目录
一、文献综述............................................................................................... 错误！未定义书签。
（一）引言 (2)
（二）填料塔技术 (3)
1 填料的类型 (3)
2 填料的几何特性 (4)
（三）填料塔的流体力学性能 (5)
1．填料层的持液量 (5)
2．填料层的压降 (5)
3．液泛 (5)
4．液体喷淋密度和填料表面的润湿 (6)
5．返混 (6)
（四）填料的选择 (6)
（五）填料塔的内件 (6)
1．填料支承装置........................................................................... 错误！未定义书签。
2．填料压紧装置 (7)
3．液体分布装置 (7)
4．液体收集及再分布装置 (7)
（六）工艺流程的现状和发展趋势 (7)
二、设计方案简介 (8)
（一）方案的确定 (8)
（二）工艺流程图及说明................................................................... 错误！未定义书签。
三、工艺计算 (9)
（一）基础物性数据 (10)
1 液相物性数 (10)
2 气相物性数据 (10)
3 气相平衡数据 (10)
4 物料衡算 (10)
（二）填料塔的工艺尺寸的计算 (11)
1 塔径计算 (11)
2、填料层高度计算 (11)
3 填料层压降计算 (13)
4.液体分布器简要设计 (13)
四、辅助设备的计算及选型...................................................................... 错误！未定义书签。
1．填料支撑结构........................................................................... 错误！未定义书签。
2．填料压紧装置........................................................................... 错误！未定义书签。
3. 液体再分布器装置.................................................................... 错误！未定义书签。
4. 除沫装置.................................................................................... 错误！未定义书签。
5．填料塔接管尺寸计算............................................................... 错误！未定义书签。
五、填料吸收塔设计一览表...................................................................... 错误！未定义书签。
六、主要符号说明...................................................................................... 错误！未定义书签。
七、参考文献................................................................................................. 错误！未定义书签。
八、对本设计的评述及心得...................................................................... 错误！未定义书签。
一、文献综述
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。
1 填料的类型
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。
（1）散装填料
散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料。其中有拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍环、矩鞍环、金属环矩鞍环、球形填料等。（2）规整填料
规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。
在散装填料发展的同时出现了规整填料。60年代以后，生产规模大型化要求具有大通量，能改善液体均匀分布，以提高分离效率及克服放大效应，降低填料层阻力及持液量，以起到节能效果。规整填料在这方面有独特的优点，因此各种规整填料运应而生。规整填料在整个塔截面上，集合形状规则、对称、均匀。它规定了气液流量，改善了沟流和壁流现象，压降可以很小。在相同的能量和压降下，与散装填料相比，可以安排更大的表面积，因此效率高。由于起结构的规整性，合理的设计可以做到几乎无放大效应。经过短短的二十几年已经形成了比较完整的规整填料系列。
2 填料的几何特性
填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。
（1）比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以a表示，其单位为m2/m3。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。
（2）空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以e 表示，其单位为
m3/m3，或以%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一重要指标。
（3）填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e3，称为填料因子，以f表示，其单位为1/m。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a/e3称为干填料因子，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，a和e 均发生相应的变化，此时的a/e3称为湿填料因子，它表示填料的流体力学性能，f值越小，表明流动阻力越小。
3 填料的性能评价
填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价，得出如表3-1所示的结论。可看出，丝网波纹填料综合性能最好，拉西环最差。
（三）填料塔的流体力学性能
填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛、填料表面的润湿及返混等。
1．填料层的持液量
填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以(m3液体)/(m3填料)表示。总持液量为静持液量和动持液量之和，即填料层的持液量可由实验测出，也可由经验公式计算。一般来说，适当的持液量对填料塔益的，但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。
2．填料层的压降
在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。将不同液体喷淋量下的单位填料层的压降DP/Z与空塔气速u的关系标绘在对数坐标纸。
3．液泛
在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被大量带出
塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏，此种情况称为淹塔或液泛。影响液泛的因素很多，如填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。
4．液体喷淋密度和填料表面的润湿
填料塔中气液两相间的传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。要形成液膜，填料表面必须被液体充分润湿，而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的表面润湿性能。
操作的稳定性和传质是有5．返混
在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。造成返混现象的原因很多，如：填料层内的气液分布不均；气体和液体在填料层内的沟流；液体喷淋密度过大时所造成的气体局部向下运动；塔内气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致等。
（四）填料的选择
填料的选择包括填料种类的选择、填料规格的选择（散装填料规格的选择、规整填料规格的选择）、填料材质的选择等，所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。
（五）填料塔的内件
填料塔的内件主要有填料支承装置、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。
2．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如图片3-14所示的栅板型、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。
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。
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。
（六）工艺流程的现状和发展趋势
填料塔技术用于各类工业物系的分离,虽然设计的重点在塔体及塔内件等核心部分,但与之相配套的外部工艺和换热系统应视具体的工程特殊性作相应的改进。例如在DMF回收装置的扩产改造项目中,要求利用原常压塔塔顶蒸汽,工艺上可以在常压塔及新增减压塔之间采用双效蒸馏技术,达到降低能耗、提高产量
的双重效果，在硝基氯苯分离项目中;改原多塔精馏、两端结晶工艺为单塔精馏、端结晶流程,并对富间硝基氯苯母液进行精馏分离,获得99%以上的间硝基氯苯,既提高产品质量,又取得了降低能耗的技术效果。
综合考察各分离过程的优缺点：分离技术就是指在没有化学反应的情况下分离出混合物中特定组分的操作。这种操作包括蒸馏，吸收，解吸，萃取，结晶，吸附，过滤，蒸发，干燥，离子交换和膜分离等。利用分离技术可为社会提供大量的能源，化工产品和环保设备，对国民经济起着重要的作用。
为了使填料塔的设计获得满足分离要求的最佳设计参数(如理论板数、热负荷等)和最优操作工况(如进料位置!回流比等),准确地计算出全塔各处的组分浓度分布(尤其是腐蚀性组分)、温度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分离技术。而且,20世纪80年代以来,以高效填料及塔内件为主要技术代表的新型填料塔成套分离工程技术在国内受到普遍重视。由于其具有高效、低阻、大通量等优点,广泛应用于化工、石化、炼油及其它工业部门的各类物系分离。
二、设计方案简介
（一）方案的确定
在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或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成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。
氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。
本方案选用聚丙烯阶梯环作为填料设计填料塔，规格为50mm×25 mm×1.5 mm ，其主要参数如下： 填料类型 公称直
径
DN/mm
外径×高×厚 比表面积
at （m2/m3） 空隙率 /% 个数n/m -3 堆积密度（kg/m 3） 干填料因子m -1 塑料阶梯环
50
50×25×.5 114.2 92.7 10740 5408
143 （二）工艺流程图及说明
在该填料塔中，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 体有塔顶排除，吸收了氨气的水 有填料塔的下端流出。（如右图所示）
三、工艺计算
（一）基础物性数据
1 液相物性数
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，20℃水的有关物性数据如下：
密度为=998.2 kg/m3
粘度为μL=0.001 Pa·S=3.6 kg/（m·h）
表面张力为σL=72.6 dyn/cm=940896 kg/h2
NH3在水中的扩散系数为D L=2.04×10-9 m2/s=2.04×10-9×3600 m2/h=7.344
×10-6m2/h
2 气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为Mvm=0.05×17.03+0.95×29=28.40
,混合气体的平均密度为ρvm= =0.991 kg/m3
混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为:
μv=1.81×10-5 Pa·S=0.065 kg/(m·h)
查手册得NH3在空气中的扩散系数为Dv=0.225 cm2/s=0.081 m2/h
3 气相平衡数据
20℃时NH3在水中的溶解度系数为H=0.725 kmol/(m3·kPa),常压下20℃时
NH3在水中的亨利系数为E==76.41kPa ，相平衡常数为m=0.754
4 物料衡算
进塔气相摩尔比为：Y1=0.0526
出塔气相摩尔比为：Y2=0.0526×(1-0.96)=0.0021
进塔惰性气相流量：V=(1-0.05)=138.31 kmol/h
该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，
即：对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为取操作液气比为1.5
则：
1.5=1.5×0.7514=1.127
L=1.127×138.31=155.88 kmol/h
所以由全塔物料衡算式V(Y1-Y2)=L(X1-X2)可得：
X1==0.04649
（二）填料塔的工艺尺寸的计算
1 塔径计算
气相质量流量为: wv=3500×1.181=4133.5㎏/h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即: WL=155.88×18.02=2808.96㎏/h 用贝恩—霍根关联式计算泛点气速：
log[]=A-K=0.204-1.75
=-0.7357
查附录五得空隙率=0.927,散装填料的特性参数t=114.2m2/m3
计算得uF=4.375m/s
取u=0.8u F=0.8 4.375=3.5m/s
由D=0.595m
圆整塔径取D=0.6m
泛点率校核：u=3.440m/s
=78.63%(在允许范围内)
填料规格校核：=12 8(满足DN50聚丙烯阶梯环填料径比要求)
液体喷淋密度校核：
取最小润湿速度为(Lw)min=0.08m3/(mh)
查常用散装填料的特性参数表，得
t=114.2m2/m3 Umin=(Lw)min at=114.2×0.08=9.136m3/m2h
U==9.96m3/m2h>Umin
经以上校核可知，填料塔直径选用D=600mm是合理的。
2、填料层高度计算
Y1*=mX1=0.7543×0.04649=0.0351=0.03507 Y2*=m X2=0
吸收因数为S=0.669
气相总传质单元数为=13.517
气相总传单元高度采用修正的思田关联式计算：
查表得材料表面临界张力c=33dyn/cm=427680 kg/h2
液体空塔质量流速为UL=9939.70 kg/(m2h)
故=0.390
求得W=114.2×0.390=44.587 m2/m3
气体空塔质量流速为
Uv=14626.68 kg/(m2h)
气膜吸收系数由下式计算
kG=0.237
=0.237
=0.147kmol/()
液膜吸收系数有下式计算：
kL=0.0095
=0.0095
=0.553kmol/m*h
由kG=kG wψ1.1，kL=kG wψ0.4，查表得ψ=1.45
则kG=0.147×44.587×=9.863kmol/
kL=kL wψ0.4=0.553×44.587×=28.608 kmol/
则kˊG=kmol/kˊ
KG=13.452 kmol/
由HOG=0.359m
由Z=HoGNoG=0.342×13.517=4.853m。
得Z`=1.2 4.853=5.824m
设计取填料高度为Z=6m
查表。
对于阶梯填料。
8~15，
而，在8~15范围里
计算得填料层高度为6m,故不需要分段。
表1.1常见材质的临界表面张力
材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡表面张力56 61 73 33 40 75 20
3 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：X=0.0387
纵坐标为：Y=0.1048
查图得。
98 9.81=961.38 Pa/m填料层压降为
△P=961.38×6=5768.28 Pa
4.液体分布器简要设计
(1)液体分布器的选型
该吸收塔的塔径为600mm而多孔直管式喷淋器的适用范围为600≦D≦800，并且其液体负荷为中等以下，所以选择多孔直管式喷淋器。
(2)分布点密度计算
按Eckert建议值。
D=600时。
喷淋点密度为246点/m2，所以，塔径为600mm时，根据需要取喷淋点密度为246点/m2
布液点数为：n=0.785×0.62×246=69.5≈70点
(3)布液计算：
由
取=0.6△H=160mm
解得d0=0.0037 m
设计取d0=4.0mm
四、辅助设备的计算及选型
填料支撑结构
1．填料支承结构应满足3个基本条件：①使起液能顺利通过.设计时应取尽可能大的自由截面。②要有足够的强度承受填料的重量，并考虑填料孔隙中的持液重量。③要有一定的耐腐蚀性能。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。本设计根据需要，选择孔管型支承装置。
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，图片3-15
中列出了几种常用的填料压紧装置。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。本设计中填料塔在填
料装填后于其上方安装了填料压紧栅板。
3. 液体再分布器装置
液体在乱堆填料层内向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，偏流往往造成塔中心的填料不被润湿，降低表面利用率。对于此填料塔而言，由于塔径为3200mm，填料层高度为8000mm，为了提干塔效率，故将其填料分为三层，每层填料约为2700mm，根据再分布器各种规格的使用范围，最简单的液体再分布装置为截锥式再分布器。如图片3-17（a）所示。截锥式再分布器结构简单，安装方便。
4. 除沫装置
除沫装置安装在液体再分布器上方，用以除去出气口气流中的液滴。由于氨气溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。
5．填料塔接管尺寸计算
为防止流速过大引起管道冲蚀，磨损，震动和噪音，液体流速一般不超过3m/s ，气体流速一般不超过100m/s。管径计算公式：，由于该填料塔吸收在底浓度下进行，故气液体进出空的管径相同。
（1）氨气与空气混合气体：由于气体流量为1.0×105 m/s，取u=90 m/s所以由公式：
圆整取D=650mm
查表（GB8163-87）管子规格表，可选取600mm×9mm的无缝钢管，内径为：650-2×9=632mm
在对气体流速进行校核：
对于液体进出口，取液体流量为2.5m/s，
所以：
查表（GB8163-87）管子规格表，可选取108mm×8mm的无缝钢管，内径为：
108-2×4=100mm
（2）泵的选型
就计算的结果可以选用：50-32-125型的泵。
五、填料吸收塔设计一览表
吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔
混合气处理量：10万m3/h
工艺参数
名称
物料名称清水氨气
操作压力，kPa 85 85
操作温度，℃20 20
流速，m/s ———— 3.75
液体密度，kg/m3 998.2 0.991
流量，kg/h 80226.84 99102.35 塔径，mm 3200
填料层高度，mm 8000
压差，KPa 85
操作液气比 1.345
分布点数480
黏度，kg/(m*h) 3.6 0.065
表面张力，kg/h 940896 ————
六、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
aw——填料的润湿比表面积，㎡/m3
d ——填料直径，m
d0——筛孔直径，m
D——塔径，m
D L——液体扩散系数，m2/s
D V——气体扩散系数，m2/s
E——亨利系数，kPa
h——填料层分段高度，m
H——开孔上方的液位高度，m
H——溶解度系数，kmol/（m3·kPa）
H OG——气相总传质单元高度，m
N OG——气相总传质单元数
k G——气膜吸收系数，kmol/（m2·h·kPa）
k L——液膜吸收系数，m/h
K——稳定系数，无因次
M ave——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，m2/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——标准状况下的压力，Pa
P——压力降，Pa
u——空塔气速，m/s
u F——泛点气速，m/s
U——液体喷淋密度，m3/（m2·h）
U L——液体质量通量，㎏/（m2·h）
U min——最小液体喷淋密度，m3/（m2·h）
U v——气体质量通量，㎏/（m2·h）
V h——气体体积流量，m3/h
w L——液体质量流量，㎏/h
w V——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
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）
——混合气体的平均密度，kg/m3
ave
L——液体的密度，kg/m3
L——液体的表面张力
c——填料材质的临界表面张力，㎏/h2（1dyn/cm=12960㎏/h2）——液体密度校正系数或填料形状系数，无因次
——空隙率，无因次
下标
max——最大的
min——最小的
L——液相
V——气相
七、参考文献
（1）张卫勇，房鼎业，朱炳晨等，大型甲醇合成反应器模拟设计,华东理工大学学报，2000,2(1):81-86
（2）王志魁《化工原理第三版》化学工业出版社359-380
（3）贾绍义柴诚敬《化工原理课程设计》天津大学出版社108
（4）陈敏恒丛得滋方图南齐鸣斋《化工原理第三版上、下册》化学工业出版社2006.5
（5）刘光启,马连,湘刘杰.《化学化工物性数据手册（有机卷）（无机卷）》.化学工业出版社.2002,5
（6）梅华;络合分离分离的制备及表征[D];南京工业大学;2002年
八、对本设计的评述及心得
经过了一周多时间的课程设计，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。
在本学期，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。
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！
为此，我感觉能圆满完成这次课程设计任务，给我带来了很大的信心，让我对自己的将来充满了自信！将来一定是美好的！
化工原理课程设计 课程名称: _ 化工原理 设计题目: __水吸收空气中氨填料塔的工艺设计____ 院系: ___化学与生物工程学院__________ 学生姓名: _____王永奇__________ 学号: ____200907117________ 专业班级: __化学工程与工艺093_ 指导教师: ______张玉洁_________
化工原理课程设计任务书 一、设计题目：水吸收空气中的氨填料塔的工艺设计 二、设计条件 1.生产能力：每小时处理混合气体4500Nm/h； 2.设备型式：填料塔 3.操作压力：101.3KPa 4.操作温度：298K 5.进塔混合气中含氨8%（体积比） 6.氨的回收率为99% 7.每年按330天计，每天24小时连续生产 8.建厂地址：兰州地区 9.要求每米填料的压降都不大于103Pa 三、设计步骤及要求 1. 确定设计方案 （1）流程的选择 （2）初选填料类型 （3）吸收剂的选择 2.查阅物料的物性数据 （1）溶液的密度、粘度、表面张力、氨在水中的扩散系数 （2）气相密度、粘度、表面张力、氨在空气中的扩散系数 （3）氨在水中溶解的相平衡数据 3.物料衡算 （1）确定塔顶、塔底的气液流量和组成 （2）确定泛点气速和塔径 （3）校核D/d>8～10 （4）液体喷淋密度校核：实际的喷淋密度要大于最小的喷淋密度。 4.填料层高度计算 5.填料层压降校核
如果不符合上述要求重新进行以上计算 6.填料塔附件的选择 （1）液体分布装置 （2）液体在分布装置 （3）填料支撑装置 （4）气体的入塔分布 7.计算结果列表（见下表） 四、设计成果 1. 设计说明书（A4） （1）内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录 （2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印。 2.精馏塔工艺条件图（2号图纸）（手绘） 五、时间安排 （1）第十九周---第二十二周 （2）第二十二周的星期五（7月20日）下午两点本人亲自到指定地点交设计成果，最迟不得晚于星期五的十八点钟。 六、设计考核 （1）设计是否独立完成； （2）设计说明书的编写是否规范 （3）工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范 （4）答辩 七、参考资料 1.《化工原理课程设计》贾绍义柴成敬天津科学技术出版社 2.《现代填料塔技术》王树盈中国石化出版社 3.化工原理夏清天津科学技术出版社
《化工原理》课程设计水吸收氨气填料塔设计 学院医药化工学院 专业化学工程与工艺 班级 姓名姚 学号 090350== 指导教师蒋赣、严明芳 2011年12月25日
目录 前言 (1) 1. 水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介 (4) 1.1任务及操作条件 (4) 1.2设计案的确定 (4) 1.3填料的选择 (4) 2. 工艺计算 (6) 2.1 基础物性数据 (6) 2.1.1液相物性的数据 (6) 2.1.2气相物性的数据 (6) 2.1.3气液相平衡数据 (6) 2.1.4 物料衡算 (7) 2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (7) 2.2.1 塔径的计算 (7) 2.2.2 填料层高度计算 (9) 2.2.3 填料层压降计算 (12) 2.2.4 液体分布器简要设计 (13) 3. 辅助设备的计算及选型 (15) 3.1 填料支承设备 (15) 3.2填料压紧装置 (16) 3.3液体再分布装置 (16) 4. 设计一览表 (17) 5. 后记 (18) 6. 参考文献 (10) 7. 主要符号说明 (10) 8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）
前言 在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大应用面广的重要单元设备。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。 在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或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成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。 塔设备按其结构形式基本上可分为两类；板式塔和填料塔。以前在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小、性能稳定等特点。因此，填料塔已经被推广到大型气、液操作中，在某些场合还代替了传统的板式塔。如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。 综合考察各分离吸收设备中以填料塔为代表，填料塔技术用于各类工业物系的分离,虽然设计的重点在塔体及塔内件等核心部分,但与之相配套的外部工艺和换热系统应视具体的工程特殊性作相应的改进。例如在DMF回收装置的扩产改造项目中,要求利用原常压塔塔顶蒸汽,工艺上可以在常压塔及新增减压塔之间采用双效蒸馏技术,达到降低能耗、提高产量的双重效果，在硝基氯苯分离项目中;改原多塔精馏、两端结晶工艺为单塔精馏、端结晶流程,并对富间硝基氯苯母液进行精馏分离,获得99%以上的间硝基氯苯,既提高产品质量,又取得了降低能耗的技术效果。 过程的优缺点：分离技术就是指在没有化学反应的情况下分离出混合物中特定组分的操作。这种操作包括蒸馏，吸收，解吸，萃取，结晶，吸附，过滤，蒸发，干燥，离子交换和膜分离等。利用分离技术可为社会提供大量的能源，化工产品和环保设备，对国民经济起着重要的作用。为了使1填料塔的设计获得满足分离要
一、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氨气。混合气体的处理量为1000 m3/h，其中含氨气为8％（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。（20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3.kPa） (二)操作条件 1.操作压力为常压，操作温度20℃. 2.填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。 3.工作日取每年300天，每天24小时连续进行。 (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.吸收塔接管尺寸计算； 5.吸收塔设计条件图； 6.对设计过程的评述和有关问题的讨论。 二、设计方案 (一)流程图及流程说明 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。 (二)填料及吸收剂的选择 该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用25×12.5×1.4聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下： 比表面积a t ：2233 2/m m空隙率ε：0.90 湿填料因子Φ：1 172m-填料常数 A:0.204 K：1.75
见下图： 根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。 三、工艺计算 (一)基础物性数据 1.液相物性数据 3998.2(/)L kg m ρ= 6100410() 3.6(/)L Pa s kg m h μ-=??= 272.6(d y n /c ) 940896(/)L m k g h σ== 931.7610(/)L D m s -=? 2. 气相物性数据 混合气体平均密度：31.166(/)v kg m ρ= c σ=427680(2/kg h ) 空气黏度：51.8110()0.065(/)v Pa s kg m h μ-=??= 273K ，101.3Kpa.氨气在空气中扩散系数：200.17(/)D m s = (二)物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成 20℃，101.3Kpa 下氨气在水中的溶解度系数 30.725/H kmol m kpa = 998.20.7540.72518101.3s S E m P HM P ρ====?? 进塔气相摩尔比： 10.080.087010.08 Y = =- 出塔气相摩尔比：20.00020.00020010.0002Y ==- 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：20X =
广东石油化工学院化工原理课程设计 题目: 水吸收氨填料塔的设计 指导教师: 李燕 成绩评阅教师
目录 第一节前言 (4) 1.1 填料塔的主体结构与特点 (4) 1.2 填料塔的设计任务及步骤 (4) 1.3 填料塔设计条件及操作条件 (4) 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 (5) 2.3.1 填料种类的选择 (5) 2.3.2 填料规格的选择 (5) 2.3.3 填料材质的选择 (6) 2.4 基础物性数据 (6) 2.4.1 液相物性数据 (6) 2.4.2 气相物性数据 (6) 2.4.3 气液相平衡数据 (7) 2.4.4 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 (9) 3.2.3 填料层的分段 (11) 3.3 填料层压降的计算 (12) 第四节填料塔内件的类型及设计 (12) 4.1 塔内件类型 (12) 4.2 塔内件的设计 (12) 4.2.1 液体分布器设计的基本要求： (12) 4.2.2 液体分布器布液能力的计算 (13) 注： 1填料塔设计结果一览表 (13) 2 填料塔设计数据一览 (13)
3 参考文献 (15) 4 对本设计的评述或有关问题的分析讨论 (15)
第一节 前言 1.1 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。 1.2 填料塔的设计任务及步骤 设计任务：用水吸收空气中混有的氨气。 设计步骤：（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案; （2）针对物系及分离要求，选择适宜填料； （3）确定塔径、填料层高度等工艺尺寸（考虑喷淋密度）； （4）计算塔高、及填料层的压降； （5）塔内件设计。 1.3 填料塔设计条件及操作条件 1. 气体混合物成分：空气和氨 2. 空气中氨的含量: 5.0% （体积含量即为摩尔含量） 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
课程设计任务书 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，采用清水吸收混于空气中的氨气。混合气体的处理量为2600m3/h，其中含氨为7%（体积分数），混合气体的进料温度为25℃。要求：氨气的回收率达到98%。（20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3.kPa） 二、工艺操作条件： （1）操作平均压力常压 （2）操作温度 : t=20℃ （3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定 （4）选用填料类型及规格自选。 三、设计容 （1）设计方案的确定和说明 （2）吸收塔的物料衡算； （3）吸收塔的工艺尺寸计算； （4）填料层压降的计算； （5）液体分布器简要设计； （6）绘制液体分布器施工图 （7）吸收塔接管尺寸计算； （8）设计参数一览表； （9）绘制生产工艺流程图（A4号图纸）； （10）绘制吸收塔设计条件图（A4号图纸）； （11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
目录 1. 设计方案简介 (1) 1.1设计方案的确定 (1) 1.2填料的选择 (1) 2. 工艺计算 (1) 2.1 基础物性数据 (1) 2.1.1液相物性的数据 (1) 2.1.2气相物性的数据 (1) 2.1.3气液相平衡数据 (1) 2.1.4 物料衡算 (1) 2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (2) 2.2.1 塔径的计算 (2) 2.2.2 填料层高度计算 (3) 2.2.3 填料层压降计算 (6) 2.2.4 液体分布器简要设计 (7) 3. 辅助设备的计算及选型 (8) 3.1 填料支承设备 (8) 3.2填料压紧装置 (8) 3.3液体再分布装置 (8) 4. 设计一览表 (9) 5. 后记 (9) 6. 参考文献 (9) 7. 主要符号说明 (10) 8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）
《化工原理》课程设计 ——水吸收氨气填料塔设计学院 专业 班级 姓名 学号 指导教师 2012年12月11 日
设计任务书 水吸收氨气填料塔设计 （一）设计题目 试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的氨气。混合气体的处理量为____3200____m3/h，其中含氨为____8%____（体积分数），混合气体的进料温度为25℃。要求： ①塔顶排放气体中含氨低于____0.04%____（体积分数）； （二）操作条件 （1）操作压力：常压 （2）操作温度：20℃ （3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定 （三）填料类型 聚丙烯阶梯环吸收填料塔 （四）设计内容 （1）设计方案的确定和说明 （2）吸收塔的物料衡算； （3）吸收塔的工艺尺寸计算； （4）填料层压降的计算； （5）液体分布器简要设计； （6）绘制液体分布器施工图 （7）吸收塔接管尺寸计算； （8）设计参数一览表； （9）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）； （10）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）； （11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
目录 前言 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。第一节填料塔主体设计方案的确定.................................................. 错误!未定义书签。 1.1装置流程的确定 .................................................................................. 错误!未定义书签。 1.2 吸收剂的选择.................................................................................. 错误!未定义书签。 1.3 课程设计任务 .................................................................................... 错误!未定义书签。 1.4 填料的类型与选择 ............................................................................. 错误!未定义书签。 1.4.1 填料种类的选择 .............................................................................. 错误!未定义书签。 1.4.2 填料规格的选择 .............................................................................. 错误!未定义书签。 1.4.3 填料材质的选择 .............................................................................. 错误!未定义书签。 1.5 基础物性数据....................................................................................... 错误!未定义书签。 1.5.1 液相物性数据................................................................................. 错误!未定义书签。 1.5.2 气相物性数据 .............................................................................. 错误!未定义书签。 1.5.3 气液相平衡数据............................................................................ 错误!未定义书签。 1.5.4 物料横算............................................................................................. 错误!未定义书签。第二节填料塔工艺尺寸的计算 ........................................................... 错误!未定义书签。 2.1 塔径的计算 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2 填料层高度的计算及分段............................................................... 错误!未定义书签。 2.3填料层压降计算： .............................................................................. 错误!未定义书签。第三节填料塔内件的类型及设计 .................................................. 错误!未定义书签。
《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）。
东南大学成贤学院 课程设计报告 题目填料吸收塔的设计 课程名称化工原理课程设计 专业制药工程 班级 学生姓名 学号 设计地点东南大学成贤学院 指导教师 设计起止时间：2012 年8月28日至2012 年9 月14 日
目录 课程任务设计书 (3) 第一节吸收塔简介 (4) 1.1 吸收技术概况 (4) 1.2 吸收设备--填料塔概况 (4) 1.3 典型的吸收过程 (5) 第二节填料塔主体设计方案的确定 (6) 2.1 装置流程的确定 (6) 2.2 吸收剂的选择 (6) 2.3 填料的类型与选择 (7) 2.3.1填料种类的选择 (7) 2.3.2 填料规格的选择 (8) 2.3.3 填料材质的选择 (8) 第三节填料塔工艺尺寸的计算 (10) 3.1 基础物性数据 (10) 3.1.1 液相物性数据 (10) 3.1.2 气相物性数据 (10) 3.1.3 气液相平衡数据 (10) 3.2 物料衡算及校核 (11) 3.2.1水吸收氨气平衡关系 (11) 3.2.2绘制X-Y图 (11) 3.2.3物料衡算 (16) 3.3 塔径的计算及校核 (18) 3.3.1塔径的计算 (18) 3.3.2塔径的校核 (20) 3.4 填料层高度的计算及分段 (20) 3.4.1填料层高度的计算 (20) 3.4.2 填料层的分段 (23) 3.5 填料层压降的计算 (23) 第四节其他辅助设备的计算与选择 (24) 4.1 吸收塔的主要接管尺寸计算 (24) 4.2 气体进出口的压降计算 (24)
4.3 离心泵的选择与计算 (24) 附件一： 1.计算结果汇总 (26) 2.主要符号及说明 (27) 3.参考文献 (28) 4. 个人小结 (28) 附件二： 1.填料塔设备图 (30) 2.塔设备流程图 (31) 3.埃克特通用压降关联图 (32) 4.X-Y关系图（见计算过程）
水吸收氨课程设计 目录 第一节前言 (5) 1.1 填料塔的主体结构与特点 (5) 1.2 填料塔的设计任务及步骤 (5) 1.3 填料塔设计条件及操作条件 (5) 第二节填料塔主体设计方案的确定 (6) 2.1 装置流程的确定 (6) 2.2 吸收剂的选择 (6) 2.3填料的类型与选择 (6) 2.3.1 填料种类的选择 (6) 2.3.2 填料规格的选择 (6) 2.3.3 填料材质的选择 (7) 2.4 基础物性数据 (7) 2.4.1 液相物性数据 (7) 2.4.2 气相物性数据 (7) 2.4.3 气液相平衡数据 (8) 2.4.4 物料横算 (8) 第三节填料塔工艺尺寸的计算 (9) 3.1 塔径的计算 (9) 3.2 填料层高度的计算及分段 (10) 3.2.1 传质单元数的计算 (10) 3.2.3 填料层的分段 (12) 3.3 填料层压降的计算 (12) 第四节填料塔内件的类型及设计 (13)
4.1 塔内件类型 (13) 4.2 塔内件的设计 (13) 4.2.1 液体分布器设计的基本要求： (13) 4.2.2 液体分布器布液能力的计算 (13) 注：14 1填料塔设计结果一览表 (14) 2 填料塔设计数据一览 (14) 3 参考文献 (16) 4 后记及其他 (16) 附件一：塔设备流程图 (17) 附件二：塔设备设计图 (17)
化工学院关于专业课程设计的有关要求（草案）专业课程设计是学生学完专业基础课及专业课之后，进一步学习工程设计的基础知识，培养学生工程设计能力的重要教学环节，也是学生综合运用相关课程知识，联系生产实际，完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。为了加强我院本科学生专业课程设计这一重要实践教学环节的规范化管理，保证专业课程设计工作有序进行及教学质量，特制定专业课程设计的有关要求并请遵照执行。 一、选题要求 选题应以单元操作的典型设备为对象，进行单元操作过程中相关的设备与工艺设计，尽量从科研和生产实际中选题。为了保证专业课程设计的质量和工作量，选题要求1人1题。 二、设计说明书文本要求 (一)、字数要求：2000字以上 (二)、打印要求：用A4纸打印；左边距3厘米、右边距2厘米、上边距3厘米、下边距2.5厘米；行距20磅；页码居中 字体、字号要求（包括装订顺序）： 1、封面 由学院统一制定格式 2、设计任务书 3、目录（宋体、4号），其余（宋体、小4号） 4、正文（宋体、小4号字）、一级标题（宋体、3号字、加粗）、二级标题（宋体、4号字、加粗） 正文内容主要包括：概述与设计方案简介；设计条件及主要物性参数表；工艺设计计算（内容较多，应根据设计计算篇幅适当划分为若干小节，使之条理清晰）；辅助设备的计算及选型；设计结果汇总表（物料衡算表，设备操作条件及结构尺寸一览表）；设计评述（设计的评价及学习体会）。 5、参考文献（宋体、5号字）
目录 1、概述 (2) 1、1吸收技术概况 (2) 1、2填料塔概况 (3) 1、3设计方案简介 (3) 2、工艺计算 (5) 2、1基础物性数据 (5) 2.1.1液相数据 (5) 2.1.2气相数据 (6) 2.1.3气液相平衡数据 (6) 2.1.4物料衡算 (6) 2.2填料塔的工艺尺寸的计算 (12) 2.2.1塔径的计算 (12) 2.2.2填料层高度计算 (13) 2.2.3填料层压降计算 (16) 2.2.4液体分布器简要设计 (16) 3.辅助设备的计算及选型 (17) 3.1吸收塔的主要接管尺寸的计算 (17) 3.2气体进出口压降 (17) 3.3离心泵的选择与计算 (17)
4.设计一览表 (18) 5.总结 (19) 1、概述 1、1吸收技术概况 在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或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成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。 氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。 吸收操作广泛地用于气体混合物的分离，其在工业上的具体应用大致有以下几种： （1）原料气的净化。为出去原料气中所含的杂质，吸收可说是最常见的方法。
《化工原理》课程设计 设计题目：水吸收氨填料塔设计专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教 起止日期：
前言 在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大应用面广的重要单元设备。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。 在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或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成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。 氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染。因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气,使其达到排放标准。设计采填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。 利用混合气体中各组分在同一种液体(溶剂)中溶解度差异而实现组分分离的过程称为气体吸收气体吸收是一种重要的分离操作，它在化工生产中主要用来达到以下几种目的：分离混合气体以获得一定的组分；除去有害组分以净化气体；制备某种气体的溶液。一个完整的吸收分离过程，包括吸收和解吸两个部分。典型过程有单塔和多塔、逆流和并流、加压和减压等。 第一章概述
水吸收氨填料塔设计
目录 一前言 (3) 二设计任务 (3) 三设计条件 (3) 四设计方案 (3) 1．吸收剂的选择 (3) 2．流程图及流程说明 (3) 3．塔填料的选择 (4) 五工艺计算 (4) 1．物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成 (4) 2．塔径的计算 (5) 3.填料层高度计算 (6) 4.填料层压降计算 (8) 5.液体分布装置 (8) 6.液体再分布装置 (9) 7.填料支撑装置 (10) 8.气体的入塔分布 (10) 六设计一览表 (10) 七对本设计的评述 (11) 八参考文献 (11) 七主要符号说明 (14)
八附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图） 二、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。 三、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％。 四、设计方案 1．吸收剂的选择根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。2．流程图及流程说明 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。（如右图所示） 3．塔填料选择该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用38mm
目录 一、设计条件...................................................................2.................. 二、设计方案的确定.............................................................2.................. 三、填料的选择.................................................................2.................. 四、基础物性数据...............................................................2.................. （一）DN50的聚丙烯鲍尔环特性数据..........................................2.................. （二）液相物性数据.........................................................2.................. （二）气相物性数据........................................................3.................. （三）气液相平衡数据......................................................3.................. 五、物料衡算...................................................................3.................. 六、填料塔工艺尺寸的计算......................................................4.................. （一）塔径的计算..........................................................4.................. （二）填料层高度的计算....................................................5.................. 七、填料层压降的计算..........................................................7.................. 八、液体分布器简要设计........................................................8.................. (一) (二) (三)液体分布器及液体再分布器的选型.....................................8..................分布点密度的计算...................................................8.................. 布液计算...........................................................8.................. 九、填料塔接管尺寸的计算......................................................8.................. （一）气体进料管...........................................................8.................. （二）液体进料管...........................................................9.................. 十、离心泵的计算和选择........................................................9.................. 十一、设计结果一览表..........................................................1.0.................. 十二、参考文献................................................................1.1.................. 十三、对本设计的评述及心得体会................................................1.1..................
前言 在近代工业的发展中，塔设备已成为一个非常重要的单元设备，广泛应用于炼油、化工、制药等过程工业上，对吸收、蒸馏和洗涤有着不可或缺的作用。它性能的优劣、技术水平的高低直接影响到产品的质量、产量、回收率、经济效益等各个方面。所以研究新型的的塔设备和强化气液两相传质过程及工业生产有着重要的意义。 塔设备主要可分为两种：板式塔和填料塔。板式塔和填料塔在过去几十年中的发展速度有快有慢，竞争能力时有强弱。但总的来说，工业生产中因为处理量大所以还是以板式塔为主。而对于填料塔，一般都是用于小量原料的处理。但是在近些年来，人们对填料塔进行了大量的研究，却得了突破性的进展，目前应用规模的填料塔最大直径可达14~20m，突破了仅限于小塔的传统观念，并在现代化工生产中得到更为普遍的应用。对于新型的填料塔来说，它还具有以下几个优点： （1）生产能力大，在需要大理论技术的分离过程中能耗小，可以更容易满足经济的应用热泵得要求。 （2）分离效率高 （3）压降小 （4）操作弹性大 （5）持液量小 利用填料塔去分离化工过程中的产物或者处理工业生产中对环境有害的污染物已越来越普遍，而且也趋于主流，对人们的日常生过也起着非常大的作用。在使用填料塔进行分离物质时，必须事先对整个填料塔进行系统的计算与设计。结合能效、操作条件、经济等方面去考虑。充分了解到填料塔中个部分的物料情况和工作效益。使整个填料塔分离过程能符合安全、环保、节能和高效益，能真正用于工业生产中。 氨是工业生产中一种极为重要的生产原料，在国民经济中占有重要地位。除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。但这种极为重要的化工原料却对人的生命有着严重的危害，如果在工业生产中操作有失误，会威胁这生产人员的性命安全。 氨是一种碱性物质，它对接触的皮肤组织都有腐蚀和刺激作用。可以吸收皮肤组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜结构。氨的溶解度极高，所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐蚀作用，减弱人体对疾病的抵抗力。低浓度的氨对眼和潮湿的皮肤能迅速产生刺激作用。潮湿的皮肤或眼睛接触高浓度的氨气能引起严重的化学烧伤。急性轻度中毒：流泪、畏光、视物模糊、眼结膜充血。高浓度蒸气对眼睛有强刺激性，可引起疼痛和烧伤，导致明显的炎症并可能发生水肿、上皮组织破坏、角膜混浊和虹膜发炎。轻度病例一般会缓解，严重病例可能会长期持续，并发生持续性水肿、疤痕、永久性混浊、眼睛膨出、白内障、眼睑和眼球粘连及失明等并发症。多次或持续接触氨会导致结膜炎。 轻度吸入氨中毒表现有鼻炎、咽炎、喉痛、发音嘶哑。氨进入气管、支气管会引起咳嗽、咯痰、痰内有血。严重时可咯血及肺水肿，呼吸困难、咯白色或血
. 东南大学成贤学院 课程设计报告 题目填料吸收塔的设计 课程名称化工原理课程设计 专业制药工程 班级 学生姓名 学号 设计地点东南大学成贤学院 指导教师 设计起止时间：2012 年8月28日至2012 年9 月14 日
目录 课程任务设计书 (3) 第一节吸收塔简介 (4) 1.1 吸收技术概况 (4) 1.2 吸收设备--填料塔概况 (4) 1.3 典型的吸收过程 (5) 第二节填料塔主体设计方案的确定 (6) 2.1 装置流程的确定 (6) 2.2 吸收剂的选择 (6) 2.3 填料的类型与选择 (7) 2.3.1填料种类的选择 (7) 2.3.2 填料规格的选择 (8) 2.3.3 填料材质的选择 (8) 第三节填料塔工艺尺寸的计算 (10) 3.1 基础物性数据 (10) 3.1.1 液相物性数据 (10) 3.1.2 气相物性数据 (10) 3.1.3 气液相平衡数据 (10) 3.2 物料衡算及校核 (11) 3.2.1水吸收氨气平衡关系 (11) 3.2.2绘制X-Y图 (11) 3.2.3物料衡算 (16) 3.3 塔径的计算及校核 (18) 3.3.1塔径的计算 (18) 3.3.2塔径的校核 (20) 3.4 填料层高度的计算及分段 (20) 3.4.1填料层高度的计算 (20) 3.4.2 填料层的分段 (23) 3.5 填料层压降的计算 (23) 第四节其他辅助设备的计算与选择 (24) 4.1 吸收塔的主要接管尺寸计算 (24)
4.2 气体进出口的压降计算 (24) 4.3 离心泵的选择与计算 (24) 附件一： 1.计算结果汇总 (26) 2.主要符号及说明 (27) 3.参考文献 (28) 4. 个人小结 (28) 附件二： 1.填料塔设备图 (30) 2.塔设备流程图 (31) 3.埃克特通用压降关联图 (32) 4.X-Y关系图（见计算过程）
水吸收氨填料吸收塔设计课程设计
合肥学院 Hefei University 化工原理课程设计 题目: 水吸收氨填料吸收塔设计 系别: 生物与环境工程系
任务书 水吸收氨填料吸收塔设计 （一）设计任务 试设计一座填料吸收塔，用于脱出混于空气中的氨气。混合气体的处理为（自己确定），其中含氨5%，要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小量的1.1-2.0倍。 （二）操作条件 1、操作压力常压 2、操作温度 20℃ （三）填料类型 陶瓷拉西环、金属鲍尔环、陶瓷矩鞍，填料规格自选 （四）工作日 每年300天，每天24小时连续运行 （五）厂址安徽地区 （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、绘制生产工艺流程图 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）设计基础数据 20℃下氨在水中的溶解度系数为H=0.725Kmol/(m3*Kpa).
目录 一、文献综述 (4) （一）填料塔技术 (4) （二）填料塔的流体力学性能 (5) 1．填料层的持液量 (5) 2．填料层的压降 (5) 3．液泛 (5) 4．液体喷淋密度和填料表面的润湿 (5) 5．返混 (5) （三）填料塔的内件 (5) 1．填料支承装置 (5) 2．填料压紧装置 (5) 3．液体分布装置 (6) 4．液体收集及再分布装置 (6) 二、流程的确定与说明 (6) （一）吸收装置的流程确定 (6) （二）填料的选择 (6) 三、工艺计算 (7) （一）基础物性数据 (6) 1．液相物性数 (6) 2．气相物性数据 (7) 3．气相平衡数据 (7) 4．混合气体的处理量 (7) （二）填料塔的工艺尺寸的计算 (7) 1．物料衡算 (7) 2. 塔径计算 (8) 3．填料层高度计算 (9) 4.填料层压降计算 (11) 5.液体分布器简要设计 (11) 四、设计结果概要 (12) 五、主要符号说明 (12)