目录
(一) 设计任务 (1)
(二) 设计简要 (2)
2.1 填料塔设计的一般原则 (2)
2.2 设计题目与要求 (2)
2.3 设计条件 (2)
2.4 工作原理 (2)
(三) 设计方案 (2)
3.1 填料塔简介 (2)
3.2填料吸收塔的设计方案 (3)
.设计方案的思考 (3)
.设计方案的确定 (3)
.设计方案的特点 (3)
.工艺流程 (3)
（四）填料的类型 (4)
4.1概述 (4)
4.2填料的性能参数 (4)
4.3填料的使用范围 (4)
4.4填料的应用 (5)
4.5填料的选择 (5)
（五）填料吸收塔工艺尺寸的计算 (6)
5.1塔径的计算 (6)
5.2核算操作空塔气速u与泛点率 (7)
5.3液体喷淋密度的验算 (8)
5.4填料层高度的计算 (8)
5.5填料层的分段 (8)
5.6填料塔的附属高度 (9)
5.7液相进出塔管径的计算 (9)
5.8气相进出塔管径的计算 (9)
（六）填料层压降的计算 (10)
（七）填料吸收塔内件的类型与设计 (10)
7.1 填料吸收塔内件的类型…………………………………………………………
10
7.2 液体分布简要设计………………………………………………………………
12
（八）设计一览表 (13)
（九）对设计过程的评述 (13)
（十）主要符号说明 (14)
参考文献 (17)
（二）设计简要
（1）填料塔设计的一般原则
填料塔设计一般遵循以下原则:
①:塔径与填料直径之比一般应大于15：1，至少大于8：1；
②：填料层的分段高度为：金属:6.0-7.5m，塑料：3.0-4.5；
③：5-10倍塔径的填料高度需要设置液体在分布装置，但不能高于6m；
④：液体分布装置的布点密度，Walas推荐95-130点/m2,Glitsh公司建议65-150点/m2
⑤：填料塔操作气速在70%的液泛速度附近；
⑥：由于风载荷和设备基础的原因，填料塔的极限高度约为50米
（2）设计题目与要求
常温常压下，用20℃的清水吸收空气中混有的氨，已知混合气中含氨10%（摩尔分数，下同），混合气流量为3000m3/h，吸收剂用量为最小用量的1.3倍，气体总体积吸收系数为200kmol/m3.h，氨的回收率为95%。请设计填料吸收塔。要求：综合运用《化工原理》和相关先修课程的知识，联系化工生产实际，完成吸收操作过程及设备设计。要求有详细的工艺计算过程（包括计算机辅助计算程序）、工艺尺寸设计、辅助设备选型、设计结果概要及工艺设备条件图。同时应考虑：
①：技术的先进性和可靠性
②：过程的经济性
③：过程的安全性
④：清洁生产
⑤：过程的可操作性和可控制性
（3）设计条件
①：设计温度：常温（25℃）
②：设计压力：常压 (101.325 kPa)
③：吸收剂温度：20℃
（4）工作原理
气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理性质和化学性质的差异而进行的。吸收作为其中一种，它根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的。在物理吸附中，溶质和溶剂的结合力较弱，解析比较方便。
填料塔是一种应用很广泛的气液传质设备，它具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，操作时液体与气体经过填料时被填料打散，增大气液接触面积，从而有利于气体与液体之间的传热与传质，使得吸收效率增加。（三）设计方案
（1）填料塔简介
填料塔是提供气-液、液-液系统相接触的设备。填料塔外壳一般是圆筒形，也可采用方形。材质有木材、轻金属或强化塑料等。填料塔的基本组成单元有：①：壳体（外壳可以是由金属（钢、合金或有色金属）、塑料、木材，或是以橡胶、塑料、砖为内层或衬里的复合材料制成。虽然通入内层的管口、支承和砖的机械安装尺寸并不是决定设备尺寸的主要因素，但仍需要足够重视;
②：填料（一节或多节，分布器和填料是填料塔性能的核心部分。为了正确选择合适的填料，要了解填料的操作性能，同时还要研究各种形式填料的形状差异对操作性能的影响）；
③：填料支承（填料支承可以由留有一定空隙的栅条组成，其作用是防止填料坠落；也可以通过专门的改进设计来引导气体和液体的流动。塔的操作性能的好坏无疑会受填料支承的影响）;
④：液体分布器（液体分布的好坏是影响填料塔操作效率的重要因素。液体分布不良会降低填料的有效湿润面积，并促使液体形成沟流）；
⑤：中间支承和再分布器（液体通过填料或沿塔壁流下一定的高度需要重新进行分布）；
⑥：气液进出口。
塔的结构和装配的各种机械形式会影响到它的设计并反映到塔的操作性能上，应该力求在最低压降的条件下，采用各种办法提高流体之间的接触效率，并设法减少雾沫夹带或壁效应带来的效率损失。与此同时，塔的设计必须符合由生产过程和塔的结构形式所决定的经济性原则。
（2）填料吸收塔的设计方案
.设计方案的思考
用水吸收空气中的氨是属于低浓度吸收。因为氨在水中的溶解度为1∶700(V/V)，并且用水吸收氨属于物理吸收过程，所以在常温常压下操作即可达到较满意的效果。为了确保氨的回收率。宜采用气-液逆流的吸收过程，使水和混合气充分接触，以达到回收的要求。为使吸收剂循环使用，可设计解吸塔，分离回收的氨，并循环使用吸收剂。
.设计方案的确定
装置流程的确定：吸收装置的流程的有多种多样，如逆流操作、并流操作、吸收剂部分再循环操作、多塔串联操作、串联-并联混合操作等。氨极易溶于水，吸收过程的平衡曲线较陡，流向对吸收的推动力有一定的影响；整个操作过程为等温等压过程，依据题意可知吸收剂的用量比较大。结合以上分析及各种流程的优缺点，本设计选择逆流操作。
操作方式：气相由塔底进入从塔顶排出，液相由塔顶进入从塔底排出。
.设计方案的特点
传质平均推动力，传质速率快，分离效率好，吸收剂利用率高。
.工艺流程
混合气在常温常压下进入吸收塔底后，进过气体分布装置，与塔顶下来的由泵
提升的吸收剂逆流接触，将氨吸收。出塔的净化气回收净化利用，吸收了氨的吸收液由泵提升进入解吸塔，与过热蒸汽逆流接触后，分离解吸出来的氨并回收利用，塔底流出的液体进入吸收塔循环利用。
（四）填料类型的选择
概述
填料是填料塔内气-液两相接触的核心元件。填料类型和填料层的高度直接影响传质效果，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。
填料的种类很多，根据填装方式的不同，可分为散装填料盒规整填料两大类。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。这种填料不但空隙率大，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，克服大塔的放大效应，传质性能高。但其造价较高，易被杂物堵塞并且清洗困难。
散装填料常见的有：拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍形填料、矩鞍形填料、环矩鞍填料等等。
图-Ⅳ各种填料示意图
填料的性能参数
①：比表面积a 单位m2/m3 填料应具有尽可能多的表面积以提高液体铺张，形成较多的气液接触界面。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。
②：孔隙率ε流体通过颗粒层的阻力与孔隙率ε密切相关。为了减少气体的流动阻力，提高填料塔的允许气速（处理能力），填料层应有尽可能大的孔隙率ε。
③：填料因子f 其单位1/m 填料因子是比表面积与空隙率三次方之比。它表示填料的流体力学性能，f值越小，表明流动阻力越小。填料性能通常根据效率、通量及压三要素衡量。
表-Ⅰ填料的使用范围
表-Ⅰ填料的使用范围
填料的材质一般的使用范围备注
上釉或不上釉的瓷质或耐酸陶质除氢氟酸以外的中性、酸性介质和溶剂，不宜超过21.1℃除要求低吸附表面的特殊情况外，一般用不上上釉的。强碱性介质时使用特种陶瓷。瓷质环比陶质环强度大，同时叫耐酸。
碳质热强碱，除硝酸外所有的酸类，不适用于氧化介质可承受温度的波动，质量轻
塑料由树脂的性质决定，用于碱、盐、水溶液和各种酸类质量较轻
钢或其他小标号金属钢可用于热强碱，其他用途需根据金属性质而定可能比陶瓷重，价格也较贵
表-Ⅱ各种填料的应用
表-Ⅱ各种填料的应用
填料应用特性
拉西环填料填料中最普通的类型，通常比较便宜，但有时效率较低。可用各种材料制造以适应使用要求，常用湿法乱堆或干法乱堆方式装入塔内。较大的填料有时用手工整砌。壁厚和某些尺寸在制造厂之间有所不同；有效面积随壁厚而改变，对塔壁形成很大的侧压力。常有较多的内部沟流并导致较多的液体流向塔壁。
弧鞍形填料在大部分应用中比拉西环效率要高，但价格较贵。填料可叠在一起，在床层中造成“紧密”点，促进了沟流的形成，但不如拉西环那样多，产生的侧压力比拉西环的低，由较低的传质单元高度和单元压力降，液泛点比拉西环高。在填料床中比拉西环易破碎。
鲍尔环填料压力降比拉西环低一半还多，传质单元高度也较低（在某些物系中比弧鞍填料还要低），而液泛点较高。液体分布情况好，容量大。对塔壁有相当大的侧压力。可用金属、陶瓷或塑料制造。
矩鞍形填料效率最高的填料之一，但价格较贵。叠在一起阻塞床层截面的可能性非常小床层较均匀。液泛点比拉西环或弧鞍形填料得高，而压力降则较低；对于大多数常见的物系来说，有较低的传质单元高度值。在填料床中比拉西环易破碎。
Teller花环填料可用塑料制造，与拉西环和弧鞍形填料相比有较低的压降和传质单元高度，液泛点较高。单位质量较小，侧压力也不大。
Flexipac填料高效，通常压降低，适用于清洁操作的蒸馏系统，塔板高度较低等。
Lessing填料没有很多的操作数据可供参考，但一般来说比拉西环要好些，压降稍高些。侧压力也较高。
（5）填料的选择
填料规格：是指填料的公称尺寸或比表面积。
工艺塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同种填料，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。而尺寸大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。
结合填料塔设计的一般要求，综合分析各种填料的规格、材质以及本次设计的具体情况，本设计选用DN50。
表-Ⅲ塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值
填料种类 D/d的推荐值填料种类 D/d的推荐值
拉西环≥20-30 阶梯环＞8
鞍形环≥15 环矩鞍＞8
鲍尔环≥10-15
结合后面塔径的计算，本设计选DN50
填料吸收塔工艺尺寸的计算
（1）塔径的计算
已知数据：气体体积流量：VS 3000 m3/h 进塔混合气中氨的摩尔分数：y1 0.1 氨的回收率： 95% (L/G) 1.3 (L/G)min
常压：P 101.325 kPa 常温：T 298.15K
以DN50塑料阶梯环为填料的散装填料其泛点填料因子平均值φF 为127m-1
表-Ⅳ塑料阶梯环的特性参数
特性参数 A K 比表面积a 空隙率ε干填料因子f
塑料阶梯环 0.204 1.75 114.2 m2/m3 0.927 m3/m3 143.1 1/m
常温常压下，E=99.8KPa,故m= E?P=99.8KPa/101.325KPa=0.985
由=1 y_2/y_1 ，即95%=1 y_2/0.1 ，得出塔时混合气中含氨摩尔分率y_2=0.005
吸收塔最小气液比
〖(L?G)〗_min=〖y_1-y〗_2/(y_(1/m)-x_2 )=(0.1-0.005)/(0.1/0.985-0)=0.94 实际气液比：（L?G）=1.3×〖(L?G)〗_min=1.3×0.94=1.22
理想气体状态方程 pV=nRT,定义摩尔体积V_m=V/n=RT/p,
则混合气摩尔流量 G= G_v?V_m
由定义得 V_m=RT/p=(8.3145×298.15)/101.325=24.47m^3/kmol
混合气摩尔质量
(M_v ) ?=([(29×0.9+17×0.1)+（29×0.995+17×0.005）])/2=28.37kg?mol
混合气体摩尔流量
G= G_v?V_m =3000?24.47=123.60kmol?h
混合气的质量流量
ω_v=G_v×(M_v ) ?=123.60×28.37=3506.53kg?h
液相的摩尔流量
L=1.3×〖(L?G)〗_min×G=1.3×123.60×0.94=151.04kmol?h
液相平均摩尔质量
(M_v ) ?=18.37kg?mol
液相的质量流量
ω_L=L×(M_L ) ?=151.04×18.37=2774.59kg?h
由pV=nRT，n=m?M 及ρ=m?V 推导出混合气的密度：
(ρ_v ) ?=(P(M_v ) ?)/RT=(101.325×28.37)/(8.3145×
298.15)=1.16kg?m^3
填料塔直径计算公式为 D=√(4×V_s?πu) ，V_s由设计任务给出，计算塔径的核心问题是确定空塔气速u。空塔气速的确定有学多种方法，此设计采用空塔气速法:泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。对于散装填料。其泛点率的经验值为u?u_F =0.5~0.85
泛点率的选择主要考虑填料塔的操作压力和物系的发泡程度，本明天中水吸收氨不易起发泡，故取泛点率为0.80。
泛点气速用埃克特通用关联图查得：
横坐标
ω_L/ω_v ×(ρ_v/ρ_L )^0.5=2774.59/3506.53×(1.16/1000)^0.5=0.031 经查表得纵坐标 (u_F^2?Ψ)/g×(ρ_v/ρ_L ) μ_L^0.2=0.2
其中Ψ= ρ_水?ρ_L =1，μ_L=1.005mPa?s, g=9.81m?s^2
取塑料阶梯环 D：50mm ，=127
得 u_F=3.64m?s, 泛点率0.8
则有 u=0.8×u_F=0.8×3.64=2.92m?s
由塔径公式得 D=√(4×V_s?πu)=√((4×3000)/(3600×3.14×2.92))=0.603 取整 700mm
（2）核算操作空气塔气速u与泛点率
D=0.7=√(4×V_s?πu)=√((4×3000)/(3600×3.14×u)) 得u=2.17
u?u_F =2.17/3.64=59.5% 在泛点率0.5～0.85范围之内
D/d=700/50=14>8 满足塔径与填料公称直径的推荐比值。
（3）液体喷淋密度的验算
U= L_h/(0.785D^2 )=(L×18.37)/(ρ_水×0.785×(0.7)^2 )=7.23m^3/（m^2?h）
式中 U—液体喷淋密度，m^3/（m^2?h）；
L_h—液体喷淋量，m^3/h ；
D—填料塔直径，m.
为使填料塔能获得良好的润湿，塔内液体喷淋量应不低于某一极限，此极限称为最小喷淋密度，以U_min表示。
对于散装填料，其最小喷淋密度通常采用下式计算
U_min=(L_w )_min a_t
式中 U_min—最小喷淋密度，m^3/（m^2?h）；
〖(L_w)〗_min—最小润湿速率，m^3/（m?h）；
a_t—填料的总比表面积，m^2?m^3 .
对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿率〖(L_w)〗_min=0.08m^3/（m ?h）
经查表的填料的总比表面积a_t=114.2m^2?m^3
因此 U_min=(L_w )_min a_t=0.08×114.2=9.136m^3/（m^2?h）
计算结果U>U_min 故符合能使填料获得良好润湿的条件。
（4）填料层高度的计算
由物料衡算 G(y_1-y_2 )=L(x_1-x_2 )
得液相出塔摩尔分率x_1=G/L （y_1-y_2 ）=(（0.1-0。005）)/(1.3×0.94)=0.078
传质单元高度
H_OG=G/K_y =123.60/(π/4 (D)^2×200)=2.165m
平均推动力
?y_m=((y_1-mx_1 )-y_2)/(ln (y_1-mx_1)/(y_2-mx_2 ))=((0.1-0.985×0.067)-0.005)/(ln (0.1-0.985×0.067)/(0.005-0))=0.029/1.92=0.015
传质单元数 N_OG=(y_1-y_2)/(?y_m )=(0.1-0.005)/0.015=6.33
理论所需塔高
H=H_OG?N_OG=2.165×6.33=13.70m
填料塔的高度取决于填料层的高度，为了保证工程上的可靠性，计算出的填料
层的高度应留出一定的安全系数。根据设计经验，填料的设计高度为理论值的（1.2～1.5）倍，取1.34倍。
固有 H×1.34=13.7×1.34=18.36m
（5）填料层的分段
液体沿填料层下流时，有逐渐向塔壁方向集中的趋势，形成壁流效应。壁流效应造成填料层气液分布不均匀，使传质效率降低。因此，设计中每隔一定的填料高度，需要设置液体手机再分布装置，即将填料层分段。
对于散装填料，一般推荐的分段高度值见下表，表中h/D为分段高度与塔径之比，h_max为允许的最大填料层高度。
散装填料分段高度值推荐值
填料类型 h/D h_max/m 填料类型 h/D h_max/m
拉西环 2.5 ▁(>)4 阶梯环 8～15 ▁(>)6
矩鞍 5～8 ▁(>)6 环矩鞍 8～15 ▁(>)6
鲍尔环 5～10 ▁(>)6
故填料应分为三段，每段6m。段间设置两个液体分布器。
h/D=6/0.7=8.6 在8～15之间
（6）填料层的附属高度
填料塔的上方空间高度取1.1m，取每一分布器的高度为0.5m，则液体在分布器的总高度为1m
填料塔塔底液相的停留时间按5min计算，则填料塔釜液所占空间高度的计算式为：
h_l=1×60×(4×L_s)/(π×D^2 )=0.9m
其中 L_s=L_m?ρ_l =151.04×18.37/1000=2.77
底部空间高度取：1m
所以填料塔附属高度取：h_附=3m
（7）液相进出塔管径的计算
液相进出塔管径的计算：d_内=√((4V_L)?((πμ_液)))
初选吸收剂流速为：μ_液=2m/s
则：d_内=√((4×2.8)/(3600×3.14×2))=0.0223m
取?30×1.5的无缝钢管，合适。
（8）气相进出塔管径的计算
管径的计算式为d_内=√((4×V_s)/(π×μ_气 ))
选择气体流速为：μ_气=16m/s
则：d_内=√((4×V_s)/(π×μ_气))=√((4×3000)/(3.14×3600×16))=0.26
取325×13的无缝钢管
常用管道的公称通径、外径、壁厚
公称通径（mm）管子外径（mm）常用碳钢管壁厚（mm）
10 14 3
15 18 3
20 25 3
25 32 3.5
40 45 3.5
108 117 4.5
219 230 6.9
325 299 13
由此计算实际流速为：μ_气=4×3000/(3.14×3600×〖0.26〗^2)=15.7m/s
选气速流量为：μ_气=15.7m/s
则：d_内=√((4×3000)/(3.14×3600×15.7))=0.26，符合
填料层压降的计算
填料层压降通常用单位高度填料层的压降?p/Z表示。设计时，根据有关参数，由通用关联图先求得每米填料层的压降值，然后再乘以填料层高度，即得出填料层的压力降。散装填料压降由埃克特通用关联图计算。
横坐标
ω_L/ω_v (ρ_v/ρ_L )^0.5=0.031
DN50塑料阶梯环散装填料压降填料因子平均值?_p为89m-1
计算得，纵坐标
(u_F^2?Ψ)/g×(ρ_v/ρ_L ) μ_L^0.2=0.09
通过作图得出交点为?p/Z=80×9.81Pa/m=784.8Pa/m
即每米填料层压降为784.8Pa/m
所以填料层的总压降为：?P=18×784.8=14126.4Pa
填料塔内件的类型与设计
塔内件的类型
塔内件是填料塔的组成部分，它与填料及塔体共同构成一个完整的填料塔。所有塔内件的作用都是为了使气液在塔内更好地接触，以便发挥填料塔的最大效率和最大生产能力，所以塔内件设计的好坏直接影响到填料性能的发挥和整个填料塔的操作运行。另外，填料塔的“放大效应”除了填料本身固有因素外，塔内件对它的影响也很大。
塔内件主要包括以下几个部分：填料支承装置，填料压紧装置，液体分布装置，液体收集再分布装置等。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。
下图为几种高性能的填料塔内件及填料塔内部构造。
①填料支承装置
填料支承装置的作用是支承塔内的填料，常用的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等。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。
②填料压紧装置
填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类，每类又有不同的型式。填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重量将填料压紧。它适用于陶瓷、石墨等制成的易发生破碎的散装填料。床层限制板用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的散装填料及所有规整填料。床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布
器的安装和使用，不能采用连续的塔圈固定，对于小塔可用螺钉固定于塔壁，而大塔则用支耳固定。
③液体分布装置
液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。
液体由半球形喷头的小孔喷出，小孔直径为3～10mm，作同心圈排列，喷洒角≤80°，直径为(1/3~1/5)D。这种分布器结构简单，只适用于直径小于600mm的塔中。因小孔容易堵塞，一般应用较少。
盘式分布器有盘式筛孔型分布器、盘式溢流管式分布器等形式。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流管流下。分布盘直径为塔径的0.6～0.8倍，此种分布器用于D<800mm的塔中。
管式分布器由不同结构形式的开孔管制成。其突出的特点是结构简单，供气体流过的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，弹性一般较小。管式液体分布器使用十分广泛，多用于中等以下液体负荷的填料塔中。在减压精馏及丝网波纹填料塔中，由于液体负荷较小故常用之。管式分布器有排管式、环管式等不同形状。根据液体负荷情况，可做成单排或双排。
槽式液体分布器通常是由分流槽（又称主槽或一级槽）、分布槽（又称副槽或二级槽）构成的。一级槽通过槽底开孔将液体初分成若干流股，分别加入其下方的液体分布槽。分布槽的槽底（或槽壁）上设有孔道（或导管），将液体均匀分布于填料层上。
槽式液体分布器具有较大的操作弹性和极好的抗污堵性，特别适合于大气液负荷及含有固体悬浮物、粘度大的液体的分离场合。由于槽式分布器具有优良的分布性能和抗污堵性能，应用范围非常广泛。
槽盘式分布器是近年来开发的新型液体分布器，它将槽式及盘式分布器的优点有机地结合一体，兼有集液、分液及分气三种作用，结构紧凑，操作弹性高达10:1。气液分布均匀，阻力较小，特别适用于易发生夹带、易堵塞的场合。
④液体收集及再分布装置
液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，这种现象称为壁流。壁流将导致填料层内气液分布不均，使传质效率下降。为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置液体再分布装置。
最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器。截锥式再分布器结构简单，安装方便，但它只起到将壁流向中心汇集的作用，无液体再分布的功能，一般用于直径小于0.6m的塔中。
在通常情况下，一般将液体收集器及液体分布器同时使用，构成液体收集及再分布装置。液体收集器的作用是将上层填料流下的液体收集，然后送至液体分布器进行液体再分布。常用的液体收集器为斜板式液体收集器。
前已述及，槽盘式液体分布器兼有集液和分液的功能，故槽盘式液体分布器是优良的液体收集及再分布装置。
液体分布器简要设计
填料塔操作性能的好坏、传质效率的高低在很大程度上与塔内件的设计有关。在塔内件设计中，最关键的是液体分布器的设计，现对液体分布器的设计进行简要的介绍。液体分布器设计的基本要求，性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：
液体分布均匀，评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。分布点密度。液体分布器分布点密度的选
取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差很大。大致规律是：塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小；对于规整填料，比表面积越大，分布点密度越大。表列出了散装填料塔分布点密度推荐值。吸收塔的塔径为700mm,而多孔直管式喷淋器的适用范围为600≤D≤800,并且其液体符合为中等以下，所以选择多孔直管式喷淋器。
Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值
塔径/mm 分布点密度/(点/ m^2截面积)
D=400 330
D=750 170
D≥1200 42
用内插法计算，得D=700时，喷淋点密度为193点/m2,所以，塔径为700mm时，根据需要取喷淋点密度为193点/m2
布液点数为n=0.785×〖0.7〗^2×193≈75点
液位保持高度的计算
多孔型分布器布液能力的计算公式为
L_s=π/4 d_0^2 nφ√(2×g×h)
式中 L_s—液体流量，m3/s;
n—开孔数目（分布点数目）;
φ—孔流系数，通常取φ=0.55～0.60;
d_0—孔径，m;
?H—开孔上方的液位高度，m
取φ=0.6 d_0=5mm
L_s=L_m?ρ_l =151.04×18.37/1000=2.8m^3/h
即 2.8?3600=0.785×〖0.005〗^2×75×0.6×√(2×9.81×h)
得h=0.040m
通常情况下液位保持高度取最高液位的1.12～1.15倍
所以去 h_l=1.12×0.04=0.04mm
（八）设计一览表
物料气相液相
操作温度 20℃ 20℃
操作压力 101.325kPa 101.325kPa
进出塔内管径 260mm 22mm
进出塔内管径流速 15.7m?s 2m?s
填料塔径 700mm
液体喷淋密度 7.23 m3/（m2?h）
填料高度 18m
填料塔的附属高度 3m
填料层的总压降 13kPa
吸收塔高度 21m
布液孔数 75
液位保持高度 0.04m
由计算结果可得，泵的选型可以选用：50-32-125型的泵
（九）对设计过程的评述
化工原理是化工类各有关专业的一门重要技术基础课，化工原理课程设计是继这一门课程结束之后的一个总结性教学环节。这一环节是化工类人才培养中进行的第一次实践，它犹如毕业设计那样的一次“预演习”，无疑对我们毕业前进行毕业设计将有很大的帮助，而对于毕业前只搞毕业论文不搞毕业设计的我们来说，那就是使我们得到工程师训炼的不可缺少的一环。
化工原理课程设计的主要内容是进行有关工艺计算与设备的结构设计，还要求画出工艺流程图和设备主要构型图，它与一般的习题、大作业有着明显的不同，因为它涉及的知识范围更广，要求更高。从资料、数据的收集，流程方案的确定，操作参数的选择，工艺和设备的计算等，单凭所学教科书是难以解决的，要求每个学生均要去查阅一定的资料、文献，开动脑筋，结合在化工原理课程中所学习过的理论知识及先修课程(如化学，物理化学，工程力学和工程制图等)的基础知识作综合运用。
经过了两周的课程设计，现在终于完成了这次的课程设计要求，现在终于有了一点的心得。
在上学期，我们学习了《化工原理》这一课程，《化工原理》是化学工程专业的一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成一定加工目的的基本过程，其特点是化工生产过程中以物理为主的操作过程，包括流体流动过程、传热过程和传质过程。在这里面，我们主要学习了流体输送、流体流动、机械分离、传热、传质过程导论、吸收、蒸馏、气-液传质设备，以及干燥等。
这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。
本设计中，采用Eckert通用关联图计算泛点气速。在填料的选择中，几乎是用排除法来选择的，就是一种一种规格的算，后来认为DN50计算得的结果比比较好。虽然在同类填料中，尺寸越小的，分离效率越高，但它的阻力将增加，通量减小，填料费用也增加很多。用DN50计算所得的D/d值也符合阶梯环的推荐值。
解决了上面的问题之后就是通过查找手册之类的书籍来确定辅助设备的选型，我们选择孔管型支承装置作为填料支撑，选压紧栅板作为填料压紧装置。
通过这次的课程设计，让我从中体会到很多。课程设计是我们在校大学生必须经过的一个过程，通过课程设计的锻炼，可以为我们即将来的毕业设计打下坚实的基础！使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。通过这次对填料吸收塔的设计，不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。
（十）主要符号说明
a ——填料的有效比表面积，㎡/m3
at——填料的总比表面积，㎡/m3
d ——填料直径，m
d0——筛孔直径，m
D ——塔径，m
DL——液体扩散系数，m2/s
DV——气体扩散系数，m2/s
E——亨利系数，kPa
h——填料层分段高度，m
HETP关联式常数
H——开孔上方的液位高度，m
HOG——气相总传质单元高度，m
NOG——气相总传质单元数
kG——气膜吸收系数，kmol/（m2?h?kPa）kL——液膜吸收系数，m/h
K——稳定系数，无因次
Mave——混合气体的平均摩尔质量，kmol/kg Lh——液体体积流量，m3/h
Ls——液体体积流量，m3/h
Lw——润湿速率，m3/（m?h）
m——相平衡常数，无因次
n——筛孔数目（分布点数目）
P——操作压力，Pa
P——压力降，Pa
u——空塔气速，m/s
uF——泛点气速，m/s
U——液体喷淋密度，m3/（m2?h）
UL——液体质量通量，㎏/（m2?h）
Umin——最小液体喷淋密度，m3/（m2?h）Uv——气体质量通量，㎏/（m2?h）
Vh——气体体积流量，m3/h
wL——液体质量流量，㎏/h
wV——气体质量流量，㎏/h
X——液相摩尔比
y——气相摩尔分数
Y——气体摩尔比
Z——填料层高度，m
V——惰性气相流量，kmol/h
S——吸脱因数
R——通用气体常数，8.314（m3kPa）/（kmol?K）T——温度，K
T ——标准状况下温度，K
Ω——塔的截面积，m2
ΦF——泛点填料因子，m-1
ΦP——压降填料因子，m-1
L——液体的粘度，kg/（m?h）
V——混合气体的粘度，kg/（m?h）
vm——混合气体的平均密度，kg/m3 L——液体的密度，kg/m3
β——充气系数，无因次；δ——筛板厚度，m
ε——空隙率，无因次
θ——液体在降液管内停留时间，s μ——粘度，Pa?s
ρ——密度，kg/m3
ζ——表面张力，N/m
φ——开孔率或孔流系数，无因次Φ——填料因子，l/m
ψ——液体密度校正系数，无因次下标
max——最大的
min——最小的
L——液相
V——气相
《化工原理》课程设计 水吸收氨气过程填料塔的设计学院 专业制药工程 班级 姓名 学号 指导教师 2013 年 1 月 15 日 目录 设计任务书 (4)
参考文献 (15) 对本设计的评述及心得 (15)
附表：附表附表
设计任务书 (一)、设计题目：水吸收氨气过程填料吸收塔的设计 试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为7500 m3/h，其中含氨气为5％（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于％（体积分数）。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的倍。 (二)、操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度 20℃. (三)填料类型 选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。 (四)工作日 每年300天，每天24小时连续进行。 (五)厂址 厂址为衡阳地区 (六)设计内容 1.吸收塔的物料衡算； 2.吸收塔的工艺尺寸计算；
3.填料层压降的计算； 4.液体分布器简要设计 5.吸收塔接管尺寸计算； 6.绘制吸收塔设计条件图； 7.对设计过程的评述和有关问题的讨论。 (七)操作条件 20℃氨气在水中的溶解度系数为H＝（m3kPa）。 第一节前言 填料塔的有关介绍 填料塔洗涤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。本文简述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。 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。 填料塔的主体结构如下图所示： 图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小、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
《化工原理课程设计》报告 设计任务书 （一）设计题目 试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的SO2，混合 气体的处理为2500m3/h,其中SO2（体积分数）8﹪。要求塔 板排放气体中含SO2低于0.4％，采用清水进行吸收。（二）操作条件 常压，20℃ （三）填料类型 选用塑料鲍尔环、陶瓷拉西环填料规格自选 （四）设计内容 1、吸收塔的物料衡算 2、吸收塔的工艺尺寸计算 3、填料层压降的计算 4、吸收塔接管尺寸的计算 5、绘制吸收塔的结构图
6、对设计过程的评述和有关问题的讨论 7、参考文献 8、附表 目录 一、概述 (4) 二、计算过程 (4) 1. 操作条件的确定 (4) 1.1吸收剂的选择 (4) 1.2装置流程的确定 (4) 1.3填料的类型与选择 (4) 1.4操作温度与压力的确定 (4) 2. 有关的工艺计算 (5) 2.1基础物性数据 (5) 2.2物料衡算 (6) 2.3填料塔的工艺尺寸的计算 (6) 2.4填料层降压计算 (11) 2.5吸收塔接管尺寸的计算 (12) 2.6附属设备……………………………………………… ..12 三、评价 (13) 四、参考文献 (13) 五、附表 (14)
一、概述 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小，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。 二、设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 因为用水作吸收剂，同时SO2不作为产品，故采用纯溶剂。 1．2装置流程的确定 用水吸收SO2属于中等溶解度的吸收过程，故为提高传 质效率，选择用逆流吸收流程。 1．3填料的类型与选择 用不吸收SO2的过程，操作温度低，但操作压力高，因 为工业上通常选用塑料散堆填料，在塑料散堆填料中，塑
皖西学院化学与生命科学系 化工原理课程设计说明书 题目：设计一台填料塔用于吸收小合成氨厂精炼在生气中的氨专业：应用化工技术 班级：0702班 学生姓名：章文杰 学号： 指导教师：徐国梅 设计成绩： 完成日期： 2009年6月19日 目录 一、文献综述 (4) （一）、引言 (4) （二）、填料塔技术 (5) （三）、填料塔的流体力学性能 (8) （四）、填料的选择 (9) （五）、填料塔的内件 (10) （六）、工艺流程的现状和发展趋势 (11) 二、设计方案简介 (12) 三、工艺计算 (13) （一）、基础物性数据 (13) 1、液相物性的数据 (13) 2、气相物性数据 (13) 3、气液相平衡数据 (13) 4、物料衡算 (14) （二）、填料塔的工艺尺寸的计算 (15) 1、塔径的计算 (15) 2、填料层高度计算 (16) 3、填料层压降计算 (18) 4、液体分布器简要设计 (20) 四、辅助设备的计算及选型 (21) 五、设计一览表 (24) 六、心得体会 (26) 七、参考文献………………………………………………………… 八、主要符号说明……………………………………………………
九、附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图） 文献综述 关键词：填料塔；聚丙烯；吸收 摘要: 填料塔洗涤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。本文简述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。 （一）引言 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。从塔填料、塔内件以及工艺流程,特别是塔填料三方面对填料塔技术的现状与发展趋势作了介绍,说明了塔填料及塔内件在填料塔技术中的重要性。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：（1）生产能力大；（2）分离效率高；（3）压降小；（4）操作弹性大；（5）持液量小。 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差。研究表明，聚丙烯填料的有效润湿面积仅为同类规格陶瓷填料的 40 % ，由于聚丙烯填料表面润湿性能差，故传质效率较低，使应用受到一定的限制.为此，对聚丙烯填料表面进行处理，以提高其润湿及传质性能的研究日益受到人们的重视. 近年来，国内外一些学者做了该方面的研究工作，研究结果表明，聚丙烯填料经表面处理后，润湿及传质性能得到了较大的提高。 聚丙烯阶梯环填料为外径是高度的两倍的圆环 ,在侧壁上开出两排长方形的窗孔 , 并在一端增加了一个锥形翻边，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 ,各舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔 ,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。阶梯环与鲍尔环相比 ,其高度减少了一半 ,并在一端增加了一个锥形翻边。（二）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
《化工原理》课程设计 课题: 设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔设计者：王涛 学号：1043082002 指导老师：曹丽淑
目录 第一章设计任务????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.1设计题目????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.2设计任务及操作条件???????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1.3设计内容???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 第二章设计方案???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 2.1设计流程的选择及流程图??????????????????????????????????????????????????????????????????????4 第三章填料塔的工艺设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3.1气液平衡关系????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3.2吸收剂用量???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.3计算热效应???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.4定塔径??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.5喷淋密度的校核?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.6体积传质系数的计算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 3.7填料层高度的计算??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 3.8附属设备的选择???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9第四章设计结果概要??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15第五章设计评价 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 17
课程设计 题目：填料吸收塔的设计 教学院：化学与材料工程学院 专业：应用化工技术2010级（1）班学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年6 月3 日
课程设计任务书 2011 ～ 2012 学年第 2 学期 一、课程设计题目 填料吸收塔的设计 二、工艺条件 1．处理能力：1500m3/h混合气（空气、SO2） 2．年工作日：300天 3．混合气中含SO2： 3%（体积分数） 4．SO2排放浓度：0.16％ 5．操作压力：常压操作 6．操作温度：20℃ 7．相对湿度：70% 8．填料类型：自选(塑料鲍尔环，陶瓷拉西环等) 9．平衡线方程：(20℃) 三、课程设计内容 1．设计方案的选择及流程说明； 2．工艺计算； 3．主要设备工艺尺寸设计； （1）塔径的确定； （2）填料层高度计算； （3）总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 4．辅助设备选型与计算。 四、进度安排 1．课程设计准备阶段：收集查阅资料，并借阅相关工程设计用书； 2．设计分析讨论阶段：确定设计思路，正确选用设计参数，树立工程观点，小组分工协作，较好完成设计任务； 3．计算设计阶段：完成物料衡算、流体力学性能验算及主要设备的工艺设计计算； 4. 课程设计说明书编写阶段：整理文字资料计计算数据，用简洁的文字和适当的图表
表达自己的设计思想及设计成果。 五、基本要求 1．格式规范，文字排版正确； 2. 主要设备的工艺设计计算需包含：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的结 构设计和工艺尺寸的设计计算； 3．工艺流程图：以2号图纸用单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点； 4. 填料塔工艺条件图：以2号图纸绘制，图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表 和接管表； 5. 按时完成课程设计任务，上交完整的设计说明书一份。 教研室主任签名： 年月日
一设计任务书 （一）设计题目 过程填料吸收塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用于脱除焙烧水吸收SO 2 炉送出的混合气体(先冷却)中的SO2，其余为惰性组分，采用清水进行吸收。 （二）操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度25℃ （三）设计内容 （1）吸收塔的物料衡算； （2）吸收塔的工艺尺寸计算； （3）填料层压降的计算； （4）液体分布器简要设计； （5）吸收塔接管尺寸计算； （6）绘制吸收塔设计条件图； （7）对设计过程的评述和有关问题的讨论。 二设计方案简介 2.1方案的确定 用水吸收SO 属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流 2 不作为产品，故采用纯溶剂。 程。因用水作为吸收剂，且SO 2 2.2填料的类型与选择 的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散对于水吸收SO 2 装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。
阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，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，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。 2.3设计步骤 本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计 （一）吸收塔的物料衡算；（二）填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；（三）设计液体分布器及辅助设备的选型；（四）绘制有关吸收操作图纸。 三、工艺计算 3.1基础物性数据 3.1.1 液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，25℃时水的有关物性数据如下： 密度为ρ L =997.1 kg/m3 粘度为μ L =0.0008937 Pa·s=3.2173kg/(m·h) 表面张力为σ L =71.97 dyn/cm=932731 kg/h2 SO 2在水中的扩散系数为 D L =1.724×10-9m2/s=6.206×10-6m2/h （依Wilke-Chang 0.5 18r 0.6 () 1.85910 M T D V φ μ - =?计算，查《化学工程基础》） 3.1.2 气相物性数据 设进塔混合气体温度为25℃， 混合气体的平均摩尔质量为 M Vm=Σy i M i=0.1×64.06+0.9×29=32.506g/mol 混合气体的平均密度为
填料精馏塔设计任务书 一、设计题目：填料塔设计 二、设计任务：苯-甲苯精馏塔设计 三、设计条件： 1、年处理含苯41%（质量分数，下同）的苯-甲苯混合液3万吨； 2、产品苯含量不低于96%； 3、残液中苯含量不高于1%； 4、操作条件： 填料塔的塔顶压力：4kPa（表压） 进料状态：自选 回流比：自选 加热蒸汽压力：101.33kPa（表压） 5、设备型式：规整填料塔 6、设备工作日：300天/年，24h连续运行 四、设计内容和要求 序号设计内容要求 1 工艺计算物料衡算、热量衡算、理论塔板数等 2 结构设计塔高、塔径、分布器、接口管的尺寸等 3 流体力学验算塔板负荷性能图 4 冷凝器的传热面积和冷却介质的 用量计算 5 再沸器的传热面积和加热介质的 用量计算 6 计算机辅助计算将数据输入计算机，绘制负荷性能图 7 编写设计说明书目录、设计任务书、设计计算及结果、流程图、参考资料等
目录 第1章流程的确定和说明 (3) 1.1加料方式 (3) 1.2进料状态 (3) 1.3冷凝方式 (3) 1.4回流方式 (3) 1.5加热方式 (3) 1.6加热器 (4) 第2章精馏塔设计计算 (5) 2.1操作条件和基础数据 (5) 2.1.1操作压力 (5) 2.1.2基础数据 (5) 2.2精馏塔工艺计算 (7) 2.2.1物料衡算 (7) 2.2.2热量衡算 (9) 2.2.3理论塔板数计算 (11) 2.3精馏塔的主要尺寸 (12) 2.3.1精馏塔设计的主要依据 (12) 2.3.2塔径设计计算 (15) 2.3.3填料层高度的计算 (16) 第3章附属设备及主要附件的选型计算 (17) 3.1冷凝器 (17) 3.1.1计算冷却水流量 (18) 3.1.2冷凝器的计算与选型 (18) 3.2再沸器 (18) 3.2.1间接加热蒸汽 (18) 3.2.2再沸器加热面积 (18) 3.3塔内其他结构 (19) 3.3.1接管的计算与选择 (19) 3.3.2液体分布器 (20) 3.3.3除沫器 (21) 3.3.4液体再分布器 (22) 3.3.5填料支撑板的选择 (22) 3.3.6塔底设计 (23) 3.3.7塔的顶部空间高度 (23) 第4章结束语 (24) 参考文献 (25)
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。根据不同性质上的差异，可以开发出不同的分离方法。吸收操作仅为其中之一，它利用混合物中各组分在液体中溶解度或化学反应活性的差异，在气液两相接触时发生传质，实现气液混合物的分离。 一般说来，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分。在化工生产过程中，原料气的净化，气体产品的精制，治理有害气体，保护环境等方面都要用到气体吸收过程。填料塔作为主要设备之一，越来越受到青睐。二氧化硫填料吸收塔，以水为溶剂，经济合理，净化度高，污染小。此外，由于水和二氧化硫反应生成硫酸，具有很大的利用。 本次化工原理课程设计，我设计的题目是：炉气处理量为m3 4200炉气吸过程填料吸收塔设计。本次任务为用水吸收二氧化硫常压填料塔。具体设计条件如下： 1、混合物成分：空气和二氧化硫； 2、二氧化硫的含量：0.05（摩尔分率） 3、操作压强；常压操作 4、进塔炉气流量：h 4200 m3 5、二氧化硫气体回收率：95% 吸收过程视为等温吸收过程。
目录 摘要 .................................................................................................................................................. I 第一章 设计方案的确定 (1) 1.1流程方案 (1) 1.2设备方案 (1) 1.3流程布置 (1) 1.4吸收剂的选择 (1) 第二章 填料的选择 (2) 2.1对填料的要求 (2) 2.2填料的种类和特性 (2) 2.3填料尺寸 (3) 2.4填料材质的选择 (3) 第三章 工艺计算 (4) 3.1气液平衡的关系 (4) 3.2吸收剂用量及操作线的确定 (4) 3.2.1吸收剂用量的确定 (4) 3.2.2操作线的确定 (5) 3.3塔径计算 (5) 3.3.1采用Eckert 通用关联图法计算泛点速率f u ： (5) 3.3.2操作气速 (7) 3.3.3塔径计算 (7) 3.3.4喷淋密度U 校核 (7) 3.3.5单位高度填料层压降（Z P ）的校核 (8) 3.4填料层高度计算 (9) 3.4.1传质系数的计算 (9) 3.4.2填料高度的计算 (12) 第四章 填料塔内件的类型与设计 (13) 4.1 塔内件的类型 (13) 第五章 辅助设备的选型 (16) 5.1管径的选择 (16) 5.2泵的选取： (17) 5.3风机的选型： (17) 第六章 填料塔附属高度计算 (17) 第七章 分布器简要计算 (18) 第八章 关于填料塔设计的选材 (18) 参考文献 (19) 附录 (20) 附图 (21) 致谢 (22)
SO2填料吸收塔課程設計 專業班級：化工0803班 姓名：*** 學號：****** 指導老師：*****
目錄 一·目的和要求 二·設計任務 三·設計方案 1.吸收劑的選擇 2.塔內氣液流向的選擇 3.吸收系統工藝流程（工藝流程圖及說明） 4.填料的選擇 四·工藝計算 1.物料衡算，吸收劑用量，塔底吸收液濃度 2.塔徑計算 3.填料層高度計算 4.填料層壓降計算 5.填料吸收塔的主要附屬構件簡要設計 6.動力消耗的計算與運輸機械的選擇（對吸收劑）五·設備零部件管口的設計計算及選型 六·填料塔工藝數據表 填料塔結構數據表 物性數據表 七·對本設計的討論 八·主要符號說明 九·參考文獻
一·目的和要求 1．進行查閱專業資料、篩選整理數據及化工設計的基本訓練； 2．進行過程計算及主要設備的工藝設計計算，獨立完成吸收單元的設計；用簡潔的文字和圖表清晰地表達自己的設計思想和計算結果； 3.建立和培養工程技術觀點； 4.初步具備從事化工工程設計的能力,掌握化工設計的基本程式和方法。 5.獨立完成課程設計任務。 二·設計任務 1.題目：SO2填料吸收塔 2 生產能力：SO2爐氣的處理能力為1500 m3/h（1atm,30℃時的體積） 3 爐氣組成：原料氣中含SO2為9%（v）,其餘為空氣 4 操作條件： P=1atm(絕壓） t=30 ℃ 5 操作方式：連續操作 6 爐氣中SO2的回收率為95％ 三·設計方案 1.吸收劑的選擇 用水做吸收劑。水對SO2有較大的溶解度，有較好的化學穩定性，有較低的粘度，廉價、易得、無毒、不易燃燒 2.塔內氣液流向的選擇 在填料塔中，SO2從填料塔塔底進入，清水從塔頂由液體噴淋裝置均勻淋下。 3.吸收系統工藝流程（工藝流程圖及說明） 二氧化硫爐氣經由風機從塔底鼓入填料塔中，與由離心泵送至塔頂的清水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。經吸收後的尾氣由塔頂排除，吸收了SO2的廢水由填料塔的下端流出。 4.填料的選擇 可選擇（直徑）25mm塑膠鮑爾環填料(亂堆)。特性數據如下： 比表面積α:209 m2/m3
《化工原理》课程设计水吸收氨气过程填料塔的设计 学院 专业制药工程 班级 姓名 学号 指导教师 2013 年 1 月 15 日
目录 设计任务书 (4) 第一节前言 (3) 1.1 填料塔的有关介绍 (4) 1.2 塔内填料的有关介绍............................. 错误！未定义书签。第二节填料塔主体设计方案的确定 .. (5) 2.1 装置流程的确定 (5) 2.2 吸收剂的选择 (5) 2.3 填料的类型与选择 (7) 2.4 液相物性数据 (6) 2.5 气相物性数据 (8) 2.6 气液相平衡数据 (7) 2.7 物料横算 (7) 第三节填料塔工艺尺寸的计算 (8) 3.1 塔径的计算 (8) 3.2 填料层高度的计算及分段 (9) 3.2.1 传质单元数的计算 (10) 3.2.2 传质单元高度的计算 (10) 3.2.3 填料层的分段 (11) 第四节填料层压降的计算 (12) 第五节填料塔内件的类型及设计 (13) 第六节填料塔液体分布器的简要设计 (13) 参考文献 (15) 对本设计的评述及心得 (15) 附表： 附表1填料塔设计结果一览表 (15) 附表2 填料塔设计数据一览 (15) 附件一：塔设备流程图 (17)
设计任务书 (一)、设计题目：水吸收氨气过程填料吸收塔的设计 试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为7500 m3/h，其中含氨气为5％（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02％（体积分数）。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。 (二)、操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度 20℃. (三)填料类型 选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。 (四)工作日 每年300天，每天24小时连续进行。 (五)厂址 厂址为衡阳地区 (六)设计内容 1.吸收塔的物料衡算； 2.吸收塔的工艺尺寸计算； 3.填料层压降的计算； 4.液体分布器简要设计 5.吸收塔接管尺寸计算； 6.绘制吸收塔设计条件图； 7.对设计过程的评述和有关问题的讨论。 (七)操作条件 20℃氨气在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3?kPa）。
化工原理课程设计 题目: 填料吸收塔的设计 教学院: 化学与材料工程学院 专业: 应用化工技术级(1)班 学号: 15 40 20 22 学生姓名: 罗全海刘勇万丽蓉张硕 指导教师: 胡燕辉屈媛 年 6 月14 日 目录 1 绪论 .............................................................................. 错误!未定义书签。
1.1吸收技术概况 ...................................................... 错误!未定义书签。 1.2吸收过程对设备的要求及设备的发展概况...... 错误!未定义书签。 1.3吸收的应用概况 .................................................. 错误!未定义书签。 1.4设计方案介绍 ...................................................... 错误!未定义书签。 1.5填料选择 .............................................................. 错误!未定义书签。 1.5.1填料塔选择原则 ......................................... 错误!未定义书签。 1.5.2填料种类 ..................................................... 错误!未定义书签。 1.6填料尺寸的的选择: ........................................... 错误!未定义书签。 1.7填料材质的选择: ............................................... 错误!未定义书签。 2 吸收塔的工艺计算 ...................................................... 错误!未定义书签。 2.1 基础物性数据处理 ............................................. 错误!未定义书签。 2.1.1 液相物性数据 ............................................ 错误!未定义书签。 2.1.2气相物性数据 ............................................. 错误!未定义书签。 2.1.3气液平衡数据 ............................................. 错误!未定义书签。 2.1.4物料衡算 ..................................................... 错误!未定义书签。 2.1.5 液气比的计算 ............................................ 错误!未定义书签。 2.1.6吸收剂的用量 ............................................. 错误!未定义书签。 2.2 塔径的计算及校核 ............................................. 错误!未定义书签。 2.2.1物性数据: ................................................... 错误!未定义书签。 2.2.2 泛点气速、塔径的计算........................... 错误!未定义书签。 2.2.3 数据校核..................................................... 错误!未定义书签。
填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定 一、实验目的 1．了解填料吸收塔的结构和流程； 2．了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响； 3．掌握吸收总传质系数K y a 的测定方法 4. 学会使用GC 二、实验原理 吸收操作是分离气体混合物的方法之一，在实际操作过程中往往同时具有净化与回收双重目的。因而，气体出口浓度y 2是度量该吸收塔性能的重要指标，但影响y 2的因素很多，因为吸收传质速率N A 由吸收速率方程式决定。 (一). 吸收速率方程式： 吸收传质速率由吸收速率方程决定 ： m y A y aV K N ?=填 或 m y A y A K N ?= 式中： Ky 气相总传系数，mol/m 3.s ； A 填料的有效接触面积，m 2； Δy m 塔顶、塔底气相平均推动力， V 填 填料层堆积体积，m 3； K y a 气相总容积吸收传质系数，mol/m 2.s 。
从前所述可知，N A 的大小既与设备因素有关，又有操作因素有关。 (二).影响因素： 1．设备因素： V 填与填料层高度H 、填料特性及放置方式有关。然而，一旦填料塔制成，V 填就为一定值。 2．操作因素： a ．气相总容积吸收传质系数K y a 根据双膜理论，在一定的气温下，吸收总容积吸收传质系数K y a 可表示成： a k m a k a K x y y +=11 又有文献可知：a y G A a k ?=和b x L B a k ?=，综合可得b a y L G C a K ?=，显然K y a 与气体流量及液体流量均有密切关系。比较a 、b 大小，可讨论气膜控制或液膜控制。 b ．气相平均推动力Δy m 将操作线方程为：22)(y x x G L y +-= 的吸收操作线和平衡线方程为：y ＝mx 的平衡线在方格纸上作图，从图5-1中可得知： 2 12 1ln y y y y y m ???-?= ?
化工原理课程设计任务书设计题目填料吸收塔设计—15 主要内容1、设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备进行简要 论述； 2、主要设备的工艺设计计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数的 选定、填料塔结构设计和工艺尺寸的设计计算； 3、辅助设备的选型 4、绘流程图：以单线图的形式描绘，标出主体设备和辅助设备的 物料方向、物流量、能流量。 5、吸收塔的设备工艺条件图 6、编写设计计算说明书 设计参数用清水吸收空气中的NH 3 气体，混合气体处理量5000m3/h，其中NH 3 含量为0.14kg/m3干空气（标态），干空气温度为25℃，相对湿度为 70%，要求净化气中NH 3 含量不超过0.07%（体积分数），气体入口温 度40℃，入塔吸收剂中不含NH 3 ，水入口温度30℃。 设计计划进度布置任务，学习课程设计指导书，其它准备……………0.5天主要工艺设计计算…………………………………………2.5天辅助设备选型计算／绘制工艺流程图……………………1.0天绘制主要设备工艺条件图…………………………………1.0天编写设计计算说明书（考核）……………………………1.0天合计：（1周）………………………………………………6.0天 主要参考文献1. 《化工原理课程设计》，贾绍义等编，天津大学出版社，2002.08 2.《化工原理》（上、下册），夏清，陈常贵主编，天津大学出版社， 2005.01 3. 《化工原理课程设计》，大连理工大学编，大连理工大学出版社， 1994.07 4.《化工工艺设计手册》（第三版）（上、下册），化学工业出版社， 2003.08 5.《化学工程手册》（第二版）（上、下卷），时钧等主编，化学工 业出版社，1998.11 6.《化工设备机械基础》，董大勤编，化学工业出版社，2003.01 7.《化工数据导引》，王福安主编，化工出版社，1995.10 8.《化工工程制图》，魏崇光等主编，化学工业出版社1994.05 9.《现代填料塔技术指南》，王树楹主编，中国石化出版社，1998.08 设计文件要求1.设计说明书不得少于7000字，A4幅面； 2.工艺流程图为A2幅面； 3.设备工艺条件图为A3幅面； 备注
化工原理课程设计填料吸收塔的设计
课程设计 题目：填料吸收塔的设计 教学院：化学与材料工程学院 专业：化学工程与工艺（精细化工方向） 学号： 学生姓名： 指导教师：
年5月31日 《化工原理课程设计》任务书 ～年第2学期 学生姓名：专业班级：化学工程与工艺( ) 指导教师：工作部门：化工教研室 一、课程设计题目：填料吸收塔的设计 二、课程设计内容（含技术指标） 1. 工艺条件与数据 煤气中含苯2%（摩尔分数），煤气分子量为19；吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数）；吸收塔气-液平衡y*=0.125x；解吸塔气-液平衡为y*=3.16x；吸收回收率≥95%；吸收剂为洗油，分子量260，相对密度0.8；生产能力为每小时处理含苯煤气m3；冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。 2. 操作条件 吸收操作条件为：1atm、27℃，解吸操作条件为：1atm、120℃；连续操作；解吸气流为过热水蒸气；经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新鲜吸收剂；过程中热效应忽略不计。 3. 设计内容 ① 吸收塔、解吸塔填料层的高度计算和设计；
② 塔径的计算； ③ 其它工艺尺寸的计算。 三、进度安排 1．5月14日：分配任务； 2．5月14日-5月20日：查询资料、初步设计； 3．5月21日-5月27日：设计计算，完成报告。 四、基本要求 1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。 设计说明书应附有带控制点的工艺流程图。 设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算；设计结果概览；附录；参考文献等。 2. 图纸1套：包括工艺流程图(3号图纸)。 教研室主任签名： 年月日
填料塔课程设计 设计题目：甲醇-水分离过程填料精馏塔设计院别：化学化工学院 专业：化学工程与工艺 姓名：钟阳飞
1.甲醇水溶液填料塔设计 1.设计题目 甲醇溶液,组成为甲醇30%、水70%（质量分数），设计一精馏塔，塔顶馏出液含甲醇98%(质量分数),塔底废水中水含量为99%,处理量为20万吨/年。2.操作条件 (1)塔顶操作压力常压。 (2)进料热状态饱和液体进料 (3)回流比 4:1 (4)塔底压力 0.3MPa(表压) 3.塔板类型 填料塔 4.设计内容 (1)物料衡算； (2)平衡级数； (3)精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； (4)精馏塔的塔体工艺尺寸（塔高、他经、填料的类型及填料量等）计算；（5）填料层压降的计算； （6）液体分布器的简要设计； （7）精馏塔接管尺寸的计算；
f e h e g g 6 2 5 4 3 2 1 c c b a i 填料塔结构图 塔体 支撑板 填料段 固定压板 液体分布器 除雾器 排液口 液面计接口 人孔 吸入液入口 测压口 排气口 测湿口 进气口 釜液出口 6 5 4 3 2 1 符号 意义 i h g f e d c b a 符号 人 图 绘
f e h e g g 625432 1 c c b a i 填料塔结构图 塔体 支撑板填料段固定压板液体分布器除雾器排液口 液面计接口人孔 吸入液入口测压口排气口测湿口进气口 釜液出口 654 321符号意义i h g f e d c b a 符号孙杰 吴国耀 人 图绘 2.精馏塔的物料衡算 2.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 A M =32.04kg/kmol 水的摩尔质量 B M =18.02kg/kmol 194.002 .18/7.004.32/3.004 .32/3.0=+= F x 965.002 .18/02.004.32/98.004 .32/98.0=+=D x 006.002.18/99.004.32/01.004 .32/01.0=+=W x 2.2物料衡算 图 名 绘图人 填料支撑装置
填料吸收塔课程设计
一设计任务书 （一）设计题目 过程填料吸收塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用于脱除焙烧水吸收SO 2 炉送出的混合气体(先冷却)中的SO2，其余为惰性组分，采用清水进行吸收。混合气体的处理量m3/h 2000 含量（体积分数）10% 混合气体SO 2 的回收率不低于97% SO 2 吸收剂的用量与最小用量之比 1.3 （二）操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度25℃ （三）设计内容 （1）吸收塔的物料衡算； （2）吸收塔的工艺尺寸计算； （3）填料层压降的计算； （4）液体分布器简要设计； （5）吸收塔接管尺寸计算； （6）绘制吸收塔设计条件图； （7）对设计过程的评述和有关问题的讨论。 二设计方案简介 2.1方案的确定 属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流用水吸收SO 2 不作为产品，故采用纯溶剂。 程。因用水作为吸收剂，且SO 2 2.2填料的类型与选择 对于水吸收SO 的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散 2 装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN38聚丙烯阶梯环填料。
阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，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，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。 2.3设计步骤 本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计 （一）吸收塔的物料衡算；（二）填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；（三）设计液体分布器及辅助设备的选型；（四）绘制有关吸收操作图纸。 三、工艺计算 3.1基础物性数据 3.1.1 液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，25℃时水的有关物性数据如下： 密度为ρ L =997.1 kg/m3 粘度为μ L =0.0008937 Pa·s=3.2173kg/(m·h) 表面张力为σ L =71.97 dyn/cm=932731 kg/h2 SO 2在水中的扩散系数为 D L =1.724×10-9m2/s=6.206×10-6m2/h （依Wilke-Chang 0.5 18r 0.6 () 1.85910 M T D V φ μ - =?计算，查《化学工程基础》） 3.1.2 气相物性数据 设进塔混合气体温度为25℃， 混合气体的平均摩尔质量为 M Vm=Σy i M i=0.1×64.06+0.9×29=32.506g/mol 混合气体的平均密度为
化工原理课程设计吸收 塔 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
《化工原理》课程设计 课题: 设计水吸收半水煤气体混合物中的二氧化碳的填料吸收塔 设计者：王涛 学号： 02 指导老师：曹丽淑
目录 第一章设计任务?????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 设计题目?????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 设计任务及操作条件?????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 设计内容?????????????????????????????????????????????????????????????????? 3 第二章设计方案?????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 设计流程的选择及流程图?????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 第三章填料塔的工艺设计?????????????????????????????????????????????????????????????????? 4
气液平衡关系?????????????????????????????????????????????????????????????????? 4 吸收剂用量?????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 计算热效应?????????????????????????????????????????????????????????????????? 5 定塔径?????????????????????????????????????????????????????????????????? 6 喷淋密度的校核?????????????????????????????????????????????????????????????????? 6 体积传质系数的计算?????????????????????????????????????????????????????????????????? 7 填料层高度的计算?????????????????????????????????????????????????????????????????? 8 附属设备的选择??????????????????????????????????????????????????????????????????