知識與經驗都不足有些不