填料吸收塔课程设计

n在设计吸收装置时，必须事先规定或已知：在设计吸收装置时，必须事先规定或已知：n 在单位时间所应处理的气体总量；在单位时间所应处理的气体总量；n 气体组成；气体组成；n 被吸收组分的吸收率或排出气体的浓度；被吸收组分的吸收率或排出气体的浓度；n 所使用的吸收液；所使用的吸收液；n 操作温度和压力。操作温度和压力。吸收吸收溶质与溶剂是否发溶质与溶剂是否发生显著的化学反应生显著的化学反应化学吸收化学吸收物理吸收物理吸收混合气体进入液相混合气体进入液相的组分的组分单组分吸收单组分吸收多组分吸收多组分吸收过程进行中温度的过程进行中温度的变化情况变化情况等温吸收等温吸收非等温吸收非等温吸收我们的设计任务均为单组分、等温的物理吸收过程我们的设计任务均为单组分、等温的物理吸收过程洗油脱除煤气中粗苯流程简图洗油脱除煤气中粗苯流程简图吸收塔过程的原则流程吸收塔过程的原则流程1-吸收塔；吸收塔；2-富液泵；富液泵；3-贫液泵；贫液泵；4-解吸塔解吸塔n长期的研究，开发出许多性能优良的填料，如图是几种填料的长期的研究，开发出许多性能优良的填料，如图是几种填料的形状。形状。拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环弧鞍形填料弧鞍形填料矩鞍形填料矩鞍形填料网网环环波纹填料结构波纹填料结构阶梯环阶梯环金属鞍环金属鞍环n按填料结构及其使用方式可以分为按填料结构及其使用方式可以分为散堆填料散堆填料和和规整填料规整填料。规规整整填填料料格栅填料格栅填料格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等栅填料等 波纹填料波纹填料金属丝网波纹填料、金属孔板波纹填料、金属丝网波纹填料、金属孔板波纹填料、金属压延孔板波纹填料金属压延孔板波纹填料脉冲填料脉冲填料脉冲填料脉冲填料散散堆堆填填料料拉西环拉西环拉西环拉西环填料填料鲍尔环鲍尔环金属鲍尔环填料、塑料鲍尔环填料、改型金属鲍尔环填料、塑料鲍尔环填料、改型鲍尔环填料鲍尔环填料 阶梯环阶梯环金属填料、塑料阶梯环金属填料、塑料阶梯环弧鞍填料弧鞍填料弧鞍填料弧鞍填料 矩鞍填料矩鞍填料瓷质、聚丙烯矩鞍填料瓷质、聚丙烯矩鞍填料环矩鞍填料环矩鞍填料金属环矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料球形填料聚丙烯浮球填料、多面空心填料聚丙烯浮球填料、多面空心填料n 比表面积比表面积n单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以 a 表示，其单表示，其单位为位为m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。 n 空隙率空隙率n单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以 表示，其单表示，其单位为位为m3/m3，或以，或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过的表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。一重要指标。n 填料因子填料因子n填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/ 3，称为，称为填料因子，以填料因子，以 表示，其单位为表示，其单位为1/m。填料因子分为干。填料因子分为干填料因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时的填料因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时的 a/ 3 称称为干填料因子，它反映填料的几何特性；填料被液体润为干填料因子，它反映填料的几何特性；填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，湿后，填料表面覆盖了一层液膜，a和和 均发生相应的变均发生相应的变化，此时的化，此时的a/ 3 称为湿填料因子，它表示填料的流体称为湿填料因子，它表示填料的流体力学性能，力学性能， 值越小，表明流动阻力越小。值越小，表明流动阻力越小。2.填料的性能评价填料的性能评价 填料性能的优劣通常根据填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件衡量。在相同的操作条件下，填料的比表面积越大下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的空隙率效率越高；填料的空隙率越大，结构越开敞，则通越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。采量越大，压降亦越低。采用模糊数学方法对九种常用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价用填料的性能进行了评价，得出如下表所示的结论，得出如下表所示的结论。填料名称填料名称评估值评估值语言值语言值排序排序丝网波纹填料丝网波纹填料0.86很好很好1孔板波纹填料孔板波纹填料0.61相当好相当好2金属金属Intalox0.59相当好相当好3金属鞍形环金属鞍形环0.57相当好相当好4金属阶梯环金属阶梯环0.53一般好一般好5金属鲍尔环金属鲍尔环0.51 一般好一般好6瓷瓷Intalox0.41 较好较好 7瓷鞍形环瓷鞍形环0.38略好略好8瓷拉西环瓷拉西环0.36略好略好9n填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。n 散装填料规格的选择散装填料规格的选择 n工业塔常用的散装填料主要有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，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一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于应大于8。n（2）规整填料规格的选择）规整填料规格的选择n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。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。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。料的规格。n填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。n(1)陶瓷填料陶瓷填料n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，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、易碎是其具有很好的表面润湿性能，质脆、易碎是其 最大缺点。在气最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。n(2)塑料填料塑料填料n塑料填料的材质主要包括聚丙烯（塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（）、聚乙烯（PE）及聚）及聚氯乙烯（氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料）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，可长期在蚀。其耐温性良好，可长期在100 C以下使用。塑料填料质轻、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。当的表面处理来改善其表面润湿性能。3/2 .998mkgL)/(6 . 301. 0hmkgsPaL2/940896/6 .72hkgcmdynLhmscmDL/1029. 5/1047. 1262575.302995. 006.6405. 0iiVmMyM3/257. 1298314. 875.303 .101mkgRTPMVmVm)/(065. 01081. 15hmkgsPavhmscmDV/039. 0/108. 022kPaE31055. 304.353 .1011055. 33PEm)/(0156. 002.181055. 32 .98833mkPakmolEMHsL Y1Y2Y2X1XBT)(*XfY XOYXA2,YV2,XL1,YV1,XLYV,XL,11XVLYXVLY22XVLYXVLY或操作线方程：操作线方程：Y1Y2Y2X1X*1XBDCT)(*XfY XOY1Y2Y2X1X1XBDCT)(*XfY XO11XVLYXVLY操作费设备费接触面积推动力操作费设备费接触面积推动力,DBVLLCBVLL2*121min)(XXYYVLmXY *2121min)(XmYYYVLmin)(0 . 21 . 1 (VLVL2121min)(XXYYVL0526. 005. 0105. 01111yyY00263. 0)095. 01 (0526. 0)1 (11YYhkmolV/25.93)05. 01 (252732734 .2224002121min/)(XmYYYVL02X29.33004.35/00526. 000263. 00526. 0)(minVLmin)(4 . 1VLVL61.4629.334 . 1VLhkmolL/38.434625.9361.46)()(2121XXLYYV0011. 038.4346)00263. 00526. 0(25.931XuVDs405. 0)(LVVLWWX02. 02LVfgY ).(;/,;/;/;/;/,133smPasmmmkgmkghkgWhkgWfLVL液体的粘度泛点气速之比水的密度与液体密度的实验填料因子，气体的密度，液体的密度，气体的质量流速，液体的质量流速V式式中：中：提示：实验填料因子的选取提示：实验填料因子的选取见设计教材见设计教材p140141Ecket泛点关联图泛点关联图hkgwV/8 .3016257. 12400smuuF/719. 0027. 17 . 07 . 0921. 0)2 .998257. 1(8 .301677.78321)(5 . 05 . 0LVVLWW023. 02 . 02LLVFFg1170mFmVsD087. 1719. 014. 33600/240044塔径的计算：塔径的计算：塔径的圆整：塔径的圆整：单位：单位：mm圆整后圆整后D=1200mmsm/59. 02 . 1785. 03600/24002)%(45.57%100027. 159. 0在允许范围内Fuu858.31381200dD2785. 0DLUh式中：式中：U液体喷淋密度，液体喷淋密度，m3/(m2h); Lh液体喷淋量，液体喷淋量，m3/h; D填料塔直径，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，以某一极限值，此极限值称为最小喷淋密度，以Umin表示表示tWaLUminmin)(式中：式中：Umin最小喷淋密度，最小喷淋密度，m3/(m2h); (LW)min最小润湿密度，最小润湿密度，m3/h; at填料的总比面积，填料的总比面积，m2/m3散装填料最小喷淋密度计算公式散装填料最小喷淋密度计算公式无因次气相总传质单元数气相总传质单元高度,OGOGOGOGNmHNHZ212121lnYYYYYYYYNmmOGY1=Y1-Y1*，为塔底气相传质推动力，为塔底气相传质推动力，Y1*为与为与X1相平衡的气相摩尔比，相平衡的气相摩尔比， Y1*= mX1Y2=Y2-Y2*，为塔顶气相传质推动力，为塔顶气相传质推动力，Y2*为与为与X2相平衡的气相摩尔比，相平衡的气相摩尔比， Y2*= mX2SYYYYSSNOG*)1 (ln112211式中式中 为脱吸因数。为脱吸因数。为方便计算，以为方便计算，以S为参数，为参数，为横坐标，为纵坐标，在为横坐标，为纵坐标，在半对数坐标上标绘上式的半对数坐标上标绘上式的函数关系，得到右图所示函数关系，得到右图所示的曲线。此图可方便地查的曲线。此图可方便地查出值。出值。LmVS 0385. 00011. 004.35*11 mXY0*22mXY0*22mXY752. 038.434625.9304.35LmVS026. 70752. 0000263. 000526. 0)752. 01 (ln752. 011*)1 (ln112221SYYYYSSNOG脱吸因素为：脱吸因素为：气相总传质单元数为：气相总传质单元数为：23,);/(,:/1/11:mkPamkmolHaHkakaKaPKVaKVHLGGGY塔截面积溶解度系数式中其中OG普遍采用修正的恩田（普遍采用修正的恩田（Onde）公式求取）公式求取)()()()(45. 1exp1:)()()(095. 0)()()(237. 02 . 0205. 021 . 075. 04 . 01 . 13/12/13/23/17 . 0tLLLtLLtLLtLLctWWLLWGGLLLLLLWLVVVVtVGaUaaUaUaaakakakakgDkaUkRTatDVDaUk其中L修正的恩田公式只适用于u0.5uF的情况，当u0.5uF时，需按p144的公式进行校正Ecket泛点关联图泛点关联图 栅板栅板 ：优点是结构简单，造价低；缺优点是结构简单，造价低；缺点是栅板间的开孔容易被散装填料挡点是栅板间的开孔容易被散装填料挡住，使有效开孔面积减小。住，使有效开孔面积减小。n填料压紧和限位装置安装在填料层顶部，用于阻止填料的填料压紧和限位装置安装在填料层顶部，用于阻止填料的流化和松动，前者为直接压在填料之上的填料压圈或压板，流化和松动，前者为直接压在填料之上的填料压圈或压板，后者为固定于塔壁的填料限位圈。后者为固定于塔壁的填料限位圈。 （1）筒体的设计）筒体的设计选用标准：筒体（选用标准：筒体（JB1153-73） （2）封头的设计）封头的设计 选用标准：选取椭圆形封头（选用标准：选取椭圆形封头（JB1153-73）附录六附录六 椭圆形封头（椭圆形封头（p373） （1）管法兰的选择）管法兰的选择选用标准：选用标准：HG20593-97 板式平焊钢制管法兰（欧洲板式平焊钢制管法兰（欧洲体系）体系）（2）容器法兰的选择）容器法兰的选择选用标准：选用标准：JB/T4701-2000 甲型平焊法兰甲型平焊法兰