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CO2吸收塔设计摘要塔设备是化⼯、炼油⽣产中最重要的设备之⼀，是⼀种重要的单元操作设备。
它可使⽓（或汽）液或液液两相之间进⾏充分接触，达到相际传质及传热的⽬的。
常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：蒸馏、吸收、解收、萃取、⽓体的洗涤等。
此外，⼯业⽓体的冷却与回收、⽓体的湿法制作和⼲燥，以及兼有⽓液两相传质和传热的增湿和减湿等也可在塔设备中完成。
塔设备按其结构特点可以分为板式塔、填料塔和复合塔3类。
本次设计选⽤填料塔作为吸收塔，主要考虑填料塔的以下优点：填料塔结构简单、压⼒降⼩，传热效率⾼，便于采⽤耐腐蚀的材料制造等，对于热敏性及容易起泡的物料更显出优越性。
本次设计内容包括：发展概况及应⽤的了解，塔体的选型，填料的选择，⼯艺计算（包括物料衡算，模拟计算，⼯艺尺⼨计算，⾼度计算，压降计算，分布装置设计，⽀撑装置设计）；机械计算（包括塔釜设计，上部筒体机械设计，开孔与开孔补强计算，强度设计和稳定设计，⽀座的选型和设计，接管的选⽤，法兰的选取），设备的制造及安装等，最后利⽤CAD将其装配图和部分零件图分别绘制出。
关键词：填料塔；⼆氧化碳；⽓液传质；逆相混合AbstractTower is one of the most important equipment in chemical industry and oil production, it is also an important handling equipment. It will enable gas(or steam) liquid or liquid-liquid connnecting fully and reaching the purposes of transfering media and heat . Commonly, operation can be completed in tower are: distillation, absorption, of the admission, extraction, washing of the gases. In addition, recycling and cooling of gas in industrial , the gas production of wet and dry, and both two-phase of gas-liquid mass transfering and heat transfering by the humidification and wet,could also be done in the tower. The struction of tower can be divided into plate tower, packed tower and the tower due to its characteristics . The packed tower is choosen as the absorber in the design, Given to the following advantages of the tower: the structure of the tower is simple, the pressure is small , the efficiency of heat conveying is high , and it could be made by corrosion-resistant materials easily, such as manufacturing, thermosensitive and sparkling materials more easily Demonstrate superiority.The design includes: Development and application of knowledge of the tower, and the selection of the structer about the tower, the choice of packing terms and caculating(including the caculating about material balance, simulation caculating, process size, height, the pressure drop, the distribution of design, Design Support Unit); mechanical calculations (including the reactor design of the tower, the design of the upper shell, the opening and the opening reinforcement, the strength of the design and stability of the design, the selection and design of the bearing ,the choice to take over, the selection of flange ), The manufacture the map of assemble and parts with the help of CAD.Key words：Packed tower；Carbon dioxide；Gas-liquid mass transfer；Reverse mixed⽬录第1章填料塔技术的现状与发展趋势 (1)1.1填料塔技术 (1)1.1.1 塔填料的现状和发展趋势 (1)1.1.2 塔内件的现状和发展趋势 (2)1.1.3 ⼯艺流程的现状和发展趋势 (3)1.2 塔板-填料复合塔板 (3)1.3 填料塔发展趋势 (4)第2章原理及⽅案的确定 (5)2.1 CO2吸收塔⼯作原理及⼯艺流程简介 (5)2.2 设计⽅案及论证 (5)第3章⼯艺计算 (7)3.1 主要⼯艺参数的确定 (7)3.1.1 吸收温度 (7)3.1.2 吸收压⼒ (7)3.2 物料衡算 (7)3.2.1 进塔物料 (7)3.2.2 吸收液量计算 (8)3.2.3 原料液的平均分⼦量 (10)3.2.4 出⽓量 (10)3.3 吸收塔直径的确定 (11)3.3.1 塔径 (11)3.3.2 每⽶填料层的压降 (15)3.4 填料选择 (16)3.4.1 填料结构选择 (16)3.4.2 填料特性数据 (16)3.5 填料层⾼度确定 (17)3.5.1 吸收模型分析 (17)3.5.2 吸收系数 (17)3.5.3 填料层⾼度计算 (19)3.5.4 填料分层⾼度 (21)3.6 填料层⾼度确定 (21)3.7 顶盖死区 (22)3.8 塔底容积计算 (22)3.9 吸收塔总体结构尺⼨ (23)第4章塔内零部件结构设计 (24)4.1 丝⽹除沫器 (24)4.1.1 操作⽓速 (24)4.1.2 丝⽹的使⽤⾯积 (25)4.1.3 丝⽹除沫器的效率 (25)4.1.4 丝⽹除沫器的结构 (25)4.2 直管排列式喷淋器 (26)4.3 液体分布器 (27)4.4 直管排列式⽓体分布器 (28)4.5 填料保持栅板 (29)4.6 ⽓体喷射—填料⽀承板—液体再分配器 (29)第5章塔外零部件结构设计 (32)5.1 吊⽿ (32)5.2 裙座 (32)5.2.1 裙座的材料 (32)5.2.2 裙座的结构 (32)5.3 ⼈孔 (33)5.4 吊柱 (34)5.5 操作平台与梯⼦ (35)5.5.1 操作平台的设置及尺⼨ (35) 5.5.2 梯⼦； (35)5.6 ⼯艺接管 (36)第6章塔外零部件结构设计 (37) 6.1 材料选择 (37)6.2 设计参数 (37)6.3 壳体壁厚计算 (37)6.3.1 筒体壁厚计算 (37)6.3.2 封头壁厚 (38)6.4 载荷计算 (39)6.4.1 不等直径塔的固有周期 (39) 6.4.2 临界风速 (43)6.4.3 风载荷和风弯矩的计算 (44) 6.4.4 地震载荷和地震弯矩计算 (47) 6.5 强度校核 (49)6.5.1 容器强度校核 (49)6.5.2 裙座的强度计算及校核 (53) 6.6 开孔补强计算 (58)6.6.1 不另⾏补强最⼤开孔直径 (58) 6.6.2 最⼤开孔直径的限制 (58) 6.6.3 开孔补强设计准则 (58)6.6.4 等⾯积补强计算 (59)第7章设备制造技术要求 (60)7.1 制造上的要求 (60)7.2 制造与安装 (60)7.3 焊接 (61)第8章结论 (62)参考⽂献 (63)致谢 (64)附录 (65)第1章填料塔技术的现状与发展趋势填料塔是化⼯类企业中最常⽤的⽓、液传质设备之⼀,在塔体内设置填料使⽓液两相能够达到良好传质所需的接触状况。
摘要塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一，是一种重要的单元操作设备。
它可使气（或汽）液或液液两相之间进行充分接触，达到相际传质及传热的目的。
常见的、可在塔设备中完成的单元操作有：蒸馏、吸收、解收、萃取、气体的洗涤等。
此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法制作和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿和减湿等也可在塔设备中完成。
塔设备按其结构特点可以分为板式塔、填料塔和复合塔3类。
本次设计选用填料塔作为吸收塔，主要考虑填料塔的以下优点：填料塔结构简单、压力降小，传热效率高，便于采用耐腐蚀的材料制造等，对于热敏性及容易起泡的物料更显出优越性。
本次设计内容包括：发展概况及应用的了解，塔体的选型，填料的选择，工艺计算（包括物料衡算，模拟计算，工艺尺寸计算，高度计算，压降计算，分布装置设计，支撑装置设计）；机械计算（包括塔釜设计，上部筒体机械设计，开孔与开孔补强计算，强度设计和稳定设计，支座的选型和设计，接管的选用，法兰的选取），设备的制造及安装等，最后利用CAD将其装配图和部分零件图分别绘制出。
关键词：填料塔；二氧化碳；气液传质；逆相混合AbstractTower is one of the most important equipment in chemical industry and oil production, it is also an important handling equipment. It will enable gas(or steam) liquid or liquid-liquid connnecting fully and reaching the purposes of transfering media and heat . Commonly, operation can be completed in tower are: distillation, absorption, of the admission, extraction, washing of the gases. In addition, recycling and cooling of gas in industrial , the gas production of wet and dry, and both two-phase of gas-liquid mass transfering and heat transfering by the humidification and wet,could also be done in the tower.The struction of tower can be divided into plate tower, packed tower and the tower due to its characteristics . The packed tower is choosen as the absorber in the design, Given to the following advantages of the tower: the structure of the tower is simple, the pressure is small , the efficiency of heat conveying is high , and it could be made by corrosion-resistant materials easily, such as manufacturing, thermosensitive and sparkling materials more easily Demonstrate superiority.The design includes: Development and application of knowledge of the tower, and the selection of the structer about the tower, the choice of packing terms and caculating(including the caculating about material balance, simulation caculating, process size, height, the pressure drop, the distribution of design, Design Support Unit); mechanical calculations (including the reactor design of the tower, the design of the upper shell, the opening and the opening reinforcement, the strength of the design and stability of the design, the selection and design of the bearing ,the choice to take over, the selection of flange ), The manufacture the map of assemble and parts with the help of CAD.Key words：Packed tower；Carbon dioxide；Gas-liquid mass transfer；Reverse mixed目录第1章填料塔技术的现状与发展趋势 (1)1.1填料塔技术 (1)1.1.1 塔填料的现状和发展趋势 (1)1.1.2 塔内件的现状和发展趋势 (2)1.1.3 工艺流程的现状和发展趋势 (3)1.2 塔板-填料复合塔板 (3)1.3 填料塔发展趋势 (4)第2章原理及方案的确定 (5)2.1 CO2吸收塔工作原理及工艺流程简介 (5)2.2 设计方案及论证 (5)第3章工艺计算 (7)3.1 主要工艺参数的确定 (7)3.1.1 吸收温度 (7)3.1.2 吸收压力 (7)3.2 物料衡算 (7)3.2.1 进塔物料 (7)3.2.2 吸收液量计算 (8)3.2.3 原料液的平均分子量 (10)3.2.4 出气量 (10)3.3 吸收塔直径的确定 (11)3.3.1 塔径 (11)3.3.2 每米填料层的压降 (15)3.4 填料选择 (16)3.4.1 填料结构选择 (16)3.4.2 填料特性数据 (16)3.5 填料层高度确定 (17)3.5.1 吸收模型分析 (17)3.5.2 吸收系数 (17)3.5.3 填料层高度计算 (19)3.5.4 填料分层高度 (21)3.6 填料层高度确定 (21)3.7 顶盖死区 (22)3.8 塔底容积计算 (22)3.9 吸收塔总体结构尺寸 (23)第4章塔内零部件结构设计 (24)4.1 丝网除沫器 (24)4.1.1 操作气速 (24)4.1.2 丝网的使用面积 (25)4.1.3 丝网除沫器的效率 (25)4.1.4 丝网除沫器的结构 (25)4.2 直管排列式喷淋器 (26)4.3 液体分布器 (27)4.4 直管排列式气体分布器 (28)4.5 填料保持栅板 (29)4.6 气体喷射—填料支承板—液体再分配器 (29)第5章塔外零部件结构设计 (32)5.1 吊耳 (32)5.2 裙座 (32)5.2.1 裙座的材料 (32)5.2.2 裙座的结构 (32)5.3 人孔 (33)5.4 吊柱 (34)5.5 操作平台与梯子 (35)5.5.1 操作平台的设置及尺寸 (35)5.5.2 梯子； (35)5.6 工艺接管 (36)第6章塔外零部件结构设计 (37)6.1 材料选择 (37)6.2 设计参数 (37)6.3 壳体壁厚计算 (37)6.3.1 筒体壁厚计算 (37)6.3.2 封头壁厚 (38)6.4 载荷计算 (39)6.4.1 不等直径塔的固有周期 (39)6.4.2 临界风速 (43)6.4.3 风载荷和风弯矩的计算 (44)6.4.4 地震载荷和地震弯矩计算 (47)6.5 强度校核 (49)6.5.1 容器强度校核 (49)6.5.2 裙座的强度计算及校核 (53)6.6 开孔补强计算 (58)6.6.1 不另行补强最大开孔直径 (58)6.6.2 最大开孔直径的限制 (58)6.6.3 开孔补强设计准则 (58)6.6.4 等面积补强计算 (59)第7章设备制造技术要求 (60)7.1 制造上的要求 (60)7.2 制造与安装 (60)7.3 焊接 (61)第8章结论 (62)参考文献 (63)致谢 (64)附录 (65)第1章填料塔技术的现状与发展趋势填料塔是化工类企业中最常用的气、液传质设备之一,在塔体内设置填料使气液两相能够达到良好传质所需的接触状况。
化工原理课程设计题目水吸收二氧化碳吸收塔学院化学工程学院专业安全工程学生姓名学号年级指导教师曹丽淑二〇一六年七月五日目录题目及数据 (3)流程图 (3)流程和方案的选择说明与论证 (4)吸收塔主要尺寸的计算 (6)附属设备的选型或计算 (14)设计评价 (18)设计结果概览 (19)参考文献 (20)题目及数据1.题目：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。
2.数据：（一）气体混合物1）组成(V%)：CO2 11%，H2 65.6%，N2 21%，CH4 0.5%,CO 3%,O2 0.1% 2）气体组成:3800Nm3/h3）温度：30℃4）压力:1800KN/m2（二）气体出口要求(V%)：CO2 0.62%（三）吸收剂：水流程图水吸收CO工艺流程图21-吸收塔；2-富液泵；3-贫液泵；4-解吸塔流程和方案的选择说明与论证1.塔设备：填料塔。
2.吸收剂：水。
3．装置流程的确定：对于单塔，气体和液体接触的吸收流程有逆流和并流两种方式。
在逆流操作下，两相传质平均推动力最大，可以减少设备尺寸，提高吸收率和吸收剂使用效率，因此逆流优于并流。
因此，本设计采用逆流。
4. 填料的选择：填料是填料塔的核心构件，它提供了塔内气-液两相接触而进行传质或传热的表面，与塔的结构一起决定了填料塔的性能。
现代填料大体可分为实体填料和网体填料两大类，而按照装填方式可分为乱堆填料盒规整填料。
对塔内填料的一般要求是：具有较大的比表面积和较高的空隙率，较低的压降，较高的传质效率；操作弹性大，还要考虑经济合理。
1)散装填料散装填料是一个个具有一定集合形状和尺寸的颗粒体一般以随机的方式堆积在塔内的，又称为乱堆填料和颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、和环鞍的填料等。
以下是典型的散装填料：a.拉西环填料：拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制成。
《化工原理》课程设计水吸收二氧化碳填料塔设计学院医药化工学院专业精细化工班级姓名学号指导教师年月日目录概述 (1)1. 设计题目 (1)2. 操作条件 (1)3.填料类型 (1)4.设计内容 (1)4.1吸收剂的选择 (1)4.2装置流程的确定 (1)4.3填料的类型与选择 (2)5.填料吸收塔的工艺尺寸的计算......................... .. (2)5.1基础物性数据 (2)5.1.1液相物性数据 (2)5.1.2气相物性数据 (2)5.1.3气液相平衡数据 (2)5.2物料衡算 (2)5.3填料塔的工艺尺寸计算 (3)5.3.1塔径计算 (3)5.3.2填料层高度计算 (4)6.填料层压降计算 (6)7.液体分布器建简要设计 (7)7.1液体分布器的选型 (7)7.2分布点密度计算 (7)7.3布液计算 (7)8. 吸收塔接管尺寸计算 (8)9.要符号说明 (8)9.1料的特性参数 (8)9.2符号说明 (8).附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）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。
吸收操作在化学工业中是一种重要的分离方法，本次设计采用水吸收空气中的二氧化碳，处理流量为3800m3/h，其中进塔二氧化碳的体积分数为7%，二氧化碳的吸收率达到95％。
吸收效果以减少对大气的污染，属于物理吸收。
影响吸收的因素主要为溶质在吸收剂中的溶解度,其吸收速率主要决定于气相或液相与界面上溶质的浓度差，以及溶质从气相向液相传递的扩散速率。
本设计本设计采用4个同类型的吸收塔并联，塔高8.4m，塔径2.9m，采用聚丙烯阶梯填料，具有通量大、阻力小、传质效率高等优点，可以达到较好的通过能力和分离效果。
目录第一章绪论 (8)1.1 合成氨在国民经济中的重要作用 (8)1.2 合成氨生产方法的介绍 (8)1.3 碳化塔在生产方法中的作用 (9)1.4 发展状况 (10)第二章壳体厚度计算 (11)2.1 选材 (11)2.1.1 筒体、封头及支座的选材 (11)2.1.2 换热器选材 (11)2.1.3 分布锥选材 (12)2.1.4 接管选材 (12)2.1.5 除沫器选材 (12)2.1.6 气液分布板选材 (13)2.1.7支承架选材 (13)2.2 选型 (13)2.2.1筒体选型 (13)2.2.2 封头选型 (13)2.2.3支座选型 (14)2.2.4 换热器选型 (14)2.2.5 换热管排列选型 (14)2.2.6 人孔选型 (14)2.2.7除沫器选型 (15)2.3 壁厚计算 (15)2.3.1 工艺条件及参数确定 (15)2.3.2 圆筒壁厚计算 (15)2.3.3 封头厚度计算 (16)2.4 水压试验应力确定 (17)2.4.1 圆筒应力计算 (17)2.4.2 封头应力计算 (17)2.5 应力校核 (17)2.5.1 圆筒应力校核 (17)2.5.2 封头应力校核 (18)第三章换热器结构的设计 (19)3.1 管箱短节及其壁厚的确定 (19)3.1.1 管箱厚度及长度的确定 (19)3.1.2 筒体外伸短节厚度确定 (19)3.1.3 冷却管组封头尺寸的确定 (20)3.1.4 计算球冠形封头厚度 (20)3.2 换热器管子尺寸确定 (20)3.2.1 尺寸确定 (20)3.2.2 管板厚度的确定 (21)3.2.3 法兰选择 (26)3.2.4 垫片选择 (26)3.2.5 支承架结构尺寸的确定 (27)3.2.6 换热管的排列 (27)3.2.7 换热管尺寸确定 (27)3.2.8 碳化塔冷排数的确定 (27)第四章碳化塔构件设计 (28)4.1 汽液分布板结构设计 (28)4.2 液体分布器结构设计 (28)4.3气体分布板结构设计 (29)4.4 球形挡板结构设计 (29)4.5 分布锥的结构设计 (29)4.6 角钢圈及支承梁 (29)4.7 人孔设计 (30)4.7.1 法兰选择 (30)4.7.2 垫片选择 (30)4.8 碳化塔裙座设计 (31)4.8.1 裙座筒体壁厚的确定 (31)4.8.2 裙座与塔体封头的连接 (31)4.8.3 地脚螺栓座计算 (31)4.9 检查孔设计 (34)4.10 通道管设计 (34)4.11 法兰汇总表 (35)第五章碳化塔各项质量计算 (36)5.1 容器壳体质量 (36)5.2 碳化塔内构件质量 (37)5.2.1 角钢圈质量 (37)5.2.2 球形挡板质量 (37)5.2.3 分布锥质量 (37)5.3 碳化塔内各塔板质量 (37)5.4 容器外部附件质量 (38)5.4.1 人孔质量 (38)5.4.2 碳化塔冷排壳程短节质量 (38)5.4.3 塔体接管及接管法兰质量 (38)5.4.4 碳化塔冷排质量 (39)5.5.5 其它附加件质量 (39)第六章碳化塔载荷校核 (40)6.1 塔的自振周期计算 (40)6.2 风载荷计算 (40)6.2.1 水平风力计算 (40)6.2.2 各参数确定 (40)6.2.3 风弯矩的计算 (41)6.3 地震载荷的计算 (42)6.4 地震弯矩的计算 (43)6.5 最大弯矩的计算 (43)6.6 圆筒稳定校核 (44)6.7 圆筒拉应力校核 (44)6.8 塔器压力试验时的应力校核 (44)6.9 应力校核 (45)6.10 裙座的校核 (45)6.10.1 裙座壳底截面组合应力校核 (45)6.10.2 裙座与塔壳对接焊缝校核 (46)结论 (47)参考文献 (48)谢辞 (49)符号说明Di—圆筒或球壳内直径，mmDo—圆筒或球壳外直径，mmPc—计算压力，MPaC—厚度附加量，mmC1—厚度附偏差，mmC2—腐蚀裕量，mmδ—圆筒或球壳的计算厚度，mmδe—圆筒或球壳的有效厚度，mmδn—圆筒或球壳的名义厚度，mmζt—设计温度下圆筒或球壳的计算应力，MPa θ—焊缝系数，局部无损探伤，θ=0.85[Pw]—圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa [ζ]t—设计温度下材料的许用压力，MPaa—一根换热管管壁金属的横截面积, mm2DG—垫片压紧力作用中心圆直径，mmd—换热管外径，mml—换热管与管板胀接长度或焊脚高度，mmA t —管板布管区面积，三角形At=1.732ns2 + AdS—换热管中心距,mmSn—隔板槽相邻两管中心距,mm nˊ—隔板槽一侧的排管根数n—U形管根数Do—管板布管区当量直径,mmPs—壳程设计压力, MPaPt—管程设计压力, MPaδe —圆筒有效厚度, mm δeH —封头有效厚度, mm δes —裙座有效厚度, mmζs —室温下壳体材料的屈服点，MPa [ζ]t —设计温度下壳体材料的许用应力，MPa [ζ]t s —设计温度下裙座材料的许用应力，MPa A t —管板布管区面积，三角形A t = 1.732ns 2 +A d , mm 2 A dt —布管区范围内能被换热管支撑的面积, mm 2 D t —管板布管区当量直径, mmP t —布管区当量直径D t 与直径2R 之比,R=D i ／2 b f —法兰宽度, mm δf —壳体法兰厚度, mm D —管板开孔前的抗弯刚度E p —管板材料的弹性模量,MPa ν—管板材料泊松比K f ˊ—壳程圆筒与法兰的旋转刚度参数, MPa E f ˊ—对于f 型连接方式，指E f ˊ=2.1³105 MPa w ˊ—系数，按δs /D i 和δf /D i 计算 δs —壳程圆筒厚度，mmE s —对于f 型，指壳程圆筒材料的弹性模量,E s =2.1³105 MPa K f ˊˊ—管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数, MPa E f ˊˊ—对f 型，按管板材料, E f ˊˊ=2.1³105 MPa E h —对f 型，管箱圆筒材料E h =2.1³105 MPa w ˊˊ—系数，按δs /D i 和δf /D i 计算 δh —管箱圆筒厚度，mm K f —板边缘旋转刚度参数 K f —旋转刚度无量纲参数 K f 0—无量纲参数，f 型 εR —管板边缘法兰力矩折减系数 εT —需要的螺栓总截面积, mm 2Am—预紧状态下，需要的最小螺栓总截面积, mm2Aa—操作状态下，需要的螺栓总截面积, mm2Ap—预紧状态下，需要的最小螺栓载荷，Nb—垫片有效密封宽度，mmy—垫片比压力m—垫片系数[δ]b—常温下螺栓材料的许用应力，MPaAp—操作状态下需要的最小螺栓面积, mm2Wp—操作状态下需要的最小螺栓载荷，NLG—螺栓中心至作用位置处的径向距离FD—作用在法兰环内侧封头压力载荷引起的轴向分力，NFT—总轴向力与内径截面上的流体压力引起的轴向力之差，N F—流体压力引起的总轴向力，NFG—窄面法兰垫片压紧力，NAb—实际螺栓面积应不小于需要的螺栓面积, mm2LD—螺栓中心至法兰环内侧的径向距离LT—螺栓中心至作用位置的径向距离A b —基础环面积 Ab=0.785（Dab2-Dib2），mm2A sb —圆筒形裙座底部截面积Asb=3.14Disζs,mm2B—系数，按[1]1.7.5确定，MPab—基础环外伸宽度b=（Dob -Dos），mmCz—结构综合影响系数Di—容器内直径，mmDib—基础环内直径，mmDis—裙座底部截面内直径，mmDob—基础环外直径，mmDos—裙座底部截面的外直径，mmH—容器高度，mmE—设计温度下材料的弹性模量,MPaHi—容器顶部至第i段底部截面的距离，mmhi—容器第i段集中质量距地面的高度，mmh k —计算截面I-I以上集中质量mk距地面高度，mmMEI-I—容器的计算截面I-I 的地震弯矩，N²mMEO-O—容器底部O-O截面的地震弯矩，N²mMmaxI-I—容器计算截面I-I的最大弯矩，N²mMmaxO-O—容器底部O-O截面的最大弯矩，N²mMwI-I—容器计算截面I-I的风弯矩，N²mMwO-O—容器底部截面O-O的风弯矩，N²mm—容器第i段的操作质量，kgmmax—容器的最大质量，kgmmin—容器的最小质量，kgmo—容器的操作质量，kgm I-I—计算截面I-I以上操作时和非操作质量，kg P—设计风压，MPaP—风载荷，NTi—容器第i振型的自振周期，sT1—容器的基本自振周期，sZb—基础环的抗弯截面系数，mm3Zsb—圆筒形或圆锥形裙座底部截面系数，mm3ζb—基础环厚度，mmq—换热管与管板连接的拉脱力，MPaζ—管板计算厚度，mmζt—换热管管壁厚度，mmμ—管板强度削弱系数，一般μ=0.4δt—换热管轴向应力，MPa[ζ]rt—设计温度下管板材料的许用应力，MPa[ζ]tt—设计温度下换热管材料的许用应力，MPa第一章绪论1.1 合成氨在国民经济中的重要作用合成氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。
化工原理课程设计题目水吸收二氧化碳吸收塔学院化学工程学院专业安全工程学生姓名学号年级指导教师曹丽淑二〇一六年七月五日目录题目及数据 (3)流程图 (3)流程和方案的选择说明与论证 (4)吸收塔主要尺寸的计算 (6)附属设备的选型或计算 (14)设计评价 (18)设计结果概览 (19)参考文献 (20)题目及数据1.题目：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。
2.数据：（一）气体混合物1）组成(V%)：CO2 11%，H2 65.6%，N2 21%，CH4 0.5%,CO 3%,O2 0.1% 2）气体组成:3800Nm3/h3）温度：30℃4）压力:1800KN/m2（二）气体出口要求(V%)：CO2 0.62%（三）吸收剂：水流程图水吸收CO工艺流程图21-吸收塔；2-富液泵；3-贫液泵；4-解吸塔流程和方案的选择说明与论证1.塔设备：填料塔。
2.吸收剂：水。
3．装置流程的确定：对于单塔，气体和液体接触的吸收流程有逆流和并流两种方式。
在逆流操作下，两相传质平均推动力最大，可以减少设备尺寸，提高吸收率和吸收剂使用效率，因此逆流优于并流。
因此，本设计采用逆流。
4. 填料的选择：填料是填料塔的核心构件，它提供了塔内气-液两相接触而进行传质或传热的表面，与塔的结构一起决定了填料塔的性能。
现代填料大体可分为实体填料和网体填料两大类，而按照装填方式可分为乱堆填料盒规整填料。
对塔内填料的一般要求是：具有较大的比表面积和较高的空隙率，较低的压降，较高的传质效率；操作弹性大，还要考虑经济合理。
1)散装填料散装填料是一个个具有一定集合形状和尺寸的颗粒体一般以随机的方式堆积在塔内的，又称为乱堆填料和颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、和环鞍的填料等。
以下是典型的散装填料：a.拉西环填料：拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制成。
化工原理课程设计题目水吸收二氧化碳吸收塔学院化学工程学院专业安全工程学生姓名学号年级指导教师曹丽淑二〇一六年七月五日目录题目及数据 (3)流程图 (3)流程和方案的选择说明与论证 (4)吸收塔主要尺寸的计算 (6)附属设备的选型或计算 (14)设计评价 (18)设计结果概览 (19)参考文献 (20)题目及数据1.题目：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。
2.数据：（一）气体混合物1）组成(V%)：CO2 11%，H2 65.6%，N2 21%，CH4 0.5%,CO 3%,O2 0.1% 2）气体组成:3800Nm3/h3）温度：30℃4）压力:1800KN/m2（二）气体出口要求(V%)：CO2 0.62%（三）吸收剂：水流程图水吸收CO工艺流程图21-吸收塔；2-富液泵；3-贫液泵；4-解吸塔流程和方案的选择说明与论证1.塔设备：填料塔。
2.吸收剂：水。
3．装置流程的确定：对于单塔，气体和液体接触的吸收流程有逆流和并流两种方式。
在逆流操作下，两相传质平均推动力最大，可以减少设备尺寸，提高吸收率和吸收剂使用效率，因此逆流优于并流。
因此，本设计采用逆流。
4. 填料的选择：填料是填料塔的核心构件，它提供了塔内气-液两相接触而进行传质或传热的表面，与塔的结构一起决定了填料塔的性能。
现代填料大体可分为实体填料和网体填料两大类，而按照装填方式可分为乱堆填料盒规整填料。
对塔内填料的一般要求是：具有较大的比表面积和较高的空隙率，较低的压降，较高的传质效率；操作弹性大，还要考虑经济合理。
1)散装填料散装填料是一个个具有一定集合形状和尺寸的颗粒体一般以随机的方式堆积在塔内的，又称为乱堆填料和颗粒填料。
散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、和环鞍的填料等。
以下是典型的散装填料：a.拉西环填料：拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制成。
《化工原理》课程设计水吸收二氧化碳填料塔设计学院医药化工学院专业精细化工班级姓名学号指导教师年月日目录概述 (1)1.设计题目 (1)2.操作条件 (1)3.填料类型 (1)4.设计内容 (1)4.1吸收剂的选择 (1)4.2装置流程的确定 (1)4.3填料的类型与选择 (2)5.填料吸收塔的工艺尺寸的计算 (2)5.1基础物性数据 (2)5.1.1液相物性数据 (2)5.1.2气相物性数据 (2)5.1.3气液相平衡数据 (2)5.2物料衡算 (2)5.3填料塔的工艺尺寸计算 (3)5.3.1塔径计算 (3)5.3.2填料层高度计算 (4)6.填料层压降计算 (6)7.液体分布器建简要设计 (7)7.1液体分布器的选型 (7)7.2分布点密度计算 (7)7.3布液计算 (7)8.吸收塔接管尺寸计算 (8)9.要符号说明 (8)9.1料的特性参数 (8)9.2符号说明 (8).附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）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。
吸收操作在化学工业中是一种重要的分离方法，本次设计采用水吸收空气中的二氧化碳，处理流量为 3800m3/h，其中进塔二氧化碳的体积分数为7%，二氧化碳的吸收率达到 95％。
吸收效果以减少对大气的污染，属于物理吸收。
影响吸收的因素主要为溶质在吸收剂中的溶解度, 其吸收速率主要决定于气相或液相与界面上溶质的浓度差，以及溶质从气相向液相传递的扩散速率。
本设计本设计采用 4 个同类型的吸收塔并联，塔高 8.4m，塔径 2.9m，采用聚丙烯阶梯填料，具有通量大、阻力小、传质效率高等优点，可以达到较好的通过能力和分离效果。
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。
1.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二氧化碳气体。
混合气体的处理量为3800 m3/h，其中含二氧化碳为7%（体积分数），混合气体的进料温度为25℃。
要求：二氧化碳的回收率达到95% 。
2.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 1.5 倍。
3.填料类型公称直径为50mm 的聚丙烯塑料阶梯环4.设计内容设计方案的确定4.1吸收剂的选择因为用水作吸收剂，同时CO2不作为产品，故采用纯溶剂。
4.2装置流程的确定用水吸收CO2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。
由于处理的流量较大，所以用 4 个同类型的吸收塔并联工作。
4.3 填料的类型与选择用不吸收 CO 2 的过程，操作温度低，但操作压力高，因为工业上通常选用 塑料散装填料，在塑料散装填料中，塑料阶梯填料的综合性能较好，故此选用 D N 50 聚丙烯塑料阶梯环填料。
4.4 操作温度与压力的确定20℃，常压5. 填料吸收塔的工艺尺寸的计算5.1 基础物性数据5.1.1 液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取水的物性数据 查得，293K 时水的有关物性数据如下：密度 ρL =998.2kg/m粘度 μL = 1⨯10-3 Pa·s=3.0kg/(m·h)表面张力 σL =72.6 dyn/cm=940896 kg/h 3 CO 2 在水中的扩散系数为 D L = 1.77×10-9 m 2/s=6.372×10-6 m 2/h 5.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为M vm =∑y i M i =0.07×44＋0.93×29=30.05混合气体的平均密度为 ρvm =PMvm RT = 101.3 ⨯ 30.058.314 ⨯ 298= 1.23kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册 20℃空气粘度为μv =1.81×10-5Pa·s=0.065kg/(m•h) 查手册得 CO 2 在空气中的扩散系数为D v =1.8×10-5m 2/s=0.044m 2/h 5.1.3 气液相平衡数据由手册查得，常压下 20℃时 CO 2 在水中的亨利常数为E=144MP相平衡常数为m = E P= 1.44 ⨯103 101.3 =1421.5 溶解度系数为 H= E s= 998.2 1.44 ⨯103 ⨯18.02 =0.03845kmol/(m 3·kPa)5.2 物料衡算MV Y V Y L 进塔气相摩尔比为Y 1 =y 11 - y 1 = 0.07 1 - 0.07= 0.075 回收率为 η=95%出塔气相摩尔比为 Y 2= Y 1（1-η）=0.075×(1-0.95)=0.00375 进塔惰性气相流量为 V=950 ⨯ 273(1 - 0.07) =36.13kmol/h 22.4 298该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即LY 1 - Y 2（ ）min = 1- X m 2对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为 X 2=0LY 1 - Y 2 0.075 - 0.00375（ ）min = = 1 - X m 2取操作液气比为 L = 1.5 L0.075 - 01421.5 = 1350.425 V L=1.5 L（V ）min V=73186.28kmol/h（V ）min因为 V(Y 1-Y 2)=L(X 1-X 2)所以 X = 36.13 ⨯（0.075 - 0.00375）= 3.52 ⨯10-5173186.285.3 填料塔的工艺尺寸计算5.3.1 塔径计算气相质量流量为 W V =950×1.23=1180.8kg/h 液相质量流量可近似按纯水的流量计算即 W L =73186.28×18.02=1318816.77kg/hEckert 通用关联图横坐标为W L (V )0.5 = 1318816.77 ⨯ ( 1.23 )0.5= 1040.78W V L1180.8 998.2 因为数值太大，不适宜用 Eckert 通用关联图计算泛点气速用贝恩-霍根关联式计算泛点气速：⎡u 2 a ⎤ W 1 1 lg ⎢ F ( t )( V ) 0.2 ⎥ = A - K ( L ) 4 ( V ) 8⎣ g 3L⎦ W V L 其中 A=0.204 K=1.75⎡ u 2 114.2 1.23 0.2 ⎤ 1318816.77 1 1.23 1 lg ⎢ F ⨯ ( ⎢⎣9.81 0.9273) ⨯ ( 998.2 ) ⨯1 ⎥ = 0.204 - 1.75 ⨯ ( ⎥⎦1180.8 ) 4 ( ) 8 998.2 计算得 u F =0.063m/s取 u=0.7u F =0.7×0.063=0.044m/s4V S u4 ⨯9503600 3.14 ⨯ 0.0441 1 2 ( ) + 2 2由 D = = = 2.76 m泛点率校核：u = 0.043=68.25%（在允许范围内） u F 0.063液体喷淋密度校核，取最小润湿速率为（L W ）min =0.08m 3/m·h 查塑料阶梯环特性数据表得：型号为 D N 50 的阶梯环的比表面积 a t =114.2 m 2/m 3U min =(L W )min a t =0.08×114.2=9.136m 3/m 2·h1318816.77U= 998.2 = 214.67 > U min 0.785 ⨯ 2.82经校核可知，塔径 D=2.8m 合理。
5.3.2 填料层高度计算Y * =mX 1=1421.5×3.52×10-5=0.05Y * =mX 2=0 脱因系数为 S=mV = 1421.5 ⨯ 36.13 =0.702L 73186.28气相总传质单元数:1⎡ N = ln ⎢ 1 - S Y * - Y * ⎤ 1 2 ⎥ S OG 1 - S ⎣ 1⎡Y - Y * ⎦0.075 - 0 ⎤ = 1 - 0.702 ln ⎢⎣(1 - 0.072) ⨯ 0.00375 - 0 ⎥⎦+ 0.702 =3.796气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:a ⎧⎪ ⎛ ⎫0.75⎛ U ⎫0.1 ⎛ U 2 a ⎫ -0.05 ⎛ U 2 ⎫0.2 ⎫⎪ w = 1- exp ⎨-1.45 c ⎪L ⎪L t ⎪ L ⎪ ⎬ a t⎪⎩⎝L⎭⎝ a t L ⎭ ⎝ L L a t ⎭⎝ L L a t ⎭ ⎪⎭查常见材质的临界表面张力值表得σc =33dyn/cm=427680kg/h 2材质碳 瓷 玻璃 聚丙烯 聚氯乙烯 钢 石蜡表面张力, mN /m 56 61 73334075 20液体质量通量为U L =214288.44kg/(m 2·h)a ⎧⎪ ⎛ 427680 ⎫0.75⎛ 214288.44 ⎫0.1⎛ 214288.442 ⨯114.2 ⎫-0.05⎛ 214288.442 ⎫0.2 ⎫⎪ w = 1 - exp ⎨-1.45 ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎬ a t ⎝ 940896 ⎭ ⎝114.2 ⨯ 3.6 ⎭998.22 ⨯1.72 ⨯108 ⎪ 998.2 ⨯ 940896 ⨯114.2 ⎪ ⎪⎩ a w=0.77a t⎝ ⎭ ⎝ ⎭ ⎪⎭吸收系数由下式计算:0.71⎛ U V ⎫ ⎛ V⎫3 ⎛ a tD V ⎫K G = 0.237 ⨯ a ⎪ D ⎪ RT ⎪⎝ t V ⎭ ⎝ V V ⎭ ⎝⎭ 质量通量为U V =950 ⨯1.23 =189.86 0.785 ⨯ 2.82kg /(m 2 • h )K = 0.237 ⨯ ⎛189.86 ⎫0.7 ⎛ 0.065 1 ⎫ 3 ⎛ 114.2 ⨯ 0.044 ⎫⎪ G 114.2 ⨯ 0.065 ⎪1.23 ⨯ 0.044 8.314 ⨯ 293 ⎪⎝ ⎭ ⎝ ⎭ ⎝ ⎭ =5 ⨯ 10-3kmol/(m 3·h·kPa)吸收系数由下式计算:2-11⎛ U L⎫ 3 ⎛L⎫ 2 ⎛ L g ⎫ 3K L = 0.0095 a⎪ ⎪ ⎪ D ⎝ W L ⎭ ⎝ L L ⎭ ⎝ L ⎭2 -1 1⎛ 214288.44 ⎫ 3 ⎛ 3.6 ⎫ 2 ⎛ 3.6 ⨯1.27 ⨯108 ⎫ 3 K L = 0.0095 0.77 ⨯114.2 ⨯ 3.6 ⎪ 998.2 ⨯1.78 ⨯10-9 ⎪ ⎪998.2 ⎝ ⎭ ⎝ =1.189m/h查常见填料的形状系数表得= 1.45⎭ ⎝ ⎭填料类型球形 棒形 拉西环 弧鞍 开孔环Ψ值 0.72 0.75 1 1.19 1.45K G a = K G a W 1.1 = 5⨯10-3 ⨯ 0.77 ⨯114.2 ⨯1.451.1=0.66 kmol/(m 3·h·kPa)K L a = K L a W0.4= 0.04 ⨯ 0.77 ⨯114.2 ⨯1.450.4=4.08 kmol/(m 3·h·kPa)LLu/u F=66.17％>50﹪'⎡⎛u ⎫1.4 ⎤由KGa =⎢1 + 9.5u- 0.5⎪⎥KGa⎣⎢⎝ F ⎭⎥⎦'⎡⎛u ⎫2.2 ⎤KLa =⎢1 + 2.6u- 0.5⎪⎥KLa⎣⎢⎝ F ⎭⎥⎦得K G'a=[1+9.5⨯(0.6825-0.5)1.4]⨯0.66=1.24kmol/(m3·h·kPa)得K'a=[1+2.6⨯(0.6825-0.5)2.2]⨯4.08=4.18kmol/(m3·h·kPa)K G a =1=11+1 1+1=0.142 kmol/(m3·h·kPa)'HK ' 1.24 0.03845 ⨯ 4.18H OG= V =K Y aV=K G aP36.130.142 ⨯101.3 ⨯ 0.785 ⨯ 2.82=0.4mZ=H OG N OG=0.4× 1.5m得Z′=1.4×1.5=2.1m取填料层高度为Z′=2m查散装填料分段高度推荐值表对于阶梯环填料hD= 8 ~ 15 h max≤6m 取h = 8D则h=8×800=6400mm 计算得填料层高度为2100mm，故不需分段。
