填料塔化工原理课程设计

内蒙古科技大学课程设计说明书I摘要在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触是发生传质，实现气液混合物的分离。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中的有害物，以免污染大气。实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。在化工生产中主要用于原料气的净化，有用组分的回收等。气液两相的分离是通过它们密切的接触进行的，在正常操作下，气相为连续相而液相为分散相，气相组成呈连续变化，气相中的成分逐渐被分离出来。填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，属微分接触逆流操作过程。塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。填料层的空隙率超过90%，一般液泛点较高，单位塔截面积上填料塔的生产能力较高，研究表明，在压力小于0.3MPa时，填料塔的分离效率明显优于板式塔。这次课程设计的任务是用水吸收空气中的二氧化硫，然后再进行解吸处理得到二氧化硫。要求设计包括塔径、填料塔高度、塔管的尺寸等，需要通过物料衡算得到所需要的基础数据，然后进行所需尺寸的计算得到各种设计参数，为图的绘制打基础，提供数据参考。内蒙古科技大学课程设计说明书II目录摘要..............................................................I目录.............................................................II第一章设计方案的内容..........................................11.1流程方案....................................................11.2设备方案....................................................1第二章设计方案的确定...........................................22.1吸收流程选择................................................22.1.1吸收工艺流程的确定....................................22.1.2流程装置的确定........................................32.2吸收剂的选择................................................32.3吸收剂再生方法的选择........................................42.4操作温度和压力的确定........................................42.4.1操作温度的确定........................................42.4.2操作压力的确定........................................5第三章吸收塔设备及填料类型与选择...............................63.1吸收塔设备的选择............................................63.2填料类型的选择..............................................63.3填料规格的选择..............................................73.4填料材质的选择..............................................7第四章吸收塔工艺条件的计算......................................84.1基础物性数据................................................84.1.1液相物性数据..........................................84.1.2气相物性数据..........................................84.2确定气液平衡的关系..........................................94.3吸收剂及操作线的确定........................................94.3.1吸收剂用量的确定......................................94.3.2操作线方程的确定.....................................104.4塔径计算...................................................114.4.1采用Eckert通用关联图法计算泛点速率..................114.4.2操作气速：...........................................134.4.3塔径计算：...........................................134.4.4单位高度填料层压降的校核.............................144.5填料层高度计算.............................................144.5.1传质系数的计算.......................................144.5.2填料层高度...........................................174.6填料塔附属高度的计算.......................................18第五章填料吸收塔附属装置的选型.................................195.1液体分布器的简要设计.......................................195.1.1液体分布器的选型.....................................19内蒙古科技大学课程设计说明书III5.1.2分布点密度及布液孔数的计算...........................205.2.塔底液体保持管高度的计算..................................215.3其它附属塔内件的选择.......................................225.3.1填料支撑板...........................................225.3.2填料压紧装置与床层限制板.............................22第六章辅助设备的选型.........................................236.1管径的选择.................................................236.1.1进液管管径...........................................236.1.2出液管管径...........................................236.1.3进气管管径...........................................246.1.4出气管管径...........................................246.2泵的选取：.................................................246.3风机的选型：...............................................26第七章关于填料塔设计的选材....................................27参考文献.........................................................28附录.............................................................29致谢.............................................................34内蒙古科技大学课程设计说明书1第一章设计方案的内容1.1流程方案指完成设计任务书所达的任务采用怎样的工艺路线，包括需要哪些装置设备，物料在个设备间的走向，哪些地方需要有观测仪表、调节装置，那些取样点以及是否需要有备用设备等，按上述内容绘制流程图。1.2设备方案根据设备要求，确定选用什么形式的设备。如吸收塔选用板式塔还是填料塔，为什么选用填料塔。若选用填料塔，塔内填料的形式、尺寸和材质如何选定。方案的确定需要加以论证在技术上可行的基础上考虑经济性。内蒙古科技大学课程设计说明书2第二章设计方案的确定2.1吸收流程选择2.1.1吸收工艺流程的确定工业上使用的吸收流程多种多样，可以从不同的角度进行分类，从所用的吸收剂的种类看，有仅用一种吸收剂的一步吸收流程和使用两种吸收剂的两部吸收流程，从所用的塔设备数量看，可分为单塔吸收流程很多塔吸收流程，从塔内气液两相得流向可分为逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，还有用于特定条件下的部分溶剂循环流程。（一）一步吸收流程和两部吸收流程一步流程一般用于混合气体溶质浓度较低，同时过程的分离要求不高，选用一种吸收剂即可完成任务的情况。若混合气体中溶质浓度较高且吸收要求也高，难以用一步吸收达到规定的吸收要求，但过程的操作费用较高，从经济性的角度分析不够适宜时，可以考虑采用两步吸收流程。（二）单塔吸收流程和多塔吸收流程单塔吸收流程是吸收过程中最常用的流程，如过程无特别需要，则一般采用单塔吸收流程。若过程的分离要求较高，使用单塔操作时，所需要的塔体过高，或采用两步吸收流程时，则需要采用多塔流程（通常是双塔吸收流程）（三）逆流吸收与并流吸收吸收塔或再生塔内气液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有传质推动力大，分离效率高（具有多个理论级的分离能力）的显着优点而广泛应用。工程上，如无特别需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶剂循环吸收流程由于填料塔的分离效率受填料层上的液体喷淋量影响较大，当液相喷淋量过小时，将降低填料塔的分离效率，因此当塔的液相负荷过小而难以充分润湿填料表面时，可以采用部分溶剂循环吸收流程，以提高液相喷淋量，改善塔的操作条件。本设计采用单塔逆流操作。内蒙古科技大学课程设计说明书32.1.2流程装置的确定常用的吸收装置流程主要有逆流操作、并流操作、吸收及部分再循环操作、多塔串联操作、串联—并联操作，根据设计任务、工艺特点，结合各种流程的优缺点，采用常规逆流操作的流程，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收及利用率高。流程如下图：图2.1工艺流程图2.2吸收剂的选择吸收剂的选择应考虑以下几方面：(1)溶解度:吸收剂对溶质的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量。(2)选择性:吸收剂对溶质组分有良好的溶解能力，对其他组分不吸收或甚微。(3)挥发度：操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收和再生过程的挥损失。(4)粘度:吸收剂在操作温度下粘度要低，流动性要好，以提高传质和传热速率。(5