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化工原理课程设计设计题目：清水吸收氨气的填料塔装置设计专业：应用化学学生姓名：学生学号：院级班：指导老师：前言：课程设计是比较综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。经过学习,我知道，填料塔吸收净化工艺不单应用在化工领域,在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。工程实践表明,合理的系统工艺和塔体设计,是保证净化效果的前提。这次课程设计我把聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。目录第一章绪论..................................................................................................错误!未定义书签。第二章填料塔的设计内容和设计条件...............................................................................62.1填料塔的主体结构与特点……………………………………………………62.3填料塔的设计任务……………………………………………………………62.3填料塔的设计条件……………………………………………………………6第三章填料塔的设计方案…………………………………………………..………………73.1吸收剂的选择………………………………………………………………73.2装置流程图的确定及流程说明……………………………………………73.3填料的类型与选择…………………………………………………………83.3.1填料种类的选择………………………………………………………83.3.2填料规格的选择………………………………………………………83.3.3填料材质的选择………………………………………………………93.3.4填料尺寸的选择………………………………………………………93.4基础物性数据………………………………………………………………93.4.1液相物性数据…………………………………………………………93.4.2气相物性数据…………………………………………………………103.4.3气液平衡数据…………………………………………………………10第四章填料塔的工艺计算………………………………………………………….………104.1物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成…………………………114.2塔径的计算…………………………………………………………………124.3填料层高度的计算…………………………………………………………144.4填料层压降的计算…………………………………………………………16第五章填料塔内件的类型及设计……………………………………………...…………175.1塔内件类型…………………………………………………………………175.2塔内件的设计………………………………………………………………175.2.1填料支撑件的设计……………………………………………………175.2.2填料床层压板和限制器的设计………………………………………175.2.3液体分布器的设计……………………………………………………185.2.4液体收集再分布器的设计……………………………………………19第六章吸收塔塔体材料的选择……………………………………………………………196.1吸收塔塔体材料……………………………………………………………196.2吸收塔的内径………………………………………………………………196.3壁厚的计算…………………………………………………………………196.4强度校核……………………………………………………………………20第七章封头的选型依据，材料及尺寸规格…………………………….………………207.1封头的选型：标准的椭圆封头……………………………………………207.2封头材料的选择……………………………………………………………207.3封头的高……………………………………………………………………207.4封头的壁厚…………………………………………………………………21第八章液体的喷淋装置…………………………………………………………..…………21第九章除沫装置…………………………………………………...…………………………229.1设计气速的计算……………………………………………………………229.2丝网盘的直径………………………………………………………………229.3丝网层厚度H的确定………………………………………………………22第十章管结构……………………………………..………………………..…………………2310.1气体和液体的进出的装置………………………………………………2310.2填料卸出口………………………………………………………………2310.3塔体各开孔补强设计……………………………………………………23第十一章填料塔高度的确定（除去支座）………….……………..…………………2411.1吸收高度…………………………………………………………………2511.2支持圈高度………………………………………………………………2511.3栅板高度…………………………………………………………………2511.4支持板高度………………………………………………………………2511.5液体再分布装置高度……………………………………………………2511.6液体喷淋装置高度………………………………………………………2511.7塔底除雾沫器高度………………………………………………………2511.8塔底段高度………………………………………………………………2511.9封头高度…………………………………………………………………26第十二章塔体总设备总质量………………………………………………………2612.1塔体的质量………………………………………………………………2612.2封头的质量………………………………………………………………2612.3填料质量…………………………………………………………………2612.4内部结构及其它附件总质量……………………………………………2712.5水压试验的质量…………………………………………………………27第十三章容器的支座与焊接………………………………………………………27第十四章设计一览表………………………………………………………………27第十五章主要符号说明……………………………………………………………28第十六章总结………………………………………………………………………29第十七章参考文献…………………………………………………………………30第一章绪论填料塔属于化工单元操作中蒸馏（精馏）、吸收等的过程设备。物料在填料塔中的传质、分离主要是分散在填料表面进行。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，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。规整填料塔的分离性能取决于内件，即填料、分布器、收集器等。同时也取决于许多参数，如气体负荷、液体负荷、物料性质、操作压力、填料湿润性能和液体分布不均匀等等。至今不能由填料的几何形状来精确计算塔的分离性能，需要通过填料塔的理论和不同条件下通过试验塔来测定准确数据。可根据资料以一级近似程度确定塔的尺寸和需要的填料高度。1、规整填料2、支撑栅板3、液体收集器4、集液环5、多级槽式液体分布器6、填料压圈7、支撑栅板8、蒸汽入口管9、塔底10、至再沸器循环管11、裙座12、底座环第二章填料塔的设计内容和设计条件2.1填料塔的主体结构与特点结构：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，所以她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。2.2填料塔的设计任务设计任务：完成填料塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔装置图，编写设计说明书。2.3填料塔的设计条件设计条件：1、气体混合物成分：空气和氨；2、氨的含量：4.5％（体积）；3、混合气体流量：4000m3/h；4、操作温度：293K；5、混合气体压力：101.3KPa；6、回收率：99.8％。第三章填料塔的设计方案液体捕沫器填料压板塔壳填料填料支承板液体再分布器填料压板填料支承板气体气体液体填料塔具有结构简单、容易加工、生产能力大、压降小、吸收效果好、操作弹性大等优点，所以在工业吸收操作中被广泛应用。在这次课程设计中，有很多操作条件，所以我们需要准确的设计好填料塔的每一部分。3.1吸收剂的选择：因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。如下工业常用吸收剂溶质溶剂溶质溶剂氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氢水二氧化碳水、碱液二氧化硫水硫化氢碱液、有机溶剂苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳铜氨液3.2装置流程图的确定及流程说明装置流程图的确定：本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。流程说明：该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。（如下图所示）3.3填料的类型与选择填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。填料的选择主要根据以下几个方面来考虑：1.比表面积要大，有较高的传质效率。2.有较大的通量。3.填料层的压降小。4.填料的操作性能好。5.液体的再分布性能要好。6.要有足够的机械强度。7.价格低廉。填料的选取包括确定其种类、规格、及材质等。3.3.1填料种类的选择颗粒填料包括拉稀环、鲍尔环、阶梯环等，规整填料主要有波纹填料、格栅填料、绕卷填料等。本次课程设计采用散装填料。鲍尔环是目前应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。3.3.2填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有D