1、目錄一設計任務書21.設計目的22.設計任務23.設計內容和要求2二設計資料31.工藝流程32.進氣參數33.吸收液參數34.操作條件35.填料性能4三設計計算書51填料塔主體的計算51.1吸收劑用量的計算51.2塔徑的計算61.3填料層高度的計算81.4.填料塔壓降的計算122.填料塔附屬結構的類型與設計132.1支承板132.2填料壓緊裝置132.3液體分布器裝置132.4除霧裝置142.5氣體分布裝置142.6排液裝置152.7防腐蝕設計152.8氣體進料管152.9液體進料管：162.10封頭的選擇162.11總塔高計算163.填料塔設計參數匯總18四填料塔裝配圖（見附錄）19五總結1

2、9六參考文獻19附錄20前言世界衛生組織和聯合國環境組織發表的一份報告說：“空氣污染已成為全世界城市居民生活中一個無法逃避的現實?！比绻祟惿钤谖廴臼謬乐氐目諝饫?，那就將在幾分鐘內全部死亡。工業文明和城市發展，在為人類創造巨大財富的同時，也把數十億噸計的廢氣和廢物排入大氣之中，人類賴以生存的大氣圈卻成了空中垃圾庫和毒氣庫。因此，大氣中的有害氣體和污染物達到一定濃度時，就會對人類和環境帶來巨大災難，對有害氣體的控制更必不可少。一設計任務書1.設計目的通過對氣態污染物凈化系統的工藝設計，初步掌握氣態污染物凈化系統設計的基本方法。培養學生利用所學理論知識，綜合分析問題和解決實際問題的能力、繪圖能

3、力、以及正確使用設計手冊和相關資料的能力。2.設計任務試設計一個填料塔，常壓，逆流操作，操作溫度為25，以清水為吸收劑，吸收脫除混合氣體中的NH3，氣體處理量為1500m3/h，其中含氨1.9%（體積分數），要求吸收率達到99%，相平衡常數m=0.95。3.設計內容和要求1）研究分析資料。2）凈化設備的計算，包括計算吸收塔的物料衡算、吸收塔的工藝尺寸計算、填料層壓降的計算及校核計算。3）附屬設備的設計等。4）編寫設計計算書。設計計算書的內容應按要求編寫，即包括與設計有關的闡述、說明及計算。要求內容完整，敘述簡明，層次清楚，計算過程詳細、準確，書寫工整，裝訂成冊。設計計算書應包括目錄、前言、正文

4、及參考文獻等，格式參照學校要求。5）設計圖紙。包括填料塔剖面結構圖、工藝流程圖。應按比例繪制，標出設備、零部件等編號，并附明細表，即按工程制圖要求。圖紙幅面、圖線等應符合國家標準；圖面布置均勻；符合制圖規范要求。6）對設計過程的評述和有關問題的討論。二設計資料1.工藝流程采用填料塔設計，填料塔是塔設備的一種。塔內填充適當高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。例如應用于氣體吸收時，液體由塔的上部通過分布器進入，沿填料表面下降。氣體則由塔的下部通過填料孔隙逆流而上，與液體密切接觸而相互作用。結構較簡單，檢修較方便。廣泛應用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。2.進氣參數進氣流量: 1500m3/h進氣

5、主要成分：NH3空氣粘度系數：298K,101.3kpa下，氨氣在空氣中的擴散系數DV=0.194cm2/s;298K,101.3kpa下，氨氣在水中的擴散系數DL=2.01*10-9m2/s25時，氨在水中的溶解度為H=0.792kmol/m3kpa3.吸收液參數采用清水為吸收液，吸收塔進口液相吸收質濃度為0。液相密度：液相粘度：液膜傳質分系數kL=3.54×10-4m/s4.操作條件操作溫度25°C ,氣壓1atm5.填料性能矩鞍環采用連續擠出的工藝進行加工，與同種材質的拉西環填料相比，矩鞍環具有通量大、壓降低、效率高等優點。矩鞍環填料床層具有較大的空隙率。矩鞍環的形狀

6、介于環形與鞍形之間，因而兼有兩者之優點，這種結構有利于液體分布和增加氣體通道。矩鞍環填料分為陶瓷和塑料和金屬，現將規格列于下表1，以便于計算需要。表1.國內矩鞍環填料特性參數三設計計算書1填料塔主體的計算圖1是穩定操作狀態下的逆流接觸吸收塔內的物流和組成。圖1 穩定操作狀態下的逆流接觸吸收塔內的物流和組成V、L分別表示流經塔內任一單位截面的氣、液通量，kmol/(m2.s )；V1、V2分別表示流經塔底和塔頂單位截面上的氣體，kmol/(m2.s )；L1、L2分別表示流經塔底和塔頂單位截面上的液體通量，kmol/(m2.s )；y1、y2分別表示流經塔底、塔頂氣體中溶質A的摩爾分率，kmol

7、(A)/kmol(氣體 )；x1、x2分別表示流經塔底、塔頂液體中溶質A的摩爾分率，kmol(A)/kmol(溶液 )。1.1吸收劑用量的計算進入吸收塔氣體的摩爾體積為：進塔氣體中氨的濃度為：出塔氣體中氨的濃度：進塔清水的濃度：假設平衡關系符合亨利定律，則最小氣液比為：則： 吸收液濃度可依全塔物料衡算求出：1.2塔徑的計算吸收過程中，混合氣體流量隨塔減少（因吸收質不斷進入液相），故計算塔徑時，一般以塔底氣量為依據計算。計算塔徑關鍵在于適宜的空塔氣速。如何確定適宜的空塔氣速，是氣液傳質設備的流體力學問題。剛出現液泛時的氣速，為泛點氣速；泛點氣速是填料塔操作的極限氣速，達到或超過此氣速，填料塔即不

8、能正常運行。操作氣速或空塔氣速均低于泛點氣速，對不同填料，有不同參考數據。由資料可知：矩鞍形填料u=（0.650.85）uF，因此需計算泛點氣速。煙氣的平均流量：爐氣的質量流量：煙氣的密度：清水密度：洗滌水耗用量：由化工手冊查得矩鞍環（亂堆）的調料因子水的粘度，干填料因子為126.6. 查表2的金屬環矩鞍的A值為0.06225.表2. 不同填料的A,K值故用經驗公式算為：將數值帶入得=3.24m/s。求u：塔徑為：進行圓整，D=0.50m核算液體噴淋密度：因填料尺寸小于75mm，取，又由表二查出該填料的比表面積。則： 操作條件下的噴淋密度U:計算可知：U>Umin，所用填料符合要求。圓整

9、塔徑后操作氣速為：校核：，符合u=（0.650.85）uF要求。 ，所以符合要求。1.3填料層高度的計算由于填料層高度=傳質單元高度*傳質單元數，即。1.3.1傳質單元數的計算用脫吸因素法，可得：因為S<0.70.8之間為宜，所以S符合要求。傳質單元數為：氣體總傳質單元高度采用修正的恩田關聯式計算：由化工手冊查得，金屬填料的臨界表面張力25時水的臨界表面張力為液體質量通量：氣體質量通量：空氣粘度系數：298K,101.3kpa下，氨氣在空氣中的擴散系數DV=0.194cm2/s;298K,101.3kpa下，氨氣在水中的擴散系數DL=2.01*10-9m2/s氣膜吸收系數：液膜吸收系數：

10、由表查得填料的形狀系數： 因為>0.5所以要使用下式進行修正：25時，101.3kpa下，根據氨在水中的溶解度曲線查得H=0.792kmol/m3kpa則氣膜總傳質系數：8.621.3.2總傳質單元高度1.3.3填料層高度采用上述方法計算出填料高度后，還應留出一定的安全系數，根據設計經驗，填料層的設計高度一般為：安全系數選用1.2，所以。圓整后填料層高度為4m。1.3.4填料層的分段液體沿填料層下流時，有逐漸向塔壁方向集中的趨勢，形成壁流效應。成填料層氣液分布不均勻，使傳質效率降低。因此，設計中，每隔一定高度，需要設置液體收集再分布裝置，即將填料層分段。由表可知，矩鞍環，與計算值相符，所

11、以不需要分段。表3. 散裝填料分段高度推薦值1.3.5總塔高計算填料塔的總塔高主要取決于填料層h，此外還需要考慮塔頂空間，塔底空間及再分布器的布置等。填料塔的總塔高H可由下式進行計算：式中：為安全系數調整后的填料層高度，m; 為裝配液體再分布器的空間高度，m； 為塔頂空間高（不包括封頭部分），m，一般取0.81.4m； 為塔底空間高（不包括封頭部分），m，一般取1.21.5m。取=1.3m，=1.2m，則H=1.2+4+1.2=6.4m。1.4.填料塔壓降的計算通用關聯圖的橫坐標為，縱坐標為。橫坐標：縱坐標：通過查圖二得:所以圖2 ?？颂赝ㄓ藐P聯圖2.填料塔附屬結構的類型與設計 塔的輔助構件包

12、括填料支承板、填料壓緊裝置、液體分布器、液體再分布器、除霧裝置及排液裝置等。填料塔操作性能的好壞與塔內輔助構件的選型和設計緊密相關。合理的選型與設計可保證塔的分離效率、生產能力及壓降要求。2.1支承板填料的支承結構應該滿足三個基本條件：使氣液能順利通過，設計時應取盡可能大的自由截面。要有足夠的強度承受填料的重量，并考慮填料空隙中的持液重量。要有一定的耐腐蝕性能。填料支承裝置的作用是支承塔內的填料，常用的填料支承裝置有柵板型、孔管型、駝峰型等。支承裝置的選擇主要的依據是塔徑、填料種類及型號、塔內及填料的材質、氣液流率等。本設計根據需要，選擇用扁鋼做成柵板形式。2.2填料壓緊裝置填料上方安裝壓緊裝

13、置可防止在氣流的作用下填料床層發生送動和跳動。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。填料壓板自由放置于填料層上端，靠自身重量將填料壓緊。它適用于陶瓷、石墨等制成的易發生破碎的散裝填料。床層限制板用于金屬、塑料等不易發生破碎的散裝填料及所有規整填料。床層限制板要固定在塔壁上，為不影響液體分布器的安裝和使用，不能采用連續式的塔圈固定，對于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。由于本設計的填料是金屬矩鞍環，故填料塔在填料裝填后于其上方安裝了床層限制板。2.3液體分布器裝置2.3.1噴淋結構形式填料塔設計中一般考慮每平方米塔板上有30個以上的噴淋密度點。常見的結構型式有：（1） 管式噴淋器

14、（2） 蓮蓬式噴淋器：一般用于直徑600mm以下的塔。（3） 盤式分布器：適用于800mm以上的塔。（4） 槽式分布器：適用于大塔徑的分布器本次填料塔設計直徑為0.5m，選擇蓮蓬式噴灑器。2.3.2液體分布器的選型分布點密度計算:按Eckert建議: D=500時,取噴淋點密度為270點/，布液點數為： 按分布點幾何均勻與流量均勻的原則,進行布點設計2.3.3布液計算多孔型布液器布液能力的計算公式：取=0.56,H=140mm,=m 在計算時=m.2.3.4 液體分布器的高度計算一般液體分布器離塔頂的距離通常大于一倍塔徑，液體分布器離填料層的距離要使液體剛好全部潤濕填料，可取0.8D，即400

15、mm。2.4除霧裝置設置除霧器可用于分離塔頂進出口氣體中夾帶的液滴，以保證傳質效率，減少有價值物料的損失及改善下游設備的操作條件。由于氨氣溶于水中易于產生泡沫，為了防止泡沫隨出氣管排出，影響吸收效率，采用除沫裝置。同時由于所設計填料塔操作氣速過大，氣體中帶有較多霧滴，所以需在塔頂的噴淋設置上方設置除霧器。2.5氣體分布裝置氣體進口裝置應能使氣體分布均勻，同時還能防止液體流入進氣管。常見的方式是使進氣管伸入塔的中心線位置，計算塔徑為0.5m，塔徑小于2.0m時，向下開缺口的分布性能最好，彎管次之，斜口最差。因此，該設計中采用向下開缺口式的。2.6排液裝置液體從塔內排出時，一方面要能使液體順利排出

16、，另一方面應保證塔內氣體不會從排液管排出，應選用常壓操作的液封結構。2.7防腐蝕設計由于氨氣對材料基本沒有腐蝕，所以只考慮空氣中氧氣對設備的腐蝕和進出料液對設備的沖蝕，為了提高填料塔的使用壽命和從長遠的經濟利益考慮，填料塔體選用Q235剛，塔體外壁用涂層進行防護，塔體內壁用襯里進行防腐，塔內件的設計選用奧氏體耐蝕鋼，塔內各種連接部件也選用此種鋼，避免電偶腐蝕。在塔內件安裝時要檢查是否有銹，如果有應除去鐵銹再安裝，避免點蝕。進出氣液管也選用Q235鋼，在管道轉折處應盡量有一定彎曲度，減小進出氣液時對管壁的沖蝕，在塔體各種開孔處用補強圈補強。適當增加腐蝕余量。填料選用的是矩鞍環，基本沒有腐蝕。填料

17、塔使用一定時間后應檢修一次，保證安全和提高使用壽命。2.8氣體進料管取氣體進出口流速為15m/s，則可求得氣體進出口內徑：根據查的國際無縫鋼管的規格，選定的熱軋無縫鋼管，則由結果知，=18.37在1520之間，所以符合標準。氣體進口壓降：氣體出口壓降：進氣管到塔底的空間高度 ，該設計中取750mm。2.9液體進料管：常壓下液體進出口管速為0.53m/s，取液體進出口流速為2m/s，則根據查的國際無縫鋼管的規格，選定的熱軋無縫鋼管，則由結果知,2.24在0.53.0之間，所以符合標準。2.10封頭的選擇選擇標準的橢圓形封頭是較常見的填料塔的設計，且制造比較容易。由于填料塔的直徑為500mm，由下

18、表可知，應選擇曲面高度為125mm，直邊高度選擇25mm。表5. 標準橢圓形封頭尺寸2.11總塔高計算填料塔的總塔高主要取決于填料層h，此外還需要考慮塔頂空間，塔底空間及再分布器的布置等。填料塔的總塔高H可由下式進行計算：式中：為安全系數調整后的填料層高度，m; 為裝配液體再分布器的空間高度，m； 為塔頂空間高（不包括封頭部分），m，一般取0.81.4m； 為塔底空間高（不包括封頭部分），m，一般取1.21.5m。取=1.3m，=1.2m，則H=1.2+4+1.2=6.4m。由于封頭的選擇，曲面高度為125mm，直邊高度選擇25mm，所以塔體總高度為：3.填料塔設計參數匯總表6. 填料塔設計參

19、數匯總填料類型金屬矩鞍環吸收塔類型金屬矩鞍環常壓逆流吸收填料塔混合氣體處理量(m3/h)1500吸收劑用量（kmol/h）101.826傳質單元數NOG8.78總傳質單元高度HOG0.35塔徑D（mm）500填料層高h（m）4塔頂空間高（m）1.2塔底空間高（m）1.2封頭高度（mm）300填料塔高度（m）6.7填料塔壓降（kpa）2.943操作壓降(kpa)101.3操作溫度()25支撐板扁鋼做成柵板填料壓緊裝置床層限制板液體分布器裝置蓮蓬式噴灑器液體分布器的高度距塔頂800mm，距填料400mm氣體再分布裝置向下開缺口式進氣管到塔底的空間高度750mm排液裝置常壓操作的液封結構氣體進料管的熱軋無縫鋼管液體進料管的熱軋無縫鋼管四填料塔裝配圖（見附錄）五總結 通過本次課程設計，我對填料塔的相關知識有了更為扎實的掌握，學會更好的走出課本，將課堂所學的知識運用到實踐當中去，同時，我的計算能力經受了考驗，得到了提高。這次課程設計