下载文档原格式
水吸收氨过程填料塔的工艺设计摘要氨是化工生产中极为重要的工业原料，可用于化肥、炼焦、塑料、石油精炼、制药等行业中。
氨还可用于合成尿素、合成纤维、燃料、塑料等。
但氨通常以游离态的形式存在于大气中，由于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，需要采用一定方法对空气中的氨气进行回收和利用。
本文是用水吸收氨的填料塔来分离空气中的氨。
填料塔不仅结构简单,而且阻力小，便于用耐腐蚀材料制造。
为提高传质效率，选用逆流吸收。
由于其操作温度及压力较低，故此选用D38聚丙烯阶梯环填料。
通过水吸收氨填料塔的设计计算，得到的N结论是：填料塔的塔径为500mm，填料层高度为6m，填料层压降为ΔP为5400 Pa，选用管式液体分布器，按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。
分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=54点，产品中氨低于0.02%（体积分数），最终校对合格，本填料吸收塔设计合理。
关键词：填料；吸收；氨；传质目录摘要 (1)目录 (2)前言 (4)第一章文献综述 (5)1.1氨 (5)1.1.1氨的物理性质 (5)1.1.2氨的化学性质 (5)1.1.3氨的存在与用途 (5)1.1.4空气中氨的主要来源 (5)1.2填料塔 (6)1.2.1 填料塔的结构 (6)1.2.2 填料的选择 (6)1.2.3 填料塔的内件 (9)1.2.4 填料塔工作原理 (10)1.3吸收 (12)1.3.1吸收原理及分类 (12)1.3.2吸收操作的特点 (13)第二章设计部分 (15)2.1设计任务 (15)2.2设计方案的确定 (15)2.2.1吸收装置流程的确定 (15)2.2.2吸收剂的选择 (16)2.2.3操作温度与压力的确定 (17)2.2.4填料的类型与选择 (17)2.3工艺计算 (19)2.3.1设备型式 (19)2.3.2 设计方案的确定 (19)2.3.3 填料的选择 (20)2.3.4 基础物性数据 (20)2.3.5物料衡算 (21)2.3.6填料塔工艺尺寸的计算 (22)2.3.7填料层压降计算 (26)2.3.8液体分布器简要设计 (27)第三章结论 (29)参考文献 (30)附录 (31)致谢 (33)前言氨是化工生产中极为重要的生产原料，可用于化肥、炼焦、塑料、石油精炼、制药等行业中。
最新填料塔实验报告清华大学实验目的：本实验旨在研究填料塔在化工过程中的传质效率和操作特性。
通过对填料塔的操作参数进行测定和分析，验证相关传质理论，并优化操作条件以提高分离效率。
实验设备与材料：1. 填料塔实验装置，包括塔体、填料、喷嘴、回流系统等。
2. 清华大学化学工程系提供的实验原料，包括待分离混合物、吸收剂等。
3. 测量仪器，如流量计、温度计、压力计、pH计等。
4. 数据采集与处理系统。
实验方法：1. 根据实验要求，准备相应的待分离混合物和吸收剂。
2. 安装并检查填料塔系统，确保无泄漏和堵塞。
3. 调整喷嘴流量，控制吸收剂的进塔速度。
4. 启动回流系统，保持恒定的回流比。
5. 测定并记录实验过程中的关键参数，如塔顶和塔底的温度、压力、组分浓度等。
6. 通过改变操作条件（如流量、温度、压力等），观察并记录填料塔的性能变化。
7. 使用数据采集系统实时监控实验数据，并进行初步分析。
实验结果与分析：1. 实验数据显示，在一定范围内增加吸收剂流量可以提高分离效率，但超过某一临界点后效率提升不明显。
2. 温度的升高有助于提高传质效率，但同时也会增加系统的能耗。
3. 通过调整回流比，可以在一定程度上改善分离效果，但需权衡能耗和分离效率之间的关系。
4. 实验结果与理论预测基本一致，但在某些操作条件下存在偏差，可能由实验误差或未考虑的因素导致。
结论：本次实验成功地验证了填料塔在化工分离过程中的传质特性，并探索了操作参数对分离效率的影响。
通过实验数据分析，为填料塔的设计和操作提供了有价值的参考。
未来的工作可以进一步探索填料类型、塔内结构等因素对传质效率的影响，以及如何通过优化设计降低能耗和提高分离效率。
填料塔文献综述（作者未知）填料塔文献综述（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。
近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速的发展。
目前，国内外已开始利用大型高效塔改造板式搭，并在增加产量、提高产品质量、节能等方面取得了巨大的成就。
（二）填料塔填料塔是气、液呈逆流的连续性接触的气液传质设备，它的结构和安装比板式塔简单。
塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气、液通过。
支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。
填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。
填料层中的液体有向塔壁流动的“趋壁”倾向，因此填料层较高时往往将其分为几段，每一段填料层上方设有液体再分布器，使流到壁面的液体集于液体在分布器作重新分布。
填料塔操作时，气体从下向上呈连续相通过填料层的空隙，液体则沿填料表面流下，并形成相际接触界面，进行传质。
气、液体的通过能力、相际界面的大小、传质速率的快慢与填料的集合形状关系甚大。
因此，多年来人们一直注意发展性能优良而有造价低廉的填料。
填料塔与板式塔相比在以下情况下优先选用：①在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可以采用新型填料以降低塔德高度；②对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小、压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；③具有腐蚀性物料，可选用非金属填料的填料塔；④容易发泡的物料宜选用填料塔，因为在填料塔内，气相主要不以气泡形式通过液相，可减少发泡的危险，此外，填料还可以使泡沫破碎。
（三）塔填料（1）填料的类型：填料的种类很多，按照制成填料的材料是实体还是网体可分为实体填料和网体填料两类。
实体填料有陶瓷、金属或塑料等制成，如拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍形和矩鞍填料等；网体填料有金属丝制成，如形网环、网状鞍形填料、网波纹填料等。
化工设备之填料塔填料塔是一种常见的化工设备，用于进行物理或化学反应、蒸馏和吸收过程等。
填料塔中填充着各种不同的填料，以增加气液质量传递的表面积，从而提高设备的效率。
下文将从填料的种类、作用原理、设计和应用等方面介绍填料塔。
一、填料的种类1.球形填料：常见的球形填料有陶瓷球、金属球和塑料球等。
球形填料具有流体阻力小、气液分布均匀等特点，是填料塔中常见的一种填料。
2.环形填料：环形填料分为金属材质和塑料材质两种。
环形填料的特点是表面积大，容积小，具有良好的液膜形成和固定的优势，适合于处理液相粘度大的情况。
3.网状填料：网状填料具有表面积大、空隙率高、液滴分布均匀等特点，能有效地扩大气液接触界面，增强气液质量传递效果。
4.格栅填料：格栅填料通常用于液压分离时使用，能够有效地增加间隙面积，并保持间隙的大小和位置不变。
二、填料塔的作用原理填料塔的主要作用原理是通过填充物增加气液接触面积，从而提高传质、反应和分离的效率。
当气体和液体在填料塔中产生接触时，由于填料的存在，气体和液体必须通过填料内的波流道隙缝，从而导致气液混合，进而进行物理或者化学反应，提高传质效果，以达到分离、纯化的目的。
三、填料塔的设计1.填料：填料的类型和形态直接影响到填料塔的效果，应根据具体工艺要求和特点选择。
2.塔径和塔高：要根据设备的工作流量、物理性质和反应特性等因素来确定，应该选择适当的塔径和塔高，以保证设备的高效运行。
3.塔体冷却：在进行冷却反应时，应考虑在塔体中安装冷却器，以保证反应温度不会过高。
4.进口液流速：为保证液相在填料层内形成实际的液膜，应保证进口液速不低于一定值，通常为1～1.5m/s。
5.进口液体含气量：液体中的气体含量越高，气液分布越均匀，但气体含量过高会影响填料塔内流体的反应效率，因此进口液中的气体应控制在一定范围内。
四、填料塔的应用填料塔广泛应用于化工、石化、冶金、环保等领域，主要用于分离、回收、蒸馏、吸收等物理和化学反应过程。
化工设备之填料塔引言填料塔是化工生产中常用的一种设备，用于进行气体或液体的传质与传热操作。
填料塔通过将流体引导经过填料层，增大接触面积，从而提高传质传热效率。
本文将从填料塔的定义、结构、工作原理、应用领域等方面进行详细介绍。
一、填料塔的定义填料塔（Packed tower）是一种用于气体液体传质、传热的设备。
其结构包括塔体、填料层、进出口管道、槽外冷凝器等部分。
填料塔的塔体一般由塔筒、进出料口、塔底及塔顶等组成。
二、填料塔的结构填料塔的结构主要包括以下几个部分：1. 塔筒塔筒是填料塔的主体部分，一般由圆柱形或方形的金属材料制成。
塔筒的内部通常经过抛丸除锈、防腐处理等工艺，以提高其耐腐蚀性能。
2. 填料层填料层是填料塔的核心部分，其作用是增大流体接触面积。
常见的填料材料包括金属、陶瓷、塑料等，其形状有条形、环形、片状等多种。
3. 进出口管道填料塔的进出口管道用于引导流体进入和流出塔体。
进口管道通常设置在塔底，而出口管道则设置在塔顶。
4. 槽外冷凝器槽外冷凝器是填料塔中常用的辅助设备，用于将气体冷凝成液体。
冷凝后的液体可以回流到塔底，进一步提高传质效率。
三、填料塔的工作原理填料塔的工作原理是通过在塔内设置填料层，使流体在填料层上形成薄膜状，增加液体和气体之间的接触面积，从而促进传质和传热的发生。
具体的工作原理如下：1.液体从塔顶通过喷淋器均匀地引入填料层，流经填料层后形成薄膜状。
2.气体从塔底通过进口管道引入塔内，顺着填料层向上流动。
3.在填料层的作用下，液体和气体之间进行传质传热，液体中的溶质逐渐均匀地分布到气体中。
4.溶质逐渐从气体中传到液体中，达到传质的目的。
5.冷凝的气体在填料层中与液体接触，被冷凝器冷凝成液体后回流到塔底。
6.反复循环以上步骤，直到达到预定的传质、传热效果。
四、填料塔的应用领域填料塔广泛应用于化工、石油、冶金、环保等行业，其主要应用领域包括：1.吸附分离：填料塔在吸附分离过程中起到重要作用，可用于气体分离、液体分离等。
化工设备之填料塔首先，选择合适的填料是非常重要的。
填料的选择应根据反应物性质、反应条件、以及产物分离要求等因素综合考虑。
填料的表面积越大，对气液间传质速度越快，因此填料材料的选择应以增大界面传质作用并提高传质速度为目标。
其次，填料塔的设计应该具备良好的传质和传热性能，保证反应的高效进行。
为了达到这一目的，填料塔通常采用多层填料结构，以增大气液接触面积，并通过设置冷却与加热设备，以保持较大的温差，提高传热效率。
另外，填料塔的操作应该严格按照操作规程进行，操作人员要经过专门的培训，熟悉填料塔的操作流程和事故处理方法，以确保生产过程的安全性。
最后，填料塔的维护和保养也是非常重要的。
定期对填料塔内部进行清洗和维护，检查填料的磨损情况，及时更换老化的填料，以确保填料塔的正常运行。
总之，填料塔的设计、选择填料、操作和维护都是非常重要的，必须严格按照相关规定和要求进行。
只有这样，才能保证填料塔的正常运行，确保生产过程的稳定和产品质量的可靠。
填料塔是化工设备的重要组成部分，主要用于进行气液或液液的接触与反应、物料分离、物质传递等工艺操作。
为了保证填料塔的正常工作，需要特别注意以下几个方面。
首先，填料选型是填料塔设计的关键环节。
填料的种类、形状、密度、比表面积等特性直接影响着填料塔的传质传热效率。
因此，在填料选型过程中，需要充分考虑填料与气体或液体的接触方式、传递速度、传质效率等因素。
另外，填料的物理和化学性质也要符合所需的反应条件，以避免对反应过程产生不利影响。
同时，在填料选型过程中还要考虑填料的耐腐蚀性和耐磨性，以确保填料的使用寿命和稳定性。
其次，填料塔的结构设计以及气液分布方式也是填料塔设计中必须重视的方面。
在设计填料塔时，需要考虑填料的密度、堆积方式、气体液体的分布方式、流态特性等多方面因素，以保证填料的均匀与充分分布，从而实现较高的传质传热效率。
特别需要关注气液入口的设计和布置，以确保气液在填料层内的均匀分布和高效接触。
填料塔文献综述（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。
近年来，随着高效新型填料和其他高性能塔内件的开发，以及人们对填料流体力学、放大效应及传质机理的深入研究，使填料塔技术得到了迅速的发展。
目前，国内外已开始利用大型高效塔改造板式搭，并在增加产量、提高产品质量、节能等方面取得了巨大的成就。
（二）填料塔填料塔是气、液呈逆流的连续性接触的气液传质设备，它的结构和安装比板式塔简单。
塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气、液通过。
支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。
填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。
填料层中的液体有向塔壁流动的“趋壁”倾向，因此填料层较高时往往将其分为几段，每一段填料层上方设有液体再分布器，使流到壁面的液体集于液体在分布器作重新分布。
填料塔操作时，气体从下向上呈连续相通过填料层的空隙，液体则沿填料表面流下，并形成相际接触界面，进行传质。
气、液体的通过能力、相际界面的大小、传质速率的快慢与填料的集合形状关系甚大。
因此，多年来人们一直注意发展性能优良而有造价低廉的填料。
填料塔与板式塔相比在以下情况下优先选用：①在分离程度要求高的情况下，因某些新型填料具有很高的传质效率，故可以采用新型填料以降低塔德高度；②对于热敏性物料的蒸馏分离，因新型填料的持液量较小、压降小，故可优先选择真空操作下的填料塔；③具有腐蚀性物料，可选用非金属填料的填料塔；④容易发泡的物料宜选用填料塔，因为在填料塔内，气相主要不以气泡形式通过液相，可减少发泡的危险，此外，填料还可以使泡沫破碎。
（三）塔填料（1）填料的类型：填料的种类很多，按照制成填料的材料是实体还是网体可分为实体填料和网体填料两类。
实体填料有陶瓷、金属或塑料等制成，如拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍形和矩鞍填料等；网体填料有金属丝制成，如形网环、网状鞍形填料、网波纹填料等。
按照填料在塔内堆积的方法不同可分为乱堆填料和整砌填料两类。
乱堆填料有颗粒形填料如拉西环、鞍形填料、鲍尔环、阶梯环等作无规则推挤而成；整砌填料则常由规整的填料整齐砌成，也可由拉西环等颗粒填料砌成。
（2）填料的性能评价:填料层的特性是影响塔操作的主要因素，它除了单个填料的名义尺寸之外，还包括：①单位体积中填料的个数；②比表面积；③空隙率；④干填料因子和填料因子；⑤堆积密度等项。
填料层的特性还与填料塔内装填的方法有关；充水装填的比干装的要疏松；新装的比使用长久的要疏松。
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。
在机械强度允许的条件下，填料壁应尽量薄，以减少堆积密度，既可提高空隙率，又可降低材料成本。
采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价，可得出，丝网波纹填料综合性能最好，拉西环最差。
(3)填料的选用：填料的选用主要根据效率、通量及压降三个重要的性能参数决定。
它们决定了塔的大小及操作费用。
在实际应用中，考虑到塔体的投资，一般选用具有中等比表面积的填料比较经济。
比表面积较小的填料空隙率大，可用于流体高通量、大液量及物料较脏的场合。
在同一塔中，可根据塔中不同高度处两相流量和分离难易而采用多种不同规格的填料。
此外，在选择填料时还应考虑系统的腐蚀性、成膜性和是否含有颗粒等因素来选择不同材料，不同种类的填料（四）填料塔的传质问题和放大效应在板式塔上，液体横向流过塔板与气体错流传质，塔内流体的浓度沿塔高呈梯级变化，通常用塔板效率来衡量传质效果。
而在填料塔内，气、液体互呈逆流，组成沿填料层高呈连续变化的运动，故常用传质系数、传质单元高度（HTU）和等板高度（HETP）来衡量传质效果。
这些系数和高度值受着许多因素的影响，主要有下述五个方面。
(1)气、液体在填料层横截面上的分布：在填料层横截面上，可供气、液体流通的自由截面并不是均匀分布的，近壁处的自由截面相对要大一些，气体在此处的局部流量也会偏高。
另一方面，要使液体均匀地分布在填料层上，先要填料层顶部保证液体喷洒均匀，但液体在重力作用之下向下流动时，往往有向壁偏流的倾向。
这种气、液体分布不均匀的现象，会使传质系数减小，HTU和HETP值增大。
为了减少这种分布不均匀现象，所用填料尺寸要小于塔径的1/10～1/15，并且当填料层较高时，宜将填料层分段，每段填料上设置液体再分布器，将沿壁流下的液体导向中间。
(2)持液量：持液量可分为两部分：①静持量。
塔停止喷淋液体和停止排液后，填料层内所积存的液体呈称静持量，以液体/填料（m3/m3）表示，其值只于填料特性及液体性质有关；②动持量。
将塔停止喷淋液体和停止排液后，同时测的填料层内所排出的液体称动持量，以液体/填料（m3/m3）表示，其值还与液体喷淋量有关，在载点以上又与气速有关。
静持量和动持量之和称总持液量。
持液量大使塔身重量增大，填料层内的气流通道减小压降增大，并使液体在填料层内的平均停留时间增长，这种停留时间的增长，有利于伴有化学反应的吸收系统。
持液量大还使塔操作的惯性效应增大，使操作时组成的波动较小，但使达到稳定操作的开工时间增长，不利于处理贵重液体和精密分馏。
持液量的大小还影响填料的有效润湿表面，从而也影响传质的性能。
(3)填料表面的润湿：填料表面的润湿性能直接影响到填料表面上成膜，而成膜是否理想又影响到气、液两相的传质。
在物系和操作条件确定后，填料的润湿性能就由填料的材质、表面形状及装填方法所决定。
润湿状态还与喷淋量有关，液体喷淋量小时，部分填料表面不能为液体所润湿，即使在液体喷淋量很大的情况下，也难于做到使填料表面完全有效润湿，因在一些液体不流动的静止区中，所有的液体往往为气体所饱和，或气、液体之间已达到平衡，不能再发生传质作用。
这些原因都使填料塔的体积传质系数下降，或使HTU或HETP 值增大。
(4)传质系数：关于气相和液相的传质膜系数，及其相对大小对总传质系数的影响在吸收专著中均有讨论。
对难溶气体的吸收，则宜增大液-气比L/G对总传质系数的增大较为有效。
反之，对易溶气体的吸收，则宜增大气体流量以促进传质。
文献上积累了许多关于传质系数、HTU和HETP的数据。
这些数据多是从小塔试验所得结果。
由于各人额试验条件不同，所得数据的差别也很大，用于设计大塔时，可靠性较差，故设计所需数据最好取自相同系统和相同规模装置上或类似条件下的实测数据。
有关传质系数、传质单元高度和等板高度的关联式请参见吸收、精馏等有关手册和专著。
(5)轴向返混的影响：在填料塔内气-液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在不同程度的返混，影响传质效率。
返混现象可有多种原因引起，例如：填料层内的气、液体分布不均；气体和液体在填料层内的沟流；液体喷淋密度大时所造成的气体局部向下运动；塔内气、液体的湍流脉动使气、液体微团停留时间的不一致等。
填料塔内流体的返混使塔内每一相沿塔高的浓度梯度减小，也减小了平均推动力，使所需填料层高度增加。
按理想的活塞流所设计的填料层高度，往往因存在返混而须将填料层适当加高，以保证预期的分离效果。
返混因素常采用湍流扩散数学模型来分析。
（五）填料塔的内件填料塔的内件是为了保证气液更好的接触，以便发挥填料塔的最大效率和生产能力。
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。
(1)填料支承装置：填料支承装置安装在填料层底部，其作用是防止填料穿过支承装置而落下；支承操作时填料层的重量；保证足够的开孔率，使气液两相能自由通过。
支承装置具备足够的强度及刚度，而且要求结构简单，便于安装，所用的材料耐介质的腐蚀。
常用的填料支承装置有栅板型、波纹型、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紧器和床层限位器两大类。
(3)液体分布装置：液体分布器安装由于填料上部，它将液相加料及回流液均匀的分布到填料的表面上，形成液体的初始分布。
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。
液体分布器的安装位置一般高于填料层表面150～300mm，以提供足够的空间让上升气体不受约束的穿过分布器。
(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，严重时使塔心的填料不能被也液体润湿而形成干锥。
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。
（六）填料塔的研究及改进随着化工生产向大型化发展，近来直径超过1m的屡见不鲜，填料塔只适用于小直径的传统观点，正在经受挑战。
因此，人们一直重视填料塔的放大规律，并且把注意力集中在改善气体和液体的分布，以及改进填料的性能两个方面。
一般认为拉西环有较严重的流体分布不良效应，自从出现了鲍尔环、矩鞍形填料和阶梯环之后，近年来又特别重视液体喷淋装置和再分布器的改进，使填料塔放大的可能性比过去有所提高。
通过对大直径实验塔的测定，证明压降数据与埃克特的通用关联图很相符合，40mm瓷质拉西环乱堆填料的泛点数据也与该图相符合，其他尺寸的几种填料的泛点数据则与图线符合稍差，至于传质单元高度的数据与多数从小塔所得的的关联式计算结果相比，都存在较大误差。
试验还表明大塔的气、液体通过能力、流体力学性能和传质效率均与填料层高度无关，还表明在大直径填料塔中只要液体开始分布均匀，则填料层中流体分布可不受填料层高度的影响。
规整填料比乱堆填料的放大效应要小，因为不是规整填料，如网波透露了等形状本身具有液体再分布的能力。
