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目錄 目錄 I 第 1 章 概述 1 1 1 吸收塔的概述 1 1 2 吸收設備的發(fā)展 1 1 3 吸收過程在工業(yè)生產(chǎn)上應用 2 第 2 章 設計方案 3 2 1 設計任務 3 2 2 吸收劑的選擇 3 2 3 吸收流程的確定 4 2 4 吸收塔設備的選擇 5 2 5 吸收塔填料的選擇 5 第 3 章 吸收塔的工藝計算 9 3 1 基礎物性數(shù)據(jù) 9 3 1 1 液相物性數(shù)據(jù) 9 3 1 2 氣相物性數(shù)據(jù) 9 3 1 3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 9 3 2 物料衡算 10 3 3 填料塔的工藝尺寸的計算 11 3 3 1 塔徑的計算 11 3 3 2 填料層高度計算 12 3 4 填料層壓降的計算 zz 14 第 4 章 塔內(nèi)件及附屬設備的計算 15 4 1 液體分布器的計算 15 4 2 選用 DN 無縫鋼管 152 5 3 4 2 1 填料塔附屬高度的計算 16 4 3 填料支撐板 16 4 4 填料壓緊裝置 17 4 5 氣進出管的選擇 17 4 6 液體除霧器 18 4 7 筒體和封頭的設計 19 4 8 手孔的設計 20 4 9 法蘭的設計 20 第 5 章 設計總結 23 符號說明 25 參考文獻 27 致謝 28 第 1 章 概述 1 1吸收塔的概述 氣體吸收過程是化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作 其基本原理是利用混 合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同 實現(xiàn)各組分分離的單元操作 實際生產(chǎn)中 吸收過程所用的吸收劑常需回收利用 故一般來說 完整的吸收過 程應包括吸收和解吸兩部分 在設計上應將兩部分綜合考慮 才能得到較為理想的設 計結果 作為吸收過程的工藝設計 其一般性問題是在給定混合氣體處理量 混合氣 體組成 溫度 壓力以及分離要求的條件下 完成以下工作 1 根據(jù)給定的分離任務 確定吸收方案 2 根據(jù)流程進行過程的物料和熱量衡算 確定工藝參數(shù) 3 依據(jù)物料及熱量衡算進行過程的設備選型或設備設計 4 繪制工藝流程圖及主要設備的工藝條件圖 5 編寫工藝設計說明書 1 2吸收設備的發(fā)展 吸收操作主要在填料塔和板式塔中進行 尤以填料塔的應用較為廣泛 塔填料的研究與應用已取得長足的發(fā)展 鮑爾環(huán) 階梯環(huán) 金屬環(huán)矩鞍等的出現(xiàn) 標志散裝填料朝高通量 高效率 低阻力方向發(fā)展有新的突破 規(guī)整填料在工業(yè)裝置 大型化和要求高分離效率的情況下倍受重視 已成為塔填料的重要品種 填料塔仍處于發(fā)展之中 今后的研究方向主要是提高傳質效率 同時考慮填料的 強度 操作性能及使用上的通用因素并綜合環(huán)型 鞍型及規(guī)整填料的優(yōu)點開發(fā)構型優(yōu) 越 堆積接觸方式合理 流體在整個床層均勻分布的新型填料 目前看來 填料的材 質以陶瓷 金屬 塑料為主 為滿足化工生產(chǎn)溫度和耐腐蝕要求 已開發(fā)了氟塑料制 成的填料 填料塔的發(fā)展 與塔填料的開發(fā)研究是分不開的 除了提高原有填料的流體力學 與傳質性能外 還開發(fā)了效率高 放大效應小的新型填料 加上塔填料本身具有壓降 小 持液量小 耐腐蝕 操作穩(wěn)定 彈性大等優(yōu)點 使填料塔開發(fā)研究達到了新的臺 階 1 3吸收過程在工業(yè)生產(chǎn)上應用 化工生產(chǎn)中吸收操作廣泛應用于混合氣體的分離 1 凈化或精制氣體 混合氣體中去除雜質 如用 K2CO3 水溶液脫除合成氣中 的 CO2 丙酮脫除石油裂解氣中的乙炔等 2 制取某種氣體的液態(tài)產(chǎn)品 如用水吸收氯化氫氣體制取鹽酸 3 混合氣體以回收所需組分 如用汽油處理焦爐氣以回收其中的芳烴 4 工業(yè)廢氣處理 工業(yè)生產(chǎn)中所排放的廢氣中常含有丙酮 NO NO 2 HF 等有害組分 組成一般很低 但若直接排入大氣 則對人體和自然環(huán)境危害都很大 因此排放之前必須加以處理 選用堿性吸收劑吸收這些有害的氣體是環(huán)保工程中最 長采用的方法之一 第 2 章 設計方案 2 1設計任務 完成填料吸收塔的工藝設計及有關附屬設備的設計和選用 繪制填料塔系統(tǒng)帶控制 點的工藝流程圖及填料塔的設計條件圖 編寫設計說明書 2 2吸收劑的選擇 吸收劑的對吸收操作過程的經(jīng)濟性由十分重要的影響 因此對于吸收操作 選擇 適宜的吸收劑具有十分重要的意義 一般情況下 選擇吸收劑 著重考慮以下方面 1 對溶質的溶解度大 所選的吸收劑對溶質的溶解度大 則單位的吸收劑能夠溶解較多的溶質 在一定 的處理量和分離要求條件下 吸收劑的用量小 可以有效地減少吸收劑的循環(huán)量 另 一方面 在同樣的吸收劑用量下液相的傳質推動力大可以提高吸收效率 減小塔設備 的尺寸 2 對溶質有較高的選擇性 對溶質有較高的選擇性即要求選用的吸收劑應對溶質有較大的溶解度 而對其他 組分則溶解度要小或基本不溶 這樣 不但可以減小惰性氣體組分的損失 而且可以 提高解吸后溶質氣體的純度 3 不易揮發(fā) 吸收劑在操作條件下應具有較低的蒸氣壓 以避免吸收過程中吸收劑的損失提高吸 收過程的經(jīng)濟性 4 再生性能好 由于在吸收劑再生過程中一般要對其進行升溫或氣提等處理 能量消耗較大 因而 吸收劑再生性能的好壞對吸收過程能耗的影響極大 選用具有良好再生性能的吸收劑 往往能有效地降低過程的能量消耗 5 粘度和其他物性 吸收劑在操作條件下的粘度越低 其在塔內(nèi)的流動性越好 有助于傳質速率和傳熱 速率的提高 此外 所選的吸收劑還應盡可能滿足無毒性 無腐蝕性 不易燃易暴 不發(fā)泡 冰點低 價廉易得以及化學性質穩(wěn)定的要求 如 表 2 1 表 2 1 物理吸收劑和化學吸收劑的特性 物理吸收劑 化學吸收劑 吸收容量 溶解度 正比于溶質分壓 吸收熱效應很小 近于等溫 常用降壓閃蒸解吸 溶質含量高而凈化度要求不太高的場合 對設備腐蝕性小 不易變質 吸收容量對溶質分壓不太敏感 吸收熱效應顯著 用低壓蒸汽氣提解吸 溶質含量不高而凈化度要求很高的場合 對設備腐蝕性大 易變質 結合以上吸收劑選擇原則和考慮經(jīng)濟最優(yōu)原則 本設計采用水作為吸收劑 丙酮 在水中的溶解度大 吸收推動力大 溶劑用量小 設備尺寸也小 水的價格低廉 本 設計題目要求吸收劑用水 2 3吸收流程的確定 工業(yè)上有多種吸收流程 從所選吸收劑的種類看 有用一種吸收劑的一步吸收流 程和用兩種吸收劑的兩步吸收流程 從所用的塔設備數(shù)量看 有單塔吸收流程和多塔 吸收流程 從塔內(nèi)氣液兩相的流向可分為逆流吸收流程 并流吸收流程等基本流程 此外 還有特定條件下的部分溶劑循環(huán)過程 1 一步吸收流程和兩步吸收流程 一步吸收流程一般用于混合氣體溶質濃度較低 同時過程的分離要求不高 選用 一種吸收劑即可完成吸收任務的情況 若混合氣體中溶質濃度較高且吸收要求也高 難以用一步吸收達到吸收要求或者雖能達到吸收要求 但過程的操作費用較高 從經(jīng) 濟性的角度分析不夠適宜時 可以采用兩步吸收流程 2 單塔吸收流程和多塔吸收流程 單塔吸收流程式吸收過程中的常用流程 如過程無特別需要 則一般采用單塔吸 收流程 若過程的分離要求較高 使用單塔操作時 所需要的塔體過高 或采用兩步 吸收流程時 則需要采用多塔流程 3 逆流吸收與并流吸收 吸收塔或再生塔內(nèi)氣液相可以逆流操作也可以并流操作 由于逆流操作具有傳質 推動力大 分離效率高的顯著優(yōu)點 工業(yè)上如無特別需要 一般均采用逆流吸收流程 4 部分溶劑循環(huán)吸收流程 由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大 擋液相噴淋量過小時 將降低填料塔的分離效率 因此當塔的液相負荷過小而難以充分潤濕填料表面時 可 以采用部分溶劑循環(huán)吸收流程 以提高液相噴林量 改善塔的操作條件 結合設計要求和以上流程選擇原則 在本設計中選擇單塔逆流的操作流程 吸收 推動力大 吸收任務不大 2 4吸收塔設備的選擇 對于吸收過程 一般具有操作液氣比大的特點 因而更適應于填料塔 此外 填 料塔阻力小 效率高 有利于過程節(jié)能 所以對于吸收過程來說 以采用吸收塔的多 本設計中丙酮氣體在水中的溶解度比較大 吸收效率高 設計題目也要求采用填 料塔 所以本設計選用填料塔作為氣液傳質設 2 5吸收塔填料的選擇 1 填料種類的選擇 填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求 通?？紤]以下幾個方面 傳質效率 即分離效率 它有兩種表示方法 一是以理論級進行計算的表示方 法 以每個理論級當量的填料層高度表示 即 HETP 值 另一是以傳質速率進行計算 的表示方法 以每個傳質單元相當?shù)奶盍蠈痈叨缺硎?即 HTU 值 在滿足工藝要求的 前提下 應選用傳質效率高 即 HETP 或 HTU 值低的填料 對于常用的工業(yè)填料 其 HETP 或 HTU 值可由有關手冊或文獻中查到 也可以通過一些經(jīng)驗公式來估算 通量 在相同的液體負荷下 填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大 則通 量愈大 它的處理能力也愈大 因此 在選擇填料種類時 在保證具有較高傳質效率 的前提下 應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料 對于大多數(shù)常用填料 其泛點氣速或氣相動能因子可在有關手冊或文獻中查到 也可由一些經(jīng)驗式來估算 填料層的壓降 填料層的壓降是填料的主要應用性能 壓降越低 動力消耗越 低 操作費用越小 選擇低壓降的填料對熱敏性物系的分離尤為重要 比較填料層的 壓降尤兩種方法 一是比較填料層單位高度的壓降 另一是比較填料層單位傳質 pz 效率的比壓降 填料層的壓降可用經(jīng)驗公式計算 亦可從有關圖標中查出 TpN 填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作彈性 抗污堵性及抗熱敏性等 所選填料應具有較大的操作彈性 以保證塔內(nèi)氣液負荷發(fā)生波動時維持操作穩(wěn)定 2 填料規(guī)格的分類 散裝填料規(guī)格的分類 散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公尺直徑 工業(yè)塔常用 的散裝填料主要有 等幾種規(guī)格 同類填料 尺16ND2538N50D76N 寸越小 分離效率越高 但阻力增加 通量減小 填料費用也增加很多 而大尺寸的 填料應用于小直徑塔中 又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流 使塔的分離效率降低 因此 對塔徑與填料尺寸的比值要有一定的規(guī)定 如 表 2 2 表 2 2 常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值 D d 的推薦值 填料種類 D d 的推薦值 拉西環(huán) 鞍環(huán) 鮑爾環(huán) 階梯環(huán) 環(huán)矩鞍 D d 20 25 D d 15 D d 10 15 D d 8 D d 8 規(guī)整填料規(guī)格的分類 工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多 國內(nèi)習慣用比表面積表示 主要有 125 150 250 350 500 700 等幾種規(guī)格 同種 類型的規(guī)整填料 其表面積越大 傳質效率越高 但阻力增加 通量減小 填料費用 也明顯增加 選用時應從分離要求 通量要求 場地條件 物料性質及設備投資 操 作費用等方面綜合考慮 使所選填料既能滿足工藝要求 又具有經(jīng)濟合理性 應予指出 一座填料塔可以選用同種類型 同一規(guī)格的填料 也可選用同種類型 不通規(guī)格的填料 可以選用同種類型的填料 也可以選用不同類型的填料 有的塔段 可選用規(guī)整填料 而有的塔段可選用散裝填料 一的原則來選擇填料的規(guī)格 填料材質的分類設計時應靈活掌握 根據(jù)技術經(jīng)濟統(tǒng)工業(yè)上 填料的材質分為 陶瓷 金屬和塑料三大類 a 陶瓷填料 陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性 一般能耐除氫氟酸以外的 各種無機酸 有機酸的腐蝕 對強堿介質 可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料 陶瓷填料因其質脆 易碎 不易在高沖擊強度下使用 陶瓷填料價格便宜 具有很好 的表面潤濕性能 工業(yè)上 主要用于氣體吸收 氣體洗滌 液體萃取等過程 b 金屬填料 金屬填料可用多種材質制成 金屬材質的選擇主要根據(jù)物系的腐蝕 性和金屬材質的耐腐蝕性來綜合考慮 炭鋼填料造價低 且具有良好的表面潤濕性能 對于無腐蝕或低腐蝕性物系應優(yōu)先考慮使用 不銹鋼填料耐腐蝕性強 一般能耐除 以外常見物系的腐蝕 但其造價較高 鈦材 特種合金鋼材質制成的填料造價極高 Cl 一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用 金屬填料可制成薄壁結構 0 2 1 0mm 與 同種類型 同種規(guī)格的陶瓷 塑料填料相比 它的通量大 氣體阻力小 且具有很高 的抗沖擊性能 能在高溫 高壓 高沖擊強度下使用 工業(yè)應用主要以金屬填料為主 c 塑料填料 塑料填料的材質主要包括聚丙烯 PP 聚乙烯 PE 及聚氯乙稀 PVC 等 國內(nèi)一般多采用聚丙烯材質 塑料填料的耐腐蝕性能好 可耐一般的無 機酸 堿和有機溶劑的腐蝕 其耐溫性良好 可長期在 100 以下使用 聚丙烯填料在 低溫 低于 0 時具有冷脆性 在低于 0 的條件下使用要慎重 可選用耐低溫性 能好的聚氯乙稀填料 塑料填料具有質輕 價廉 耐沖擊 不易破碎等優(yōu)點 多用于 吸收 解吸 萃取 除塵等裝置中 塑料填料的缺點是表面潤濕性能差 在某些特殊 應用場合 需要對其表面進行處理 以提高表面潤濕性能 根據(jù)以上選擇 考慮到以下方面 1 選擇填料材質 選擇填料材質應根據(jù)吸收系統(tǒng)的介質和操作溫度而定 一般 情況下 可選用塑料 金屬 陶瓷等材料 對于腐蝕性介質應采用相應的抗腐蝕性材 料 如陶瓷 塑料 玻璃 石墨 不銹鋼等 對于溫度較高的情況 應考慮材料的耐 溫性能 2 填料類型的選擇 填料類型的選擇是一個比較復雜的問題 一般來說 同一 類填料塔中 比表面積大的填料雖然具有較高的分離效率 但是由于在同樣的處理量 下 所需要的塔徑較大 塔體造價升高 3 填料尺寸的選擇 實踐表明 填料塔的塔徑與填料直徑的比值應保持不低于 某一下限值 以防止產(chǎn)生較大的壁效應 造成塔的分離效率下降 一般來說 填料尺 寸大 成本低 處理量大 但是效率低 使用大于 50mm 的填料 其成本的降低往往 難以抵償其效率降低所造成的成本增加 所以 一般大塔經(jīng)常使用 50mm 的填料如 表 2 3 表 2 3 填料尺寸與塔徑的對應關系 塔徑 m填料尺寸 m D 250 250 D 900 D 900 20 25 25 38 50 80 設計題目根據(jù)以上的設計原則和后面的計算得 采用塑料階梯環(huán) 38 的填料 ND 第 3 章 吸收塔的工藝計算 3 1基礎物性數(shù)據(jù) 3 1 1 液相物性數(shù)據(jù) 對低濃度吸收過程 溶液的物性數(shù)據(jù) 由 化工原理 1 查得 25 時水的有關數(shù) 據(jù)如下 密度 3kg m 粘度 217 Ls 表面張力 22 9371 gkgh 丙酮在水中的擴散系數(shù) 64 80 LDm 3 1 2 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質量 0 2458 09762 59 vmiMy gmol 混合氣體的平均密度 31391 8 PkgRT 混合氣體的粘度可近似取空氣的粘度 查 化工原理 1 25 空氣粘度 0 1840 6 Vpaskgh 查 化工原理 1 丙酮在空氣中的擴散系數(shù) 20 468 VDmh 3 1 3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 查 化工原理 1 得常壓下 25 時丙酮在水中的亨利系數(shù)為 213 EKpa 相平衡常數(shù) 213 047 Emp 溶解度系數(shù) 39 8 259 213 LsHkmolKpaM 3 2物料衡算 如下圖所示 全塔物料衡算是一個定態(tài)操作逆流式接觸的吸收塔 各個符號表示 的意義如下 V 惰性氣體流量 Kmol h L 純吸收劑流量 Kmol h Y1 Y 2 進出吸收塔氣體的摩爾比 X1 X 2 進出塔液體中溶質質量的摩爾比 進塔氣體摩爾比 10 4 167 yY 出塔氣體摩爾比 20 21 yY 進塔空氣相流量 83 7 10 4 8 795 45 Vkmolh 該吸收塔過程屬最低濃度吸收 平衡關系為直線 最小液氣比可按下式計算 即 12min YLVX 對于純?nèi)軇┪者^程 進塔液相組成 02 Xmin0 4167 2 04 LV 取操作液氣比 min1 6 2043 6 LV 8 7953 204 7 kolh 2121XLY 1 0 126 X 3 3填料塔的工藝尺寸的計算 3 3 1 塔徑的計算 采用?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算泛點氣速 氣相質量流量 2083 1925 6 Vkgh 液相質量流量課近似按純水的流量計算 即 26 71 46 L k Bain Hougen 關聯(lián)式 20 221 8L3 A K tVVFLvauwlg 查 化工原理課程設計 3 得 8DN3 5ta 0 91 0 24A1 75K 解得 756F 取 9 ums 由 圓整塔徑 取 42083 60 1815 SVD 0 7 Dm 泛點率校核 2 4 47 us 在允許范圍內(nèi) 1 950 69 Fu 填料規(guī)格校核 7018 423 Dd 噴淋密度的校核 取最小潤濕速率 hmLV 08 3min 查 化工原理課程設計 3 得 2 5 13at haLUtw minin 6 051328 0 min222 47 9 0 785 LUD 經(jīng)以上校核可知 填料塔在直徑選用 D 700 mm 合理 3 3 2 填料層高度計算 12 047 120 7 YmX02 2 mXY 脫因系數(shù)為 481 95 6 VSL 氣相總傳質單元數(shù)為 12110 4167ln ln 0 6 230 62 OGYNS 氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算 查 化工原理課程設計 220 750 10 50 1exp 4 wcLtLt Lt taUag A 3 得 2 68 3hkmdync 液體質量通量為 2247 186 7 05 L kgmh2 0 10 5 0 22823186 71exp 45 799339 1935 wta 氣膜吸收系數(shù)由下式計算 27 3 7 0RTDaaUkVtVtG 氣體質量通量 22083 19654 5 VUkgmh 0 71 3 26549 23 62 504680 7 0354 11920489 Gk kmolhKpa 液膜吸收系數(shù)又下式計算 2 31 21 3 8 1 21 360 95 186 7 273 7 0 294 908409 LLLLwUgkaD mh 由 查 化工原理課程設計 3 得 1 WGak 5 則 1 306354 723 5986 w molhKpa 4 0 498 32 Lka L 6 50 Fu 由 得 akuakGFG 4 1 91 akuLFL 2 506 21 1 4 3 5 072 958 79 kmolhKp 2 1 636 Lka L 則 3 1 3857 9 70 256 GL kolhpakaH 由 281 90 69 375 OGYGV mKP 由 得 0 269 06 2 ZNm 1 358 12 Z 設計填料層高度為 9m 查 化工原理課程設計 3 得 對于階梯環(huán)填料 取 8 Dhmh6ax 15hD 1570hm 計算得填料層高度為 9000mm 故不需分段 3 4填料層壓降的計算 zz 采用?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算填料層壓降 橫坐標 查 化工原理課程設計 3 0 5 0 54726 1 92 68 VL 得 16 mP 縱坐標 2 20 2 0 215461 5 2931759639 88 pVLug 查 化工原理課程設計 查圖 4 5 3 得 4 PZpam 填料層壓降為 490 514 Ppa 第 4 章 塔內(nèi)件及附屬設備的計算 4 1液體分布器的計算 1 液體分布器的選型 該塔液相負荷較大 而氣相負荷相對較低 故選用蓮蓬頭分布器 蓮蓬頭的直徑約為塔徑的 1 4 左右 蓮蓬球面上開有許多 10mm 的小孔 噴灑角為 80 4 2 選用 DN 無縫鋼管2 5 3 接管管徑 DN 32 2 5 2 分布點密度計算 D 700 時取噴淋點密度為 170 布液點數(shù)為 220 7851 0765 39 nD 則蓮蓬頭分 3 圈 布液點直徑為 10mm 間距為 15mm 塔底液體保持高度 202H4 1798 165 390 81H 304 圓 整 SLdngm2 21700 165 3924 8 1798 S LLdng 4 2 1 填料塔附屬高度的計算 一個完整的吸收塔 除了填料高度外 還有其他附屬高度 因此塔高的計算還包 括塔附屬高度的計算 塔填料層上部的高度 可取 塔底液相停留時間可取 2min 塔釜被占高1h 52m 度 2 2 60476 0 418 7859 8 7 LfwhD 塔底空間高度取 2h1 塔的附屬總高為 2 510482 93附 f m 所以塔的總高 93 附hz 4 3填料支撐板 填料支撐裝置對保證填料塔的操作性能具有巨大的作用 對填料支撐裝置的基本 要求是 有足夠的強度以支撐填料的重量 提供足夠大的自由截面 盡量減小 8 兩相 的流體阻力 有利于液體分布 乃腐蝕性能好 便于各種材料制造 以及安裝拆卸方 便 評價填料支撐裝置的性能優(yōu)劣 主要根據(jù)它能否在支撐板與填料的接觸壓力 提 供足夠大的自由截面 常用的填料支撐裝置有柵板型 孔管型 駝峰型等 對于散裝填料 通常選用孔 管型 駝峰型等 當塔內(nèi)氣液負荷較大或負荷波動較大時 塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動或相互撞擊 破壞 塔的正常操作甚至損壞填料 為此 一般在填料層頂部設壓板或床層限制板 設計中 為防止填料支撐裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛 要求填料支撐裝置的自由截 面積應大于 75 本設計依據(jù)塔徑選用柵板型支撐板如 表 4 1 圖 4 1 柵板式填料支承裝置示意圖 4 4 填料壓緊裝置 為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動 需在填料層上方設置填料壓 緊裝置 填料壓緊裝置有壓緊柵板 壓緊網(wǎng)板 金屬壓緊器等不同類型 對于散裝填料 可選 用壓緊網(wǎng)板 液可選用壓緊柵板 在其下方 根據(jù)填料的規(guī)格敷設一層金屬網(wǎng) 并將其與壓 緊柵板固定 對于規(guī)整填料 通常選用壓緊柵板 設計中 為防止在填料壓緊裝置處壓降過 大甚至發(fā)生液泛 要求填料壓緊裝置的自由截面積應大于 70 本設計中填料塔在填料裝填后于其上方安裝填料壓緊柵板 4 5氣進出管的選擇 由公式 Vsud 4 1 氣體管 481 7950 38 120 36s vV ums 選 的流體輸送用無縫鋼管 GB T8163 1999 流體輸送用無縫鋼管 296 標記 10 GB T8163 19991 查 GB T17395 1998 無縫鋼管尺寸 外形 重量及允許偏差 具體參數(shù)見表 4 1 2 液體管 481 7950 2 8 0 36s vVd umsu 選 的流體輸送用無縫鋼管 GB T8163 1999 流體輸送用無縫鋼管 196 彎管結構 R 為 750mm 標記 10 GB T8163 19992 查 GB T17395 1998 無縫鋼管尺寸 外形 重量及允許偏差 具體參數(shù)見 表 4 1 表 4 1 普通鋼管尺寸及單位長度理論重量 外徑 mm 壁厚 mm 單位長度理論重量 kg m 219 6 31 52 32 2 5 2 15 4 6液體除霧器 除沫裝置安裝在液體再分布器上方 用以除去出氣口氣流中的液滴 由于二氧化 硫溶于水中易于產(chǎn)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 根據(jù)除沫裝置類型的使用范圍 該填料塔選取絲網(wǎng)除沫器如 圖 4 1 表 4 1 圖 4 2 DN300 600 上裝式絲網(wǎng)除沫器 標記 HG T21618 絲網(wǎng)除沫器 S500 100 SP NS 80 316 圖 4 3 DN500 上裝式絲網(wǎng)除沫器 mm 主要外形尺寸 重量 kg 公稱直徑 DN H H1 D 絲網(wǎng) 格柵及定距桿 支承件 500 100 210 500 2 81 2 89 0 19 4 7筒體和封頭的設計 1 筒體的設計 選用標準 筒體 JB1153 73 如 表 4 2 表 4 2 筒體的容積 面積及重量 公稱直徑 一米高的容積 一米高的內(nèi)裹面積 壁厚 一米高筒節(jié)鋼 Dg mm V m3 Fg m2 S mm 板理論重量 kg 700 0 283 1 88 4 60 2 封頭的設計如 圖 4 1 圖 4 4 橢圓形封頭的結構示意圖 選用標準 選取橢圓形封頭 JB1153 73 如 表 4 3 表 4 3 筒體的容積 面積及重量 公稱直徑 Dg mm 曲面高度 h1 mm 直邊高度 H2 mm 厚度 S mm 重量 G kg 700 160 25 4 12 4 4 8手孔的設計 標準化手孔的公稱直徑有 DN150 DN250 兩種 選用 手孔 A PN0 6 DN150 JB589 79 2 4 9法蘭的設計 1 管法蘭的選擇 選用標準 HG20593 97 板式平焊鋼制管法蘭 歐洲體系 如 圖 4 5 表 4 4 圖 4 5 板式平焊鋼制法蘭 PL 表 4 4 PN0 6MPa 6 0bar 板式平焊鋼制管法蘭 mm 管子直徑 mm1A 法蘭內(nèi)徑 mm1B 螺栓孔中心圓 直徑 mmK 公稱直徑 mmDN 螺栓孔直 徑 mmL 螺栓孔 數(shù)量 n 法蘭外 徑 mmD 法蘭厚 度 mmC 法蘭理論 重量 kg 液體 進出 口 32 33 75 25 11 4 100 14 氣體 進出 口 219 222 295 200 22 8 340 24 9 24 標記 液體進出口 HG 20593 法蘭 PL25 0 6 FF Q235 A 氣體進出口 HG 20593 法蘭 PL200 0 6 FF Q235 A 2 容器法蘭的選擇如 圖 4 7 表 4 4 選用標準 JB T4701 2000 甲型平焊法蘭 標記 法蘭 P 1400 0 25 JB T4701 2000 圖 4 6 甲型平焊法蘭平面密封面 代號 P 圖 4 7PN0 25MPa 甲型平焊法蘭的結構尺寸 mm 法蘭 mm 螺柱公稱直徑 DN mm D D1 d 規(guī)格 數(shù)量 700 755 705 36 26 M24 20 第 5 章 設計總結 表 5 1 填料設計總表 表 5 2 吸收塔的吸收劑表 意義及符號 結果 混合氣體處理量 G 2000 3 ms 氣液相平衡常數(shù) m 2 1047 進塔氣相摩爾比 Y1 0 04167 出塔氣相摩爾比 Y2 0 002 進塔液相摩爾比 X1 0 01272 出塔液相摩爾比 X2 0 最小液氣比 min LV2 004 混合氣體平均試量 M29 59 混合氣體的密度 L 1 2092 3 Kgm 混合氣體的粘度 V 0 184pas 吸收劑用量 L 267 kolh 吸收劑粘度 3 意義及符號 結果 填料直徑 Pd38mm 填料比表面積 ta132 5m2 m3 散裝填料壓降填料因子平均值 116 1 m 散裝填料泛點填料因子平均值 170 1 m 表 5 3 塔設備計算表 意義及符號 結果 塔徑 D 0 7m 塔高 H 11 9308m 填料層高 Z8 125m 填料塔上部高度 h1 1 52m 填料塔下部高度 2 1 0 m 氣相總傳質單元高度 OG0 22696m 氣相總傳質單元數(shù) N6 0203 空塔氣速 fu2 75644m s 泛點率 f 69 99 圖 5 1 Eckert 關聯(lián)圖 符號說明 英文字母 A 填料層的有效傳質比表面積 m m aw 填料層的潤滑比表面積 m m A 吸收因數(shù) 無因次 D 填料直徑 mm df 填料當量直徑 mm 擴散系數(shù) m s 塔徑 m E 亨利系數(shù) KPa G 重力加速度 9 81m s 2 H 溶解度系數(shù) kmol m KPa HG 氣相總傳質單元高度 m HL 液相傳質單元高度 m HOG 氣相總傳質單元高度 m HOL 液相總傳質單元高度 m kG 氣膜吸收系數(shù) kmol m s KPa kL 液膜吸收系數(shù) kmol m s KPa M 相平衡常數(shù)無因次 NOG 氣相總傳質系數(shù) 無因次 NOL 液相總傳質系數(shù) 無因次 P 總壓 KPa P 分壓 KPa R 氣體通用常數(shù) kJ kmol K S 解吸因子 T 溫度 0C U 空塔速度 m s uf 液泛速度 m s V 惰性氣體流量 kmol s wv 混合氣體體積流量 m 3 s 填料因子 m 1 下標L 液相的 G 氣相的V 混合氣流量 kmol s 混合氣質量流量 X 溶質組分在液相中的摩爾分率 無因次 X 溶質組分在氣相中的摩爾比 無因次 Y 溶質組分在液相中的摩爾分率 無因次 Y Y 溶質組分在氣相中的摩爾比 無因次 Z 填料層高度 m 希臘字母 粘度 Pa s 密度 kg m3 表面張力 N m M 平均的 對數(shù)平均的 min m a x 最 大 的 最小的 2 塔底 1 塔頂 max 最大的 參考文獻 1 丙酮 水相平衡常數(shù) 湯金石主編 化工原理課程設計 北京 化學工業(yè)出版社 1990 210 2 容器法蘭的選擇 董達勤主編 化工設備機械基礎 二版 北京 化學工業(yè)出版社 1994 324 325 3 填料塔附屬設備的設計 湯金石主編 化工原理課程設計 北京 化學工業(yè)出版社 1990 225 233 4 筒體和封頭的設計 魏崇光 鄭曉梅主編 化工工程制圖 化工制圖 北京 化學工業(yè)出版社 1994 183 196 5 化學工程手冊 致謝 本次課程設計經(jīng)過兩周的時間得以完成 通過本次課程設計 使我對從填料塔設 計方案到填料塔設計的基本過程的設計方法 步驟 思路 有一定的了解與認識 它 相當于實際填料塔設計工作的模擬 在課程設計過程中 基本能按照規(guī)定的程序進行 先針對填料塔的特點和收集 調(diào)查有關資料 然后進入草案階段 其間與指導教師進 行幾次方案的討論 修改 再討論 逐步了解設計填料塔的基本順序 最后定案 設 計方案確定后 又在老師指導下進行擴初詳細設計 并計算物料守衡 傳質系數(shù) 填 料層高度 塔高等 最后進行塔附件設計 此次課程設計基本能按照設計任務書 指導書 技術條件的要求進行 同學之間相互聯(lián)系 討論 整體設計基本滿足使用要 求 但是在設計指導過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題 理論的數(shù)據(jù)計算不難 困難就在于實際 選材 附件選擇等實際問題 這些方面都應在以后的學習中得以加強與改進 但是 課程設計的完成并不代表我自身學習的終止 在完成過程中我發(fā)現(xiàn)自己有很多缺點不 足 如 大量的內(nèi)容也暴露出自己知識面窄 對實踐活動的能力不強等諸多問題 我 想困難和挑戰(zhàn)才是激發(fā)自己前進的動力 自己也將會在今后的學習和生活中 劈荊斬 浪 挑戰(zhàn)自我 化工原理課程設計的完成對我來說有深刻的意義 我衷心感謝老師的 指導以及與我共同學習的同學