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1、设计题目 3000Nm3/h含氨5%填料吸取塔的设计试设计一座填料吸取塔，用于脱出混于空气中的氨气。混合气体的解决量为3000Nm3/h，其中含氨为5%（体积分数），采用清水进行吸取。规定塔顶排放气体中含氨低于0.02%（体积分数）。操作条件（1）操作压力101.33 kPa（常压）；（2）操作温度20；（3）吸取剂用量为最小用量的1.9倍填料类型：选用聚丙烯阶梯环填料。工作日：每年300天，每天24小时持续运营厂址：合肥设计内容（1）设计方案的阐明及流程阐明；（2）吸取塔的物料衡算；吸取塔的工艺尺寸计算；（3）填料层压降的计算；（4）液体分布器简要设计；（5）吸取塔接管尺寸计算；（6）绘制生
2、产工艺流程图；（7）绘制吸取塔设计条件图；（8）绘制液体分布器施工图；（9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。目 录第1章 设计方案的简介11.1选定塔型11.2拟定填料吸取塔的具体方案21.2.1装置流程的拟定21.2选择吸取剂31.3操作温度与压力的拟定31.3.1操作温度的拟定31.3.2操作压力的拟定3第2章 填料的类型与选择42.1填料的类型42.1.1散装填料42.1.2规整填料42.2填料的选择52.2.1填料种类的选择52.2.2填料规格的选择62.2.3填料材质的选择7第3章 填料塔工艺尺寸93.1设计基本数据93.1.1液相物性数据93.1.2气相物性数据93.2.3气液相
3、平衡数据93.2.4物料衡算10第4章 填料塔的工艺尺寸的计算114.1塔径的计算114.2填料层高度计算124.3填料塔压降的计算14第5章 液体分布器简要设计165.1液体分布器165.2液体再分布器175.3 塔底液体保持管高度18第6章 吸取塔接管尺寸计算196.1气体进料管196.2液体进料管196.3 离心泵的选型196.4风机的选型20第7章 塔体附件设计227.1塔的支座227.2其她附件22附图1 填料塔工艺图23附图2 工艺流程图24附录1 吸取塔设计条件图25附录2 符号阐明26附录3 设计一览表27附录4 Eckert通用关联图28参照文献29第1章 设计方案的简介1.
4、1选定塔型塔器是核心设备，例如在气体吸取、液体精馏（蒸馏）、萃取、吸附、增湿中、离子互换等过程中均有体现。一般我们将塔分为板式塔和填料塔两大类。其中填料塔是一种圆筒塔体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上，液相由上而下接触，传热和传质重要在填料表面进行，填料的选择是填料塔的核心。填料塔制造以便，构造简朴，采用材料可是耐腐蚀的材料或者金属以及塑料，在塔径较小的状况较有效，使用金属材料省，一次投料较少，塔高较低。表1-1 板式塔与填料塔对比序号填料塔板式塔800 mm如下，造价低，直径大则价高600 mm如下时，安装困难用小填料时，小塔的效率高，塔径增大，效率下降，所需高度急增效率较稳定。大塔板
5、效率比小塔板有所提高空塔速度（生产能力）低空塔速度高大塔检修费用高，劳动量大检修清理比填料塔容易压降小，对阻力规定小的场合较合用（如：真空操作）压降比填料塔大对液相喷淋量有一定规定气液比的适应范畴大内部构造简朴，便于非金属材料制作，可用于腐蚀较严重的场合多数不便于非金属材料的制作持液量小持液量大吸取塔设计基本原则是：生产能力大，有足够的弹性；满足工艺规定，分离效率高；运营可靠性高，操作、维修以便，少出故障；构造简朴，加工以便，造价较低；塔压降小。综上考虑，吸取3000 Nm3/h含5%的氨的生产任务较小，我们采用填料吸取塔完毕该项生产任务。它构造简朴，造价较低，便于采用耐蚀材料使得寿命较长。1
6、.2拟定填料吸取塔的具体方案1.2.1装置流程的拟定装置流程重要有如下几种：（1）逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相由塔顶流入由塔底流出，其传质速率快，分离效率、吸取剂运用率高。工业生产中多采用此操作。（2）并流操作 气液两相均由塔顶流向塔底，其系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。一般用于如下状况：当吸取过程的平衡曲线较平坦时，液流对推动力影响不大；易溶气体的吸取或吸取的气体不需吸取很完全；吸取剂用量很大，逆流操作易引起液泛。（3）吸取剂部分循环操作 在逆流操作过程中，用泵将吸取塔排除的一部分冷却后与补充的新鲜吸取剂一同送回塔内，一般如下状况使用：当吸取剂用量较少，为提高塔
7、的喷淋密度，对于非等温吸取过程，为控制塔内的温度升高，需取出一部分热量。该流程特别合用于相平衡常数m较小的状况，通过吸取液的部分再循环，提高吸取剂的运用率。需注意吸取剂的部分再循环较逆流操作费用的平均推动力较小，且需设立循环泵，操作费用提高。由于氨在水中的溶解度很大。逆流操作时平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸取剂运用率高。逆流操作是完毕该项任务的最佳选择。在生产工艺流程图中，吸取剂水由离心泵输送至填料塔的塔顶，经液体分布器均匀的分布在填料上，使填料整个的充足润湿。气体由风机从塔底送入，含少量氨气的空气通过填料时，与填料上的吸取剂水相接触，此时在填料的表面发生传质过程实现氨的吸取。吸取剂
8、水通过填料吸取氨后由塔底排除，而带有少量氨的空气完毕吸取后氨的含量已在0.02%如下由塔顶放空。1.2选择吸取剂吸取过程是依托气体溶质在溶剂中的溶解来实现的，因此，吸取剂的性能的和优劣，是决定吸取操作效果的核心之一，选择时有如下考虑方面：溶解度吸取剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸取速率并减少吸取剂的用量。选择性吸取剂对溶质组分要有良好的选择吸取能力，而对混合气体中的其她组分不吸取或吸取甚微，否则不能直接实既有效的分离。挥发度要低操作温度下吸取剂的蒸汽压要低，要减少吸取和再生过程中吸取剂的挥发和损失。粘度吸取剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。其她所
9、选的吸取剂尽量的满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、便宜易得以及化学性质稳定等规定。在吸取空气中少量的氨时，水是最抱负的溶剂，由于氨在水中的溶解度很大。常温常压下，水的挥发度很小、粘度较小、价格低廉等。1.3操作温度与压力的拟定1.3.1操作温度的拟定由于吸取过程的气液平衡关系可知，温度减少可增长溶质组分的溶解度。即低温有助于吸取，当操作温度的低限应由吸取系统的具体状况决定。1.3.2操作压力的拟定由吸取过程的气液平衡关系可知，压力升高可增长溶质组分的溶解度，即加压有助于吸取。但随着操作压力的升高，对设备的加工制造规定提高，且能耗增长因此需结合具体工艺的条件综合考虑，以拟定操作压
10、力。在该任务中，由于在常温常压下操作且在此条件下氨的溶解度很大，且受温度与压力的影响不大，在此不做过多的考虑。第2章 填料的类型与选择2.1填料的类型填料种类诸多，根据装填方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类。2.1.1散装填料散装填料是一种个具有一定集合形状和尺寸的颗粒体一般以随机的方式堆积在塔内的，又称为乱堆填料和颗粒填料。散装填料根据构造特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、和环鞍的填料等。如下是典型的散装填料：拉西环填料拉西环填料是最早提出的工业填料，其构造为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制成。拉西环填料的气液分布较差、传质效率低、阻力大、通量小，目前工业上用得较
11、少。鲍尔环填料鲍尔环是在拉西环的基本上改善而得。其构造为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗口，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与环中间相搭，可用陶瓷、塑料、金属制造鲍耳环由于环内开孔，大大提高了环内空间及环内表面的运用率气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比通量可提高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。阶梯环填料阶梯环是对鲍尔环的改善。鲍尔环相比阶梯环高度减少了一半，并在一端增长了一种锥形的翻边由于高径比减少，使得气体绕填料外外壁的平均途径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅提高了填料的机械强度，并且使填
12、料之间由线接触为主变为点接触为主，这样不仅增长了填料层之间的空隙，同步成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以增进液膜的表面更新。有助于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前环形填料中最为优良的一种。2.1.2规整填料规整填料是按一定的的几何图形排列，整洁堆砌的填料。规整填料种类诸多，根据其几何构造分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料。工业上使用的绝大多数规整填料为波纹填料。波纹填料按构造分为网波纹填料和板波纹填料可用陶瓷、塑料、金属制造。金属丝波纹填料是网波纹填料的重要形式，是由金属丝制成。其特点是压减少、分离效率高，特别合用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性的精馏提供
13、了有效的手段。尽管造价高，但性能优越仍得到了广泛应用。金属板波纹填料是板填料的重要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多4mm6mm的小孔，可起到粗分派板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上扎成细小沟纹，可起到细分派板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别合用于大直径塔及气液负荷较大的场合。波纹填料的长处是构造紧凑，阻力小，传质效率高，解决能力大，比表面积大。其缺陷是不合用于解决粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清洗困难、造价高。2.2填料的选择填料的选择涉及拟定填料的种类、规格及材质等。所选的填料既要满足工艺的规定，又要设备投资和操作费用低。2.
14、2.1填料种类的选择填料种类的选择要考虑到分离工艺的规定，有如下几方面：传质效率传质效率即分离效率。它的表达措施有两种：一是每个理论级当量的填料层高度，即HETP值；二是每个单元相称的填料层高度既HTU值。在满足工艺规定的条件下，应选用传质效率高，即HETP(HTU)值低的填料。一般在相似的液体负荷下，填料的泛点气速或气相动能因子愈大，则通量愈大，塔的解决能力愈大。因此，在选择填料种类的时，在保证具有较高的传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。填料层的压降填料层的压降是填料的重要应用性能，填料层的压降愈低，动力消耗愈低，操作费用愈小。选择低压降的填料对热敏系的分离尤为重
15、要。比较填料的压降有两种措施，一是比较填料层单位高度的压降；另一是比较填料层单位传质效率的比压降。填料的操作性能填料的操作性能重要是指操作弹性、抗污堵性及抗热敏性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气液负荷发生波动时维持操作稳定。同步，还应有一定的抗堵、抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度的变化。此外，所选的要便于安装、拆卸和检修。2.2.2填料规格的选择一般，散装填料与规整填料的规格表达措施不同，选择措施也有所不同，选择的措施亦不尽相似，目前分别加以简介。散装调料规格的选择散装填料的规格一般是指填料的公称直径。工业塔常用的散装填料重要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增长，通量减小，填料费用也增长诸多。而大尺寸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，使塔的分离效率低。因此对塔径与填料尺寸的比值要有
