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1、年产5万吨甲醛工艺第二吸收塔的设计目录摘 要：11概述21.1塔设备的分类21.2板式塔2 1.2.1筛孔板塔2 1.2.2斜孔板塔2 1.2.3文氏管吸收器31.3填料塔3 1.3.1散装填料3 1.3.2规整填料51.4 板式塔和填料塔的比较5 1.4.1生产能力6 1.4.2分离效率6 1.4.3压力降6 1.4.4操作弹性6 1.4.5结构、制造及造价等61.5材料的类型、材质及选择72.工艺介绍83.工艺计算83.1 塔径的计算83.2 填料塔工艺尺寸的计算11 3.2.1 塔径的计算12 3.2.2液体喷淋密度的计算13 3.2.3填料层高度的计算14 3.2.4填料层压降的计算1
2、54填料塔的内件类型154.1填料支撑装置154.2填料压紧装置164.3液体分布装置164.4床层限制板165. 填料吸收塔设计计算结果17结束语18参考文献19谢 辞20年产5万吨甲醛工艺第二吸收塔的设计摘 要：这篇文章主要进行t/a甲醛的生产工艺中第二吸收塔的设计,根据物料性质采用填料吸收塔塔。并通过物料衡算，进行设备选型及吸收塔塔体工艺尺寸的计算，设计出符合要求的填料吸收塔。 关键词：甲醛；填料塔；吸收塔Process design of industrial formaldehydeof 50,000 tons per yearDesign of the second absorpt
3、ion towerAbstract: This article mainly is about the second process for production of 50000 tons of formaldehyde absorption tower design, According to the material properties use packing absorber tower , through the material balance, equipment selection and the calculation of the absorber tower body
4、process size , filler absorbing tower is designed to meet the requirements. Keywords: formaldehyde; packed column; absorption tower201 概述1.1 塔设备的分类1,2 塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药工程等生产过程中广泛采用的气液传质设备，早已广泛用于蒸馏、吸收、解吸、萃取、洗涤、冷却等各种过程。塔设备经过长期发展，形成了形式繁多的结构，以满足各个方面的特殊需要，为了便于研究和比较，人们从不同的角度对塔设备进行分类，例如，按操作压力分为加压塔、常压塔和减压
5、塔；按单元操作分为精馏塔、吸收塔、解析塔萃取塔反应塔和干燥塔，但最常用的分类是按塔内气液接触构件的结构形式，可以分为板式塔和填料塔两大类。1.2 板式塔2 在板式塔中，塔内装有一定数量的塔板，液体从塔顶进入，气体从塔底进入，气液的传质、传热过程是在各个塔板上进行。气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。板式塔种类很多。大致可分为二类：一类是降液管式，如泡罩塔、筛孔板塔、浮阀塔、S形单向流板塔、舌形板塔、浮动喷射塔等；另一类是穿流式板塔，如穿流栅孔板塔（淋降板塔）、波纹穿流板塔、菱形斜孔板塔、短管穿
6、流板塔等。1.2.1筛孔板塔 筛孔直径一般取510mm，筛孔总面积占筛板面积的10%18%。为使筛板上液层厚度保持均匀，筛板上设有溢流堰，液层厚度一般为40mn左右，筛板空塔风速约为1.03.5m/s，筛板小孔气速613m/s，每层筛板阻力300600Pa。筛孔板塔主要优点是构造简单，处理风量大，并能处理含尘气体。不足之处是筛孔堵塞清理较麻烦，塔的安装要求严格，塔板应保持水平，操作弹性较小。1.2.2斜孔板塔斜孔板塔是筛孔板塔的另一形式。斜孔宽1020m，长1015mm，高6mm。空塔气流速度一般取13.5m/s，筛孔气流速度取1015m/s。气体从斜孔水平喷出，相邻两孔的孔口方向相反，交错排
7、列，液体经溢流堰供至塔板（堰高30mm），与气流方向垂直流动，造成气液的高度湍流，使气液表面不断更新，气液充分接触，传质效果较好,净化效率高，同时可以处理含尘气体，不易堵塞，每层筛板阻力约为400600Pa。该塔结构比筛孔板塔复杂，制造较困难，安装要求严格，容易发生偏流。1.2.3文氏管吸收器文氏管吸收器通常由文氏管、喷雾器和旋风分离器组成，操作时将液体雾化喷射到文氏喉管的气流中，气流速度为60100m/s，处理100m3/min的废气需液体雾化喷人量为40L/min。文氏管吸收器结构简单、设备小、占空间少、气速高、处理量大、气液接触好、传质较容易，特别适用于捕集气流中的微小颗粒物。但因气液并
8、流，气液接触时间短，不适合难溶或反应速度慢的气液吸收，而且压力损失大（8009000h），能耗高。1.3填料塔3 在填料塔中，装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（有时也采用并流向下）流动，气液两相密切接触进行传质与传热。在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。塔设备的构件，除了种类繁多的各种内件，其余构件则是大概相同的。 填料的种类很多，大致可以分为实体填料与网体填料两大类。实体填料有环形填料（如拉西环、鲍尔环及阶梯环）和鞍形填料（如弧鞍、矩鞍）以及栅板、波纹板填料。网体填料主要是由金属丝网制成的各种填料，如鞍形网、网、波
9、纹网填料等。按填料的装填方法又可分为乱堆填料及整砌填料。各种颗粒型填料多属乱堆填料，如拉西环、鞍形、网环。属于整砌填料的是各种新型组合填料，如波纹网、波纹板。1.3.1散装填料拉西环是使用最早的一种填料，为外径与高度相等的圆环。在强度允许的条件下，壁厚应尽量减薄，以提高空隙率及堆积密度。一般直径在75mm一下的拉西环采用乱堆方式，使装卸方便，但气体阻力较大；直径大于100mm的拉西环多采用整砌方式，以降低流动阻力。拉西环可用陶瓷、金属、塑料及石墨等材质制造。拉西环形状简单，制作容易，对其流体力学和传质特性的研究较为充分，是最早使用的一种填料。但拉西环存在着严重的沟流及璧流现象，这是由于拉西环为
10、圆柱形，堆积时相邻环之间容易形成线接触，塔径愈大，填料层愈高，则沟流及璧流现象愈严重，致使传质效率显著下降。此外，由于这种填料层的滞留液量大，气体流动阻力较高，通量较低。鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为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。可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面积的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，其通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。阶梯环填料是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯
11、环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少,使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过的填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间又线接触为主变成以点接触为主，这样不仅增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重
12、合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容易破碎，工业生产中应用不多。矩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。矩鞍填料一般采用陶瓷材料制成，其性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环，均已被瓷矩鞍填料所取代。环矩鞍填料是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型材料，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，是工业应用最为普遍的一种金属散装填料。1.3.2规整填料规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构
13、可分为格栅填料、网纹填料、脉冲填料等，工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料两大类，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。加工中，波纹与塔轴的倾角有30和45，倾角为30以代号BX(或X)表示，倾角为以代号CY(或Y)表示。金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，是由金属丝网制成的。其特点是压降低、分离效率高，特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。尽管造价高，但因性能优良仍得到了广泛的应用。金属板波纹填料是板波纹填料的主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多4mm6mm的小孔，可起到粗分配板片上的液体、增强表面润湿性
14、能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及企业负荷较大的场合。波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大。其缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮的物性，且装卸、清理困难，造价高14,15。1.4 板式塔和填料塔的比较4,13 工业上，评价塔设备的性能指标主要有以下几个方面：生产能力：分离效率：塔压降;操作弹性;结构、制造及造价等。现就板式塔与填料塔的性能比较如下。1.4.1生产能力板式塔与填料塔的液体流动和传质机理不同。板式塔的传质是通过上升气体穿过板上的液层来实现，板塔的开孔率一般占塔截面积的7%10%；而填料塔的传质是通过上升气体和靠重力
15、沿填料表面下降的液流接触实现。填料塔内件的开孔率通常在50%以上，而填料层的空隙率则超过90%，一般液泛点较高，故单位塔截面积上，填料塔的生产能力一般均高于板式塔。1.4.2分离效率 一般情况下，填料塔具有较高的分离效率，工业上常用填料塔每米理论级为2-8级。而常用板式塔，每米理论板最多不超过2级。研究表明，在减压、常压和低压（压力小于0.3MPa）操作下，填料塔的分离效率明显优于板式塔，在高压操作下，板式塔的分离效率略优于填料塔。1.4.3压力降 填料塔由于空隙率高，故其压降远远小于板式塔。一般情况下，板式塔的每个理论级压降约在0.41.1kPa，填料塔约为0.010.27kPa，通常，板式塔的压降高于填料塔的5倍左右。压降低能降低操作费用，节约能耗。 1.4.4操作弹性 一般来说，填料本身对气液负荷变化的适应性很大，故填料塔的造作弹性取决于塔内件的设计，特别是液体分布器的设计，因而可根据实际需要确定填料塔的操作弹性。而板式塔的操作弹性则受到塔板液泛、液沫夹带及降液管能力的限制，一般操作弹性较小。1.4.5结构、制造及造价等 一般来说，填料塔的结构较板式塔简单，故制造、维修也较为方便，但填料塔的造
