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1、目 录第一章 概述2吸收的目的2吸收塔的用途2设计方案确实定3第二章 填料吸收塔概况52.1 填料吸收塔根本结构52.2 流向选择62.3 吸收剂的选择62.4 填料的相关内容7第三章根本数据10操作条件10相关物性参数103.3 设计参数10根本数据换算10第四章 塔高、塔径及压降的计算114.1 乙醇-水气液平衡相图114.2 吸收剂用量、塔径、压降及填料层高度的计算11l填料塔选用25mm瓷质鲍尔环14l液体喷淋密度核算163填料层高度计算16l求气相总传质单元数：脱吸因素法16l求传质单元高度计算：恩田公式法18l填料层压降计算22第五章 塔的结构设计23筒体的设计235.2 封头的设
2、计23除沫器的设计245.4 液体进料管的设计255.5 喷淋装置的设计265.6 法兰的设计275.7 填料板压板的设计27填料支撑装置的设计27手孔的设计27吸收塔支座设计28气体进料管设计28液体出料管设计28气体出料管设计29泵的选择29第六章填料吸收塔主要尺寸30设计小结31致谢32参考文献：32附表33第一章 概述在化学工业中，经常需将气体混合物中的各个组分加以别离，其目的是：1回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品；2除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气的有害物质，以免污染大气。塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设
3、备。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔与填料塔两大类。按气液两相接触方式的不同可将吸收设备分为级式接触与微分接触两大类，填料塔即为微分接触式气液传质设备。板式塔内设置一定数量塔板，气体以泡沫或喷射形式穿过板上液层进行物质和热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料外表下流，气体逆流向上也有并流向下者与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程。工业上对塔设备的主要要求：1生产能力大；2传质、传热效率高；3气流的摩擦阻力小；4操作稳定，适应性强，操作弹性大；5结构简单，材料耗用量小；6制造安装容易，操作维
4、修方便。此外还要求不易堵塞、耐腐蚀等。实际上，任何塔设备都难以满足上述所有要求，因此，设计者应根据塔型特点、物系性质、生产工艺条件、操作方式、设备投资、操作与维修费用等技术经济评价以及设计经验等因素，依矛盾的主次，综合考虑，选择适宜的塔型。填料塔具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点。本次课程设计吸收设备采用填料塔进行操作。确定设计方案总的原那么是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产到达技术上最先进、经济上最合理、生产可行的要求，符合优质、高产、平安、低消耗的原那么。为此，必须具体考虑如下几点：1、方案的可行性1设计方案应充分考虑符合国情和因地制宜原那么，流程布置和
5、设备结构不应超出一般土建要求和机械加工能力。2满足工艺和操作的要求。即所设计出来的流程和设备，首先必须保证产品到达任务规定的要求，而且质量要稳定，这就要求各流体流量和压头稳定，入塔料液的温度和状态稳定，从而需要采取相应的措施。其次所定的设计方案需要有一定的操作弹性，各处流量应能在一定范围内进行调节，必要时传热量也可进行调整。因此，在必要的位置上要装置调节阀门，在管路中安装备用支线。计算传热面积和选取操作指标时，也应考虑到生产上的可能波动。再其次，要考虑必需装置的仪表(如温度计、压强计，流量计等)及其装置的位置，以便能通过这些仪表来观测生产过程是否正常，从而帮助找出不正常的原因，以便采取相应措施
6、。2、方案的经济性1应对市场情况作适当的综合分析，估计产品目前和将来的市场需求；2设计应符合能量充分有效合理利用和节能原那么，符合经常生产费用和设备投资费用的综合核算最经济原那么，符合有用物料高回收率、低损耗率原那么，也即近代所提出的“优构低耗高效原那么。具体来说，就是设备费用与操作费用应尽量低。设备费用主要是塔体、塔板、附属设备、管材费用与加工、基建费用构成，也是初投资的一次性费用。操作费用主要是热能、电能的消耗，以及各种物料、材料的消耗。在蒸馏过程中如能适当地利用塔顶、塔底的废热，就能节约很多生蒸汽和冷却水，也能减少电能消耗。又如冷却水出口温度的上下，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到
7、所需传热面积的大小，即对操作费和设备费都有影响。同样，回流比的大小对操作费和设备费也有很大影响。降低生产本钱是各部门的经常性任务，因此在设计时，每种设备型号的选定、零部件的设计，每一个工艺参数确实定，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及回流比和其他操作参数是否选得适宜等，都要考虑。而对这两种费用的影响又往往是矛盾的，所以确定设计方案要全面考虑，力求总费用尽可能低一些。而且，应结合具体条件，选择最正确方案。3、方案的先进性 应对目前工厂生产上和设备上存在的问题提出改良方案和改良措施，并尽可能采用国内外最新技术成果。 4、方案的平安性对易燃、易爆、有腐蚀的物料，在设计时应格外注意，都应采用相应
8、的设备与操作参数以确保。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要平安装置。5、方案的可靠性和稳定性 现代化生产应优先考虑运行的平安可靠和操作的稳定易控这一原那么。不得采用缺乏可靠性的不成熟技术和设备，不得采用难以控制或难以保证平安生产的技术和设备。以上几项原那么在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原那么应作较多的考虑，对第二个原那么只作定性的考虑，而对其他原那么只要求作一般的考虑。第二章 填料吸收塔概况2.1 填料吸收塔根本结构混合气体从塔底侧的进气管进气，经过填料支撑板上升至填料层，液体从液体进液塔自塔顶均匀淋下并沿填料外表
9、下流，气体经过填料间的空隙上升与液体作连续的逆流接触。在填料层中，气体中的可溶组分不断的被吸收，其浓度自下而上连续的降低；液体那么相反，其中可溶组分的浓度那么由上而下连续的增高。气体经过塔顶的出气管排出，液体那么自塔底的出料管排出。图2-1 填料塔结构简图2.2 流向选择在两相进出口摩尔分数相同情况下，逆流时的对数平均推动力必大于并流，故就吸收过程本身而言逆流优于并流。但是，就吸收设备而言，逆流操作时流体的下流受到上升气体的作用力；这种曳力过大时会阻碍液体的顺利流下，因而限制了吸收塔所允许的液体流率和气体流率，这是逆流的缺点。为使过程具有最大的推动力，一般吸收操作采用逆流吸收，本次课程设计采用
10、了逆流吸收操作。2.3 吸收剂的选择吸收操作是气液两相之间的接触传质过程，吸收操作的成功与否在很大程度上决定于吸收剂的性质，特别是，吸收剂与气体混合物之间的相平衡关系。本课程设计设备选用水作为吸收剂，乙醇在水中的溶解度很大，易于获取，价格低廉，而且吸收效果较好。2.4 填料的相关内容填料在物质吸收的过程中起着非常重要的作用，填料塔具有结构简单压力降小，且可用各种材料制造等优点。在处理容易产生泡沫的物料以及用于真空操作时，有其独特的优越性。过去由于填料及塔内件的不完善，填料塔大多局限于处理腐蚀性介质或不宜安装塔板的小直径塔。近年来，由于填料结构的改良，新型的高效高负荷填料的开发，既提高了塔德通过
11、能力和别离效能，又保持了压力降及性能稳定的特点，因此填料已被推广到许多大型气液操作中。在许多场合下，代替了传统的板式塔。填料时填料塔气液接触的元件，正确的选择填料，对塔的经济效果有着重要影响。从填料塔用于手工业以来，填料的结构型式有了重大的改良，到目前为止，各种形式各种规格的填料已有几百种之多。填料改良的方向增加其通过能力，以适应工业生产的需要；改善流体的分布与接触，以提高别离效率。填料应具有尽可能多的外表积以提供液体铺展，形成较多的气液接触截面。单位填充体积所具有的填料外表称为比外表积a ，单位为m 。对同种填料，小尺寸填料具有较大的比外表积，但填料过小不但造价高而且气体流动的阻力大。在填料
12、塔内气体是在填料间的空隙内通过的。流体通过颗粒层的阻力与空隙率e密切相关。为减少气体的流动阻力，提高填料塔德允许气速处理能力，填料层应有尽可能大的空隙率。对于各向同性的填料层，空隙率等于填料塔德自由截面百分率。填料是填料塔的核心局部，填料塔操作性能的好坏与所选用的填料关系很大，选用填料时要注意以下几点要求：1、单位体积填料的外表积需大，且填料外表易被液体润湿；2、填料的孔隙率需大，对气体阻力小；3、填料单位体积价格低；4、填料应具有化学稳定性，不被气体或液体所腐蚀；5、填料的重度需小，机械强度需大。填料的种类很多，大致可分为实体填料和网体填料两大类。实体填料由陶瓷、金属、塑料等制作，其形式有环
13、形填料拉西环、鲍尔环、鞍型填料及波纹填料等。网体填料主要由金属网制成的各种填料，如鞍型丝网，如下图为几种填料型式。l 拉西环填料最早使用的一种填料，为高径比相等的陶瓷和金属等制成的空心圆环。优点：易于制造，价格低廉，且对它的研究较为充分，所以在过去较长的时间内得到了广泛的应用。缺点：高径比大，堆积时填料间易形成线接触，故液体常存在严重的沟流和壁流现象。且拉西环填料的内外表润湿率较低，因而传质速率也不高。l 鲍尔环填料在环的侧壁上开一层或两层长方形小孔，小孔的母材并不脱离侧壁而是形成向内弯的叶片。上下两层长方形小孔位置交错。同尺寸的鲍尔环与拉西环虽有相同的比外表积和空隙率，但鲍尔环在其侧壁上的小
14、孔可供气液流通，使环的内壁面得以充分利用。 图2-2 鲍尔环填料比之拉西环，鲍尔环不仅具有较大的生产能力和较低的压降，且别离效率较高，沟流现象也大大降低。鲍尔环填料的优良性能使它一直为工业所重视，应用十分广泛。可由陶瓷、金属或塑料制成。l 阶梯环填料阶梯环填料的结构与鲍尔环填料相似，环壁上开有长方形小孔，环内有两层交错 45的十字形叶片，环的高度为直径的一半，环的一端成喇叭口形状的翻边。这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的根底上又有提高，其生产能力可提高约10%，压降那么可降低25%，且由于填料间呈多点接触，床层均匀，较好地防止了沟流现象。阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其它侧壁
15、上开孔的填料，因此获得广泛的应用。l 弧鞍型填料一种外表全部展开的具有马鞍形状的瓷质型填料 (马鞍填料)。弧鞍填料在塔内呈相互搭接状态，形成弧形气体通道。优点：空隙率高，气体阻力小，液体分布性能较好，填料性能优于拉西环。缺点：相邻填料易相互套叠，使填料有效外表降低，从而影响传质速率。l 矩鞍形填料矩鞍填料的两端为矩形，且填料两面大小不等。克服了弧鞍填料相互重叠的缺点，填料的均匀性得到改善。液体分布均匀，气液传质速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一种瓷质填料。l 金属环矩鞍形填料有环形与鞍形的结构特点，生产能力大、压降低、液体分布性能好、传质速率高及操作弹性大，在减压蒸馏中其优势更为显著。l 波纹填料优点：网丝细密，空隙很高，比外表积很大。由于毛细管作用，填料外表润湿性能很好。故网体填料气体阻力小，传质速率高。缺点：造价很高，故多用于实验室中难别离物系的别离。 l 金属英特洛克斯填料金属英特洛克斯填料把环形结构与鞍形结构结合在一起，气体压降低，可用于真空精馏，处理能力大。填料外表
