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1、 化工原理课程设计课程名称课程名称: _填料塔设计填料塔设计_设计题目设计题目: _水吸收丙酮水吸收丙酮_院院 系系: _ 化工学院化工学院_学生姓名学生姓名: _ _学学 号号: _ _专业班级专业班级: _化艺化艺 1001 班班_指导教师指导教师: _ _- 1 -化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书（一）（一） 设计题目：水吸收空气中的丙酮填料塔的工艺设计设计题目：水吸收空气中的丙酮填料塔的工艺设计（二）（二） 设计条件设计条件1生产能力:每小时处理混合气体 8000Nm3 /h2设备形式:填料塔3操作压力：101.3KPa4操作温度:298K5进塔混合气体中含丙酮 6%（体积
2、比）6丙酮的回收率为 99%7每年按 330 天计，每天按 24 小时连续生产8建厂地址：兰州地区9要求每米填料的压降都不大于 10 Pa。3（三）（三） 设计步骤及要求设计步骤及要求1确定设计方案（1）流程的选择（2）初选填料的类型（3）吸收剂的选择2查阅物料的物性数据（1）溶液的密度、粘度、表面张力、丙酮在水中的扩散系数（2）气相密度、粘度、表面张力、丙酮在空气中的扩散系数- 2 -（3）丙酮在水中溶解的相平衡数据3物料衡算（1）确定塔顶、塔底的气流量和组成（2）确定泛点气速和塔径（3）校核 D/d810（4）液体喷淋密度校核：实际的喷淋密度要大于最小的喷淋密度。4填料层高度计算5填料层压
3、降核算如果不符合上述要求重新进行以上计算如果不符合上述要求重新进行以上计算 6填料塔附件的选择（1）液体分布装置（2）液体再分布装置（3）填料支撑装置（4）气体的入塔分布.(四）参考资料四）参考资料1、 化工原理课程设计 贾绍义 柴诚敬 天津科学技术出版2、 现代填料塔技术 王树盈 中国石化出版3、 化工原理 夏清 天津科学技术出版（五）计算结果列表（见下页）（五）计算结果列表（见下页）- 3 -参数符号单位计算结果平均压力PKPa101.3 平均温度TK298气相Vhkmol307.56平均 流率液相L2hkg953.60操作条件丙酮的浓度c3koml/m塔 顶6%塔 底0.6%气相mV3m
4、kg1.25 平均密度 液相L3mkg997.04平均黏度mh)(m2kg0.189物性参数平均表面张力L2hkg932731.2填料的类型塑料阶梯环填料的规格5 . 12550空塔气速usm1.87泛点气速Fusm2.67塔径Dm1.4 填料层高度Zm15气膜传质系数GkkPa)h(m2kmol0.06液膜传质系数Lkhm1.95总传质系数GK3/(m h kpa)kmol 1.10压降PPa4828.50 操作液气比 VL3.10最小喷淋密度 minUh)(m3m10.6主要工艺结构尺寸实际喷淋密度Uh)(m3m12.59- 4 -目录目录1. 概述与设计方案的确定- 7 - 1.1 填料
5、塔简述- 7 - 1.2 设计方案的确定- 7 - 1.2.1 装置流程的确定 - 7 - 1.2.2 填料的选择 - 8 - 1.2.3 吸收剂的选择- 10 - 2. 设计计算- 10 - 2.1 基础物性数据- 11 - 2.1.1 液相物性数据- 11 -2.1.2 气相物性数据- 11 -2.2 物料衡算 - 12 - 2.3 填料塔的工艺尺寸的计算- 13 - 2.4 填料层高度计算- 14 - 2.5 填料层压降计算- 17 - 3. 填料塔附件的选择- 17 - 3.1 液体分布器简要设计 - 17 - 3.2 液体分布器的选择 - 18 - 3.2.1 液体分布器的选型 -
6、18 - 3.2.2 分布点密度计算 - 18 - 3.3 辅助设备的计算及选型- 19 - 3.3.1 填料支承设备 - 19 - 3.3.2 填料压紧装置 - 20 - 3.3.3 液体再分布装置 - 20 - 3.3.4 除沫装置 - 20 - 4. 结论- 21 - 5.参考文献- 21 - 6.附录- 21 - 5 -1. 概述与设计方案的确定概述与设计方案的确定1.1 填料塔简述填料塔简述塔设备在化工、石油化工、生物化工、医药、食品等生产过程中广泛应用的汽液 传质设备1。其作用实现气液相或液液相之间的充分接触，从而达到相际间进行 传质及传热的过程。根据塔内气液接触部件的结构形式，可
7、将塔设备分为两大类：板 式塔和填料塔。 板式塔内沿塔高度装有若干层塔板，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔釜，并在各块 板面上形成流动的液层，气体靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而 流向塔顶。气液两相在塔内进行逐级接触，两相组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔则 在塔体内装填填料，液体由上而下流动中在填料上分布汇合，气体则在填料缝隙中向 上流动。填料为气液传质提供了较大的气液接触面积。2 填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等， 对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。过去，填料塔多推荐用于 0.60.7m 以下的塔径。近年来，随着高效新型填料和其他
8、高性能塔内件的开发，以及人们对填 料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速发展。31.2 设计方案的确定设计方案的确定1.2.1 装置流程的确定装置流程的确定吸收装置的流程主要有以下几种。4塔内气液两相流动方式可以是逆流也可以是并流。通常采用逆流操作，气体自塔 低通入，液体从塔顶洒下，因此溶液从塔底流出前与刚进入塔的气相接触，可使溶液 的浓度尽量提高，经吸收后的气体从塔顶排除前与刚入塔的液体接触，又可使出塔气 体中溶质浓度尽量降低。 在逆流操作下，在相同的进出口组成条件下，逆流吸收流程具有较大的平均传质推动 力，可以减少设备尺寸，提高吸收率和吸收剂使用效率，可以实现多级
9、理论级操作， 气体净化程度较高，常在工业上应用。而并流吸收流程是气液两相均从塔顶流向塔底， 只有一个理论级操作，气体净化程度不很高，但却可以避免塔的液泛现象。 吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排出液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同 送回塔内，即为部分再循环操作。通常用于已下情况：当吸收剂用量较小，为提高塔 的液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该 流程特别适宜于平衡常数 m 很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使- 6 -用效率。 多塔串联操作 若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需经常清理填料，为便于维修， 可
10、把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等，即为 多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大空间，输液，喷淋，支撑板等辅助装置增加， 使设备投资加大。 串并联混合操作 若吸收处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气 速势必很小（否则易引起液泛） ，塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联， 液相作并联的混合流程；若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相 作串联，气相作并联的混合流程。 根据以上述说和本设计条件应选择:逆流吸收流程1.2.2 填料的选择填料的选择填料塔的基本特点是结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制 造
11、等，对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。填料的选择包括填料的种类、 规格及材质等。所选的填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用低。几种典型的散装填料： 填料类型基本分为：散装填料和规整填料一一. .散装填料散装填料- 7 -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。现介绍几种较为典型的散装填料: 拉西环填料、 鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍填料、矩鞍填料、金属环矩鞍填料、球形填料。 a.a.拉西环填料拉西环填料 拉西环填料于 1914
12、 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。 b.b.鲍尔环填料鲍尔环填料鲍尔环填料是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切 开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边 在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气 流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加 50%以上，传质效 率提高 30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。 c.c.矩鞍填料填料矩鞍填料填料矩鞍填料 将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填 料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成， 其性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所 取代。 d.d.阶梯环填料阶梯环填料阶梯环填料是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高
