填料塔课程设计

目录前言 (1)第一章概述 (4)1.1 吸收的目的 (4)1.2 吸收塔的用途 (4)1.3 设计方案的确定 (4)第二章填料吸收塔概况 (7)2.1填料吸收塔 (7)2.2流向选择 (7)2.3吸收剂的选择 (8)2.4填料的相关内容 (8)第三章基本数据 (12)3.1操作条件 (12)3.2相关物性参数 (12)3.3设计参数 (12)3.4基本数据换算 (12)第四章吸收塔的设计 (13)4.1乙醇--水气液平衡相图 (13)4.2吸收剂用量、塔径、压降及填料层高度计算 (13)第五章塔的结构设计 (17)5.1筒体的设计 (17)5.2封头的设计 (17)5.3除沫器的设计 (18)5.4液体进料管设 (19)5.5喷淋装置设计 (19)5.6法兰的设计 (20)5.7填料压板的设计 (20)5.8填料支撑装置的设计 (20)5.9手孔的设计 (21)5.10吸收塔支座的设计 (21)5.11气体进料管设计 (21)5.12液体出料管设计 (22)5.13气体出管设计 (22)5.14泵的选择 (22)第六章填料吸收塔主要尺寸 (23)设计小结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附图：填料吸收塔装配图前言第一章概述1.1吸收的目的在化学工业中，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的有害物质，以免污染大气。

1.2吸收塔的用途塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。

根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔与填料塔两大类。

按气﹑液两相接触方式的不同可将吸收设备分为级式接触与微分接触两大类，填料塔即为微分接触式气液传质设备。

板式塔内设置一定数量塔板，气体以泡沫或喷射形式穿过板上液层进行物质和热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。

填料塔化工原理课程设计填料塔是一种常见的化工设备，广泛应用于化工、环保、石油等领域。

填料作为塔内的主要组成部分，对于塔内的传质、反应等过程起着至关重要的作用。

因此，在化工原理课程设计中，填料塔的设计和优化是必不可少的一部分。

填料塔化工原理课程设计主要包括以下内容：一、填料的选择和设计填料的种类繁多，不同的填料有着不同的物理化学性质和结构特征，对于塔内传质、反应等过程有着重要的影响。

在填料选择时，需要根据实际工艺要求和特定条件进行选择，同时考虑填料的成本、维护和清洗难度等因素。

设计填料塔需要考虑的因素包括：填料堆积密度、总塔体积、填料层数、塔径、塔高、塔底和塔顶结构等。

这些因素需要通过计算和模拟来确定最佳的设计参数，以满足特定的工艺要求。

二、塔内流体传输和传质填料塔中的流体传输和传质是塔内传质过程的关键。

塔内传质过程可以用物理和数学模型来描述和分析，以确定传质速率、传质效率等基本参数。

主要的传质模型包括：对流传质、扩散传质、反应传质等。

对于填料塔的设计和优化，需要进行流体传输和传质的数值模拟和实验验证。

实验验证可以通过建立实验装置，通过对工艺参数和填料种类的变化，来实现对塔内传质的观测和分析。

数值模拟可以基于参数偏微分方程或者多相流模型，来模拟塔内传质过程，从而得到设计和优化的基本参数。

三、塔内反应过程填料塔中的反应过程是化工原理课程设计的另一个关键部分。

填料塔由于具有大量的表面积、液膜和气液界面，为反应过程提供了良好的反应条件。

塔内反应过程主要包括：吸收、脱吸附、萃取、沉淀等反应过程。

在设计和优化填料塔反应过程时，需要考虑多种因素，如反应物浓度、反应速率、塔高、填料种类等。

通过物理学和化学动力学等基本原理，可以建立反应过程的模型，从而对反应过程进行分析和优化设计。

四、优化设计与实践填料塔化工原理课程设计的最后一部分是优化设计与实践。

通过对填料塔的设计和优化，可以实现工艺目标的达成。

同时，优化设计也需要根据实际情况和运行经验进一步调整和改善，以适应工艺的不断发展和变化。

吸收填料塔的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解吸收填料塔的基本概念，掌握其工作原理和应用场景。

2. 学生能够掌握吸收填料塔的构造、性能参数及其对吸收效率的影响。

3. 学生能够掌握吸收填料塔的设计原则和计算方法。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，进行吸收填料塔的选型和计算。

2. 学生能够分析吸收填料塔在实际工程中的应用，并提出优化方案。

3. 学生能够通过实验和模拟等方法，验证吸收填料塔的设计效果。

情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到吸收填料塔在环保和节能领域的重要意义，增强环保意识。

2. 学生通过吸收填料塔的学习，培养解决实际工程问题的兴趣和自信心。

3. 学生在团队协作中，培养沟通、交流和合作的能力。

课程性质：本课程为化学工程与工艺专业的一门专业课程，旨在帮助学生掌握吸收填料塔的基本理论、设计和应用。

学生特点：学生已具备一定的化学基础和工程观念，具有较强的逻辑思维能力和动手能力。

教学要求：结合实际案例，采用理论教学、实验操作和课后练习相结合的方式，使学生能够将所学知识应用于实际工程问题。

在教学过程中，注重培养学生的创新能力、实践能力和团队协作能力。

通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，并为后续相关课程打下坚实基础。

二、教学内容1. 吸收填料塔的基本概念与工作原理- 吸收填料塔的定义及其在化工中的应用- 吸收填料塔的工作原理及分类2. 吸收填料塔的构造与性能参数- 填料的种类、结构及其对吸收效率的影响- 填料塔的流体力学性能和传质性能参数3. 吸收填料塔的设计原则与计算方法- 设计原则及其考虑因素- 填料塔的塔径、塔高、填料层高度等计算方法4. 吸收填料塔的选型与应用- 填料塔选型的原则及方法- 填料塔在化工、环保等领域的应用案例5. 实验与模拟- 吸收填料塔的实验操作方法- 计算机模拟在吸收填料塔设计中的应用教学大纲安排：第一周：吸收填料塔的基本概念与工作原理第二周：吸收填料塔的构造与性能参数第三周：吸收填料塔的设计原则与计算方法第四周：吸收填料塔的选型与应用第五周：实验与模拟教学及课后实践教学内容依据课程目标和教材章节进行安排，注重理论与实践相结合，通过讲解、案例分析、实验和模拟等多种方式，使学生掌握吸收填料塔的相关知识。

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)第1章流程的确定和说明1.1加料方式加料分两种方式：泵加料和高位槽加料。

高位槽加料通过控制液位高度，可以得到稳定流量，但要求搭建塔台，增加基础建设费用：泵加料属于强制进料方式，泵加料易受温度影响，流量不太稳定，流速也忽大忽小，影响传质效率。

目录第1章概述 (3)1.1吸收技术概况 (3)1.2吸收设备的发展 (3)1.3吸收在工业生产中的应用 (4)1.4丙酮的性质 (5)第2章方案比选 (7)2.1方案选择与对比 (7)2.2吸收剂的比选 (8)2.3填料的作用以及选择 (9)2.4操作参数的选择 (12)2.5流向选择 (12)2.6吸收剂再生方法的选择 (12)2.7操作参数的选择 (13)第3章吸收塔的工艺计算 (14)3.1基础物性数据 (14)3.1.1 气液相物性数据 (14)3.1.2物料计算 (14)3.2塔径计算 (15)3.3填料层高度确定 (18)3.3.1. 传质单元数计算 (18)3.3.2 传质单元高度计算 (18)3.3.3填料层高度的计算 (20)第四章塔的结构设计 (21)4.1筒体的设计 (21)4.2封头设计 (21)4.3除沫器设计 (21)4.4液体进料管的设计 (22)4.5液体出料管的设计 (22)4.6气体进料管的设计 (22)4.7气体出料管的设计 (23)4.8填料支撑板设计 (23)4.9填料压板 (23)4.10体分布装置 (23)4.11再分布器 (24)4.12气体入塔分布器 (24)4.13法兰的设计 (25)4.14手孔的设计 (25)4.15吸收塔支座的设计 (25)4.16泵的选择 (26)4.17吸收塔高度的计算 (26)填料吸收塔主要尺寸 (27)课程设计心得 (28)参考文献 (29)第1章概述1.1吸收技术概况气体吸收过程是化工生产中常用的气体混合物的分离操作，其基本原理是利用气体混合物中各组分在特定的液体吸收剂中的溶解度不同，实现各组分分离的单元操作。

在化工生产中，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得到了广泛的应用。

在研究和开发吸收过程中，在方法上多从吸收过程的传质速率着手，希望在整个设备中，气液两相为连续微分接触过程，这一特点则与填料塔得到了较好的结合。

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SO2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）操作压力常压混合气体的温度23℃（2）操作温度 20℃（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SO22.2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SO2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ρL=998.2 kg/m3粘度为μL=0.001Pa·s=3.6kg/(m·h)表面张力为σL =72.6×310-N/m=940896kg/h2SO2在水中的扩散系数为 DL=1.47×10-9m2/s=5.29×10-6m2/h（依Wilke-Chang0.518r0.6()1.85910M TDVφμ-=⨯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23℃，混合气体的平均摩尔质量为M Vm=Σy i M i=0.05×64.06+0.95×29=30.75g/mol 混合气体的平均密度为ρVm =PM/RT=101.325×30.75/（8.314×298.15）=1.257kg/ m 3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得25℃空气的粘度为 μV =1.83 ×10-5Pa•s=0.066kg/(m•h) 查手册得SO 2在空气中的扩散系数为 D V =1.422×10-5m 2/s=0.051 m 2/h （依 1.7500()P T D D P T =计算，其中273K 时，1.013×10-5Pa 时SO2在空气中的扩散系数为1.22×10-5m 2/s ，查《化学工程基础》）3.1.3 气液相平衡数据由手册查得，常压下25℃时SO 2在水中的亨利系数为 E=3.55×103kPa 相平衡常数为m=E/P=3.55×103/101.3=35.04溶解度系数为H=ρ/EM=998.2/3.55×103×18.02=0.0156kmol/kPa m33.1.4 物料衡算(l). 进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为101.3kPa ，故： 混合气量＝ 273.1511800()72.93273.152322.4=+kmol ／h混合气SO 2中量＝72.93×0.05＝3.65kmol ／h＝3.65×64.06=233.82k g ／h设混合气中惰性气体为空气，则混合气中空气量＝72.93-3.65＝69.28kmol ／h＝69.28×29＝2009kg ／h(2)．混合气进出塔的摩尔组成120.053.65(10.97)0.0015869.28 3.65(10.97)y y =-==+- （3）混合气进出塔摩尔比组成 进塔气相摩尔比为111y 0.050.05261y 10.05Y ===-- 出塔气相摩尔比为21(1)0.0526(10.97)0.001578A Y Y ϕ=-=-=（4）出塔混合气量出塔混合气量=69.28+3.65×0.03=69.3895kmol/h （5）吸收剂（水）的用量L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12min 12()Y Y LY V X m-=-对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X 2=0min 0.05260.001578()34.010.0526/35.040L V -==- 取操作液气比为min 1.3()L LV V = 1.334.0144.2LV=⨯= 44.269.283063.377L =⨯= kmol/h (6)塔底吸收液组成X 11212()()V Y Y L X X -=-169.28(0.05260.001578)0.001153063.377X ⨯-==(7)操作线方程 依操作线方程223063.377()0.00157869.28L L Y X Y X X V V =+-=+44.30.001578Y X =+3.2填料塔的工艺尺寸的计算 3.2.1塔径的计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。

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；cbi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654321符号意义ihgfedcba符号人图绘652b 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654321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/kmol194.002.18/7.004.32/3.004.32/3.0=+=F x965.002.18/02.004.32/98.004.32/98.0=+=D x006.002.18/99.004.32/01.004.32/01.0=+=W x2.2物料衡算图 名 绘图人 填料支撑装置原料处理量：34.134023.2224300200000000=⨯⨯=F kmol/h=7.716kg/h D=262.76kmol/h=2.307kg/sW=1077.58kmol/h=5.409kg/s 总物料衡算： F=D+W甲醇物料衡算： W D F Wx Dx Fx += 联立解得： D=28.54kmol/h W=58.97kmol/h3.由气液相图求出D t W t F t 精t 提t 全t图2.4（1）甲醇-水t-x-y 相图图2.4（2）甲醇-水x-y 相图塔顶：5.66=D t ℃ 釜液：5.99=W t ℃ 进料：5.83=F t ℃ 精馏段：75=dm t ℃ 提馏段：5.91=wm t ℃ 全塔：832=+=wd t t t ℃ 4.物性数据处理4.1平均摩尔质量1-mol .g 51.31)x 1(x =-+=B D A D M M M 液顶1-mol .g 5486.31y -1y =+=B D A D M M M ）（气顶-1mol .g 87.23)y 1(y =-+=B F A F M M M （气相进料）2464.20)x 1(x =-+=B F A F M M M 液相进料1-mol .g 08424.18x x -1=+=B W A W M M M ）（液釜1-mol .g 1-mol .g 294.18=气釜M4.2 气相密度的计算KPa P F 63.10797.033.101=⨯+= KPa P D 3.101=MPa P W 3.0=a 03.1032KP P P P FD =+=精a 82.2032KP P P P WF =+=提由公式）（15.273t +=R MPρ可求3m g 37.2K w =气相ρ3m g 866.0K D =气相ρ3m g 1317.1K F =气相ρ4.3液相密度计算内插关系式： )(10下下上下t t --+=ρρρρ液相混合物密度：BBA Aa a ρρρ+=1其中，a 、B a 分别为A ，B 组分的质量分率，A ρ 、B ρ分别为A ，B 纯组分的密度。

氨吸收填料塔的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握氨吸收填料塔的基本结构和工作原理；2. 了解氨吸收填料塔在化工生产中的应用及重要性；3. 掌握氨吸收填料塔的物料平衡和热量平衡计算方法；4. 学会分析氨吸收填料塔的操作参数对吸收效果的影响。

技能目标：1. 培养学生运用化学知识解决实际问题的能力；2. 培养学生进行实验操作、数据收集和处理的能力；3. 提高学生分析、解决化工过程中填料塔相关问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化学学科的兴趣，激发他们探索科学奥秘的热情；2. 培养学生关注环保，认识到化学技术在环境保护中的重要作用；3. 培养学生的团队合作精神，提高他们沟通、交流的能力。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在通过理论教学和实验操作相结合的方式，使学生在掌握氨吸收填料塔相关知识的基础上，能够将其应用于实际问题的分析和解决。

通过本课程的学习，学生将具备以下具体学习成果：1. 能够描述氨吸收填料塔的结构、工作原理及应用场景；2. 能够正确进行氨吸收填料塔的物料平衡和热量平衡计算；3. 能够分析操作参数对氨吸收填料塔吸收效果的影响，并提出优化方案；4. 能够熟练操作实验设备，收集和处理实验数据，撰写实验报告；5. 能够积极参与团队合作，有效沟通，共同解决问题。

二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几部分：1. 氨吸收填料塔的基本概念及分类- 氨吸收填料塔的定义及作用- 填料塔的分类及特点2. 氨吸收填料塔的结构与工作原理- 填料塔的结构组成- 氨吸收填料塔的工作原理- 填料塔在化工生产中的应用3. 氨吸收填料塔的物料平衡和热量平衡- 物料平衡计算方法- 热量平衡计算方法- 实际操作中的影响因素4. 操作参数对氨吸收填料塔吸收效果的影响- 气液两相流动特性- 填料塔操作参数的优化- 操作参数对吸收效果的影响分析5. 氨吸收填料塔的实验操作与数据处理- 实验设备的使用方法- 实验数据的收集与处理- 实验报告的撰写教学大纲安排如下：第一周：氨吸收填料塔的基本概念及分类第二周：氨吸收填料塔的结构与工作原理第三周：氨吸收填料塔的物料平衡和热量平衡第四周：操作参数对氨吸收填料塔吸收效果的影响第五周：氨吸收填料塔实验操作与数据处理三、教学方法针对本章节内容，采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 对于氨吸收填料塔的基本概念、结构、工作原理等理论性较强的内容，采用讲授法进行教学，使学生系统、全面地掌握相关知识；- 讲授过程中注重与实际应用相结合，通过举例说明，增强学生的理解和记忆。