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目 录第一章 概述21.1吸收的目的21.2吸收塔的用途21.3设计方案的确定3第二章 填料吸收塔概况52.1 填料吸收塔基本结构52.2 流向选择62.3 吸收剂的选择62.4 填料的相关内容7第三章基本数据103.1操作条件103.2相关物性参数103.3 设计参数103.3基本数据换算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235.1筒体的设计235.2 封头的设计235.3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275.8填料支撑装置的设计275.9手孔的设计275.10吸收塔支座设计285.11气体进料管设计285.12液体出料管设计285.13气体出料管设计295.14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1.1吸收的目的在化学工业中，经常需将气体混合物中的各个组分加以分离，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。1.2吸收塔的用途塔设备是炼油、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，液体自塔顶沿填料表面下流，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。1.3设计方案的确定确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理、生产可行的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。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则，流程布置和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，首先必须保证产品达到任务规定的要求，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。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则，符合经常生产费用和设备投资费用的综合核算最经济原则，符合有用物料高回收率、低损耗率原则，也即近代所提出的“优构低耗高效”原则。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高低，一方面影响到冷却水用量，另方面也影响到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。降低生产成本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，每一个工艺参数的确定，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合适等，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，选择最佳方案。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进方案和改进措施，并尽可能采用国内外最新技术成果。 4、方案的安全性对易燃、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，因而需要安全装置。5、方案的可靠性和稳定性 现代化生产应优先考虑运行的安全可靠和操作的稳定易控这一原则。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安全生产的技术和设备。以上几项原则在生产中都是同样重要的。但在化工原理课程设计中，对第一个原则应作较多的考虑，对第二个原则只作定性的考虑，而对其他原则只要求作一般的考虑。第二章 填料吸收塔概况2.1 填料吸收塔基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表面下流，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；液体则相反，其中可溶组分的浓度则由上而下连续的增高。气体经过塔顶的出气管排出，液体则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；这种曳力过大时会妨碍液体的顺利流下，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，由于填料结构的改进，新型的高效高负荷填料的开发，既提高了塔德通过能力和分离效能，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进，到目前为止，各种形式各种规格的填料已有几百种之多。填料改进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，以提高分离效率。填料应具有尽可能多的表面积以提供液体铺展，形成较多的气液接触截面。单位填充体积所具有的填料表面称为比表面积a ，单位为m 。对同种填料，小尺寸填料具有较大的比表面积，但填料过小不但造价高而且气体流动的阻力大。在填料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部分，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、单位体积填料的表面积需大，且填料表面易被液体润湿；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，如图所示为几种填料型式。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。且拉西环填料的内表面润湿率较低，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表面积和空隙率，但鲍尔环在其侧壁上的小孔可供气液流通，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，且分离效率较高，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基础上又有提高，其生产能力可提高约10%，压降则可降低25%，且由于填料间呈多点接触，床层均匀，较好地避免了沟流现象。阶梯环一般由塑料和金属制成，由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料，因此获得广泛的应用。l 弧鞍型填料一种表面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，使填料有效表面降低，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，比表面积很大。由于毛细管作用，填料表面润湿性能很好。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分离物系的分离。 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。填料表面的液膜更新好，传质单元高度明显低于瓷制矩鞍填料，是现代工业性能优良的一种散装填料。l 网体填料网体填料是一种以金属网或多孔金属片为基本材料制成的填料。它可制成不同形状，如网环和鞍形网等。网体填料的特点是网材薄，填料尺寸小，比表面积和空隙率都很大，液体均布能力强。因此，网体填料的气体阻力小，传质效率高。但是，这种填料的造价过高，在大型的工业生产中难以应用。l 规整填料是将金属丝网或多孔板压制成波纹状并叠成圆筒形整块放入塔内。对大直径的塔，可分块拼成圆筒形砌入塔内。这种填料不但空隙率高压降低，而且液体按预分布器设定的途径流下，只要液体的初始分布均匀，全塔填料层内的液体分布良好，克服了大塔的放大效应，传质性能高。但填料造价高，易被杂物堵塞且难以清洗。目前，丝网波纹和板波纹填料已较广泛地用于分离要求高的精馏塔中。本课程设计选用25mm鲍尔环瓷制乱堆，其具体参数性质如下比表面积a=220/m；空隙率=0.76m/m；塔内单位体积床层具有的个数为48000，对于乱堆填料来说，是一个统计数字，它与塔径装填发法（干装填充水装填等），使用时间长短等均有关系。因此各种资料上面的填料特性数据往往都有出入，一般在10-15%之间。对于乱堆鲍尔环也是如此。第三章 基本数据3.1操作条件操作压力101.3 kpa，操作温度25，操作液气比为最小液气比的1.5倍。3.2相关物性参数25时水的黏度= 0.8937 mpas,对于水=1；水的摩尔质量M=18kg/kmol；25时水的密度：997.05 kg/m；标准状况下T=273.15k,P=101.3kpa；标准状况下空气的密度：1.29kg/m；空气的摩尔质量M=29kg/kmol；3.3 设计参数处理量为1000 m3/h（25、101.3 kpa），混合气体中乙醇的摩尔分率为 2%；设计气速为泛点气速的70%，吸收率为95%，总传质系数Kya=0.028kmol/（m3s）填料层高度取20%的裕量。3.3基本数据换算根据标准状况下理想气体状态方程PV=NRT,将操作条件下的处理量换算成标准状况的处理量：由V0= V代入数值：V0=1000 m3/h=916.15 m3/hG0= V0/(22.4*3600)=916.15/(22.4*3600)kmol/s=0.01136 kmol/s第四章 塔高、塔径及压降的计算4.1 乙醇-水气液平衡相图依据乙醇-水气液平衡数据绘制气液平衡相图。X00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.008Y（）00.3830.7981.2511.7362.2652.8323.4404.104X0.0090.0100.0120.0140.0150.0200.0300.035Y（）4.8155.5607.2409.14210.1812.9519.5523.05表4-1 气液平衡数据图4-1气液平衡相图4.2 吸收剂用量、塔径、压降及填料层高度的计算吸收剂用量可以根据过程的物料衡算，依据最小液气比确定，根据混合气气体的进出口组成得到，并且由已知得： =0.02由公式得=0.001由上图可以得到乙醇水气液相平衡曲线方程为y = 0.6803x - 0.0008其= 0.9957； 根据气液平衡相图读得当= 0.02 时由上述公式得到，x1e= 0.03 ，并且因为是纯水作为吸收液因此x2=0最小液气比实际液气比因为有上述转换得标准状况下 =0.01136 kmol/s所以液体流量=0.01079 kmol/s依据对全塔进行物料守恒关系式得：可得x1：X1=0.02由,依据乙醇-水相平衡图，读得。过程平均推动力理想气体满足PV=nRT所以经过换算得：在25时， G=0.01136kmol/s；L=0.01079kmol/s因为气体和液体的质量流量和，其计算公式分别是；上述计算过程中因为乙醇空气混合气体因为其中乙醇气体所占比重只有2%，对混合气体平均摩尔分数的贡献不大，因此用空气的摩尔质量代替；此外由于吸收剂是纯水，因此计算时以水的近似摩尔数代替由式依据填料塔和压降的通用关联图即埃克特（Eckert）泛点关联图，其纵坐标表达式为 或，而横坐标表达式为或或得到一下埃克特泛点关联图： 图4-2 泛点气速关联图上述式中：空塔气速，m/s;,气体和液体的质量流速，kg/(ms); 气体和液体的密度，； 气体和液体的质量流量，； 气体和液体的体积流量，； 液体的粘度，mPa.s; 填料因子，; 水的密度和液体的密度之比；g 重力加速度9.81；计算得当横坐标为0.02时其纵坐标为：已知，在25时=0.8937mpas,l 当填料塔选用尺寸（）为2525瓷质鲍尔环； 堆积方式为乱堆； 比表面积a为220； 空隙率为0.76；每立方米堆积个数为48000个；堆积密度为505；填料因子时；下表 为集中常用填料的特性数据，如附表所示：则液泛气速因为液泛气速为操作气速的最大极限速度，所以操作气速必须小于液泛气速，一般取操作气速为液泛气速的50%80%，即泛点率（操作气速与液泛气速的比值）约为0.50.8。若泛点率小，操作气速小，压力降小，能耗低，操作弹性大；但塔径增大，设备投资高，生产能力低，同时不利于气、液充分接触，致使分离效率低若泛点率取值过大，压力降大，能耗多，且操作不平稳，难以控制，分离效果更差。因此，泛点率应根据具体情况而定。大多数情况下，泛点率应选在0.60.8之间。这次课程设计中取设计气速为泛点气速的70%，则设计气速为u=0.7uf=0.7*2.6=1.82m/s.(说明在正常操作范围)P141教材图4-3 埃克特图 依据化工原理陈恒敏第三版P142填料塔和压降的通用关联图，纵坐标为0.12，横坐标为0.02的点落在每米填料的等压线上，即此时每米填料层压降为1000Pa。气体体积流量所需塔内径m圆整后取0.45m由于：塔径（D/mm）圆整间隔举例70050或100如：600、650、700700D1000100如：700、800、900D1000200如：1000、1200、1400表4-2 塔径圆整规律标准故塔壁厚d=3mm+2mm=5mm塔外径Do=(450+5)=455mm故本设备塔外径为455*5mm。填料种类D/d的推荐值拉西环2030鞍环15鲍尔环1015阶梯环8环矩鞍8表4-3 不同填料D/d推荐表D/d=450/25=18基本上满足上述要求并且l 液体喷淋密度核算填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量，其计算式为 式中： U液体喷淋密度，m3/(m2h); Lh液体喷淋 D填料塔直径，m为使填料能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以Umin表示 式中： Umin最小喷淋密度，m3/(m2h); 最小润湿密度，m3/h; 填料的总比面积，m2/m3最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。其值可由经验公式计算，也可采用一些经验值。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率(LW)min为0.08m3/(mh);对于直径大于75mm的散装填料，可取 (LW)min为0.12m3/(mh)。因此查表 得25mm瓷质乱堆鲍尔环填料为220所以m/(mh)经以上校核可知，填料塔直径选用合理 3 填料层高度计算l 求气相总传质单元数：脱吸因素法液体质量通量为气体质量通量为脱吸因数为l 求传质单元高度计算由以上计算求得塔内径Di=443mm，故气相流率 依据物料守恒：可得： 已知Ky，a=0.028kmol/(m3s)，所以传质单元高度：气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：湿润表面积：气膜传质系数：液膜传质系数：式中：填料的湿润表面积，； 填料的比表面积，； ，分别是气相与液相的质量流率，；气相传质系数，；液相传质系数，；溶质在液相中的扩散系数，；溶质在气体中的扩散系数，；R气体常数，8.314；T气体温度，K；C关联系数，小于1/2英寸的环形和鞍形填料取0.2，其余尺寸取5.23；气体粘度，Pas;流体密度，；液体表面张力，；填料材质的临界表面张力，；形状态修正系数材质表面涂石蜡聚四氯乙烯聚苯乙烯路氯乙烯石墨2018.5313340材质陶瓷玻璃钢处理后聚乙烯*处理后聚丙烯*5561737554表 4-4 不同材质的临界表面张力值查表知陶瓷制填料临界表面张力值为通过查表得知:25下水()的粘度系数表中X、Y值分别是10.2和13.0，粘度为0.8937；查得已知298.15K下水的表面张力为 Nm-1； 一般有机化合物可按分子式由表45查相应的原子扩散体积加和得到，某些简单物质则在表4-5种直接列出。系统温度/K扩散系数/(10-5m2/s)系统温度/K扩散系数/(10-5m2/s)H2空气2736.11甲醇空气2731.32He空气3177.56乙醇空气2731.02O2空气2731.78正丁醇空气2730.703Cl2空气2731.24苯空气2980.962H2O空气2732.20甲醇空气2980.8442982.56H2CO2736.513323.05H2CO22735.50NH3空气2731.98H2N22736.89CO2空气2731.382947.632981.64H2NH32987.83SO2空气2931.22HeAr2987.29表45 某些二元气体在常压下（）的扩散系数l 因为则298.15，101.3下，在空气中的扩散系数为l 查表得：乙醇在水中的扩散系数由式 进行估算（陈敏恒等主编. 化工原理.下册. 化学工业出版社， 2006）溶剂缔合因子，当溶剂是水的时候；组分A在常沸点下的摩尔体积，；乙醇在水中的扩散系数参数空气的粘度：汇总：陶瓷制填料临界表面张力值；液相： 水的密度；粘度= 0.8937；298.15K下水的表面张力= ；乙醇在水中的扩散系数参数气相： ；空气的粘度：；在空气中的扩散系数为同理得：；气膜传质系数由下式计算：的计算；取；的计算C取5.32；由 得，m=0.6803;则 由 由 ；设计取填料层高度为：Z=9.54m;填料类型h/DH/m拉西环2.54矩鞍586鲍尔环5106阶梯环8156环矩鞍5156表4-6 散装填料分段高度推荐值对于鲍尔环来说：取则h=D所以填料分两层，每层4.77m,共9.54 m。l 填料层压降计算：采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为：查表得：纵坐标为：查图得，填料层压降为：第五章 塔的结构设计5.1筒体的设计在压力不是太高，筒体有钢板卷焊而成和取自大口无缝钢管的两种，直径较大的一半用钢卷制，其内径必须符合公称直径的数值，并且均为整数。直径较小的筒体，为方便计算，课选用适当的无缝钢管，由于钢管内径会因不同厚度规格而变化故取外径为筒体的公称直径，本塔的公称直径为Do=450*5mm。所需塔内径D=0.45m由于：故塔壁厚d=3mm+2mm=5mm3mm-塔壁必须保证的基本厚度；2mm-塔壁的腐蚀裕量。塔外径Do=(450+5)=455mm故本设备塔外径为f455*5mm。5.2 封头的设计化工容器上常用的封头型式有半球形、椭圆形、五折边球形、锥形和平板盖。因本次设计中所涉及的塔顶压力不是太大，故可选择结构较为简单的平顶盖上封头。平板盖封头的几何形状包括圆形、椭圆形、长圆形及方形等几种。本次选用圆形。平板封头的厚度计算是以薄板理论为基础。因塔顶上封口处设有气体出料管。塔底要承载液体，故选择椭圆形封头。标准椭圆形封头的长短轴之比为2，型号及尺寸按JB1154-73椭圆形封头型式与尺寸的规定，长轴即为筒体的直径，短轴即为长轴的一半。塔底椭圆封头的部分尺寸如下：封头内径Di=443mm封头外径Do=448mm封头高度：h=180mm。5.3除沫器的设计 在空塔气速较大，塔顶溅液现象严重，以及工艺过程不允许出塔夹带雾滴的情况下，需设置除沫器，从而减少液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后续设备的正常操作。除沫器有丝网除沫器、折流板除沫器、旋流板除沫器等。其中丝网除沫器又可分为平放式除沫器、导液式除沫器、多通道二级除沫器。 此次设计选择丝网平放式除沫器。丝网除沫器具有比表面积大重量轻孔隙率大以及使用方便等优点，尤其是它具有除沫效率高，压力将小的特点，从而是使用最广泛的除沫装置。 丝网除沫器适用于清洁气体，不宜用在液滴中含有或易折出固体物资的场合（如碱液、碳酸氢氨溶液等），以免液体蒸发后留下固体堵塞丝网。当雾沫中含有少量悬浮物时，应经常冲洗。丝网除沫器常用的设计气速为13ms。丝网层的适宜厚度应按工艺条件实验确定。对于金属丝网，当丝网直径为0.0760.4mm、网层密度为48530m时，在适宜的气速下，丝网层的续液厚度约为2550mm，取网层厚度为100150mm，就能把气体中绝大部分雾滴分离下来。除沫要求严格时，可以取厚些或采用两段丝网。当合成纤维直径诶0.0050.03mm时，制成的网应压紧到密度为110160m，网层厚度一般取50 mm.平放式丝网除沫器由于截面积较大而不易发生二次夹带除沫效果较高，用于蒸馏和吸收操作，由于夹带的液滴较大，当操作不高时除沫效率可达99.5%，对的液滴也能有效的除去。当丝网厚度为100150mm时，通过除沫网的压降为。除沫器的直径计算如下所示丝网除沫器的直径D由允许气速决定，最大允许气速可由经验公式计算： 式中 ，分别为液体与气体的密度，； 经验参数，按不同类型丝网取值，见表 ：类型堆积密度/（）空隙率/%比表面积/（）K使用条件标准型（N）型144982792950.1070.116所有场合高效型（SL）型19219397.53753770.1070.108需求高效场合高穿透率（H型）80112991582130.1220.129高通量，高粘度多股型(R型)43294.517800.055除10.8的雾沫缠绕型（W型）20822497.23944280.076表5-1几种除沫器属性查上表，选择标准（N）型，取K为0.11则而操作气速设计气速为1.82m/s， 大致满足要求，又 V=916.15网层厚度取50 mm为了达到预期的除沫效率，在丝网除沫器的上方和下方，都应留有适当的分离空间。对于装于塔顶的除沫器，当进料液和回流液无闪蒸时，除沫器的安装位置如设计图所示：5.4 液体进料管的设计液体进料管允许液体流速为1.51.8 ms高度取120150mm取u=1.6m/s壁厚取4mm高度取135mm外径214mm查得标准管径为f20*4mm。5.5 喷淋装置的设计 根据液体在塔中的分布是否均匀，选不易堵塞，压降小，结构简单，制造安装方便的莲蓬头喷淋装置。 液体通过莲蓬头上均匀分布开在球面上的小孔，借助压差计使液体喷出。通过莲蓬头压降一般为0.989.8kpa，本处采用1.5 kpa的压降。莲蓬头式分布器，多用于600mm以下的塔中，缺点是小孔易堵，雾沫夹带严重，操纵性能随压差而变。 喷头直径d=0.25Di=0.25*443=111mm厚度 4mm小孔直径d0=3mm小孔数n输液能力计算 上式中，F-流量系数，在0.82-0.85范围内,本次设计取0.82 f-小孔面积，f=n*0.785d02； h-空口以上液柱高度，。喷头安装位置距填料的距离H=0.8Di=0.8*443=354mm；喷头直径dL=tan29*2*0.8*443=400mm；因为莲蓬头式分布器喷洒角小于180，取120弯曲半径R=（2-3）外径，此次设计取3倍， R=3*20=60mm。5.6 法兰的设计法兰连接由一对法兰，若干个螺栓、螺母和一个垫片所组成。当设备或管道工作时，介质内压有将法兰分开，并降低密封面与垫片间压力的趋势。为此，设备或管道在开工操作前，螺栓，螺母就需拧紧至给垫片以一个适当的预紧力。显然，这个预紧力与垫片的材料有关。而且与垫片的宽度有关，垫片越宽，所需的预紧力越大。本设计因压力不高而选用因制造容易而被广泛采用的甲型平焊法兰，具体参数参考GB115873。5.7 填料板压板的设计对防止填料层在气体压力差和符合波动引起的冲击作用下发生的攒动和膨胀，对任何填料塔都必须安装填料压板或床层限制板。 填料压板：使用于固定陶瓷填料层，凭自身的重量限制填料松动，无需固定于塔壁。其关键的压强常设计为1100pa左右。此外自由界面率不应少于70%，以减少阻力，其形式分为栅条压板式和丝网压板等。5.8填料支撑装置的设计填料层底部的支撑板在设计中往往容易被忽略，因而造成阻力过大，容易导致液泛等问题，特别是孔板式支撑板此缺点较为突出。从化工要求来说支撑板应满足二个基本条件：（1）自由截面不小于填料的孔隙率；（2）其强度足以支撑上面填料的重量。用坚扁钢组成的栅板，通过常能满足这一要求。扁钢条之间的距离宜为填料外径的0.6-0.8倍左右。在直径较大的塔中，也可用较大的间距，上面再放一层十字隔板式陶瓷。然后再在上面堆放拉西环。本次设计选用鲍尔环。故堆放在鲍尔环上面。当用栅板结构不能满足上述两个基本条件时，可采用升气管式支撑板。气相从气管的齿缝走，而液相由小孔及部分由齿缝的底部溢流下去。当有足够的齿缝面积时这种结构甚至能达到超过100%（对于塔的横截面而言）的气相自由截面率。5.9手孔的设计手孔最简单的结构形式是在接管上安装一块盲板，这种结构用于常压和低压，以及不需要经常打开的场合。回转盖快开手孔，采用铰链螺栓紧固和回转盖结构，是开启较为方便。因此，用于要求经常开启的低压设备。需要快速启闭的手孔，应设置快速押金装置。常压快开手孔采用卡板和球形手柄将手孔压紧。这种结构启闭迅速，但压紧时，密封不好，只能用在常压操作的设备。旋柄快开手孔只需转动手柄就可以将盖子和法兰上紧。受力较常压快开手孔均匀，可用在低压操作的设备。操作压力在2.5MPa以上时，应采用对焊法兰手孔。手孔的直径应使工人带手套并握有工具的手能顺利通过。手孔的直径不宜小于150mm,一般为Dg150mm 、Dg250mm 。本实验手孔采用1654.5。5.10吸收塔支座设计悬挂式支座亦称耳式支座，是立式容器中用的极为广泛的一种，尤其是中小型设备。它通常是用数块钢板焊接而成，亦可用从钢板上切下一条直线弯成。耳式支座通常由底板及肋板组成，底板的作用是与基础接触并连接，肋板的作用是增加支座的刚性，使作用在容器上的外力通过底板传递到支撑梁上。支座的肋板不应有尖角，应做成图中所示形状。国外常用一种具有横向板的耳式支座，此种支座横向板均需用连续焊缝，坚持肋板与壳体由支座集中载荷所产生的应力状态。每台设备一般配置两个或四个支座，必要时也可以多一些，但在安装时不容易保证每个支耳在同一平面上，也就不能保证每个耳座受力均匀。焊接在每个支座上的肋板数目是根据作用在支座上载荷大小决定的，小水箱和轻型设备的支座可用角钢做成。JB1165-80悬挂式支座上，是采用具有两块肋板和一些底板做成的焊接结构。5.11气体进料管设计为避免气体淹没通道，使气体沿塔截面分布均匀，防止破碎填料进入气体进料管，故选用侧面挡板式进气，选用普通的无缝钢管。部分尺寸计算如下：,取u=15m/s管径 d=147mm故取d=160mm，;实际气速在1020m/s范围内。5.12液体出料管设计液体出料管位于塔底承受一定压力，用焊接钢管取流速u=1.5m/s 管径 5.13气体出料管设计气体出料管位于塔顶，采用GBB163875.14泵的选择本次设计采用清水泵，清水泵是应用最广的离心泵。在化工生产中用来输送各种工业用水以及物理，化学性质类似于水的其他液体，采用IS100-80-125。第六章 填料吸收塔主要尺寸填料层高度：H= 9540 mm塔径：D=450*5 mm板压降：P= 9.54 Kpa出料管留在塔外的部分：210 mm除沫器据塔顶的距离：400 mm莲蓬头距填料层顶： 330 mm手孔中线距填料层底部：180 mm进气管中心线距填料层底部：400 mm进气管中心线距塔底： 800mm则整个填料塔高度为： 12770 mm设计小结经过这次长达几个星期的化工原理课程设计的前期准备以及设计计算、制作，我对之前所学的理论知识有了进一步的了解和认识。熟悉了工程设计的基本内容，以及工程设计中的一些贯彻思想，例如方案选定不仅具有技术可行性，还要有经济上的计算选择和安全生产的保证。当然课程设计也是对自己分析和解决实际问题能力的培养，还树立了实事求是，高度负责的工作态度和思想。课程设计中许多步骤和环节需要自己综合分析并作出最佳选择。如设计方案的选择和论证，要对拟方案从技术及经济上比较论证，说明所选方案的适宜性与优越性，然后确定工艺流程。因而课程设计能很好地锻炼我们的工作实践能力。通过本次课程设计，使我对从填料塔设计方案到填料塔设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。它相当于实际填料塔设计工作的模拟。在课程设计过程中，基本能按照规定的程序进行，先针对填料塔的特点和收集、调查有关资料，然后进入草案阶段，其间与指导教师进行几次方案的讨论、修改，再讨论、逐步了解设计填料塔的基本顺序，最后定案。设计方案确定后，又在老师指导下进行扩初详细设计，并计算物料守衡，传质系数，填料层高度，塔高等；最后进行塔附件设计。在这次课程设计中，我在以下方面的能力得到培养和训练。第一，综合运用化工原理和有关课程所学知识和联系化工实际单元操作的实践的能力。以前在学习化工原理很多实际操作中的选型，计算方法没有形成一个完整的模式，很多知识在头脑中相当零碎，而在这次课程设计中，从最小回流比的确定到负荷性能操作线的作取，很自然地使知识有机地结合在一起。第二，查阅资料和标准，正确选用公式，图表的能力，在设计中常常需要从大量资料中查取所需要公式，图表，刚开始觉得非常繁多，但必须静下心来仔细查阅，经过这几天也培养了自己做事的耐心。第三，在设计时，树立正确设计思想，培养工程意识，提高分析工程问题的能力。工程不同于理论，它需要进一步与经济效益等各方面挂钩，必须全方位考虑，综合设计任务找到工程与经济的最佳结合点，而作为环境工程专业，尽量选用环保节能的设备也很重要。第四，文字和工程语言正确表达设计思路的能力。在设计书上尽量用表格，算式，图表等真观手段表达思路。第五，在设计时，每个题目由十个人合作一起完成，这样组员间可以相互讨论，所以我们也学会了团结，明白了团结的力量。总之，这次课程设计我获益匪浅。致谢本次课程设计要特别感谢指导老师杨嘉谟的热心帮助和教导，同时感谢在设计过程中同学们的帮助和指点。第一次自己完成一项大型的作业，水平有限，经验不足，设计中难免会有不足之处，请老师批评指正。参考文献：1、化工原理，陈敏恒等编（下册）. 化学工业出版社, 20062、化工原理课程设计, 天津大学化工原理教研室编3、化学工程手册，第1篇，化学工程手册编委会. 化学工业出版社19804、化工设备设计，聂清德主编. 化学工业出版社, 19915、环保设备设计与应用，罗辉等编. 高等教育出版社, 19976、工业塔规整填料应用手册，刘乃鸿主编.天津大学出版社, 19937、化工容器及设备，张石铭主编。湖北科学技术出版社，19848、王树楹主编. 现代填料他技术指南. 中国石化出版社， 19989、莱恩哈特毕力特著. 填料塔. 化学工业出版社， 199810、 谢端绶等合编. 第一册. 常用物料物性数据. 化学工业出版社. 1982附表附表一几种常用填料的特性数据填料尺寸尺寸 mm材质及堆积方式比表面积(a)m2/m3空隙率()m3/m3每m3填料个数堆积密度kg/m3干填料因子(a/3)m-1填料因子()m-1注拉西环10101.510100.525252.525254.550504.550504.55050180809.576761.5瓷质乱堆钢质乱堆瓷质乱堆钢质乱堆瓷质乱堆瓷质乱堆钢质乱堆瓷质乱堆钢质乱堆4405001902209312411076680.700.880.780.920.810.720.950.680.95720103800103491035510361038.8310371031.911031.8710370096050564045767343071440012807404002901773391302438015001000450260205175280105直径高厚鲍尔环252525250.62550504.550500.9瓷质乱堆钢质乱堆塑料乱堆瓷质乱堆钢质乱堆2202092091101030.760.940.900.810.954810361.510351.110361036.210350548072.645735530016017013066直径高直径阶梯环2512.51.433.5191.0塑料乱堆塑料乱堆223132.50.900.9181.510327.210397.857.5172115直径高厚弧鞍形252550瓷质钢质钢质2522801060.690.830.7278.110388.51038.871037251400645360148矩鞍形253.3507瓷质瓷质2581200.7750.7984.61039.4103548532320130名义尺寸厚网环鞍行网压延孔环881066镀锌铁丝网1030110013000.9360.910.962.121064.5610610.210649034035540目，丝径0.230.25mm；60目，丝径0.152mm附表二 共轭环填料的特性数据名称高径厚mm比表面积m2/m3空隙率m3/m3个数个/m3堆积重度kg/m3干填料因子m-1不锈钢1623160.43130.96211250340354不锈钢2525250.71850.9575001363.6216不锈钢3838380.91160.9619500332.7131不锈钢5050500.8860.96977226897不锈钢7676760.8810.953980246.894.5塑料38型34401.51300.931865061.3162塑料38型38371.51420.911632180.0188塑料39型38371.51430.911697376.9190塑料50型40501.41040.86920084.8164附录三 部分符号说明表36
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