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1、填料吸收塔设计任务书一、 设计题目填料吸收塔设计二、 设计任务及操作条件、原料气处理量：5000m3/h。、原料气组成：98空气2.5的氨气。、操作温度：20。、氢氟酸回收率：98。、操作压强：常压。、吸收剂：清水。、填料选择：拉西环。三、 设计容1. 设计方案确实定及流程说明。2. 填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算。3. 填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。4. 吸收塔的工艺流程图。5. 填料吸收塔的工艺条件图。目录第一章 设计方案的简介 4第一节 塔设备的选型4第二节 填料吸收塔方案确实定6第三节 吸收剂的选择6第四节 操作温度与压力确实定7第二章 填料的类型
2、与选择 7第一节 填料的类型7第二节 填料的选择 9第三章 填料塔工艺尺寸 10第一节 根底物性数据 10第二节 物料衡算11第三节 填料塔的工艺尺寸的计算12第四节 填料层压降的计算 16第四章辅助设备的设计与计算 16第一节 液体分布器的简要设计 16第二节 支承板的选用 17第三节 管子、泵及风机的选用 18第五章塔体设计 20第一节 塔的支座 20第二节 其他 20第一章 设计方案的简介第一节 塔设备的选型塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔气液接触构件的构造形式，可分为板式塔和填料塔两大类。1、板式塔板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的
3、气液传质设备之一。 传质机理如下所述：塔液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道泡罩、筛孔或浮阀等，分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。在塔板上，气液两相密切接触，进展热量和质量的交换。在板式塔中，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。一般而论，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。、填料塔填料塔是最常
4、用的气液传质设备之一，它广泛应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。几年来，由于填料塔研究工作已日益深入，填料构造的形式不断更新，填料性能也得到了迅速的提高。金属鞍环，改型鲍尔环及波纹填料等大通量、低压力降、高效率填料的开发，使大型填料塔不断地出现，并已推广到大型汽液系统操作中，尤其是孔板波纹填料，由于具有较好的综合性能，使其不仅在大规模生产中被采用，且由于其在许多方面优于各种塔盘而越来越得到人们的重视，在*些领域中，有取代板式塔的趋势。近年来，在蒸馏和吸收领域中，最突出的变化是新型填料，特别是规整填料在大直径塔中的采用，它标志作塔填料、塔件及塔设备的综合设计技术已进
5、入到一个新的阶段。填料塔是以塔的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒如右图所示，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料外表流下。气体从塔底送入，经气体分布装置小直径塔一般不设气体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料外表上，气液两相密切接触进展传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为
6、壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进展分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两局部，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大，别离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。3、板式塔和填料塔的比拟如下表格所示表1-1板式塔与填料塔的比拟序号填料塔板式塔800mm以下，造价低，直径大则价高600mm以下时，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
7、修费用高，劳动量大检修清理比填料塔容易压降小。对阻力要求小的场合较适用如：真空操作压降比填料塔大对液相喷淋量有一定要求气液比的适应围大部构造简单，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表1-2 塔型选用顺序而本次设计用到的物料是氢氟酸，氢氟酸是具有腐蚀性的物料，因此选择填料塔。4、选塔的根本原则：1、 生产能力大，有足够的弹性。2、 满足工艺要求，别离效率高。3、 运行可靠性高，操作、维修方便，少出故障。4、 构造简单，加工方便，造价较低。5、 塔压降小。综上考虑，吸收5000m3/h含2.5%的生产任务不是很大，由于它构造简单，造价较低，便于采用
8、耐蚀材料使得寿命较长，而且本次设计用到的物料是氢氟酸，氢氟酸是具有腐蚀性的物料，因此我们采用填料吸收塔完成该项生产任务。第二节 填料吸收塔方案确实定1、 装置流程确实定装置流程的主要有以下几种：a.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，别离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用此操作。b.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。通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，液流对推动力影响不大；易溶气体的吸收或吸收的气体不需吸收很完全；吸收剂用量很大，逆流操作易引起液泛。c.吸收剂局部循环操作 在逆流操作
9、过程中，用泵将吸收塔排除的一局部冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔，通常以下情况使用：当吸收剂用量较少，为提高塔的喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔的温度升高，需取出一局部热量。该流程特别适用于相平衡常数m较小的情况，通过吸收液的局部再循环，提高吸收剂的利用率。需注意吸收剂的局部再循环较逆流操作费用的平均推动力较小，且需设置循环泵，操作费用提高。由于氢氟酸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，别离效率高，吸收剂利用率高。逆流操作是完成该项任务的最正确选择。第三节 吸收剂的选择吸收过程是依靠气体溶质在溶剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂的性能的和优劣，是决定吸收操作效果的关键
10、之一，选择时有以下考虑方面：a.溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量。b.选择性吸收剂对溶质组分要有良好的选择吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效的别离。c.挥发度要低操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，要减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发和损失。d.粘度吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。e.其他所选的吸收剂尽量的满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、廉价易得以及化学性质稳定等要求。在吸收空气中少量的氢氟酸时，水是最理想的溶剂，由于氢氟酸在水中的溶解度很大；常温常压下，水的挥
11、发度很小；粘度较小；价格低廉等。第四节 操作温度与压力确实定1、操作温度确实定由于吸收过程的气液平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度。即低温有利于吸收，当操作温度的低限应由吸收系统的具体情况决定。2、操作压力确实定由吸收过程的气液平衡关系可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加因此需结合具体工艺的条件综合考虑，以确定操作压力。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。第二章 填料的类型与选择第一节 填料的类型填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等
12、。所选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最低。填料的种类很多，根据装填的方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。1、 散装填料散装填料是一个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。以下是典型的散装填料：a.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，目前工业上用得较少。b.鲍尔环填料鲍尔环是在拉西环的根底上改良而得。其构造为在拉西环的侧壁上开出两排
13、长方形的窗口，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环弯曲，形成伸的舌叶诸舌叶的侧边与环中间相搭，可用瓷、塑料、金属制造鲍耳环由于环开孔，大大提高了环空间及环外表的利用率气流阻力小，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。c.阶梯环填料阶梯环是对鲍尔环的改良。鲍尔环相比阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个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路径大为缩短，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，而且使填料之间由线接触为主变为点接触为主，这样不但增加了填料层之间的空隙，同时成为液体沿填料外表
14、流动的聚集分散点，可以促进液膜的外表更新。有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前环形填料中最为优良的一种。2、规整填料规整填料是按一定的的几何图形排列，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瓷、塑料、金属制造。金属丝波纹填料是网波纹填料的主要形式，是由金属丝制成。其特点是压降低、别离效率高，特别适用于精细精馏及真空精馏装置，为难别离物系、热敏性的精馏提供了有效的手段。尽管造价高，但因性能优越仍得到了广泛的应用。金属板波纹填料是板填料的主要形式。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、加强横向混合的作用。波纹板片上扎成细小沟纹，可起到细分配
