化工原理课程设计 填料塔的设计说明书.docVIP

化学与化工学院 制 目 录 一、绪论 2 二、设计任务及操作条件 3 三、设计方案的确定 4 1、装置流程的确定 4 2、吸收剂选择 4 3、操作温度与压力的确定 5 4、填料的类型与选择 5 四、基础物性参数的确定 7 1、液相物性参数 7 2、气相物性参数 7 3、气液相平衡参数 8 4、物料衡算 9 5、填料物性参数 9 五、填料塔工艺尺寸的确定 10 1、塔径的计算 10 2、填料层高度计算 13 六、填料层压降计算 15 七、填料塔内件的类型与设计 16 八、总结 17 九、参考文献 17 十、后记 18 十一、符号说明 18 一、绪论 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：（1）生产能力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（4）气体阻力小结构简单、设备取材面广等。 塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。 填料塔由填料、塔内件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两大类。塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大、分离效率高、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。 填料塔的类型很多，其设计的原则大体相同，一般来说，填料塔的步骤如下： 根据设计任务和工艺要求，确定设计方案； 根据设计任务和工艺要求，合理地选择填料； 确定塔径、填料层高度等工艺尺寸； 计算填料层的压降； 进行填料塔塔内件的设计和选型。 二、设计任务及操作条件 设计题目：清水吸收氨填料塔装置设计 设计任务：完成填料塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔装置图，编写设计说明书。 设计条件： 1、气体混合物成分：空气和氨； 2、氨的含量： 4.5％（体积）； 3、混合气体流量： 4000m3/h； 4、操作温度：293K； 5、混合气体压力：101.3KPa； 6、回收率： 99.8％。 设计内容： （1）流程的确定与论证; （2）吸收塔技术指标与操作指标确定,包括：塔径、填料层的高度、填料层的压力降等； （3）工艺计算、结构设计、流体力学条件校核。 三、设计方案的确定 填料塔设计方案的确定包括装置及流程的确定、吸收剂的选择、操作压力的确定、操作温度的确定、进料热状况的选择、填料的选择以及填装方式等。 1、装置流程的确定 吸收装置的流程主要有逆流操作、并流操作、吸收部分再循环操作、多塔串联操作、串联—并联混合操作。由于本设计任务是水吸收氨气操作设计，同时吸收效率要求较高，故采用逆流式操作，气相自塔底进入由塔底排出，液相自塔顶进入由塔底排出，同时，此操传质平均推动力大，传质效率快，分离效率高，吸收剂利用率高。具体流程如下： 2、吸收剂选择 吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂种的溶解来实现的，因此，吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几个方面：溶解度、选择性、挥发度要低、粘度、其他因素如无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。本实验用水为吸收剂吸收氨气。 3、操作温度与压力的确定 （1）、操作温度的确定 由吸收过程的气液平衡关系可知，温度降低可增加爱溶质组分的溶解度，即低温有利于吸收，但操作温度的低限应由吸收系统的具体情况决定。本设计中对填料塔的操作温度设计为40℃。 （2）、操作压力的确定 由吸收过程的气液平衡关系可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加，因此需结合具体工艺条件综合考虑，以确定操作压力。具体详见后续说明。 4、填料的类型与选择 塔填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。 填料的类型很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。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。本设计选用环矩鞍填料，其兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，是工