云母在填料中的应用
学号：20121002118 班号:033124-12 姓名：黄保康
摘要：本文主要介绍传统矿物材料云母在填料中的应用以及云母在运用现代技术下表现出的独特优势及人工合成，并重点介绍了云母在塑料、橡胶生产中作为填料的应用，最后对云母矿物材料的现状及发展进行了展望。
关键词：纳米云母，白云母，绢云母，人工合成，填料
Abstract ：This paper mainly introduces the unique advantages of showing the traditional mineral material used in packing of mica and mica in the use of modern technology and artificial synthesis, and focuses on the mica filler used in the production of plastics, rubber, at the end of the mica mineral materials present situation and development prospect.
Keywords:nano-mica,muscovite,sericite,synthetic,filler
1.引言
云母, 是一种重要的非金属矿物, 有花皮莲玻璃纸、天冰和千层纸等美称天然云母产于岩浆岩变质岩和沉积岩中。云母是一种性能独特、应用领域广泛、价值很高的工业矿物，全世界云母产量约为25万t ，主要生产国有印度、美国、南非、巴西、马达加斯加、加拿大、阿根廷和俄国。印度是白云母最重要的资源国，其次是巴西、马达加斯加、阿根廷和俄国。金云母主要产于加拿大、俄国和阿根廷。我国云母资源丰富，云母砂矿几乎遍布全国，年总产量约3万t ，占世界总产量的10%左右。。其广泛的应用于建材行业、消防行业、灭火剂、电焊条、塑料、电绝缘、造纸、沥青纸、橡胶、珠光颜料等化工工业。超细云母粉作塑料、涂料、油漆、橡胶等功能性填料，可提高其机械强度，增强韧性、附着力抗老化及耐腐蚀型等。除具有极高的电绝缘性、抗酸碱腐蚀、弹性、韧性和滑动性、耐热隔音、热膨胀系数小等性能外，又率先推出片体二表面光滑、径厚比大、 形态规则、附着力强等特点。[1]
2.云母结构及分类
2.1云母的基本结构特征
云母是一种重要的非金属矿物。它是碱金属和碱土金属的含水铝硅酸盐化学结构式为: R ++23R [AlSi 3O 10](OH) 2 或R ++32R [AlSi 3O 10](OH)2 式中:R +=K,Na +23R =Mg 2+,Fe 2+;Mn 2+;+32R =Al 3+,Fe 3+;Mn 3+。此外Li +亦可加人
云母晶格,占据晶格中相当于Mg 、Al 的位置。结构式中(O H ) : 为附加阴离子, 有时可以被F 、Cl 代替。云母类矿物是指云母族、白云
母亚族中的一类矿物，属于铝硅酸盐矿物，具有连续层状硅氧四面体构造，为两层硅氧四面体间夹杂一层硅氧八面体的 2 ∶1 型层状硅酸盐矿物。
云母属单斜晶系。晶体形态为六方形或菱形的片状或板状, 有时呈假六方柱状。
白云母的化学式为KAl2（AlSi3O10）（OH）2，其中SiO2 45.2%、Al2O3 38.5%、K2O 11.8%、H2O 4.5%，此外，含少量Na、Ca、Mg、Ti、Cr、Mn、Fe和F等。
金云母的化学式为KMg3〔AlSi3O10〕〔F，OH〕2，其中K2O 7～10.3%、MgO为21.4～29.4%、Al2O3为10.8～17%、SiO2为38.7～45%、H2O为0.3～4.5%，含少量Fe、Ti、Mn、Na和F等。
图1.白云母晶体结构图
2.2云母的种类
云母主要分为三个亚类：白云母、黑云母和锂云母。白云母包括白云母及其亚种(绢云母)和较少见的钠云母；黑云母包括金云母、黑云母、铁黑云母和锰黑云母；锂云母是富含氧化锂的各种云母的细小鳞片。工业上尤其是电气工业中常用的是白云母和金云母。在工业上最有价值的是白云母和金云母。白云母无色透明, 或略带红色、淡绿色, 金云母呈银灰色、黑褐色或其它混和色。此外, 还有黑云母、锉云母、铁锉云母、珍珠云母等。人工合成的云母有氟金云母和水胀云母, 金云母耐高温达8 0 0℃白云母达6 0 0℃, 氟金云母达1100 ℃。
3.云母在填料中的应用
3.1云母作为填料在塑料中的应用
白云母的表面改性来改善矿物微粉的表面性能,提高与聚丙烯的粘结能力,确定了合适的改性药剂、用量及改性工艺。以矿物微粉为增强剂,以POE为增韧剂,以PP一g-MAH为增容剂采用熔融共混工艺制备了PPI硅灰石/白云母川OE复合材料,通过正交及单因素试验验证了PP醚灰石l白云母/POE复合材料的最佳配方,并对其力学性能、流动性及热学性能进行研究,发现复合材料的拉伸强度达到30.16MPa,较纯PP上升了21.27%,弯曲强度达到31.13MPa,上升了64.97%,弯曲模量为1220.llMPa,较纯PP提高了64.97%,洛氏硬度为18.76,上升了22.61%,维卡软化温度为91.7℃,较纯PP上升了24.93%。复合材料缺口冲击强度基本保持不变,然而复合材料的断裂伸长率大幅下降[2]。采用SEM对复合材料冲击断面微观形貌进行观察,发现白云母、硅灰石的加入使复合材料的冲击断面为韧性断裂,粒度较大的白云母易在基体内呈层状分布,长径比优良的硅灰石在断面处的取向整齐,易于提高基体的强度,POE以球状颗粒分布在基体中,与基体戮结良好,有利于提高复合材料的冲击强度,同时POE并不能改善硅灰石及云母与PP基体的相容性。通过DSC非等温结晶数据的研究,发现复合材料的结晶度有不同程度的提高,纯PP的结晶度为33%,复合材料的结晶度上升到36.273%~40.40%,无机粒子在复合材料熔融冷却过程中有明显的结晶诱导作用,为材料性能的提高提供了理论依据[3]。
图2.不同云母填料的SEM形貌图
图2可以看出两者断面均出现云状结构，为韧性断裂行为表现。矿物填料在基体PP中分布比较均匀，且大部分矿物微粉被改性剂以及接枝物包裹，分布与聚丙烯基体中，可见性较低。在((a)中矿物填料
与基体PP界面模糊，勤结较好，A处白云母微粒与基体猫结界面模糊，被较好的包裹在PP基体中，C处硅灰石微粒与基体界面模糊，B处为矿粉被拔出而留下的空洞。在云母肚灰石含量较大时出现少量矿粉裸露蓄积在断面表面，图(b)中E处为裸露的硅灰石微粒.F处可能为裸露少量的杂质矿物方解石，D处可见被集体包裹较好的微粉。在(b)中部分颗粒裸露于基体表面，与基体勃结稍差，在基体受到冲力时，容易在界面薄弱处发生破坏，导致材料的冲击性能降低，这也定性的解释了第4.6.2节中复合材料的缺口冲击强度为什么随着矿物用量的提高而降低的原因。同时在矿物含量较高时出现少量气穴，表明矿物含量较高，复合材料的加工性能变差[4]。
3.2云母作为填料在橡胶中的应用
除天然橡胶等少部分橡胶具有自补强性外，大部分橡胶都需要添加补强剂进行补强，目前效果最好用途最广泛的补强剂包括炭黑和白炭黑，但产品生产工艺复杂、成本较高，寻找价廉的新型功能性无机补强填充剂具有重要意义[5]。因此，许多研究试图开发出其他种类的补强剂，以拓宽其范围。类绢云母矿物是由红柱石矿风化而得到的，风化后成为由高岭土、云母、少量埃洛石和未风化完全的红柱石杂合而成的一种混合矿物。鉴于类绢云母复合矿物的特殊情况，以及高岭土、绢云母、埃洛石等组分已在橡胶中单独的广泛应用，类绢云母在橡胶中应该有着自己特点[6]。
图3(a) 30phr 类绢云母/SBR 扫描电镜图图3(b)50phr 类绢云母/SBR 扫描电镜图
图3(c) 70phr 类绢云母/SBR 扫描电镜图图3(d) 90phr 类绢云母/SBR 扫描电镜图
图3.110phr 类绢云母/SBR 扫描电镜图
图中黑色部分为橡胶基体，白色片状和粒状部分为填料。从扫描电镜图可以看出，类绢云母在橡胶基体中有着较好的分散，并没有因为填料的量的增大而出现大规模团聚的现象，但是在3(c)和3(d)中出现少部分空洞，这是因为填料与基体结合较差导致填料抽出[7]。
经过对类绢云母填充橡胶的基本性能研究以及与一些常用的补强剂（炭黑、白炭黑）、矿物填料进行对比后，可对类绢云母进行一个大体定位：其力学性能不能和炭黑和白炭黑相比，与纳米高岭土相当，明显优于其他无机类的填料，并且其磨耗明显优于包括白炭黑在内的其他无机填料；在导热方面，类绢云母的热扩散系数高于其他无机填料；材料最终的导热系数方面，类绢云母和纳米高岭土最好，高于本实验范围内的其他填料[8]。
4.纳米云母
聚丙烯/纳米云母共混熔体属于剪切变稀型流体，纳米云母对聚丙烯熔体的流动有阻碍作用。共混熔体的表观粘度随着云母含量的增加而增大，随着剪切速率的升高而降低。当偶联剂TTS、分散剂SDS 用量分别是纳米云母含量的1%、2%时为最佳选择，共混熔体的表观粘度下降明显。PP-Mica-TTS-SDS 共混熔体的表观粘度随温度升高而下降，粘流活化能随剪切速率的增大而降低[9]。
聚丙烯/纳米云母复合材料的等温结晶研究表明，纳米云母对聚丙烯具有很好的异相成核作用，结晶时间、结晶温度、云母含量对聚丙
烯球晶的生长情况有重要影响。添加少量云母后，复合材料的结晶温度、结晶度和熔点提高。Mo法适合于处理聚丙烯/纳米云母复合材料的非等温结晶过程。XRD 表明纳米云母的加入不改变PP 的结晶晶型，但使得聚丙烯的微晶尺寸和晶面间距都变小。
聚丙烯/纳米云母共混熔体的拉伸流动属于拉伸变稀型，随着云母含量的增加，熔体的表观拉伸粘度逐渐增大。纳米云母的加入使聚丙烯熔体的拉伸模量明显增大，但随着拉伸速度的提高，共混熔体的拉伸模量下降显著。共混熔体的拉伸应力和表观拉伸粘度均随温度的升高而下降，其拉伸流动活化能随着拉伸应变速率的提高呈下降趋势。随着纳米云母含量的增加，PP 的起始降解温度和停止降解温度逐渐增大，说明纳米云母可以显著提高PP 的热稳定性[10]。
5.人工合成云母
以内热法合成云母为基础形成的合成云母工业体系, 除获得少量单晶片外, 还有大量的碎云母用来生产种类繁多的合成云母复合材料。主耍有合成云母粉、合成云母陶瓷、食成云母纸及其制品等[11 ]。
合成云母粉是碎云母经粉磨, 用微细分离器分级, 可得到各种粒度的云母粉, 广泛用作隔热材料、防火涂层、千式灭火器粉料; 油漆, 橡胶和塑料的埙充剂, 近年来又研制出珠光颜料、云母增强塑料、耐热搪瓷、金属高温防氧化涂层、超低氢焊条和高温研焊止焊等特种。
6.云母矿物现状及展望
云母是一种含铝、钾等的硅酸盐,为单斜晶系薄片状晶体,其对PP 之所以具有明显的改性作用,原因在于它本身强度和刚性很大,又具有较大的径厚比,能对PP起到较明显的二维增强作用。但由于以下两方面的原因,云母对PP的改性效果无法充分发挥[12]。其一,云母属亲水性无机物质, PP为亲油性聚合物, PP对云母的润湿性差; 其二, PP属有机非极性大分子,而云母为无机极性填料,两者的极性相差悬殊[13]。两种因素均导致云母在PP基体中分散性不好, PP与云母间的界面粘结力低,相容性差,其最终结果是力学性能改善不明显,尤其会导致韧性下降。
目前, 云母开发技术已从普通技禾向高技术深人发展, 派生出门类众多的产品, 如云母玻璃复合大理石、氟金云母与硼素云母形成新的云母系列; 云母与磷、硼、硅酸盐结合材料; 氟云母与滑石结合材料;氟云母与金属粉结合材料等, 使云母的应用领域不断扩大。本着节约资源, 综合利用资源的思想, 大力开展云母矿物材料研究将有助于矿物材料发展和振兴非金属矿工业[14]。
7.致谢
感谢中国地质大学材化学院李飞老师和学院各老师的悉心教导，感谢学校为我们提供的教育资源！
参考文献
[1] 吴唯, 钱琦, 周高仁. PP/云母复合材料的增容效果及其界面结构[J]. 塑料工业, 2000
[2] 林水东,林志勇,丁马太.PP-g-MMA 对云母填充聚丙烯体系增容作用的研究[J].功能材料
[3] 王成望, 陶巍, 游扬罗, 邱雪应, 罗金华. 云母填充聚丙烯复合体系的界面与性能研[J]. 化工新型材料, 2001, 29(04): 22-24.
[4] 陈光明,李强,漆宗能,等.聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料研究进展[J].高高分子报，1999
[5] 冯耀岭, 杨辉林, 唐兴朝 . 绢云母粉在轮胎胶料中的应用研[J]. 轮胎工业,2001
[6] 黄庙由,罗东山,刘鸿,等.云母粉在高阻尼减震橡胶配合中的应用研究[J].特种橡胶制
品,1984第6 期:11-14.
[7] 俞强,李锦春,林明德. 高分子材料科学与工程,1998, 14( 1): 48-51.
[8] 涂春潮,裴高林,米志安,等.云母/硅橡胶复合材料的硫化特性研究[J]有机硅材料,2009, 23(1):23-26.
[9] 龚先政, 等. 云母加工利用技术现状与发展动向[J]中国非金属矿工业导刊,2000( 5 )
[10] 王国方合成云母及其综合利用(人工晶体研究所)
[11]龚先政，祖占良，郑水林云母加工利用技术现状与发展动向武汉工业大学北京研究生部，北京100024
[12] 袁楚雄,田中凯,刘奇云母及其深加工武汉工业大学国外金属矿选矿
[13] 雷芸, 袁继祖, 高惠明. 绢云母的开发利用[J]. 武汉化工学院学报, 2004(l ) : 57
[14]兰黄鲜, 云母粉在高分子材料改性中的研究进展广西煤炭科学研究所，广西南宁
523003
湿磨（绢）云母粉——涂料功能性填料 填料, 云母, 涂料, 功能性 一、湿磨（绢）云母在涂料中应用机理 据国内外有关参考文献介绍，无机矿物在涂料中对涂膜强度作用的大小与矿物形状有关，一般按下列顺序递减：片状，纤维状，柱状，粒状。 另外湿磨（绢）云母具有活性羟基基团使其容易与乳液有机地结合起来，湿磨（绢）云母片状颗粒在乳液及水的混合物中极易分散悬浮，在涂膜中平行排列、搭接和重叠，形成一种叠层结构，增加了涂膜的致密性，从而提高了涂膜强度、耐洗刷性、抗透水性、防止龟裂。湿磨（绢）云母粉在建筑外墙涂料中应用可以大幅度的增强涂料的抗老化性、抗紫外线等耐侯性指标，这主要是由于片状结构的湿磨（绢）云母对紫外线、微波、红外线具有极好的屏蔽效应，而且湿磨（绢）云母的化学组成稳定，呈惰性，能耐酸碱，从而使涂料更适应酸雨 等日益恶化的气候环境。 二、湿磨（绢）云母与其它无机填料应用之比较 湿磨（绢）云母与其它无机填料应用之比较表
三、湿磨（绢）云母在涂料工业中应用具有以下特点和功能 1、片状结构，加入涂料中能提高涂料阻挡紫外线和水分穿透的能力，与成膜物质发生化学反应，使之成一体，使涂膜能有消地阻挡光线的穿透，提高其耐水性和耐侯性，防止龟裂、延迟粉化，延长涂膜的使用寿命；减少树脂的用量，从而降低生产成本。 2、片状结构，可以提高涂料的致密性，消除针孔不良现象。 3、提高涂料的分散度和涂膜的耐大气、耐水性，改善涂刷均匀性。 4、化学稳定性好：具有优良的耐热和耐酸碱性；具有抗菌、防霉的作用。 5、调节涂料的流变性能，如增稠、防沉淀等。 6、能增强涂层的丰满度、坚韧性、提高耐擦洗性。 7、与其他颜料及溶剂有良好的相溶性，湿磨（绢）云母能吸附染料分子进入晶格层间，使涂 料久不褪色。 8、调节涂料的光学性能，改善涂膜的外观，对涂料体系具有消光性。 9、在户外涂料中，云母通过反映光线而赋予涂膜亮光，这对于有些产品是很重要的。 四、湿磨（绢）云母应用实例 通过试验，发现在外墙涂料中添加3～12%的湿磨（绢）云母粉与其它无机矿物填料如：碳酸钙、滑石粉、高岭土等相比，涂膜的表观、光泽、防透水性、韧性均有所提高。800目比400目效果佳；说明粒度越细、效果越好。经质检站人工老化指标测试，1000小时后，涂膜 不变色、不粉化。(具体指标见下表) 湿法云母粉在涂料的应用 文章引用自: [引用] 2006-05-24 | 发表者: prt778 一．湿法云母粉与干法云母粉的区别 云母是一类结构复杂的水合铝硅酸钾或类似的矿物，品种较多，例如白云母muscovite
《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
实验6 填料吸收塔实验报告 第四组成员：王锋，郑义，刘平，吴润杰 一、 实验名称 填料吸收塔实验 二、 实验目的 1、 了解填料吸收塔的构造并实际操作。 2、 了解填料塔的流体力学性能。 3、 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。 三、实验内容 测定填料层压强降与操作气速的关系曲线，并用ΔP/Z —u 曲线转折点与观察现象相结合的办法，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。 四、实验原理 1.气体通过填料层的压强降 压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气液流量有关，不同喷淋量下填料层的压强降ΔP 与空塔气速u 的关系如下图所示： 1 2 3 L 3L 2L 1 L 0 = ＞＞0 图6-1 填料层的ΔP ～u 关系 当无液体喷淋即喷淋量L0=0时，干填料的ΔP ～u 的关系是直线，如图中的直线0。当有一定的喷淋量时，ΔP ～u 的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将ΔP ～u 关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。
五、实验装置和流程 图6-2 填料吸收塔实验装置流程图 1-风机、2-空气流量调节阀、3-空气转子流量计、4-空气温度、5-液封管、6-吸收液取样口、7-填料吸收塔、8-氨瓶阀门、9-氨转子流量计、10-氨流量调节阀、11-水转子流量计、12-水流量调节阀、13-U型管压差计、14-吸收瓶、15-量气管、16-水准瓶、17-氨气瓶、18-氨气温度、20-吸收液温度、21-空气进入流量计处压力实验流程示意图见图一,空气由鼓风机1送入空气转子流量计3计量,空气通过流量计处的温度由温度计4测量,空气流量由放空阀2调节,氨气由氨瓶送出,?经过氨瓶总阀8进入氨气转子流量计9计量,?氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。其流量由阀10调节5,然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔7的底部,水由自来水管经水转子流量计11,水的流量由阀12调节,然后进入塔顶。分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶16的位置,将塔顶尾气吸入吸收瓶14和量气管15。?在吸入塔顶尾气之前,予先在吸收瓶14内放入5mL已知浓度的硫酸作为吸收尾气中氨之用。吸收液的取样可用塔底6取样口进行。填料层压降用∪形管压差计13测定。 六、实验操作方法及步骤 1、测量干填料层(△P／Z)─u关系曲线: 先全开调节阀2,后启动鼓风机,用阀2 调节进塔的空气流量,按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降△P,转子流量计读数和流量计处空气温度,测量12～15组数据?然后在双对数坐标纸上以空塔气速u为横坐标,以单位高度的压降△P／Z为纵坐标,标绘干填料层(△P／Z)─u关系曲线。 2、测量某喷淋量下填料层(△P／Z)─u关系曲线: 用水喷淋量为30L／h时,用上面相同方法读取填料层压降△P,?转子流量计读数和流量计处空气温度并注意观察塔内的操作现象, ?一旦看到液泛现象时记下对应的空气转子流量计读数。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为30L／h下(△P／z)─u?关系曲线,确定液泛气速并与观察的液泛气速相比较。 3、测量某喷淋量下填料层(△P／Z)─u关系曲线: 用水喷淋量为50L／h时,用上面相同方法读取填料层压降△P,?转子流量计读数和流量计处空气温度并注意观察塔内的操作现象, ?一旦看到液泛现象时记下对应的空气转子流量计读数。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为
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
实验九 填料塔吸收实验 一．实验目的 1．了解填料吸收装置的设备结构及操作。 2．测定填料吸收塔的流体力学特性。 3．测定填料吸收塔的体积吸收总系数K Y α。 4．了解气体空塔流速与压力降的关系。 二．实验原理 1．填料塔流体力学特性 吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时，由于有局部阻力和摩擦阻力而产生压强降。 填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要参数，它包括压强降和液泛规律。测定填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择适宜的气液负荷，因此填料塔的流体力学特性是确定最适宜操作气速的依据。 气体通过干填料（L=0）时，其压强降与空塔气速之间的函数关系在双对数坐标上为一直线，如左图中AB 线，其斜率为1.8～2。当有液体喷淋时，在低气速时，压强降和气速间的关联线与气体通过干填料时压强降和气速间的关联线AB 线几乎平行，但压降大于同一气速下干填料的压降，如图中CD 段。随气速的进一步增加出现载点（图中D 点），填料层持液量开始增大，压强降与空塔气速的关联线向上弯曲，斜率变大，如图中DE 段。当气速增大到E 点，填料层 持液量越积越多，气体的压强几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，此点E 称为泛点。 2．传质实验 填料塔与板式塔内气液两相的接触情况有着很大的不同。在板式塔中，两相接触在各块塔板上进行，因此接触是不连续的。但在填料塔中，两相接触是连续地在填料表面上进行，需计算的是完成一定吸收任务所需填料的高度。填料层高度计算方法有传质系数法、传质单元法以及等板高度法等。气相体积吸收总系数K Y α是单位填料体积、单位时间吸收的溶质量，它是反映填料吸收塔性能的主要参数，是设计填料高度的重要数据。 本实验是用水吸收空气-氨混合气体中的氨。混合气体中氨的浓度很低。吸收所得的溶液浓度也不高。气液两相的平衡关系可以认为服从亨利定律（即平衡线在x-y 坐标系为直线）。故可用对数平均浓度差法计算填料层传质平均推动力，相应的传质速率方程式为： m p Y A Y V K G ???=α （1） 所以 )/(m p A Y Y V G K ??=α （2） 其中 2 2112211ln ) ()(e e e e m Y Y Y Y Y Y Y Y Y -----= ? （3）
（水处理填料，生物填料，组合填料，弹性填料，多孔悬浮球，）污水处理常见方法：生物接触氧化法，生物接触氧化法是以附着在载体（俗称填料）上的生物膜为主，净化有机废水的一种高效水处理工艺。下面给大家介绍下污水处理生物填料的种类及特点。 组合型填料： 组合填料是在软性填料和半软性填料的基础上发展而成的，组合填料兼有两者的优点。由纤维束、塑料环片、套管、中心绳组成,其结构是将塑料环片压扣改成双圈大塑料环，将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上，使纤维束均匀分布；内圈是雪花状塑料枝条，既能挂膜，又能有效切割气泡，提高氧的转移速率和利用率。使水气生物膜得到充分交换，使水中的有机物得到高效处理。 组合填料单元直径Φ150mm、Φ160mm、Φ180mm、Φ200mm，间距有80mm、100mm两种规格， 特点： 具有散热性能高，阻力小，布水、布气性能好，易长膜，并对污水浓度的适用性好，又有切割气泡作用。球形
悬浮填料： 球形悬浮填料，又称多孔旋转球形悬浮填料，是对国内处理污水、生物膜法处理技术采用的多种填料中开发的最新系列产品。在污水的生化处理中具有全立体结构，比表面积大，直接投放，无须固定，易挂膜，不堵塞。 特点： 具有生物附着力强、比表面积大、孔隙率高、化学和生物稳定性好、经久耐用、不溶出有害物、不引起二次污染、防紫外线、抗老化、亲水性能强等特点，在使用过程中，微生物挂膜快、生物膜易脱落，抗酸碱、耐老化、不受水流影响，使用寿命长，产品耐生物降解，剩余污泥极少，安装方便。 规格有：Φ150，Φ100，Φ80，内芯填料有：瓜片式，组合式，海绵丝，流化床填料等多样。 弹性填料： 弹性填料筛选了聚烯烃类和聚酰胺中的几种耐腐、耐温、耐老化的优质品种，混合以亲水、吸附、抗热氧等助剂，采用特殊的拉丝，丝条制毛工艺，将丝条穿插固着在耐腐、高强度的中心绳上，弹性填料由于选材和工艺配方精良，刚柔适度，使丝条
湿磨（绢）母粉涂料功能性填料 一、在涂料中应用机理 据国内外有关参考文献介绍，无机矿物在涂料中对涂膜强度作用的大小与矿物形状有关，一般按下列顺序递减：片状，纤维状，柱状，粒状。 另外湿磨（绢）云母具有活性羟基基团使其容易与乳液有机地结合起来，湿磨（绢） 云母片状颗粒在乳液及水的混合物中极易分散悬浮，在涂膜中平行排列、搭接和重 叠，形成一种叠层结构，增加了涂膜的致密性，从而提高了涂膜强度、耐洗刷性、 抗透水性、防止龟裂。 湿磨（绢）云母粉在建筑外墙涂料中应用可以大幅度的增强涂料的抗老化性、抗紫 外线等耐侯性指标，这主要是由于片状结构的湿磨（绢）云母对紫外线、微波、红 外线具有极好的屏蔽效应，而且湿磨（绢）云母的化学组成稳定，呈惰性，能耐酸碱，从而使涂料更适应酸雨等日益恶化的气候环境。 二、与其它无机填料应用之比较 湿磨（绢）云母与其它无机填料应用之比较表
三、在涂料工业中应用具有以下特点和功能 1、片状结构，加入涂料中能提高涂料阻挡紫外线和水分穿透的能力，与成膜物质 发生化学反应，使之成一体，使涂膜能有消地阻挡光线的穿透，提高其耐水性和耐侯性，防止龟裂、延迟粉化，延长涂膜的使用寿命；减少树脂的用量，从而降低生产成本。 2、片状结构，可以提高涂料的致密性，消除针孔不良现象。 3、提高涂料的分散度和涂膜的耐大气、耐水性，改善涂刷均匀性。 4、化学稳定性好：具有优良的耐热和耐酸碱性；具有抗菌、防霉的作用。 5、调节涂料的流变性能，如增稠、防沉淀等。 6、能增强涂层的丰满度、坚韧性、提高耐擦洗性。 7、与其他颜料及溶剂有良好的相溶性，湿磨（绢）云母能吸附染料分子进入晶格层间，使涂 料久不褪色。 8、调节涂料的光学性能，改善涂膜的外观，对涂料体系具有消光性。 9、在户外涂料中，云母通过反映光线而赋予涂膜亮光，这对于有些产品是很重要的。 四、应用实例 通过试验，发现在外墙涂料中添加3～12%的湿磨（绢）云母粉与其它无机矿物填料如：碳酸钙、滑石粉、高岭土等相比，涂膜的表观、光泽、防透水性、韧性均有所提高。800目比400目效果佳；说明粒度越细、效果越好。经质检站人工老化指标测试，1000小时后，涂膜不变色、不粉化。（具体指标见下表） 湿法云母粉在涂料的应用 文章引用自: [ 引用] 2006-05-24 | 发表者: prt778 ．湿法云母粉与干法云母粉的区别 云母是一类结构复杂的水合铝硅酸钾或类似的矿物，品种较多，例如白云母muscovite K 2Al 4（Y）（OH） 4 （Y = Al 2Si 6O20，下同）、绢云母sericite K 2Al 4（Y）（OH）x （x > 4）、金云母phlogopite K 2Mg6（Y）（OH,F）4、黒云母biotite K2（Mg,Fe）6（Y）（OH）4、钠云母paragonite Na 2Al 4（Y）（OH） 4 以及含锂、钒、铬等等的品
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）
实验4 填料塔吸收过程实验 一、实验目的 (1)了解填料吸收塔的基本结构，熟悉吸收实验装置的基本流程，搞清楚每一个附属设备的作用和设计意图。 (2)掌握产生液泛现象的原因和过程。 (3)明确吸收塔填料层压降ΔP与空塔气速u在双对数坐标中的关系曲线及其意义，了解实际操作气速与泛点气速之间的关系。 (4)掌握测定含氨空气-水系统的体积吸收系数Kya的方法。 (5)熟悉分析尾气浓度的方法。 (6)掌握气液体积转子流量计使用方法和安装要求，湿式流量计的使用方法和连接要求。 二、实验任务 (1)观察在一定液体喷淋密度下，当气速增大到一定程度时产生的液泛现象，测得液泛气速，并根据液泛气速确定操作气速。 (2)根据实际测得的原始数据，在双对 数坐标中画出填料层压降ΔP与空塔气速 u的关系曲线。 (3)测定含氨空气-水系统在一定的操 作条件下的体积吸收系数Kya。 (4)根据改变气相流量和改变液相流 量测得不同的Kya的变化值的大小，判断 此吸收过程是属气膜控制还是液膜控制。 (5)讨论影响吸收操作系统稳定的因 素。 三、实验装置 填料塔吸收操作及体积吸收系数的测 定实验装置流程示意图见图1。 本实验装置的主要设备有填料吸收塔 1、旋涡泵 2、空气转子流量计 3、四个U形管差压计(13、1 4、1 5、16)、氨气钢瓶4、氨气压力表5、氨气减压阀 6、氨气稳压罐 7、氨气转子流量计 8、水转子流量计 9、吸收瓶10、湿式流量计11、三通旋塞12、温度计17、18、19。 本实验物系为水-空气-氨气。由旋涡气泵产生的空气与从液氮钢瓶经过减压阀后的氨气混合后进入填料塔底部。吸收剂水从塔顶喷淋而下，从塔底经液封装置排出。气液在填料层内接触、传质，经吸收后的尾气从塔顶排出。很少量的一小部分尾气通过三通阀引进洗气瓶，洗气瓶内装有已知浓度和一定体积量的稀硫酸，尾气与稀硫酸进行中和反应，经吸收后的尾气通入湿式流量计后放空。从湿式流量计可以测出此小部分尾气经过洗气瓶的空气体积量。 四、实验原理和方法 与空塔气速u的关系 1.填料塔压力降p 填料塔的压力降与泛点气速是填料塔设计与操作的重要流体力学参数。气体通过填料层的压力降将
污水处理填料 sewage treatment,wastewater treatment 为使污水经过一定方法处理后，达到设定的某些标准，排入水体、排入某一水体或再次使用等的采取的某些措施或者方法等。 现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。 一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BOD一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。 二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD，COD物质)，去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。 三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法等。 整个过程为通过粗格删的原污水经过污水提升泵提升后，经过格删或者筛率器，之后进入沉砂池，经过砂水分离的污水进入初次沉淀池，以上为一级处理(即物理处理)，初沉池的出水进入生物处理设备，有活性污泥法和生物膜法，(其中活性污泥法的反应器有曝气池，氧化沟等，生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床)，生物处理设备的出水进入二次沉淀池，二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理，一级处理结束到此为二级处理，三级处理包括生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法。二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备，一部分进入污泥浓缩池，之后进入污泥消化池，经过脱水和干燥设备后，污泥被最后利用。 各个处理构筑物的能耗分析 1．污水提升泵房 进入污水处理厂的污水经过粗格删进入污水提升泵房，之后被污水泵提升至沉砂池的前池。水泵运行要消耗大量的能量，占污水厂运行总能耗相当大的比例，这与污水流量和要提升的扬程有关。 2．沉砂池 沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒。沉砂池一般设于泵站前、倒虹管前，以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损；也可设于初沉池前，以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。常用的沉砂池有平流沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池和钟式沉砂池。 沉砂池中需要能量供应的主要是砂水分离器和吸砂机，以及曝气沉砂池的曝气系统，多尔沉砂池和钟式沉砂池的动力系统。 3．初次沉淀池
云母粉是一种非金属矿物，含有多种成分，其中主要有SiO2，含量一般在49%左右，Al2O3含量在30%左右。云母粉具有良好的弹性、韧性。绝缘性、耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、附着力强等特性，是一种优良的添加剂。云母粉属于单斜晶体，晶体为鳞片状，具丝绢光泽（白云母呈玻璃光泽），纯块呈灰色、紫玫瑰色、白色等，径厚比>80，比重2.6-2.7，硬度2-3，富弹性，可弯曲，抗磨性和耐磨性好；耐热绝缘，难溶于酸碱溶液，化学性质稳定。云母粉的水分含量，应用领域的介绍，水分测定方法 一、云母粉的应用领域 1. 涂料领域:涂料云母粉是一种新型功能性绿色环保填料，独特的二维片状阻隔、屏蔽紫外光、化学结构的稳定性等功能有效地提高涂膜的抗渗透性、耐候性、耐磨性及耐腐蚀性 2. 化妆品领域:妆品级云母具有独特的片状结构、丝绢光泽及柔滑质感，使化妆品粉质犹如丝般轻盈细腻。 3. 塑料领域:塑料云母粉具有高径厚比、耐高温、耐酸碱、耐磨等特点，是一种天然的功能性粉体填充材料。 4. 电子领域:云母粉是新型特种功能填料，适用覆铜板行业技术要求，可替代电子级硅微粉使用，赋予板材较为理想的绝缘性、刚性、低膨胀率、钻孔加工性、耐热性和工艺稳定性等性能。 5. 橡胶领域:云母粉是优秀的橡胶填充补强材料，高径厚比的独特结构优异地提高补强效果，优异的薄片状晶形大幅度提高气密性，其本身矿物晶体的偏光效应和层间水分子干涉效应，有效的屏蔽紫外线、微波、红外线的性能，大大提高制品的耐老化性能。 6. 耐火材料领域:耐材领域云母粉具有主要矿物含量稳定、耐火度适中、绝缘隔热理化性质稳定；泥料粘结性好、不膨胀、干燥速度快、可塑性好、抗铁流冲刷性强等优点。 7. 焊条领域:焊材领域云母粉是一种新型的焊条药皮材料，其独特化学元素的组合，可提高电弧稳定性，减少飞溅，改善焊条的工艺性能，解决了焊条生产过程中经常出现的焊条药皮开裂问题， 8. 陶瓷行业:云母陶瓷是一种特殊的工程材料，适用于生产耐热材料、绝缘材料、高温机械部件等，广泛用于电气、电子工业等。 二、云母粉的水分含量 1.湿磨云母粉含水量≤1% 2.导电云母粉含水量≤2% 二、云母粉的水分测定方法 1.烘箱法： 将约5g试样，放入洁净干燥已恒重的称量瓶内，称量已装入试样的称量瓶(精确至0. 001g)。把称量瓶放入已预热到105C的电热恒温干燥箱中，打开盖子，在105C下干燥2h。取出称量瓶，盖上盖子，放入干燥器内冷却至室温，称量。再放入电热恒温干燥箱中干燥约30 min，再次冷却称量(精确至0.001 g)，直至恒重。 含水量按公式计算：W=M5-M6/M5-MC*100% 式中：W-含水量，%； M5-干燥前试样和称量瓶的质量，单位为（g） M6-干燥后试样和称量瓶的质量，单位为（g） MC-称量瓶的质量，单位为（g） 同一试样进行两次平行试验。如两次平行测定结果差值与平均值之比不大于10%，取其算术平均值为报告值，否则应重新测定。报告值取小数点后两位。 2.快速水分测定法
湖南农业大学 实习报告 学生姓名学号 年级专业及班级20 级（）班指导教师姓名 实习类型实习时间 实习地点 学院
填写说明 一、学生的教学实习、生产实习、毕业（教育）实习和综合实习均应填写实习 日记，并撰写实习报告； 二、学生的实习报告和实习日记将作为评价实习成绩的重要依据； 三、学生应在实习结束后的一个星期内将实习报告统一交实习指导教师； 四、指导教师应对学生的实习报告和实习日记逐一认真审阅，并作出客观实际 的正确评价； 五、实习报告经学院审核后作为教学档案长期保存。
一设计任务书 （一）设计题目 炉石焙烧送出的气体冷却至25℃后送入填料塔中，用20℃清水洗涤以除去其中的SO 2 。入塔 炉气流量为h m/ 20003其中SO 2的摩尔分数为0.05，要求SO 2 的吸收率为95%。吸收塔为常压 操作，因该过程液气比很大，吸收温度基本不变，可近似取为清水的温度，试设计一符合上述要求的填料吸收塔。 操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度20℃ 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）液体分布器简要设计； （4）绘制吸收塔设计条件图；
目录 一、设计方案简介 二、吸收塔的工艺计算 三、液体分布器简要设计 四、附图
一、设计方案简介 1）方案的确定 属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸用水吸收SO 2 不作为产品，故采用纯溶剂 收剂，且SO 2 2）填料的类型与选择 对于水吸收SO 过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装 2 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。 空隙率堆积个数堆积重量填料因子m-1规格比表面积 m2/m3 38*19*1.2 132.5 0.91 27200 57.5 175.8 3）设计步骤 （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。
化工废水处理方法 化工废水：是指化工厂生产产品过程中所生产的废水，如生产乙烯、聚乙烯、橡胶、聚酯、甲醇、乙二醇、油品罐区、空分空压站等装置的含油废水，经过生化处理后，一般可达到国家二级排放标准，现由于水资源的短缺，需将达到排放标准的水再经过进一步深度处理后，达到工业补水的要求并回用。化工厂作为用水大户，年新鲜水用量一般为几百万立方米，水的重复利用率低，同时外排污水几百万立方米，不仅浪费大量水资源，也造成环境污染，并且水资源的短缺已对这些工业用水大户的生产造成威胁。为保持企业的可持续发展及减少水资源的浪费，降低生产成本，提高企业经济效益和社会效益。需对化工废水进行深度处理（三级处理），作为循环水的补水或动力脱盐水的补水，实现污水回用。 由于水中杂质主要为悬浮颗粒和细毛纤维，利用机械过滤原理，采用微孔过滤技术将杂质去除。由PLC或时间继电器控制过滤器设备工作状况，实现自动反冲洗、自动运行，提升水泵提供过滤器所需水头，出水直接引入生产系统。 化工废水主要特征分析： 1、化工废水成分复杂，反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，增加了废水的处理难度；
2、该废水中含有大量污染物物质，主要是由于原料反应不完全和原料或生产中使用大量溶剂造成的。 3、有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等； 4、生物难降解物质多，B比C低，可生化性差； 废水性质：化工产品生产过程中产生的废水表现为：排放量大、毒性大、有机物浓度高、含盐量高、色度高、难降解化合物含量高、治理难度大,但同时废水中也含有许多可利用的资源，而膜技术作为高新技术在化工领域的生产加工、节能降耗和清洁生产等方面发挥着重要。 化工废水预处理物化工艺推荐： 一、催化微电解处理技术 【技术背景】 有机废水特别是高盐高浓度有机废水处理，一直是国内众多环保工作者及管理部门关注的难题。随着我国化学工业的快速发展，各种新型的化工产品被应用到各行各业，特别是医药、化工、电镀、印染等重污染工业中，在提高产品质量、品质的同时也带了日益严重的环境污染问题，主要表现在：废水中有机污染物浓度高、结构稳定、生化性
山东农业大学环境工程原理课程设计 题目清水吸收二氧化硫填料吸收塔的设计 学院资源与环境学院 专业班级环境工程09级 学生姓名XXXX 学生学号20095539 指导教师孙老师 2011年12月28 日
第一章前言............................................................................................................... - 1 - 第一节填料塔的主体结构与特点 ........................................................................ - 1 - 第二节填料塔的设计任务及步骤 ........................................................................ - 1 - 第三节填料塔设计条件及操作条件..................................................................... - 2 - 第二章吸收塔主体设计方案的确定 ............................................................................. - 2 - 第一节吸收剂选择 ............................................................................................. - 2 - 第二节填料的类型与选择................................................................................... - 2 - 第三章吸收塔的工艺计算 ...................................................- 3 -第一节基础物性数据.......................................................................................... - 3 - 一、液相物性数据.......................................................................................... - 3 - 二、气相物性数据.......................................................................................... - 3 - 三、气液相平衡数据 ...................................................................................... - 4 - 第二节物料衡算................................................................................................. - 4 - 第四章填料塔的工艺尺寸的计算................................................................................. - 5 - 第一节填料塔直径的计算 ...............................................- 5 - 一、确定空塔气速........................................................................................ - 5 - 二、塔径计算： ............................................................................................. - 6 - 三、塔径校核................................................................................................. - 6 - 第二节传质单元的计算........................................................................................ - 8 - 一、传质单元数计算 ...................................................................................... - 8 - 二、传质单元高度计算................................................................................... - 8 - 第三节高度的计算..............................................................................................- 11 - 一、填料层高度的计算..................................................................................- 11 - 二、塔附属高度的计算..................................................................................- 12 - 第四节填料层压降的计算 ...................................................................................- 12 - 第五章塔内件设计 ............................................................................................- 14 - 第一节液体分布器计算 .....................................................................................- 14 - 一、液体分布器 ............................................................................................- 14 - 二、布液孔数................................................................................................- 14 - 第二节填料塔内件的选择..................................................................................- 14 - 一、液体分布器 ............................................................................................- 14 - 二、液体再分布器.........................................................................................- 15 - 三、填料支撑板 ..........................................................................................- 15 - 四、填料压板与床层限制板...........................................................................- 16 - 五、气体进出口装置与排液装置....................................................................- 16 - 主要参考文献 ..............................................................- 16 -附录一：工艺设计计算结果汇总 .............................................- 17 -附录二：主要符号说明................................................................................................- 18 - 附录三：二氧化硫填料塔设计图（单位：mm）.............................................................- 20 -
实验七填料吸收塔的操作和吸收系数的测定 一、实验目的 １.了解填料吸收塔的结构、填料特性及吸收装置的基本流程。 ２.熟悉填料塔的流体力学性能。 ３.掌握总传质系数K Y a测定方法。 ４.了解空塔气速和液体喷淋密度对传质系数的影响。 二、实验内容 １．测定干填料及不同液体喷淋密度下填料的阻力降?P与空塔气速u的关系曲线，并确定液泛气速。 ２．测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气—氨混和气体中氨的体积吸收系数K Y a。 三、基本原理 1．填料塔流体力学特性 填料塔是一种重要的气液传质设备，其主体为圆柱形的塔体，底部有一块带孔的支撑板来支承填料，并允许气液顺利通过。支撑板上的填料有整堆和乱堆两种方式，填料分为实体填料和网体填料两大类，如拉西环、鲍尔环、θ网环都属于实体填料。填料层上方有液体分布装置，可以使液体均匀喷洒在填料上。液体在填料中有倾向于塔壁的流动，故当填料层较高时，常将其分段，段与段之间设置液体再分布器，以利液体的重新分布。 吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时,由于克服摩擦阻力和局部阻力而导致了压强降?P的产生。填料塔的流体力学特性是吸收设备的主要参数,它包括压强降和液泛规律。了解填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗，确定填料塔适宜操作范围以及选择适宜的气液负荷。填料塔的流体力学特性的测定主要是确定适宜操作气速。 在填料塔中,当气体自下而上通过干填料（L=0）时,与气体通过其它固体颗粒床层一样,气压降?P与空塔气速u的关系可用式?P=u1.8-2.0表示。在双对数坐标系中为一条直线,斜率为1.8-2.0。在有液体喷淋（L≠0）时,气体通过床层的压降除与气速和填料有关外,还取决于喷淋密度等因素。在一定的喷淋密度下,当气速小时,阻力与空塔速度仍然遵守?P∝u1.8-2.0这一关系。但在同样的空塔速度下，由于填料表面有液膜存在,填料中的空隙减小,填料空隙中的实际速度增大,因此床层阻力降比无喷淋时的值高。当气速增加到某一值时,由于上升气流与下降液体间的摩擦阻力增大,开始阻碍液体的顺利下流,以致于填料层内的气液量随气速的增加而增加,此现象称为拦液现象,此点为载点，开始拦液时的空塔气速称为载点气速。进入载液区后,当空塔气速再进一步增大,则填料层内拦液量不断增高,到达某一气速时,气、液间的摩擦力完全阻止液体向下流动,填料层的压力将急剧升高,在?P∝u n关系式中,n的数值可达10左右，此点称为泛点。在不同的喷淋密度下,在双对数坐标中可得到一系列这样的折线。随着喷淋密度的增加,填料层的载点气速和泛点气速下降。 本实验以水和空气为工作介质，在一定喷淋密度下,逐步增大气速，记录填料层的压降与