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
１、原料气处理量：5000m3/h。
２、原料气组成：98％空气＋2.5％的氨气。
３、操作温度：20℃。
４、氢氟酸回收率：98％。
５、操作压强：常压。
６、吸收剂：清水。
７、填料选择：拉西环。
三、设计内容
1.设计方案的确定及流程说明。
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的确定 (6)
第三节吸收剂的选择 (6)
第四节操作温度与压力的确定 (7)
第二章填料的类型与选择 (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)
第一节基础物性数据 (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)
第五章塔体附件设计 (20)
第一节塔的支座 (20)
第二节其他附件 (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。根据塔内气液接触构件的结构形式，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，是最常用的气液传质设备之一。传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，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，进行热量和质量的交换。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。
２、填料塔
填料塔是最常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，填料结构的形式不断更新，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，在某些领域中，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、塔内件及塔设备的综合设计技术已进入到一个新的阶段。
填料塔是以塔内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，并沿填料表面流下。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，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。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，需要进行分段，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部分，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，分离效率高，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较
如下表格所示
表1-1板式塔与填料塔的比较
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、选塔的基本原则：
1、生产能力大，有足够的弹性。
2、满足工艺要求，分离效率高。
3、运行可靠性高，操作、维修方便，少出故障。
4、结构简单，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，由于它结构简单，造价较低，便于采用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的确定
1、装置流程的确定
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，分离效率高，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.吸收剂部分循环操作在逆流操作过程中，用泵将吸收塔排除的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，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，为控制塔内的温度升高，需取出一部分热量。该流程特别适用于相平衡常数m较小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的利用率。需注意吸收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，分离效率高，吸收剂利用率高。逆流操作是完成该项任务的最佳选择。
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分离。
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，其在塔内的流动性越好，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，水的挥发度很小；粘度较小；价格低廉等。
第四节操作温度与压力的确定
1、操作温度的确定
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、操作压力的确定
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。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内的，又称为乱堆填料和颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，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，其结构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，目前工业上用得较少。
b.鲍尔环填料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进。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，根据其几何结构分为格栅填料、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。波纹填料按结构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主要形式，是由金属丝制成。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Φ4mm~Φ6mm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，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。
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。其缺点是不适用于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清洗困难、造价高。
第二节填料的选择
1、填料种类的选择：填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以
下几个方面：
a.传质效率要高一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料
b.通量要大在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料
c.填料层的压降要低
d.填料抗污堵性能强，拆装、检修方便
2、填料规格的选择
填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。
（1）散装填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。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。
（2）规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几
种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。
应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型不同规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料；有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握，根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。
3. 填料材质的选择
填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。
(1)陶瓷填料陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，质脆、易碎是其最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。
(2)金属填料金属填料可用多种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl–以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润湿性能较差，在某些特殊场合（如极低喷淋密度下的减压精馏过程），需对其表面进行处理，才能取得良好的使用效果；钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。
一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。
(3)塑料填料塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100 C以下使用。
塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。
综上对各种类型、各种规格填料的分析，对于在20℃，101.3KPa下吸收
5000m3/h 空气含2.5%的氢氟酸，由于操作温度及操作压力较低，工业上常用散装填料。故选用DN38瓷质拉西环填料。
2、净化塔强度设计和稳定校核
2.1 筒体和封头的壁厚计算 2.1.1 材料选择
根据设计温度 T=320 ℃，设计压力P=0.6MPa ,塔壳外表面保温层厚度为0.8mm,保温层材料的密度为1.117g/cm 3，塔壳厚度附加量C=3等因素,材料可以选用普通碳素钢Q235系列或低合金Q345R 等.但由于介质为有毒气体,且其具有腐蚀性，故不能选用Q235 系列钢板.而低合金钢中 Q345 R 为屈服点σs = 340MPa 的压力容器专用钢 板,具有良好的综合力学性能和制造工艺性能,且价格便宜,使用广泛,故选用Q345 R .
2.1.2 按设计压力计算筒体壁厚 筒体壁厚[]i t
=
2PD P
δδφ-
式中
Di —塔内径 Di 为2400mm
则
[]i t
0.6=
=
=5.4
21341-0.6
2PD P
?2400
δ??δφ-
由于 Q345 R 钢板厚度为 7.5~25mm 时的钢板负偏差 C1 = 0.8mm ,腐蚀裕度 C2 = 3mm,则设计厚度δ d = δ+ C 2 = 5.4+3=8.4 mm
考虑刚度,稳定性及各种载荷的影响取名义厚度 δ n = 12mm , 有效厚度 δ e = δn–(C1 + C2 )=12-(0.8+ 3) = 8.2mm 2.1.3 封头壁厚计算 1)封头选择
=Φ Φ—塔体焊接接头系数，采用双面接焊，全部无损探伤，取1
2)壁厚计算 标准椭圆封头壁厚
[]i
t
0.6=
=
=5.4mm
21341-0.50.6
2c c
P D P ?2400
δ???δφ-0.5 其中, Di = 2400mm , H i = 640mm . 计算压力 Pc = 0.77 MPa ; 所以,
[]i
c t
0.77=
=
=6.9mm
21341-0.50.77
2c c
P D P ?2400
δ???δφ-0.5 设计厚度δ d = δ+C2 = 5.4+3=8.3mm ;
考虑制造安装方便且由文献[14]查得取名义厚度 δ n = 12mm ,有效厚度δe =δn -(C1 + C2 )= 12 -(0.8+3) = 8.2mm
图2-2椭圆形封头
第三章 填料塔工艺尺寸
第一节 基础物性数据 1、液相物性数据
对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20℃水的物性数据： 密度为 L ρ=998.2kg/m 3
粘度为 L μ=0.001Pa ·s=3.6kg/(m ·h) 表面张力 σL =72.6dyn/cm=940896kg/h 2
HF 在水中的扩散系数为 L D =2.07×10-5cm 2/s=7.45×10-6m 2/h 2、气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为
i i Vm M y M ∑==（0.025×17.03）+（0.98×29）=28.85
混合气体的平均密度
3
101.328.85
1.200/8.314293Vm Vm PM kg m RT ρ?=
==?
对于低浓度该气体粘度近似的取空气粘度。查手册地20℃空气的粘度为
V μ=1.81×10-5 Pa ·s=0.065 kg/(m ·h) 查手册得HF 在空气中的扩散系数为 D V =0.224cm 2/s=0.08064m 2/h 3、气液相平衡数据
由手册查得，常压下，20℃时，HF 在水中的亨利系数为 E=76.99kPa 相平衡常数为
m=E/P =76.99/101.3=0.76 溶解度系数为
3998.2
0.72/()76.9918.02
L
s
H kmol kPa m EM ρ=
=
=??
第二节 物料衡算 进塔的气相摩尔比为
1110.025
0.0256110.025
y Y y =
==-- 出塔的气相摩尔比为
21(1)0.0256(10.99)0.000256A Y Y φ=-=-=
进塔惰性气相流量为
5000273
(10.025)202.78/22.4293
V kmol h =
?-= 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为一条直线，最小液气比为
2121min /X m Y Y Y V L --=
??? ?? =0.02560.0002560.0256/0.760
--=0.7524 取操作液气比为
min
4.1??
??
??=V L V L
=1.4×0.7524=1.053 L =1.053*V=1.053*244.58=257.54 kmol/h
)()(2121X X L Y Y V -=-×1X =12()
V Y Y L
- 1X =
244.58(0.02560.000256)
0.0241257.54
-=
第三节 填料塔的工艺尺寸的计算 1、塔径计算
采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。 气相的质量流量为
V w =5000×1.196=5980kg/h
液相质量流量可近似按纯水的质量流量计算，即
L w =L ×18.02=257.54×18.02=4640.87 kg/h
Eckert 通用关联图的横坐标为
5
.0???
? ??L
V V
L w w ρρ=0.5
4640.87 1.2005980998.2?? ???=0.0269 查Eckert 通用关联图得
2
.02
L L
V F F g u μρρψφ=0.23
查表拉西环填料泛点填料因子平均值为
F φ=600 m -1
s
m g u L
V F L
F /493.0023.02.0==
μψρφρ
取 u =0.7u F =0.493×0.7=0.345m/s 由u V D s π4=
圆整塔径，取D=2.4m 泛点率校核：
2
5000/3600
0.307/0.785 2.4u m s =
=?
F u u =0.3070.493
×100% =62.27% (在允许范围内) 填料规格校核：
d
D
=2400/38=63.16>8 （满足要求） 液体喷淋密度校核： 取最小润湿率为
()min w L =0.08 m 3
/m ·h
查表得：
D N 38拉西环填料的比表面积 t a =140m 2/m 3
min U =()min w L t a =0.08×140=11.2 m 3/m 2·h
U=
2
4640.87/998.2
0.785 2.4?=1.028 （注：可能由于某些数据问题，U 无法校核到大于min U ） 2、填料层高度的计算 1*1mX Y ==0.76×0.0241=0.0183 *2Y =0 脱吸因数为 L mV S = =0.76244.58 0.722257.54 ?= 气相总传质单元数为 ??????+----=S Y Y Y Y S S N OG *22*21)1(ln 11 = 10.02560ln (10.722)0.72212.6810.7220.0002560-?? -+=??--?? 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： ?? ????? ? ????? ? ????? ? ????? ? ????? ? ??--=-t L L L L t L L t L L c t w a U g a U a U a a σρρμσσ2 05 .0221 .075 .045.1exp 1 查表得：c σ=61dyn/cm=790560kg/h 2 液体的质量通量为 L U = 2 2 4640.871026.38/()0.785 2.4 kg m h =?? 0.050.20.750.122287905601026.381026.38*132.51026.381exp 1.45940896132.5*3.6998.2*1.27*10998.2*940896*132.5w t a a -???? ????????=--?? ? ? ? ????????????? =0.224 气膜吸收系数由下式计算 ?? ? ????? ? ????? ? ??=RT D a D a U k V t L V V V t V G 3 /17 .0237.0ρμμ 气体质量通量为 2 2 5000 1.2001327.14/()0.785 2.4 V U kg m h ?= =?? 0.7 1/3 -61327.140.0651400.080640.2371400.065 1.2007.45108.314293G k ??????? = ? ? ??????????? = 0.0324()kPa h m kmol ??2/ 液膜系数由下式计算 3 /12 /13 /20095.0??? ? ????? ? ??? ?? ? ??=-L L L L L L w L L g D a U k ρμρμμ 1/3 2/3 1/2 861026.38 3.6 3.6 1.27100.00950.224 3.6998.27.4510998.2--?????? ?? = ? ? ??140????? ?? ?? =0.142 m/h 由1.1ψw G G a k a k =查表得 ψ=1 则1.1ψw G G a k a k = =0.0324×0.224×140×11.1=1.016()2 /kmol m S kPa ?? 4.0ψw L L a k a k = =0.142×0.224×132.5×10.4=4.4531kmol/(m 2·s ·kpa) F u u =0.307/0.493=62.27%>50% 由a k u u a k G F G ??????-+=4.1' )5.0(5.91 =[1+9.5（0.6227-0.5）1.4] ×1.016 =1.528 kmol/(m 3·s ·kpa) =[1+2.6(0.6227-0.5)2.2]×4.4531 =4.568 kmol/(m 3·s ·kpa) ''11 1.0431111 1.528 4.5680.72 G G L K a k a Hk a = = =++ ?()2 /s kmol m kPa ?? 由2 202.78 0.4550.973101.30.785 2.4OG Y G V V H m K a K aP = ===ΩΩ??? ' 1.25 1.25 5.777.21Z Z m =?=?= 设计取填料塔的高度为 'Z =8 m 查表,由散装填料分段高度推荐值得： 对D N 38拉西环填料 D h /=2.5，m h 4max ≤ 取D h /=2.5，则 h=2.5×2400=6000 mm 第四节 填料层压降的计算 采用Eckert 通用关联图计算填料层压降。 横坐标为 2.2 ' 1 2.60.5L L F u k a k a u ??????=+- ??????? 0.45512.68 5.77OG OG Z H N m ==?= 5 .0??? ? ??L V V L w w ρρ=0.5 4640.87 1.2005980998.2?? ???= 0.027 查表，D N 38拉西环填料因子平均值为 P Φ=450 m -1 纵坐标为 220.20.20.307*450*1 1.200**3.60.00679.81998.2V P L L u g ρψμρΦ== 查Eckert 关联图得 Z P /?= 40Pa/m 填料层压降为 P ?= 40×8=320 Pa 第四章 辅助设备的设计与计算 第一节 液体分布器和气体分布器的简要设计 一、液体分布器选择 1、液体分布器的选型 在选择液体分布器时，应考虑以下几方面： a.具有与塔填料相匹配的分液点密度，并保证分布均匀 b.操作弹性较大，定位性好 c.为气体提供最大的自由截面率，实现气体均布，而且阻力小 d.抗污性能好，不易赌塞，不易产生物泡沫夹带和发泡 e.结构合理，便于安装、调整和维护 其结构形式有： a.管式喷淋器 其结构形式比较简单 b.莲蓬式喷洒器 一般用于直径600mm 以下的塔 c.盘式分布器 适用于直径800mm 以上的塔 d.槽式分布器 对于大塔径的分布器可采用板式或槽式分布器 该吸收塔液相负荷较大，可采用槽式液体分布器。 第二节 支承板的选用 填料支承板的首要目的是支承填料床层，并且不过分的限制气体和液体的流动，同时也起到重新分布气液两相作用。除非仔细设计，否则支承板会引起塔内过早的发生液泛。因此支承板的设计对塔的压力降和稳定操作范围有直接影响。 填料支承安装在填料层底部，主要有以下几个作用： （1） 阻止填料穿过填料支承而掉下来 （2） 支承操作状况下填料床层的重量 （3） 具有足够的自由面积以使气液两相自由通过 上图列出了集中常见的填料支撑装置。支承装置的选择，主要的依据是塔径、填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流率等。 （用于小塔径的填料支撑） （分块式填料支撑） （整体式填料支撑） （用于散装填料的气液分流式填料支承） 第三节 管子、泵及风机的选用 1、管子的选用 (1) 液体管道的选用 液体的质量流量为 L W =4640.87 kg/h L V = 4640.87/（998.2×3600）=0.00129m 3/s 取液体的流速为2.6m/s 则6 .200129.0412=i d π i d =25 mm 取公称直径g D = 25mm 壁厚 S=3.5mm 外径为D w = 32mm 流速2 0.00129 2.63/1/40.025u m s π= =?? (2) 气体管道的选用 V V =5000/3600=1.39 m 3/s 取气体的流速为12 m/s '21 1.39 412 i d π= 'i d =0.384m= 384mm 取公称直径为 g D =450mm 壁厚 S=9mm 外径为D w =480mm 流速 21.391 0.4504 u π= =8.74m/s 2、管子的阻力的计算 (1)液体的管路计算 0.025 2.63998.2 Re 65631.650.001 du ρ μ ??= = =（3×103<65631.65<3×106） 用顾硫珍公式： λ=0.0056+0.500/Re 0.25 =0.0368 令管子的总长度为（e l l ∑+）=10m )(d l l h e f ∑+=λg u 22 =0.0368×(10/0.025)2.632/(2×9.81)=5.19m f e h g P z h ∑+?+?=ρ/=8+5.19=13.19m (2)气体的管路计算 = = μ ρ du Re 0.3840.065 ?8.74?1.196 =61.75 λ=64/61.75=1.0364 令管路的总长（e l l ∑+）=2.5m )(d l l h e f ∑+=λg u 22 =1.0364×(2.5/0.384)×8.742 /(2×9.81)=25.28m f e h g P z h ∑+?+?=ρ/=25.28+18.2= 43.48m 3、离心泵的选用 选用的离心泵为IS50-32-125型其性能表为： 表4-1 第四节、除雾器的设计与选型 吸收塔均应装备除雾器，在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应该不大于75mg/m3[9] 。 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 １、原料气处理量：5000m3/h。 ２、原料气组成：98％空气＋％的氨气。 ３、操作温度：20℃。 ４、氢氟酸回收率：98％。 ５、操作压强：常压。 ６、吸收剂：清水。 ７、填料选择：拉西环。 三、设计内容 1.设计方案的确定及流程说明。 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的确定 (6) 第三节吸收剂的选择 (6) 第四节操作温度与压力的确定 (7) 第二章填料的类型与选择 (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) 第一节基础物性数据 (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) 第五章塔体附件设计 (20) 第一节塔的支座 (20) 第二节其他附件 (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。根据塔内气液接触构件的结构形式，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，是最常用的气液传质设备之一。传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，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，进行热量和质量的交换。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。 ２、填料塔 填料塔是最常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，填料结构的形式不断更新，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，在某些领域中，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 用Aspen 模拟塔单元操作分为操作模拟和设计计算。两种模拟计算方法有所不同。 1 填料塔操作模拟 模拟已知的填料操作可以用radFrace 和rateFrace模块。 模拟操作是对已有的塔进行操作模拟，塔的结构参数是已知的，通过调节某些参数来与实际生产情况吻合。填料塔操作模拟要有两个难点问题：一是平衡级数的选择，二是调节那些参数选择。 1.1 平衡级数 rateFrace 和radFrace 模块要求输入板数，和板式塔模拟操作一样，操作模拟数据应该是实际塔的参数，这里要输入实际塔的板数。对于板式塔没有问题，但对于填料塔的实际板数如何取？ 作操作模拟时，和rateFrace和radFrace模块板数（平衡级数）可以任意取，只是计算精度的问题。然后，设置填料核算（Pack Rating）中的每段填料高度（Section pack height）与之对应。如：某填料塔实际填料高度15m，进行操作模拟时，塔板数（Number of stages）输入为5，则在下面的Pack Rating 页的Packed height 栏选择Section packed height 并填入3。 这里的实际级数最好不要小于理论级数，在不确定理论级数时应尽量多取。 1.2 调节参数 进行塔操作模拟时，通过调节塔板效率来与实际相吻合。 和板式塔一样，如果不输入塔板效率则系统按选择的计算方法计算塔板效率（这个效率计算方法有两种：Vaporization efficiencies和Murphree efficiencies）。作操作模拟时按计算效率得到的结果和实际值会不一致，这时通过调节塔板效率来与实际相吻合。 2 填料塔设计 填料精馏塔与填料吸收塔的设计计算有所区别，对于单进料的精馏塔，与板式塔设计计算一样，首先用简捷模块计算理论板数，然后radFrace 或rateFrace 模块进行详细计算。无论用那种模块，设计计算都要用到设计规定，通过调整填料高度来满足设计要求。 填料塔设计比板式塔复杂，原因是由于填料塔设计本身的复杂性，设计软件无法依据给定的设计参数，按照某一个不变的设计路线作出最后的设计结果，需要设计者利用各模块的功能，自己设计一个计算路线，完成给定的设计任务。 2.1 用RadFrace计算 1.吸收剂用量的初步估算（手算） 课程设计说明书 题 目：S H S 20-25型锅炉低硫烟煤 烟 气袋式除尘湿式脱硫系统设计 学生姓名： 周永博 学 院： 能源与动力工程学院 班 级： 环工13-1 指导教师：曹英楠 2016年7 月 1 日 内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书 课程名称：大气污染控制工程学院：能源与动力工程学院班级：环工13-1 学生姓名：周永博学号：201320303014 指导教师：曹英楠 技术参数： 锅炉型号：SHS20-25 即，双锅筒横置式室燃炉（煤粉炉），蒸发量20t/h，出口蒸汽压力25MPa 设计耗煤量：2.4t/h 设计煤成分：C Y=75.2% H Y=3% O Y=4% N Y=1% S Y=0.8% A Y=10% W Y=6%； V Y＝18％；属于低硫烟煤 排烟温度：160℃ 空气过剩系数＝1.25 飞灰率＝29％ 烟气在锅炉出口前阻力800Pa 污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。 连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度150m，90°弯头30个。 参考文献： 《大气污染控制工程》郝吉明、马广大； 《环保设备设计与应用》罗辉..北京.高等教育出版社.1997； 《除尘技术》高香林..华北电力大学.2001.3； 《环保设备?设计?应用》郑铭..北京.化学工业出版社.2001.4； 《火电厂除尘技术》胡志光、胡满银..北京.中国水利水电出版社.2005； 《除尘设备》金国淼..北京.化学工业出版社.2002； 《火力发电厂除尘技术》原永涛..北京.化学工业出版社.2004.10； 《环境保护设备选用手册》鹿政理..北京.化学工业出版社.2002.5； 《工业通风》孙一坚主编..中国建筑工业出版社，1994； 《锅炉及锅炉房设备》奚士光等主编..中国建筑工业出版社，1994； 《除尘设备设计》金国淼主编..上海科学技术出版社，1985； 《环境与工业气体净化技术》. 朱世勇主编.化学工业出版社，2001； 《湿法烟气脱硫系统的安全性及优化》曾庭华，杨华等主编..中国电力出版社；《燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例》. 钟秦主编.化学工业出版社，2004； 《环保工作者使用手册》. 杨丽芬，李友琥主编.冶金工业出版社，2001； 《工业锅炉房设计手册》航天部第七研究设计院编.中国建筑工业出版社，1986；《火电厂烟气湿法脱硫装置吸收塔的设计》王祖培编.化学工业第二设计院，1995；《大气污染控制工程》. 吴忠标编.科学出版社，2002； 《湿法烟气脱硫吸收塔系统的设计和运行分析》. 曾培华著.电力环境保护，2002。 二 基础物性参数的确定 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，2 气相物性参数 设计压力：101.3kPa ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，101.3kPa 在空气中的扩散系数为0.17 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 33 2 2 0002 2 293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ??????==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3 m 101.329.27 1.2178.314293.15 V V m P M kg m R T ρ?= = =? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为 51.81100.065()V Pa s kg m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532 101.3 E m P = == 溶解度系数 3 s 998.20.726076.318.02 L H km ol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 11 0.050.05263110.05 y Y y = =-- 出塔气相摩尔比 3 21(1)0.05263(10.98) 1.05310 A Y Y ?-=-=-=? 混合气体流量 33 0.1013(273.1520) 16.10100.1013273.15V N Q Q m h ? ?+==?? 惰性气体摩尔流量 273.15(10.05)636.1622.4 273.1520 V Q V km ol h = ? -=+ 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 1212 L Y Y V Y m X -??= ? -?? 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 20X = m in 0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -?? == ? ?? 取操作液气比为 m in 1.4L L V V ?? = ??? 1.40.7381 1.0333L V =?= 1.0333636.16657.34L kmol h =?= 二基础物性参数的确定 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 相平衡常数 溶解度系数 4物料衡算 进塔气相摩尔比 出塔气相摩尔比 混合气体流量 惰性气体摩尔流量 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 取操作液气比为 Eckert 通用关联图： 气体质量流量为 液体质量流量可近似按纯水的流量计算： Eckert 通用关联图的横坐标为 根据关联图对应坐标可得 由表2-4-1可知 F φ=2601m - 取0.80.8 2.360 1.888/F u u m s ==?= 由 1.737 D===m 圆整塔径（常用的标准塔径有400mm、500mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、 2000mm、2200mm等）本设计方案取D=2000mm。 泛点率校核： 因为填料塔的适宜空塔气速一般取泛点气速的50%-80%，泛点率值在允许范围内。 填料塔规格校核： 2000 808 25 D d ==>（在允许范围之内） 液体喷淋密度校核： max D 取8 h D =，则 计算得填料层高度为4000mm，故不需分段 5.3填料层压降计算 采用Eckert通用关联图计算 横坐标为 由表2-4-1得，1 176 P m φ- = 纵坐标为 查Eckert通用关联图，P ?/Z位于40g~50gPa/m范围内，取 P ?/Z=45g=441.45Pa/m 填料层压降为 ?=441.45?4.0=1765.80Pa P 6液体分布器的简要设计 6.1液体分布器的选型 本设计的吸收塔气液相负荷相差不大，无固体悬浮物和液体粘度不大，加上设计建议是优先选用槽 盘式分布器，所以本设计选用槽盘式分布器。 6.2分布点密度计算 按Eckert建议值，1200 m，由于该塔喷淋密度较小，设计区分喷淋D≥时，喷淋点密度为42点/2 点密度为90点/2 m。 槽宽度为 目录 1.前言 (4) 2.设计任务 (6) 3.设计方案说明 (6) 4.基础物性数据 (6) 5.物料衡算 (6) 6.填料塔的工艺尺寸计算 (8) 7.附属设备的选型及设备 (14) 8.参考文献 (19) 9.后记及其他 (20) 1.前言 填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。而塔填料塔内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。聚丙烯材质填料作为塔填料的重要一类，在化工上应用较为广泛，与其他材质的填料相比，聚丙烯填料具有质轻、价廉、耐蚀、不易破碎及加工方便等优点，但其明显的缺点是表面润湿性能。 1.1填料塔技术 填料塔的塔身是一直立式圆筒，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，并沿填料表面流下。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，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。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，需要进行分段，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部分，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，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。 1.2 填料的类型 填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。 第一部分支架形式模拟 (2) 1.0 普通支架的模拟 (2) 1.1 U－band (2) 1.2 承重支架 (3) 1.3 导向支架 (3) 1.4 限位支架 (7) 1.5 固定支架 (7) 1.6 吊架 (8) 1.7 水平拉杆 (8) 1.8 弹簧支架模拟 (9) 2.0 附塔管道支架的模拟 (11) 3.0弯头上支架 (13) 4.0 液压阻尼器 (14) 5.0 CAESARII可模拟虾米弯，但变径虾米弯不能模拟 (15) 第二部分管件的模拟 (15) 1.0 法兰和阀门的模拟 (15) 2.0 大小头模拟 (17) 3.0 安全阀的模拟 (18) 4.0 弯头的模拟 (19) 5.0 支管连接形式 (20) 6.0 膨胀节的模拟 (21) 6.1 大拉杆横向型膨胀节 (22) 6.2 铰链型膨胀节 (34) 第三部分设备模拟 (42) 1.0 塔 (42) 1.1 板式塔的模拟 (42) 1.2 填料塔的模拟 (44) 1.3 除了模拟塔体的温度，还需模拟塔裙座的温度 (47) 2.0 换热器，再沸器 (48) 2.1 换热器模拟也分两种情况 (48) 3.0 板式换热器 (51) 4.0 空冷器 (52) 4.1 空冷器进口管道和出口管道不在同一侧 (52) 4.2 空冷器进口管道和出口管道在同一侧 (54) 5.0 泵 (56) 6.0 压缩机，透平 (58) 第四部分管口校核 (59) 1.0 WRC107 (59) 2.0 Nema 23 (62) 3.0 API617 (64) 4.0 API610 (65) 第五部分工况组合 (68) 1.0 地震 (69) 2.0 风载 (70) 3.0 安全阀起跳工况 (72) 4.0 沉降 (74) 第一部分支架形式模拟 1.0 普通支架的模拟 1.1 U－band 二 基础物性参数的确定 本设计方案信息如下表所示： 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得， 20C ?时水的有关物性数据如下： 2 气相物性参数 设计压力：101.3kPa ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，101.3kPa 在空气中的扩散系数为0.17 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 332 2 00022293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ?????? ==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3m 101.329.27 1.2178.314293.15 V Vm PM kg m RT ρ?= ==? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为 5 1.81 100.065() V P a s k g m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532101.3 E m P = == 溶解度系数 3s 998.2 0.726076.318.02 L H kmol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 110.05 0.05263110.05 y Y y ==-- 出塔气相摩尔比 321(1)0.05263(10.98) 1.05310A Y Y ?-=-=-=? 填料塔计算和设计 填料塔计算和设计 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】 填料塔设计 2012-11-20 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，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。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的主要因素。填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料根据结构特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，目前工业上使用最为广泛的是波纹填料，分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要包括比表面积、空隙率、填料因子等。1.比表面积：单位体积填料层的填料表面积，其值越大，所提供的气液传质面积越大，性能越优； 2.空隙率：单位体积填料层的空隙体积；空隙率越大，气体通过的能力大且压降低； 3.填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值，它表示填料的流体力学性能，其值越小，表面流体阻力越小。 三、填料塔设计基本步骤 1.根据给定的设计条件，合理地选择填料； 2.根据给定的设计任务，计算塔径、填料层高度等工艺尺寸； 3.计算填料层的压降； 4.进行填料塔的结构设计，结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分。 四、填料塔设计 1.填料的选择 填料应根据分离工艺要求进行选择，对填料的品种、规格和材质进行综合考虑。应尽量选用技术资料齐备，适用性能成熟的新型填料。对性能相近的填料，应根据它的特点进行技术经济评价，使所选用的填料既能满足生产要求，又能使设备的投资和操作费最低。 （1）填料种类的选择 填料的传质效率要高：传质效率即分离效率，一般以每个理论级当量填料层高度表示，即HETP值； 填料的通量要大：在同样的液体负荷下，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料； 填料层的压降要低：填料层压降越低，塔的动力消耗越低，操作费越小；对热敏性物系尤为重要； aspen模拟塔设计（转载） 一、板式塔工艺设计 首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何算？然后再进行下面的计算步骤。（参考） 其次要知道你用的软件（或软件模块）能做什么，不能做什么？你如何借助它完成给定的设计任务。 记住：你是工艺设计者，没有 aspen 你必须知道计算过程及方法，能将塔设计出来，这是你经过课程学习应该具有的能力，理论上讲也是进入毕业设计的前提。只是设计过程中将复杂的计算过程交给 aspen 完成， aspen 只替你计算，不能替你完成你的设计。做不到这一点说明工艺设计部份还不合格，毕业答辩就可能要出问题，实际的这是开题时要做的事的一部份，开题答辩就是要考察这个方面的问题。 设计方案，包括设计方法、路线、分析优化方案等，应该是设计开题报告中的一部份。没有很好的设计方案，具体作时就会思路不清晰，足见开题的重要性。下面给出工艺设计计算方案参考，希望借此对今后的结构和强度设计作一个详细的设计方案，明确的一下接下来所有工作详细步骤和方法，以便以后设计工作顺利进行。 板式塔工艺计算步骤 1.物料衡算（手算） 目的：求解 aspen 简捷设计模拟的输入条件。 内容：(1) 组份分割，确定是否为清晰分割； (2)估计塔顶与塔底的组成。 得出结果：塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率 参考：《化工原理》有关精馏多组份物料平衡的内容。 2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算 目的：结合后面的灵敏度分析，确定合适的回流比和塔板数。 方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。 得出结果：理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比，蒸发率等等RadFarce 所需要的所有数据。 一、设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据 7.熔 根据上式计算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =??=301 314.805 .333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m ?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6?105kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =?= P E 溶解度系数为H=)/(1013.218 106.22.9973 45 kPa m kmol E M s ??=??= -ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式 计算，即 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581 填料塔计算和设计文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256） 填料塔设计 2012-11-20 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，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。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。 二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的主要因素。填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料根据结构特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，目前工业上使用最为广泛的是波纹填料，分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要包括比表面积、空隙率、填料因子等。 1.比表面积：单位体积填料层的填料表面积，其值越大，所提供的气液传质面积越大，性能越优； 2.空隙率：单位体积填料层的空隙体积；空隙率越大，气体通过的能力大且压降低； 3.填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值，它表示填料的流体力学性能，其值越小，表面流体阻力越小。 三、填料塔设计基本步骤 1.根据给定的设计条件，合理地选择填料； 2.根据给定的设计任务，计算塔径、填料层高度等工艺尺寸； 3.计算填料层的压降； 4.进行填料塔的结构设计，结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分。？ 四、填料塔设计 1.填料的选择 填料应根据分离工艺要求进行选择，对填料的品种、规格和材质进行综合考虑。应尽量选用技术资料齐备，适用性能成熟的新型填料。对性能相近的填料，应根据 填料塔计算部分 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020. 二 基础物性参数的确定 1 液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，2 气相物性参数 设计压力： ,温度：20C ? 氨气在水中的扩散系数：92621.7610/ 6.33610/L D cm s m h --=?=? 氨气在空气中的扩散系数： 查表得，氨气在0°C ，在空气中的扩散系数为 2/cm s ， 根据关系式换算出20C ?时的空气中的扩散系数： 3 32 2 00022293.150.171273.150.189/0.06804/V P T D D P T cm s m h ?????? ==?? ? ? ??????? == 混合气体的平均摩尔质量为 m i 0.05170.982929.27V i M y M ==?+?=∑ 混合气体的平均密度为 3m 101.329.27 1.2178.314293.15 V Vm PM kg m RT ρ?===? 混合气体的粘度可近似取空气的粘度，查手册得20C ?空气粘度为 51.81100.065()V Pa s kg m h μ-=??=? 3 气液相平衡数据 由手册查得，常压下20C ?时，氨气在水中的亨利系数 76.3a E kP = 相平衡常数 76.30.7532101.3 E m P === 溶解度系数 3s 998.2 0.726076.318.02 L H kmol kPa m EM ρ= = =?? 4 物料衡算 进塔气相摩尔比 1= 110.05 0.05263110.05 y Y y ==-- 出塔气相摩尔比 321(1)0.05263(10.98) 1.05310A Y Y ?-=-=-=? 混合气体流量 330.1013(273.1520) 16.10100.1013273.15 V N Q Q m h ? ?+==?? 惰性气体摩尔流量 273.15(10.05)636.1622.4273.1520 V Q V kmol h =?-=+ 该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 1212 L Y Y V Y m X -??= ? -?? 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成 20X = min 0.052630.0010530.73810.052630.7532L V -??== ??? 取操作液气比为 min 1.4L L V V ?? = ??? 1.40.7381 1.0333L V =?= 1.0333636.16657.34L kmol h =?= 1212()636.16(0.052630.001053) 0.0499657.34 V Y Y X X L -?-=+== 学校代码： 10128 学号： 201320303014 课程设计说明书 题目：S H S20-25型锅炉低硫烟煤烟 气袋式除尘湿式脱硫系统设计学生：周永博 学院：能源与动力工程学院 班级：环工13-1 指导教师：英楠 2016年 7 月 1 日 工业大学课程设计（论文）任务书 课程名称：大气污染控制工程学院：能源与动力工程学院班级：环工13-1 学生：周永博学号： 4 指导教师：英楠 技术参数： 锅炉型号：SHS20-25 即，双锅筒横置式室燃炉（煤粉炉），蒸发量20t/h，出口蒸汽压力25MPa 设计耗煤量：2.4t/h 设计煤成分：C Y=75.2% H Y=3% O Y=4% N Y=1% S Y=0.8% A Y=10% W Y=6%； V Y＝18％；属于低硫烟煤 排烟温度：160℃ 空气过剩系数＝1.25 飞灰率＝29％ 烟气在锅炉出口前阻力800Pa 污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。 连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度150m，90°弯头30个。 参考文献： 《大气污染控制工程》郝吉明、马广大； 《环保设备设计与应用》罗辉...高等教育.1997； 《除尘技术》高香林..华北电力大学.2001.3； 《环保设备?设计?应用》铭...化学工业.2001.4； 《火电厂除尘技术》胡志光、胡满银...中国水利水电.2005； 《除尘设备》金国淼...化学工业.2002； 《火力发电厂除尘技术》原永涛...化学工业.2004.10； 《环境保护设备选用手册》鹿政理...化学工业.2002.5； 《工业通风》一坚主编..中国建筑工业，1994； 《锅炉及锅炉房设备》奚士光等主编..中国建筑工业，1994； 《除尘设备设计》金国淼主编..科学技术，1985； 《环境与工业气体净化技术》. 朱世勇主编.化学工业，2001； 《湿法烟气脱硫系统的安全性及优化》曾庭华，华等主编..中国电力； 《燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例》. 钟主编.化学工业，2004； 《环保工作者使用手册》. 丽芬，友琥主编.冶金工业，2001； 《工业锅炉房设计手册》航天部第七研究编.中国建筑工业，1986； 《火电厂烟气湿法脱硫装置吸收塔的设计》王祖培编.化学工业第二，1995； 《大气污染控制工程》. 标编.科学，2002； 《湿法烟气脱硫吸收塔系统的设计和运行分析》. 曾培华著.电力环境保护，2002。 一、 设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃ 常压 （二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据 对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据 7.熔 根据上式计算如下： 混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数 表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =??=301 314.805.333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2 /h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数： 在水中亨利系数E=2.6?105kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =?=P E 溶解度系数为H= )/(1013.218 106.22.997345kPa m kmol E M s ??=??=-ρ 2.2物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即 2121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581 ①塔径计算 采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量计算 即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/h Eckert 通用关联图横坐标为 0.011799 查埃克特通用关联图得226.02.0=??L L V F F g u μρρ?φ（查表相差不多） 查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φ Uf=3.964272m/s 取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s 目录 一．设计任务书 (3) 1.设计目的 (3) 2.设计任务 (3) 3.设计内容和要求 (3) 二．设计资料 (4) 1.工艺流程 (4) 2.进气参数 (4) 3.吸收液参数 (4) 4.操作条件 (5) 5.填料性能 (5) 三．设计计算书 (6) 1．填料塔主体的计算 (6) 1.1吸收剂用量的计算 (6) 1.2塔径的计算 (7) 1.3填料层高度的计算 (10) 1.4.填料塔压降的计算 (14) 2.填料塔附属结构的类型与设计 (15) 2.1支承板 (16) 2.2填料压紧装置 (16) 2.3液体分布器装置 (16) 2.4除雾装置 (17) 2.5气体分布装置 (17) 2.6排液装置 (18) 2.7防腐蚀设计 (18) 2.8气体进料管 (18) 2.9液体进料管： (19) 2.10封头的选择 (19) 2.11总塔高计算 (20) 3.填料塔设计参数汇总 (21) 四．填料塔装配图（见附录） (22) 五．总结 (22) 六．参考文献 (23) 附录 (23) 前言 世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实。”如果人类生活在污染十分严重的空气里，那就将在几分钟内全部死亡。工业文明和城市发展，在为人类创造巨大财富的同时，也把数十亿吨计的废气和废物排入大气之中，人类赖以生存的大气圈却成了空中垃圾库和毒气库。因此，大气中的有害气体和污染物达到一定浓度时，就会对人类和环境带来巨大灾难，对有害气体的控制更必不可少。 一．设计任务书 1.设计目的 通过对气态污染物净化系统的工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计的基本方法。培养学生利用所学理论知识，综合分析问题和解决实际问题的能力、绘图能力、以及正确使用设计手册和相关资料的能力。 2.设计任务 试设计一个填料塔，常压，逆流操作，操作温度为25℃，以清水为吸收剂，吸收脱除混合气体中的NH ，气体处理量为1500m3/h，其中含氨1.9%（体积分数）， 3 要求吸收率达到99%，相平衡常数m=0.95。 3.设计内容和要求 1）研究分析资料。 2）净化设备的计算，包括计算吸收塔的物料衡算、吸收塔的工艺尺寸计算、填料层压降的计算及校核计算。 3）附属设备的设计等。 4）编写设计计算书。设计计算书的内容应按要求编写，即包括与设计有关的阐述、说明及计算。要求内容完整，叙述简明，层次清楚，计算过程详细、准确，书写工整，装订成册。设计计算书应包括目录、前言、正文及参考文献等，格式参照学校要求。 5）设计图纸。包括填料塔剖面结构图、工艺流程图。应按比例绘制，标出设备、 ( 目录 一．设计任务书 (2) 1.设计目的 (2) 2.设计任务 (2) 3.设计内容和要求 (2) 二．设计资料 (3) 1.工艺流程 (3) 2.进气参数 (3) ) 3.吸收液参数 (3) 4.操作条件 (3) 5.填料性能 (4) 三．设计计算书 (5) 1．填料塔主体的计算 (5) 吸收剂用量的计算 (5) 塔径的计算 (6) 填料层高度的计算 (8) ' .填料塔压降的计算 (12) 2.填料塔附属结构的类型与设计 (13) 支承板 (13) 填料压紧装置 (13) 液体分布器装置 (13) 除雾装置 (14) 气体分布装置 (14) 排液装置 (15) ] 防腐蚀设计 (15) 气体进料管 (15) 液体进料管： (16) 封头的选择 (16) 总塔高计算 (16) 3.填料塔设计参数汇总 (18) 四．填料塔装配图（见附录） (19) 五．总结 (19) ！ 六．参考文献 (19) 附录 (20) 前言 世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实。”如果人类生活在污染十分严重的空气里，那就将在几分钟内全部死亡。工业文明和城市发展，在为人类创造巨大财富的同时，也把数十亿吨计的废气和废物排入大气之中，人类赖以生存的大气圈却成了空中垃圾库和毒气库。因此，大气中的有害气体和污染物达到一定浓度时，就会对人类和环境带来巨大灾难，对有害气体的控制更必不可少。 一．设计任务书 1.设计目的 ' 通过对气态污染物净化系统的工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计的基本方法。培养学生利用所学理论知识，综合分析问题和解决实际问题的能力、绘图能力、以及正确使用设计手册和相关资料的能力。 2.设计任务 试设计一个填料塔，常压，逆流操作，操作温度为25℃，以清水为吸收剂，吸收脱除混合气体中的NH ，气体处理量为1500m3/h，其中含氨%（体积分数）， 3 要求吸收率达到99%，相平衡常数m=。 3.设计内容和要求 1）研究分析资料。 2）净化设备的计算，包括计算吸收塔的物料衡算、吸收塔的工艺尺寸计算、填料层压降的计算及校核计算。 3）附属设备的设计等。 4）编写设计计算书。设计计算书的内容应按要求编写，即包括与设计有关的阐述、说明及计算。要求内容完整，叙述简明，层次清楚，计算过程详细、准确，书写工整，装订成册。设计计算书应包括目录、前言、正文及参考文献等，格式参照学校要求。 目录 第一章前言 (2) 1.1 塔设备设计简介 (2) 1.2 填料塔结构简介 (2) 第二章设计方案的确定 (3) 2.1 装置流程的确定 (3) 2.2 吸收剂的选择 (3) 2.3 填料的选择 (3) 2.4 材料选择 (3) 第三章工艺参数 (4) 第四章机械设计 (5) 4.1 塔体厚度计算 (5) 4.2 封头厚度计算 (5) 4.3 填料塔的载荷分析及强度校核 (5) 4.4 塔体的水压试验 (6) 4.4.1 水压试验时各种载荷引起的应力 (6) 4.4.2 水压试验时应力校核 (7) 第五章零部件选型 (8) 5.1 人孔 (8) 5.2 法兰 (8) 5.3 除雾沫器 (8) 5.4 填料支撑板 (8) 第六章总结 (9) 参考文献 (10) 第一章前言 1.1塔设备设计简介 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。塔设备的设计主要包括填料的选择、塔径的计算、填料层总高度的计算、压力降的计算、结构设计、机械设计等方面。其中塔设备的机械设计为本设计的主要部分，包括设计计算塔体壁厚，考虑操作压力、内件及物料重力、荷载等条件，进行塔体应力校核，水压试验等。本设计选用填料塔为设计对象，在操作压力为101.3kpa，温度为20摄氏度时，完成填料塔的机械设计。 1.2填料塔结构简介 填料塔的塔身是一直立式圆筒，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，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经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，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。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。 图1-1 填料塔结构图 填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量肖，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。填料塔计算部分
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填料塔设计—机械设计
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