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1、环境工程原理大作业环境工程原理大作业填料吸收塔课程设计填料吸收塔课程设计 说明书说明书学院名称：学院名称：环境科学与工程学院环境科学与工程学院专专 业：业：环境工程环境工程班班 级：级：环工环工 08010801姓姓 名：名：黄浩黄浩 段永鹏段永鹏 魏梦魏梦 和祥和祥 任稳刚任稳刚指导老师：指导老师：华虹华虹2011.1.22011.1.2环境工程原理课程设计环境工程原理课程设计填料吸收塔课程设计说明书填料吸收塔课程设计说明书目目 录录( (一一) )设计任务设计任务1( (二二) ) 设计简要设计简要22.1 填料塔设计的一般原则2 2.2 设计题目2 2.3 工作原理2( (三三) ) 设
2、计方案设计方案23.1 填料塔简介2 3.2 填料吸收塔的设计方案3 .设计方案的思考 3 .设计方案的确定 3 .设计方案的特点 3 .工艺流程 3（四）填料的类型（四）填料的类型44.1 概述4 4.2 填料的性能参数4 4.3 填料的使用范围4 4.4 填料的应用5 4.5 填料的选择5（五）填料吸收塔工艺尺寸的计算（五）填料吸收塔工艺尺寸的计算65.1 液相物性数据6 5.2 气相物性数据7 5.3 气、液相平衡数据8 5.4 塔径计算8 5.5 填料层高度计算8（六）填料层压降的计（六）填料层压降的计算算10（七）填料吸收塔内件（七）填料吸收塔内件的类型与设计的类型与设计107.1
3、填料吸收塔内件的类型10 7.2 液体分布12（八）设计一览表（八）设计一览表13（九）对设计过程的评述（九）对设计过程的评述13（十）主要符号说明（十）主要符号说明14参考文献参考文献15附录附录24（一）设计任务（一）设计任务设计一填料吸收塔，吸收矿石焙烧炉气中的。2（二）设计简要（二）设计简要（1）填料塔设计的一般原则 填料塔设计一般遵循以下原则: :塔径与填料直径之比一般应大于 15：1，至少大于 8：1； ：填料层的分段高度为：金属:6.0-7.5m，塑料：3.0-4.5； ：5-10 倍塔径的填料高度需要设置液体在分布装置，但不能高于 6m； ：填料塔操作气速在 70%的液泛速度附
4、近； ：由于风载荷和设备基础的原因，填料塔的极限高度约为 50 米。 （2）设计题目 矿石焙烧炉送出的气体冷却到 25后送入填料塔，用 20清水洗涤除去其中的,试设计一填料塔进行上述操作并画出设计方案工艺流程图。2设计要求： 设计方案确定（流体流向、塔高、塔径）； 填料选择； 流体基础物性的计算（液体物性、气体物性、气液平衡、物料衡算）； 填料塔的工艺尺寸计算。 基础数据：入塔炉气流量：2400;3的摩尔分率：0.05；2的回收率：95%。2注意： 低浓度气体的吸收溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据；气象为混合气体。 （3）工作原理 气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理性质和化
5、学性质 的差异而进行的。吸收作为其中一种，它根据混合物各组分在某种溶剂中溶解 度的不同而达到分离的目的。在物理吸附中，溶质和溶剂的结合力较弱，解析 比较方便。 填料塔是一种应用很广泛的气液传质设备，它具有结构简单、压降低、填 料易用耐腐蚀材料制造等优点，操作时液体与气体经过填料时被填料打散，增 大气液接触面积，从而有利于气体与液体之间的传热与传质，使得吸收效率增加。（三）设计方案（三）设计方案（1）填料塔简介 填料塔是提供气-液、液-液系统相接触的设备。填料塔外壳一般是圆筒形，也可采用方形。材质有木材、轻金属或强化塑料等。填料塔的基本组成单元有：壳体（外壳可以是由金属（钢、合金或有色金属）、塑
6、料、木材，或 是以橡胶、塑料、砖为内层或衬里的复合材料制成。虽然通入内层的管口、支 承和砖的机械安装尺寸并不是决定设备尺寸的主要因素，但仍需要足够重视;） ：填料（一节或多节，分布器和填料是填料塔性能的核心部分。为了正 确选择合适的填料，要了解填料的操作性能，同时还要研究各种形式填料的形 状差异对操作性能的影响）； ：填料支承（填料支承可以由留有一定空隙的栅条组成，其作用是防止 填料坠落；也可以通过专门的改进设计来引导气体和液体的流动。塔的操作性 能的好坏无疑会受填料支承的影响）; ：液体分布器（液体分布的好坏是影响填料塔操作效率的重要因素。液 体分布不良会降低填料的有效湿润面积，并促使液体形
7、成沟流）； ：中间支承和再分布器（液体通过填料或沿塔壁流下一定的高度需要重 新进行分布）； ：气液进出口。 塔的结构和装配的各种机械形式会影响到它的设计并反映到塔的操作性能 上，应该力求在最低压降的条件下，采用各种办法提高流体之间的接触效率， 并设法减少雾沫夹带或壁效应带来的效率损失。与此同时，塔的设计必须符合 由生产过程和塔的结构形式所决定的经济性原则。 （2）填料吸收塔的设计方案 （3）设计方案的思考 用水吸收炉气中的是属于低浓度吸收。因为在水中的溶解度为22140(V/V)，并且用水吸收属于物理吸收过程，所以在常温常压下操作即2可达到较满意的效果。为了确保的回收率。宜采用气-液逆流的吸收
8、过程，2使水和混合气充分接触，以达到回收的要求。 （4）设计方案的确定 装置流程的确定：吸收装置的流程的有多种多样，如逆流操作、并流操作、 吸收剂部分再循环操作、多塔串联操作、串联-并联混合操作等。流向对吸收的 推动力有一定的影响；整个操作过程为等温等压过程，依据题意可知吸收剂的 用量比较大。结合以上分析及各种流程的优缺点，本设计选择逆流操作。 操作方式：气相由塔底进入从塔顶排出，液相由塔顶进入从塔底排出。 （5）设计方案的特点 传质平均推动力大，质速率快，分离效率好，吸收剂利用率高。 （6）工艺流程 混合气在常温常压下进入吸收塔底后，进过气体分布装置，与塔顶下来的由 泵提升的吸收剂逆流接触，
9、将吸收。2工艺流程图（四）填料类型的选择（四）填料类型的选择4.1 概述：填料是填料塔内气-液两相接触的核心元件。填料类型和填料层 的高度直接影响传质效果，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。 填料的种类很多，根据填装方式的不同，可分为散装填料盒规整填料两大 类。规整填料是将金属丝网或多孔板压制成波纹状并叠成圆筒形整块放入塔内。 这种填料不但空隙率大，压降低，而且液体按预分布器设定的途径流下，只要 液体的初始分布均匀，全塔填料层内的液体分布良好，克服大塔的放大效应， 传质性能高。但其造价较高，易被杂物堵塞并且清洗困难。 散装填料常见的有：拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍形填料、
10、 矩鞍形填料、环矩鞍填料等等。 各 种 填 料 示 意 图4.2 填料的性能参数：比表面积 a 单位 填料应具有尽可能多的表面积以提高液体铺23张，形成较多的气液接触界面。对同种填料，小尺寸填料具有较大的比表面积， 但填料过小不但造价高而且气体流动的阻力大。 ：孔隙率 流体通过颗粒层的阻力与孔隙率 密切相关。为了减少气 体的流动阻力，提高填料塔的允许气速（处理能力），填料层应有尽可能大的 孔隙率 。 ：填料因子 其单位 1/m 填料因子是比表面积与空隙率三次方之比。它表示填料的流体力学性能，值越小，表明流动阻力越小。填料性能通常根据效率、通量及压三要素衡量。 4.3 填料的材质 一般的使用范围
11、 上釉或不上釉的瓷质或耐酸陶质 除氢氟酸以外的中性、酸性介质和溶剂， 不宜超过 21.1 除要求低吸附表面的特殊情况外，一般用不上上釉的。强碱 性介质时使用特种陶瓷。瓷质环比陶质环强度大，同时叫耐酸。 碳 质 热强碱，除硝酸外所有的酸类，不适用于氧化介质 可承受温度的波 动，质量轻。塑 料 由树脂的性质决定，用于碱、盐、水溶液和各种酸类 质量较轻。 钢或其他小标号金属 钢可用于热强碱，其他用途需根据金属性质而定 可能 比陶瓷重，价格也较贵。 4.4 填 料 应 用 特 性拉西环填料 填料中最普通的类型，通常比较便宜，但有时效率较低。可用 各种材料制造以适应使用要求，常用湿法乱堆或干法乱堆方式装
12、入塔内。较大的填料有时用手工整砌。壁厚和某些尺寸在制造厂之间有所不同；有效面积随 壁厚而改变，对塔壁形成很大的侧压力。常有较多的内部沟流并导致较多的液 体流向塔壁。弧鞍形填料 在大部分应用中比拉西环效率要高，但价格较贵。填料可叠在 一起，在床层中造成“紧密”点，促进了沟流的形成，但不如拉西环那样多， 产生的侧压力比拉西环的低，由较低的传质单元高度和单元压力降，液泛点比 拉西环高。在填料床中比拉西环易破碎。鲍尔环填料 压力降比拉西环低一半还多，传质单元高度也较低（在某些物 系中比弧鞍填料还要低），而液泛点较高。液体分布情况好，容量大。对塔壁 有相当大的侧压力。可用金属、陶瓷或塑料制造。矩鞍形填料
13、 效率最高的填料之一，但价格较贵。叠在一起阻塞床层截面的 可能性非常小床层较均匀。液泛点比拉西环或弧鞍形填料得高，而压力降则较 低；对于大多数常见的物系来说，有较低的传质单元高度值。在填料床中比拉 西环易破碎。Teller 花环填料 可用塑料制造，与拉西环和弧鞍形填料相比有较低的压降 和传质单元高度，液泛点较高。单位质量较小，侧压力也不大。 Flexipac 填料 高效，通常压降低，适用于清洁操作的蒸馏系统，塔板高度 较低等。Lessing 填料 没有很多的操作数据可供参考，但一般来说比拉西环要好些， 压降稍高些。侧压力也较高。 4.5 填料的选择填料规格：是指填料的公称尺寸或比表面积。工艺塔常用的散装填料主要有 DN16、DN25、DN38、DN50、DN76 等几种规格。 同种填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增 加很多。而尺寸大的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的 壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一 般塔径与填料公称直径的比值 D/d 应大于 8。结合填料塔设计的
