化工原理课程设计-填料吸收塔的设计
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：化学工程与工艺（精细化工方向）
学号：
学生姓名：
指导教师：
2012 年 5 月31 日
《化工原理课程设计》任务书
2011～2012 学年第2学期
学生姓名：专业班级：化学工程与工艺(2009) 指导教师：工作部门：化工教研室
一、课程设计题目：填料吸收塔的设计
二、课程设计内容（含技术指标）
1. 工艺条件与数据
煤气中含苯2%（摩尔分数），煤气分子量为19；吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数）；吸收塔气-液平衡y*=0.125x；解吸塔气-液平衡为y*=3.16x；吸
收回收率≥95%；吸收剂为洗油，分子量260，相对密度0.8；生产能力为每小时
处理含苯煤气2000m³；冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。
2. 操作条件
吸收操作条件为：1atm、27℃，解吸操作条件为：1atm、120℃；连续操作；解吸气流为过热水蒸气；经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充
新鲜吸收剂；过程中热效应忽略不计。
3. 设计内容
①吸收塔、解吸塔填料层的高度计算和设计；
②塔径的计算；
③其他工艺尺寸的计算。
三、进度安排
1．5月14日：分配任务；
2．5月14日-5月20日：查询资料、初步设计；
3．5月21日-5月27日：设计计算，完成报告。
四、基本要求
1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明
书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程
和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计
算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。
设计说明书应附有带控制点的工艺流程图。
设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作
条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算；
设计结果概览；附录；参考文献等。
2. 图纸1套：包括工艺流程图(3号图纸)。
教研室主任签名：
年月日
1 绪论
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。
实际生产中，吸收过程所用的吸收剂常需回收利用，故一般来说，完整的吸收过程应包括吸收和解吸两部分，因而在设计上应将两部分综合考虑，才能得到较为理想的设计结果。作为吸收过程的工艺设计，其一般性问题是在给定混合气体处理量、混合气体组成、温度、压力以及分离要求的条件下，完成以下工作：（1）根据给定的分离任务，确定吸收方案；
（2）根据流程进行过程的物料和热量衡算，确定工艺参数；
（3）依据物料及热量衡算进行过程的设备选型或设备设计；
（4）绘制工艺流程图及主要设备的工艺条件图；
（5）编写工艺设计说明书。
1.2吸收过程对设备的要求及设备的发展概况
近年来随着化工产业的发展，大规模的吸收设备已经广泛用于实际生产过程中。对于吸收过程，能够完成分离任务的塔设备有多种，如何从众多的塔设备中选择合适类型是进行工艺设计的首要任务。一般而言，吸收用塔设备与精馏过程所需要的塔设备具有相同的原则要求，用较小直径的塔设备完成规定的处理量，塔板或填料层阻力要小，具有良好的传质性能，具有合适的操作弹性，结构简单，造价低，便于安装、操作和维修等。
但是吸收过程，一般具有液气比大的特点，因而更适用填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于过程节能。所以对于吸收过程来说，以采用填料塔居多。近年来随着化工产业的发展，大规模的吸收设备已经广泛用于实际生产当中。具有了很高的吸收效率，以及在节能方面也日趋完善。填料塔的工艺设计内容是在明确了装置的处理量，操作温度及操作压力及相应的相平衡关系的条件下，完成填料塔的工艺尺寸及其他塔内件设计。在今后的化学工业的生产中，对吸收设备的要求及效率将会有更高的要求，所以日益完善的吸收设备会逐渐应用于实际的工业生产中。
2 课程设计任务
2.1设计内容
1. 工艺条件与数据
煤气中含苯2%（摩尔分数），煤气分子量为19；吸收塔底溶液含苯≥0.15%（质量分数）；吸收塔气-液平衡y*=0.125x；解吸塔气-液平衡为y*=3.16x；吸收回收率≥95%；吸收剂为洗油，分子量260，相对密度0.8；生产能力为每小时处理含苯煤气2000m³；冷却水进口温度＜25℃，出口温度≤50℃。
2. 操作条件
吸收操作条件为：1atm、27℃，解吸操作条件为：1atm、120℃；连续操作；解吸气流为过热水蒸气；经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新鲜吸收剂；过程中热效应忽略不计。
3. 设计内容
①吸收塔、解吸塔填料层的高度计算和设计；
②塔径的计算；
③其他工艺尺寸的计算。
4. 进度安排
5月14日：分配任务；
5月14日-5月20日：查询资料、初步设计；
5月21日-5月27日：设计计算，完成报告。
2.2设计要求
1. 设计计算书1份：设计说明书是将本设计进行综合介绍和说明。设计说明书应根据设计指导思想阐明设计特点，列出设计主要技术数据，对有关工艺流程和设备选型作出技术上和经济上的论证和评价。应按设计程序列出计算公式和计算结果，对所选用的物性数据和使用的经验公式、图表应注明来历。
设计说明书应附有带控制点的工艺流程图。
设计说明书具体包括以下内容：封面；目录；绪论；工艺流程、设备及操作条件；塔工艺和设备设计计算；塔机械结构和塔体附件及附属设备选型和计算；设计结果概览；附录；参考文献等。
2. 图纸1套：包括工艺流程图(3号图纸)。
2.3设计方案介绍
本设计为填料吸收塔，设计中说明吸收剂为洗油，被吸收的气体是含苯的煤气，且混合气中含苯的摩尔分数为0.02.除了吸收塔以外，还需其他的辅助设备构成完整的吸收-脱吸塔。气液采用逆流流动，吸收剂循环再用，所设计的流程图如图所示。
图中左侧为吸收部分，混合气由塔底进入吸收塔，其中混合气中的苯被由塔顶淋下的洗油吸收后，由塔顶送出（风机在图中未画出来）。富液从富油贮罐由离心泵送往右侧的脱吸部分。脱吸常用的方法是溶液升温以减小气体溶质的溶解度。故用换热器使送去的富油和脱吸的贫油相互换热。换热而升温的富油进入脱吸塔的顶部，塔底通入过热蒸汽，将富油中的苯逐出，并带出塔顶，一道进入冷凝器，冷凝后的水和苯在贮罐中出现分层现象，然后将其分别引出。回收后的苯进一步加工。由塔顶到塔底的洗油的含苯量已脱的很低，从脱吸贮罐用离心泵打出，经过换热器、冷凝器再进入吸收塔的顶部做吸收用，完成一个循环。
3 吸收塔的工艺计算[1]
3.1 基础物性数据计算
基础数据的计算包括最小液气比的计算及吸收剂用量的计算。 3.1.1 物料衡算
进口气相组成摩尔分数 y 1=0.02
出口气相组成摩尔分数 y 2 =（1-0.95）y 1=0.001 进口气相组成 21111004.202
.0102
.01-⨯=-=-=
y y Y kmol （苯）/kmol （煤气） 出口气相组成 322210001.1001
.01001
.01-⨯=-=-=
y y Y kmol （苯）/kmol （煤气）
塔底出口液体浓度最低要求 310984260
150178150781501-⨯=-+=
.%
.%.%.x 吸收塔液相进口的组成应低于其平衡浓度，该系统的相平衡关系可以表示为
x .y 1250=*
于是可得吸收塔进口液相的平衡浓度为：
33
2*2
1015.8125
.010019.1--⨯=⨯==m y x
吸收剂入口浓度应低于31015.8-⨯，其值的确定应同时考虑其吸收和解吸操作，兼顾两者，经优化计算后方能确定，这里取：3210005-⨯=.x
33
3
22210025510
0051100051---..-.-x x X ⨯=⨯⨯== kmol （苯）/kmol （煤气） 入口气体混合物的平均分子量为:
182019021178020.).-(.M _
=⨯+⨯=kg/km
ol
Q vG =2000m 3/h
25.8127
273273
4.222000=+⨯=
nG q kmol/h 625163918202581...M q q _
nG mG =⨯==kg/h
3.1.2 液气比的计算
求最小液气比，进而确定适宜的液气比:
2*121min
X X Y Y q q nG nL --=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ m
Y X 1
*1=
1230100255125
01004210011100423
2
322*121min
......X X Y Y q q nG nL =⨯-⨯⨯-⨯=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----
3.1.3 吸收剂的用量
实际液气比通常取最小液气比的1.2~1.5倍[2]，这里取1.4倍： 99.1325.814.1123.04.1min
=⨯⨯=⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=nG nG nL nL
q q q q kmol/h 73.363726099.13=⨯=⨯=洗油M q q nL mL kg/h 547.4800
73
.3673==
=
洗
ρmL
vL q q m 3/h 3.2 塔径的计算及校核
工艺计算包括塔径的计算，填料层高度的计算，总高度的计算。 物性数据： 取P =101.325Kpa
8198.0)
27327(314.818.2010325.1013=+⨯⨯⨯==RT PM G ρkg/m 3
液相密度可以近似取为： 800==洗油L ρρkg/m 3 液体黏度[3]为： 31021-⨯=.ηL mPa·s
3.2.1 填料选择 根据优选原则：
① 单位体积填料表面积大 ② 单位体积填料孔隙率大
③ 有较好的液体分布性能，对吸收剂有较好的润湿
④ 气体通过阻力小，并且填料层能均匀分布气体，压降均衡 ⑤ 制造容易，耐腐蚀
⑥ 对气体和液体有较好的化学稳定性 选择聚丙烯阶梯环[4]
d =38mm 堆积密度 =57.5 kg/m³ 个数=27200个/m³ 孔隙率ε=0.91 比表面积a =132.5m 2/m 3
散填料
A 值=0.204 临界表面张力σc =54 dyn/cm=0.0054 N/m
3.2.2 泛点气速、塔径的计算
利用 贝恩-霍根公式计算泛点气速可得：
81
412
.032)()(75.1)lg(L
G mG mL L L G f
q q A a a g u ρρηρρ⨯-=⨯⨯
(3-1)
由公式（3-1）可得：
5896
.0800
8198.0625.163973.363775.1204.08
1
4
1-=⨯-）（）（
其中 a =132.5 ε=0.91
5896
0203
2
10..L L
G f ηρρa a g
u -=⨯⨯
代入计算得：
675321819805132800
91081925730257302
032
03.......ηρa ρεg .u ..L
G L f =⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=
m/s
取操作气速是泛点气速的0.6倍[5] 205267536060...u .u f =⨯==m/s
55560360081980625
1639...ρq q G mG vs =⨯==
m 3/s 56650205
2143556
044....πu q D vs =⨯⨯==
m 圆整后取塔径 D =600mm.
3.2.3 数据校核
282604
100060014344..πd S =⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯==m 2 实际气速： 966.11000650414.35556.04
2
2
=⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯=
=
d
q u vs π
m/s
泛点率校正：
%53%100675
.3966.1=⨯=f u u (在50%—80%的范围内)[6] 填料规格校核： D/d =600/38=15.79﹥15（满足径比条件）[7] 喷淋量的校核：
吸收剂的喷淋密U =L/S （3-2) U =S
q vL
（3-3） 由公式（3-3）可得：
09.162826
.0547
.4===
S q U vL m 3/m 2•h 润湿率： t W a U L /min = （3-4)
由公式（3-4）可得： 112.05
.13209
.16min ===at U L W m 3/m 2•h
对于直径小于75mm 的环形填料，必须满足润湿率的的最小值L min W >0.08
满足最小喷淋密度要求。 经以上校对可知填料塔径选用600mm 合理。
3.3 填料层高度的计算
3.3.1 传质单元高度计算
塔内的液相及气象物性如下[9]
ρL =800Kg/m 3 ρG =0.8198 Kg/m 3 ηL =1.2×10-3Pa •s 表面张力[8]σL =20dyn/cm=0.02N/m 粘度[9]ηL =1.2×10-5Pa •s
苯在煤气中的扩散系数近似取苯在空气中的扩散系数
[10]
：
61051.7-⨯=G D m 2/s
苯在洗油中的扩散系数查取得[11]：91002.1-⨯=L D m 2/s
气相及液相的流速： S
q G mG
G 3600= (3-5) 由公式（3-5）可得：
612.12826
.03600625
.16393600G =⨯==
S q G m G (Kg/m 2•s)
S
q G mL
L 3600= （3-6） 由公式（3-6）可得：
576.32826
.036004
.363773600=⨯==
S q G mL L (Kg/m 2•s)
气相传质系数[12]：
113
17
02370.G G G G .G G
G ΨRT aD D ρηa η
G .K ⎪⎭⎫ ⎝
⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛= （3-7）
由公式（3-7）可得：
1.163
1
65
7
.0545.1300314.81051.75.1321051.78198.0102.1102.15.132612.1237.0⨯⎪
⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=----G K 510257.2-⨯=G K Kmol/m 2•s •Pa
⎪⎭
⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪
⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯--=-2020502210750451exp 1.L L
.L L .L L .c w σa ρG g ρa G a ηG σσ.a (3-8） 由公式（3-8)可得 71.118=w a m 2/m 3 液相传质系数：
4.03
15
.03
2
0095.0ψρηρηη
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-L L L L L L w L
L g D a G K （3-9） 由公式（3-9)可得： 51004.6-⨯=L K m/s
将得到的传质系数换算成以摩尔分数差为推动力的传质系数：
w G ya a Pk k = (3-10） 由公式（3-10）可得：
71.11810257.2325.1015⨯⨯⨯==-w G ya a Pk k Kmol/m 3•s
2715.0=ya k Kmol/m 3•s
w L xa a Ck k = （3-11） 由公式（3-11）可得：
0221.071.1171004.6260800
5=⨯⨯⨯==-w L xa a CK k
ya
OG k G
H =
（3-12） 由公式（30-12）可得：
s
k m q s k q k Gm
k G k G H xa nG ya nG xa ya ya OG 36003600+=+==
9745.02826
.00221.03600125
.025.812826.02715.0360025.81=⨯⨯⨯+⨯⨯=
OG H m
考虑到计算公式的偏差，实际上取[13]：
0895.07459.02.1=⨯=OG H m
3.3.2 传质单元数的计算
全塔的物料衡算方程为：
()()2121X X q Y Y q nL nG -=-
依据该方程可以确定吸收塔底洗油中苯的组成：
()2211X Y Y q q X nL
nG
+-=
()117.010025.5001.00204.099
.1325
.8131=⨯+-⨯=
-X 于是，可以计算该塔的塔底、塔顶以及平均传质推动力分别为：
005775.0117.0125.00204.0*111=⨯-=-=∆Y Y Y 000372.010025.5125.000102.03*222=⨯⨯-=-=∆-Y Y Y
001970.0000372
.0005775.0ln 000372
.0005775.0ln 2121=-=∆∆∆-∆=
∆Y Y Y Y Y m
85.9001970
.0001
.00204.021=-=∆-=
m OG Y Y Y N 则，填料层高度
8.819.850.8950N H Z OG OG =⨯=⋅=m
圆整后实际填料层高度取为9m.依据阶梯环填料的分段要求[14]： Z/D =5~10 6max ≤h m
可将填料分为两段,每段4.5m ，两段间设置一个液体再分布器.
3.3.3 总高度的计算
塔上部空间高度可取为1.2m ，液体再分布器的空间高度约为1m 。塔底液相停留时间按5min 考虑，则塔釜液所占高度为：
34.1)1000
600(414.35
6010263.14321=⨯⨯⨯⨯==-d t
q h vL πm
塔内塔釜液到填料支撑板的高度可取为1.2m ，裙式支座的高度可取为2.5m ，所以塔的总高度为：
h=h 0+h 1+1.2+1+1.2+2.5=9+1.34+1.2+1+1.2+2.5=16.24m
3.4流体力学参数计算
3.4.1 吸收塔的压力降
（1）气体进出口压力降取气体进出口接管的内径为219mm ，则气体进出口流速近似为16.52m/s ，则进口压力降为：
11252.168198.02
1
21221=⨯⨯==
∆u p ρPa 出口压力降为：
5652.168198.02
1
5.0215.0222=⨯⨯⨯=⨯
=∆u p ρPa （2）填料层压力降，气体通过填料层的压力降采用Eckert 关联图计算，其中实际操作气速为：
96611000
600
41435556
0...u =⨯
=
m/s
21
)(L
G mG mL q q X ρρ= （3-13）
由公式（3-13）可得：
071.0)800
8198.0(625.163973.3637)(21
21=⨯==L G mG mL q q X ρρ
2
.02ηρϕρL
G g u Y Φ= (3-14）
由公式（3-14）可得：
0601.02.1800
81.98198.08001000
115966.12.022
.02
=⨯⨯⨯⨯
⨯=Φ=
ηρϕρL
G g u Y 查Ecker 图可得每米填料的压力降为500pa [15]，所以填料层的压力降为：
450095003=⨯=∆p Pa
（3）其他塔内件的压力降，其他塔内件的压力降∑∆p 较小，在此可以忽略。于是得吸收塔的压力降为：
4668450056112321=++=∆+∆+∆=∆p p p p f Pa
3.4.2 气体动能因子
吸收塔内气体动能因子为： G u F ρ= (3-15） 由公式（3-15）可得：
78.18198.0966.1=⨯==G u F ρKg 2/s •m 2
气体动能因子在常用的范围内[16]。
3.4.3 吸收因子
吸收塔内气体吸收因子为： nG
nL
mq q A = （3-16） 又公式(3-16）可得：
377.125
.81125.099
.13=⨯==
nG nL mq q A 在吸收因子适宜的范围内[17]。
从以上的各项指标分析，该吸收塔的设计合理，可以满足解吸塔操作的工艺要求。
3.5 吸收塔辅助设备计算及选型
3.5.1液体初始分布器
（1）布液孔数，根据该物系性质可选用莲蓬式喷洒器取布液孔数为100个/m 2。则总布液孔数为：
n=0.2826⨯100=29个
（2）液位保持管高度，取布液孔直径5mm ，则液位保持管中的液位高度为[18]： )2/()4(2
2
g nk
l q h v π= （3-17） 由公式（3-17）可得：
653.0)81.92/()62
.029005.14.310263.14()2/()4(2
3
22=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-g nk d q h vL πm 则液位保持高度为：'h =1.15⨯653=751mm 其他尺寸计算从略。
3.5.2 液体再分布器 采用截锥式再分布器[19]
3.5.3其他附属塔内件
支撑装置选用栅板式，填料压板选用栅条形压板[20]，气体分布装置采用简单的气体分布装置，同时，对排放的净化气体中的液相夹带要求不严。
4 解吸塔工艺计算
4.1基础数据计算
基础数据的计算包括吸收剂用量的计算及最小液气比的计算。 再生塔的设计条件为： 洗油处理量为 3637.73kg/h
洗油中苯的摩尔比为 0.117kmol 苯/kmol 洗油
再生后洗油中苯的摩尔比为 5.025310-⨯kmol 苯/kmol 惰性气体
所用的汽提气入口苯含量近似为0。
4.1.1最小气液比及吸收剂用量
则提气用量与吸收塔设计一样，首先要缺定最小汽提气用量，依据物料衡算方程，求取最小气液比，但需注意这里的 X 11,Y 表示的是塔顶的液相和气相摩尔比，而11,Y X 表示的是塔底的液气相摩尔比，于是得：
*1
21min )(
Y Y
X q q nL nG -= 3697.0117.016.31*1=⨯==mX Y kmol 苯/kmol 洗油
3029.00
3697.010025.5117.0)(3
min =-⨯-=-nL nG q q 取： 4543..03029.05.1)(5.1)(min =⨯==nL
nG nL nG q q
q q 气的实际用量为：
nL nG q q 4543.0==7275.6260
99
.134543.0=⨯=Kmol/h 95.204273
273
1204.223557.6=+⨯⨯=vG
q m 3/h
53.11402.183557.6=⨯=⨯=G nG mG M q q Kg/h
73.3637=mL q Kg/h 8211.4==
L
mL
vL q q ρm 3/h
4.2塔径的计算及校核
4.2.1填料的选择
解吸塔的填料规格为聚丙烯阶梯环（25⨯25⨯1.4）散堆填料，气体的进出口尺为 φ50⨯2.5，液体的进出口尺寸为φ50⨯2.5。
散堆填料A =0.204 公称直径d =25mm 孔隙率ε=0.9
比表面积a =228m 2/m 3
堆积个数81500个/m 3 堆积密度97.8Kg/m 3 临界表面张力0054.0=c σN/m
4.2.2 塔径计算
取P =101.325KPa 气相密度 5588.0)
273120(314.802
.18325.101=+⨯⨯==
RT M P G ρKg/m 3 液相密度可以近似取为： 水ρρ8.0=L 查表可知120℃时 1.943=水ρKg/m 3
48.7541.9438.0=⨯=L ρKg/m 3
液体黏度为[21]：ηL =0.8×10-3Pa •s 利用贝恩-霍根泛点气速方程可得：
81
412.032)()(75.1]lg[L
G
mG mL L L G f
q q A a
g u ρρηρρε-=⨯⨯ 取A =0.204
4885.1)48
.7545588.0()23.1214.3897(75.1204.0]lg[8
141
2.032-=⨯-=⨯⨯L L G f
a
g u ηρρε
取a =228 9.0=ε
4885.12
.03
210-=⨯
⨯
L L
G f a
g
u ηρρε 1997.18.05588.022818.7549.081.90325.00325.02
.032.02=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=L
G L f a g u ηρρεm/s
取u=0.7u f =0.7⨯1.1997m/s=0.8398m/s
0569.03600
5588.053
.114=⨯=
=
G
mG
vs q q ρm/s
294.08398
.014.30569
.044=⨯⨯==
u q D vs πm 圆整后取D=300mm
4.2.3 数据校核
07065.04
100030014.342
2=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯==d S πm 2
实际气速: 8054.007065
.00569
.04
2
==
=
d q u vs π
m/s
泛点率校正:
6713.01997
.18054.0==f u u (在50%~80%的范围内） 填料规格校正: D/d =
满足径比条件）
(81225
300
>= 喷淋量的校核：吸收剂的喷淋密度U =L/S
24.6807065
.08211
.4==
=S q U vs m 3/m 2•h 润湿率： 30.022824
.68/min ==
=at U L W m 3/m 2•h 对于直径小于75mm 的环形填料，必须满足润湿率最小值08.0min >W L 满足最小喷淋密度要求。
经以上校核可知填料塔径选用300mm 。
化工原理课程设计-水吸收氨填料吸收塔设计 一、背景介绍 氨是一种重要的化学制品，用于制造各种类型的化学产品，也可用作氨加热系统的燃料，但它作为强氧化剂挥发到大气中，有害环境，因此必须采取对策进行处理，以保护我 们的环境。 水吸收氨填料吸收塔是一种典型的操作过程，通过在塔内部放入一定量的吸收填料， 使得氨气更有效地与液体相混合，从而降低氨的挥发率，防止它的溢出。 二、设计目的 本设计的目的是设计一种能够有效降低氨气挥发率的水吸收氨填料吸收塔系统。 三、塔结构设计 1.水吸收塔的形式：此水吸收塔采用真空反应塔的形式，包括加热装置、塔体及其重 要部件。 2.水吸收塔的尺寸：该水吸收塔直径为3m，高度为12m，采用真空式反应塔设计。 3.吸收填料：此设计采用纤维吸收填料，其密度为180 kg/m3，吸附能力0.5％，并 选择优质的、耐磨的材料，保证耐久性。 4.液相：选择介质为硝酸钠溶液，介质比重1.1，温度在25℃以下，以确保氨吸收剂 的低温稳定性。 5.混合器：采用有效搅拌，减少氨气挥发，氨气完全溶于液体，增加氨气的反应机会，增加吸 6.塔内设备：除了加热器，还设有安全阀等设备，以防出现意外。 四、设计步骤 1.根据氨吸收水填料吸收塔的工艺特点，研究氨挥发的特性，确定反应条件，估算反 应速率和塔的大小及包装密度。 2.确定吸收填料的类型，以保证其对氨气的特性挥发特性。 3.细化设计，考虑塔内混合器及其优势，同时留意水塔设计具体内容，计算安全阀等 设备的大小，以及确定塔内设备的位置。 4.确认成本，包括：原材料、安装和实际操作。 五、最终结论
本文研究了一套水吸收氨填料吸收塔，设计了其安全阀及其它设备，以及填料的特性，确定了反应条件，估算反应速率，详细设计了塔的形式，尺寸，位置等，通过认真的工作，可以提出设计方案，完成水吸收氨填料吸收塔的设计任务。
化工原理课程设计(氨气填料吸收塔设计)1000字 氨气填料吸收塔是一种常见的化工工艺设备，用于从氨气等气体中 去除二氧化碳等有害成分。在这篇课程设计中，我们将重点讨论氨 气填料吸收塔的设计原理和实现方法。 一、设计原理 氨气填料吸收塔的设计原理基于物理吸收法，它通过填充物（如泡 沫塑料、陶瓷、金属等）将气相物质传递到液相解吸剂中，以达到 去除气体中有害成分的目的。其中，填充物的种类、形状和大小会 影响到吸收效率和压力损失。塔顶设置进口气流分布器，塔底设置 液体分布器，使操作稳定，保证吸收效果。 二、实现方法 1. 确定设计参数 氨气填料吸收塔的设计需要涉及到多项因素，包括： （1）吸收剂的化学性质：吸收剂的化学性质会影响到塔内化学反应 的速率和吸收效率。因此，需要选择合适的吸收剂，并对其进行物 性参数测定。 （2）气体流量：气体流量会影响到塔内的混合程度和扩散速率。因此，需要确定气体流量范围和变化规律。 （3）操作温度和压力：操作温度和压力会直接影响到化学反应的速 率和吸收效率。因此，需要选择合适的操作温度和压力，并对其进 行测定。 （4）塔体高度和直径：塔体高度和直径会影响到填充物的分布、气 液流动情况和压降。因此，需要按照实际需要确定塔的高度和直径。 （5）填充物种类和数量：填充物的种类和数量对吸收效率和压力损 失有较大影响。因此，需要选择合适的填充物，并确定填充层数和 填充物粒径。 2. 填充物选型 填充物的种类是影响氨气填料吸收塔吸收效率和压力损失的一个关 键因素。选用填充物时需要考虑以下方面：
（1）物理性能：填充物的物理性能直接影响其在吸收塔内的分布、 气液流动情况和压降。因此，需要选择合适的物理性能（如比表面积、孔隙率、容重等）的填充物。 （2）化学特性：填充物的化学特性对气液反应速率和吸收效率有较 大影响。因此，需要选择符合需要的化学特性的填充物。 （3）成本和耐久性：填充物的成本和耐久性也是选型时需要考虑的 因素，以确保经济可行和长期稳定运行。 3. 填充物堆积方式 填充物的堆积方式对于塔内气液流动和弥散程度有较大影响。常见 的填充物堆积方式有堆积和固定聚束。其中，堆积的填充物表面较 为平整，具有较大的表面积，能够达到较好的气液弥散效果；固定 聚束的填充物会产生较大的空隙，有利于气液流动。 4. 填充物排列方式 填充物的排列方式也对气液流动和吸收效果有影响。常见的填充物 排列方式有交错式、层级式和蜂窝式。其中，交错式排列具有较大 的干散角度和气流弹性，能使气相沿着填充物表面流动并扩散，因 此适用于化学反应较快的情况；层级式排列可以节省填充物的空间 和重量，较为适用于氨气填料吸收塔等化学反应较慢的情况。 5. 气液分布 气液分布在氨气填料吸收塔的设计中很重要。为了达到最好的吸收 效果，需要保证气液分布的均匀性。气液分布器可以用来装置在塔 的顶部和底部，以确保气液分布均匀，使操作稳定，保证吸收效果。 6. 防腐措施 氨气等化工设备中几乎都含有腐蚀性成分，对设备的耐腐蚀性要求 非常高。在塔内安装不锈钢条，组成一个网状结构，为吸收剂和气 体的运动提供空间，同时防止填充物和液体直接接触使填充物变形 和污染，也可增强吸收强度，提高填充容量，ような硫酸、硫酸铵、硝酸，易被吸收剂与传质驱动剂化学反应罗盘控制的泵循环至吸收塔。同时，对于腐蚀性较大的液体或气体，还需要在设备表面做出 相应的防腐措施。 三、总结
化工原理课程设计(水吸收氨填料吸收塔设计)
目录 第1节前言3 1.1填料塔的主体结构与特点 3 1.2填料塔的设计任务及步骤 3 1.3填料塔设计条件及操作条件 4 第2节精馏塔主体设计方案的确定4 2.1装置流程的确定 4 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 7 2.4.3气液相平衡数据 7 2.4.4物料横算
8 第3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 11 3.2.1传质单元数的计算 11 3.2.2传质单元高度的计算 11 3.2.3填料层的分段 14 3.3填料层压降的计算 14 第4节填料塔内件的类型及设计15 4.1塔内件类型 15 4.2塔内件的设计 16 4.2.1液体分布器设计的基本要求： 16 4.2.2液体分布器布液能力的计算 16 注：17 1.填料塔设计结果一览表 (17) 2.填料塔设计数据一览 (18) 3.参考文献 (19) 4.后记及其他 (19) 附件一：塔设备流程图20 附件二：塔设备设计图20
表索引 表 21工业常用吸收剂 (5) 表 22 常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值 (6) 图索引 图 11 填料塔结构图 (3) 图 31 Eckert图 (15)
第1节前言 1.1填料塔的主体结构与特点 结构图错误!文档中没有指定样式的文字。1所示： 图错误!文档中没有指定样式的文字。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。 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：
一、设计方案的确定 1.1填料塔的结构 填料塔的主要构件为包括：填料、液体分布器、填料支承板、液体再分布器、气体和液体进出口管等。其塔体为一圆形筒体，筒体内分层装有一定高度的填料。液体由塔顶自上而下沿填料的表面成膜状流下。如填料层较高，一般设有液体再分布器，以减弱壁流现象带来的不良影响。气液两相在塔内进行接触传质。其填料塔的结构见图如下： 1.2吸收剂的选择 对于SO2的吸收，常用的吸收剂有浓碳酸、亚硫酸盐水溶液、柠檬水溶液，水，鉴于水对SO2具有一定程度的溶解度，蒸气压不高、粘度适中、不易发泡，具有良好的化学稳定性和热稳定性，不易燃、不易爆，安全可靠。而且水平常易得，经济成本较低，吸收后的溶液相对较易处理，再生和循环性较好，易于实现无害化处理。因而选择清水作为吸收SO2的吸收剂。 1.3吸收操作条件的确定 吸收条件也即吸收塔的操作温度和操作压力。在本设计中，清水的温度为20℃，气体的进口温度为25℃，吸收温度为20℃，为等温吸收。操作压力为常压操作，也即101.325kPa。 1.4吸收操作流程 气、液两相在塔内的流动有逆流和并流两种方式。在逆流操作条件下，两相传质平均推动力最大，可以减少设备的尺寸，提高吸收率和吸收剂的使用效率，因而逆流操作优于并流操作。但是，如果处理的气体溶解度大，并流和逆流的操作推动力相差不大，采用并流操作可以不受泛液的限制，提高操作气速，增大生
产能力。 对于SO 2而言，当水温为20℃时，查《化工原理》（化学工业出版社）P187图5-2，可得20℃时SO 2在水中的溶解度大约为8)](1000/[)(22O H g SO g ，也即SO 2在水中的溶解度不大，此时应该选择逆流操作。吸收流程如附图所示。 二、 填料塔吸收工艺计算 2.1 物料衡算 2.1.1 吸收剂（水）的流量计算 该设计中，矿石焙烧炉送出的气体流量为1800+95?10=2750 m 3/h 惰性气 体流量为 G=4.222750 ×25 15.27315.273+×（1-0.005）=106.85kmol/h y 1=0.005，Y 1=y 1/(1-y 1)0526.0005 .01005 .0=- 吸收效率 η=1-Y 2/Y 1=0.96，Y 2=（1-0.96）Y 1=2.10×10-3 x 2=0，X 2=0 查表（《化工原理》P189表5-1）得SO 2水溶液在20℃时的亨利系数为 E=3550kPa m=E/p=325 .1013550 =35.04 其汽液相平衡近似服从亨利定律，则 Y 1=mX 1*，X 1*=Y 1/m=50.104 .330526.0=×10-3 最小液气比为 （G L ）min =33111050.11010.20526.02*2--??-=--X X Y Y =33.67 取 G L =1.3（G L ）min =1.3×33.67=43.77 L=43.77G=4676.82kmol/h G L =212 1X X Y Y -- ? X 1=G L Y Y /21-=1.15×10-3 操作线方程为 Y=32221010.244.43])([-?+=-++X X G L Y Y X G L 2.2 塔径的计算 吸收塔的吸收为等温吸收，其温度为20℃。设计压力取为它的操作压 力101.325kPa 。 塔径的计算公式为 D= u V s π4 ， f u u )85.0~5.0(= 式中 V s ——气体体积流量，m 3/h ；
化工原理课程设计任务书
目录 一前言 (3) 二设计任务 (4) 三设计条件 (4)
四设计方案 (5) 1．吸收剂的选择 (5) 2．流程图及流程说明 (5) 3．塔填料的选择 (7) 五工艺计算 (11) 1．物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成 (11) 2．塔径的计算 (12) 3. 填料层高度计算 (14) 4. 填料层压降计算 (16) 5. 液体分布装置 (17) 6. 液体再分布装置 (19) 7. 填料支撑装置 (20) 8. 流体进出口装置 (21) 9. 水泵及风机的选型 (22) 六设计一览表 (23) 七对本设计的评述 (23) 八参考文献 (24) 九主要符号说明 (24) 十致谢 (25) 一前言 在石油化工、食品医药及环境保护等领域，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。 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，氨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，常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上，从而产生刺激和炎症。可麻痹呼吸道纤毛和损害粘膜上皮组织，使病原微生物易于侵入，减弱人体对疾病的抵抗力。氨通常以气体形式吸入人体，氨被吸入肺后容易通过肺泡进入血液，与血红蛋白结合，破坏运氧功能。进入肺泡内的氨，少部分为二氧化碳所中和，余下被吸收至血液，少量的氨可随汗液、尿液或呼吸排出体外。 短期内吸入大量氨气后会出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐、乏力等。若吸入的氨气过多，导致血液中氨浓度过高，就会通过三叉神经
化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计- V1 化工原理课程设计——水吸收氨填料吸收塔设计 化工生产中，氨气是一种常见的化学气体，亦是一种毒性气体。为了保证生产安全，常常需要使用填料吸收塔对氨气进行处理。本次化工原理课程设计的主题是水吸收氨填料吸收塔设计，下面将从设计的流程、填料选择、设备选型及操作控制方面进行详细阐述。 一、设计流程 1.确定设计要求：包括氨气的进入浓度、出口浓度、进入流量、处理效率要求等。 2.确定填料种类：选择适合水吸收氨的填料种类。 3.塔体设计：根据进入流量和处理效率要求计算出塔体高度，以及塔体的内径和壁厚。 4.设备选型：根据填料种类和塔体设计的要求选型。 5.操作控制：确定运行参数和控制策略等。 二、填料选择 1.氨气水解和物理吸收的填料：骨炭、石英、聚丙烯、陶瓷、活性炭等。
2.氨气化学吸收的填料：硫酸铵、硝酸铵、硫酸钙、硝酸钙、硫酸钠等。 综合考虑吸附容积、吸附速度、吸附效率、化学稳定性等因素，本设计选择硝酸铵作为填料。 三、设备选型 1.填料吸收塔：根据设计要求和填料种类选择适合的填料吸收塔。 2.进气风机：根据进气流量和风阻要求选型。 3.冷却器：为了防止氨气过热，常常需要在进入填料吸收塔前，在氨气进风口处安装冷却器。 四、操作控制 1.进气速度：进气速度过快会导致氨气不能充分吸收，进气速度过慢则会影响处理效率。一般控制在0.5-1.5m/s。 2.水位控制：为了保证填料的湿润度，需要控制水的流量和水位。 3.塔体温度控制：为了保证填料吸收效率，需要控制塔体温度，一般保持在20-35℃。 4.出口浓度控制：通过调节水的流量和塔体内填料的密度，控制出口浓度。 结语：本次化工原理课程设计通过设计流程、填料选择、设备选型及
《化工原理》课程设计水吸收氨气填料塔的设计
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2000 m3/h，其中含氨为8% （体积分数），混合气体的进料温度为25℃。要求塔顶排放气体回收率为98% （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）设计参数一览表； （7）绘制生产工艺流程图 （8）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）； （9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
目录 概述 (1) 一设计任务及操作条件 (1) 二设计方案 (2) 1设计方案简介 (2) 1．1设计方案的确定 (2) 1.1.1设计工艺流程的确定 (2) 1.1.1.1逆流操作 (2) 1.1.1.2并流操作 (2) 1.1.1.3吸收剂部分再循环 (2) 1.1.1.4多塔串联操作 (2) 1.1.2吸收剂的选择 (3) 1．2填料的选择 (3) 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 (8) 2.2.1 塔径的计算 (8) 2.2.2 填料层高度计算 (10) 2.2.3 填料层压降计算 (12)
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SO 2 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。混合气体的处理量m3/h 2000 含量（体积分数）10% 混合气体SO 2 的回收率不低于97% SO 2 吸收剂的用量与最小用量之比 1.3 （二）操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度25℃ （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 属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流用水吸收SO 2 不作为产品，故采用纯溶剂。 程。因用水作为吸收剂，且SO 2 2.2填料的类型与选择 对于水吸收SO 的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散 2 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ρ L =997.1 kg/m3 粘度为μ L =0.0008937 Pa·s=3.2173kg/(m·h) 表面张力为σ L =71.97 dyn/cm=932731 kg/h2 SO 2在水中的扩散系数为 D L =1.724×10-9m2/s=6.206×10-6m2/h （依Wilke-Chang 0.5 18r 0.6 () 1.85910 M T D V φ μ - =?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25℃， 混合气体的平均摩尔质量为 M Vm=Σy i M i=0.1×64.06+0.9×29=32.506g/mol 混合气体的平均密度为
化工原理填料吸收塔课程设计 引言： 填料吸收塔是化工工艺中常用的一种设备，用于将气体中的有害物质通过吸收剂吸附或反应的方式去除。本次课程设计旨在通过对填料吸收塔的设计和工艺参数的优化，实现高效的气体净化效果。一、填料吸收塔的基本原理及结构 填料吸收塔是利用填料表面积大、内部通道多、与气体充分接触的特点，通过物理吸附或化学吸收的方式将气体中的有害成分去除。其基本结构包括进气口、出气口、填料层和液体循环系统等。 二、填料的选择及特性 填料是填料吸收塔中起到关键作用的部分，其选择应根据气体的性质和处理效果的要求来确定。常用的填料包括球状填料、骨架填料和网状填料等，它们具有不同的表面积、孔隙率和液体分布性能，对吸收效果和塔内气液分布起到重要影响。 三、填料吸收塔的设计步骤及要点 1. 确定气体的物理和化学性质，包括流量、温度、压力、组成等； 2. 选择合适的填料类型和尺寸，考虑填料的表面积、孔隙率和液体分布性能； 3. 确定填料层数和塔径高比，以及液体循环系统的设计参数； 4. 进行塔内气液分布的模拟和优化，保证填料与气体充分接触；
5. 进行设备的结构设计和材料选择，考虑耐腐蚀性和操作安全性； 6. 进行设备的动态模拟和优化，确定最佳操作条件和效果。 四、填料吸收塔的性能评价及优化 填料吸收塔的性能评价主要包括吸收效率、压降和能耗等指标。通过调整填料层数、液体循环系统和操作条件等参数，可以实现吸收效率的提高和能耗的降低。同时，还应考虑填料的寿命和维护等方面的因素，以保证设备的稳定运行和经济性。 五、填料吸收塔的应用及发展趋势 填料吸收塔广泛应用于化工、环保和能源等行业，用于废气处理、脱硫和脱硝等工艺。随着环保要求的提高和技术的进步，填料吸收塔的设计和优化将更加注重能耗和运行成本的降低，同时也将更加重视对废气中微量有害物质的去除效果。 结论： 填料吸收塔作为一种重要的气体净化设备，在化工工艺中发挥着重要作用。通过合理的设计和优化，可以实现高效的气体净化效果和能耗降低。随着环保要求的提高，填料吸收塔的应用前景广阔，同时也需要不断进行技术创新和改进，以满足不同行业的需求。
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《化工原理》课程设计 课题: 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设计者：王涛 学号： 02 指导老师：曹丽淑
目录 第一章设计任务3设计题目3 设计任务及操作条件3 设计内容3 第二章设计方案4设计流程的选择及流程图4 第三章填料塔的工艺设计4气液平衡关系4 吸收剂用量5 计算热效应5 定塔径6 喷淋密度的校核6 体积传质系数的计算7 填料层高度的计算8 附属设备的选择 第四章设计结果概要 第五章设计评价17
第一章设计任务 、设计题目 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、设计任务及操作条件 （一）气体混合物 1.组成（如表1所示）： 2.气体量：4700Nm3∕h 3.温度：30°C 4.压力：1800KN∕m2 (二)气体出口要求（V%）：CO2≤% (三)吸收剂：水 、设计内容 设计说明书一份，其内容包括： 1.目录 2.题目及数据
3.流程图 4.流程和方案的选择说明与论证 5.吸收塔的主要尺寸的计算，注明计算依据的公式、数据的来源 6.附属设备的选型或计算 7.设计评价 8.设计结果 9.参考文献 第二章设计方案 、吸收流程的选择及流程图 本设计混合原料气溶质浓度不高，同时过程分离要求不高，选用一种吸收剂（水）一步流程即可完成吸收任务。由于逆流操作传质推动力大，这样可减少设备尺寸，并且能提高吸收率和吸收剂使用效率，故选择逆流吸收。由于本任
务吸收后的CO2要用以合成尿素，则需对吸收后的溶液解吸以得到CO2,同时溶剂也可循环使用。 水吸收CO2工艺流程图(图1) 1-吸收塔；2-富液泵；3-贫液泵；4-解吸塔 第三章填料塔的工艺设计 、气液平衡关系 由于此操作在高压下进行,高压环境对理想气体定律有偏差,故需对压力进行校核: 由《化工原理设计导论》查得CO2的临界温度Tc=304K，临界压力Pc= 则其对比温度Tr== = 对比压力Pr= = = 查《化工原理设计导论》图2-4得在此温度压力下: 逸度系数 则逸度f=p=1800×=1656KPa
填料吸收塔的设计 一、填料吸收塔的设计原则： 1.吸收效率：填料吸收塔的设计要保证充分的气液接触，提高气体吸收效率。这可以通过增加填料表面积、增加气液接触时间和提高液体分布效果来实现。 2.填料选择：根据气体和液体的性质和吸收的要求，选择适合的填料材料和形状。常见的填料材料有塑料和金属材料，常见的形状有球状、环状和片状等。 3.填料层数：填料层数的设置要兼顾气液相接触和液滴碰撞的效果。填料层数过多会增加气体液体流阻，降低吸收效率，填料层数过少则会减少气液接触面积。 4.液体分布：设计合理的液体分布系统可以保证液体均匀分布在填料表面，避免干点和湿点的出现。常见的液体分布系统有喷淋系统和分布管系统等。 5.塔底设计：填料吸收塔的塔底设计要考虑液体和气体的平衡、流动和分离。常见的塔底结构有分流器和收集器等。 二、填料的选择： 填料是填料吸收塔中起关键作用的部分，其选择要兼顾各种因素。常见的填料材料有聚丙烯、聚氨酯、陶瓷和金属材料等。在选择填料时要考虑以下几个方面：
1.填料表面积：填料表面积越大，气液接触面积越大，吸收效果越好。聚氨酯和陶瓷等材料的填料表面积较大，适合用于吸收性能要求较高的场合。 2.填料孔隙率：填料的孔隙率决定了气体和液体在填料中的通道。孔 隙率过高会导致液体层不稳定，孔隙率过低会增加气阻。填料的孔隙率一 般为40%~95%。 3.填料形状：填料的形状也会影响气液接触效果。环状和球状填料的 气液接触效果较好，片状填料则适用于在高液体负荷下运行的塔。 4.填料强度：填料的强度决定了填料在使用过程中的耐久性和机械性能。填料吸收塔中较常用的填料有波纹填料、环形填料、骨架填料和多孔 填料等。 三、液体的分布： 液体的均匀分布对填料吸收塔的性能有着至关重要的影响。设计合理 的液体分布系统可以有效地保证液体在填料中的分布。常见的液体分布系 统有： 1.喷淋系统：喷淋系统通过喷头喷洒液体来实现分散。喷淋系统一般 采用喷嘴式分布器，通过喷嘴的设计和安装位置来实现液体的均匀分布。 2.分布管系统：分布管系统通过设置分布管和分布孔来实现液体的均 匀分布。分布管系统一般采用大口径的管道或者槽道，通过设置孔隙来实 现液体的分散。 四、气液相接触：
化工原理-水吸收氨过程填料吸收塔精馏塔设计--课程设计
《化工原理》课程设计 题目: 水吸收氨过程填料吸收塔设计 班级： 学号： 姓名：
目录
一、任务书 1、设计题目：水吸收氨过程填料吸收塔设计 试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。要求混合气体处理量为3000m3/h，其中含氨为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。 2、操作条件 （1）操作压力常压 （2）操作温度20℃。 3、填料类型 选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。 4、工作日 每年300天，每天24小时连续生产。 5、厂址 厂址为万州地区。 6、设计内容 （1）吸收塔的物料衡算； （2）吸收塔的塔体工艺尺寸计算； （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）绘制生产工艺流程图； （7）绘制吸收塔设计条件图；
（8） 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 7、物性数据可查有关手册。 20℃下氨在水中的溶解度系数为H=0.725Kmol/(m 3.KPa)。 二、吸收塔的物料衡算 常用填料塔径与填料公称直径比值D/d 的推荐值列于下表： 常用填料的D/d 的推荐值 填料种类 D/d 的推荐值 拉西环 D/d ≥20~30 鞍形环 D/d ≥15 鲍尔环 D/d ≥10~15 阶梯环 D/d>8 环矩鞍 D/d>8 本设计采用阶梯环，填料规格即为D/d>8 本方案采用散装填料，选用聚丙烯阶梯环作为填料设计填料塔，规格为38mm×19mm×1mm ，聚丙烯阶梯环即为塑料类填料,其主要参数如下： 聚丙烯阶梯环的特性数据表 填料类型 公称直径 DN/mm 外径×高/壁厚 （mm ） 比表面积 a t （m 2/m 3） 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 38 38×19×1 132.5 91 27200 57.5 175.6 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 20 ℃水的有关物性数据如下： 1） 3998.2/L kg m ρ=
化工原理课程设计—填料吸收塔课程设计说明书 作者: 日期:2009-9-10 10:7:28 目录 (一) 设计任务 (1) (二) 设计简要 (2) 2.1 填料塔设计的一般原则 (2) 2.2 设计题目与要求 (2) 2.3 设计条件 (2) 2.4 工作原理 (2) (三) 设计方案 (2) 3.1 填料塔简介 (2) 3.2填料吸收塔的设计方案 (3) .设计方案的思考 (3) .设计方案的确定 (3) .设计方案的特点 (3) .工艺流程 (3) （四）填料的类型 (4) 4.1概述 (4) 4.2填料的性能参数 (4) 4.3填料的使用范围 (4) 4.4填料的应用 (5) 4.5填料的选择 (5) （五）填料吸收塔工艺尺寸的计算 (6) 5.1塔径的计算 (6) 5.2核算操作空塔气速u与泛点率 (7) 5.3液体喷淋密度的验算 (8) 5.4填料层高度的计算 (8) 5.5填料层的分段 (8) 5.6填料塔的附属高度 (9) 5.7液相进出塔管径的计算 (9) 5.8气相进出塔管径的计算 (9) （六）填料层压降的算 (10) （七）填料吸收塔内件的类型与设计 (10) 7.1 填料吸收塔内件的类型 (10) 7.2 液体分布简要设计 (12) （八）设计一览表 (13)
（九）对设计过程的评述 (13) （十）主要符号明 (14) 参考文献 (17) （二）设计简要 （1）填料塔设计的一般原则 填料塔设计一般遵循以下原则: ①:塔径与填料直径之比一般应大于15：1，至少大于8：1； ②：填料层的分段高度为：金属:6.0-7.5m，塑料：3.0-4.5； ③：5-10倍塔径的填料高度需要设置液体在分布装置，但不能高于6m； ④：液体分布装置的布点密度，Walas推荐95-130点/m2,Glitsh公司建议65-150点/m2 ⑤：填料塔操作气速在70%的液泛速度附近； ⑥：由于风载荷和设备基础的原因，填料塔的极限高度约为50米 （2）设计题目与要求 常温常压下，用20℃的清水吸收空气中混有的氨，已知混合气中含氨10%（摩尔分数，下同），混合气流量为3000m3/h，吸收剂用量为最小用量的1.3倍，气体总体积吸收系数为200kmol/m3.h，氨的回收率为95%。请设计填料吸收塔。要求：综合运用《化工原理》和相关先修课程的知识，联系化工生产实际，完成吸收操作过程及设备设计。要求有详细的工艺计算过程（包括计算机辅助计算程序）、工艺尺寸设计、辅助设备选型、设计结果概要及工艺设备条件图。同时应考虑： ①：技术的先进性和可靠性 ②：过程的经济性 ③：过程的安全性 ④：清洁生产 ⑤：过程的可操作性和可控制性 （3）设计条件 ①：设计温度：常温（25℃） ②：设计压力：常压 (101.325 kPa) ③：吸收剂温度：20℃ （4）工作原理 气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理性质和化学性质的差异而进行的。吸收作为其中一种，它根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的。在物理吸附中，溶质和溶剂的结合力较弱，解析比较方便。 填料塔是一种应用很广泛的气液传质设备，它具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，操作时液体与气体经过填料时被填料打散，增大气
目录 一、设计任务书 (1) 二、工艺流程示意图（带控制点） (3) 三、流程方案的确定及其填料选择的论证 (4) 四、工艺及填料塔计算 (5) 五、吸收塔附属装置及设备的设计与选型 (16) 六、设计结果概要 (19) 七、相关问题讨论及总结致谢 (20) 八、参考文献资料 (20) 一、设计任务书 1、设计题目：填料吸收塔的设计 2、设计任务：试设计一填料吸收塔，用于脱除合成氨尾气中的氨气，要求塔顶排 放气体中含氨低于200ppm，采用清水进行吸收 3、工艺参数与操作条件 （1）工艺参数 表1—1 （2）操作条件 =101.3kPa ①常压吸收：P ②混合气体进塔温度：30℃ ③吸收水进塔温度：20℃。 4、设计项目： （1）流程的确定及其塔型选择； （2）吸收剂用量的确定； （3）填料的类型及规格的选定； （4）吸收塔的结构尺寸计算及其流体力学验算，包括：塔径、填料层高度及塔高的计算；喷淋密度的校核、压力降的计算等； （5）吸收塔附属装置选型：喷淋器、支承板、液体再分布器等；
（6）附属设备选型：泵、风机附： 1、NH 3H 2 O系统填料塔吸收系数经验公式： k G a=cG m W L n k L a=bW L P 式中 k G a——气膜体积吸收系数，kmol/m2.h.atm k L a——液膜何种吸收系数，l/h G——气相空塔质量流速，kg/m2.h W L ——液相空塔流速，kg/m2.h 填料尺寸（mm） c m n B P 12．5 0．0615 0．9 0．39 0．11 0．65 25．0 0．139 0．77 0．2 0．03 0．78 ≥38.0 0．0367 0．72 0．38 0．027 0．78 2、（氨气—水）二成分气液平衡数据 表1—3 序号温度（℃） （液相） x （NH3液相摩尔分率） p NH3(mmHg) （NH3平衡分压） 1 22.3 2 0.005 2.93 2 24.64 0.01 6.97 3 26.95 0.015 12.09 4 29.27 0.02 18.39 5 31.58 0.025 26 6 33.89 0.03 35.1
目录 一清水吸收填料塔的设计 (3) 1概述 (3) 2设计方案的确定 (3) 2.1设备方案 (3) 2.2 流程方案 (3) 2.3 吸收剂的选择 (4) 2.4填料的选择 (4) 二工艺计算 (5) 2．1平衡关系的确定 (5) 2.2吸收剂用量与操作线的确定 (7) （1）吸收剂用量的确定 (7) （2）操作线方程的确定 (9) 2.3物性参数 (9) 2.4 塔径的计算 (12) 2.5核算 (15)
喷淋密度的核算 (15) 2.7 填料层的高度 (16) 2.7.1传质系数的计算 (17) 2.7.2 填料层高度 (19) 三结果评价 (19) 学习心得 (22) 参考文献 (23) 前言 根据混合气体中个组分在某溶液溶剂中的溶解度不同而将气体混合物分离的操作称为气体吸收，而吸收又是塔设备中的单元操作，属于气液传质过程。 化工生产中有些气体直接排出会造成大气的污染或者原料的浪费，为此出于对环境的保护和经济性两方面的考虑，在很多场合需要对混合气体的吸收处理。本说明书介绍的是清水吸收混合气中氨的原理，操作过程。主要介绍了填
料塔的设计、填料层的高度。 填料塔是气液呈连续接触的气液传质设备，它的结构和安装比板式塔简单。塔的底部都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齐和乱堆两种方式。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。 在塔的设计中，填料的选择至关重要，它关系到塔的高度，整个操作的费用的高低、经济效益等。 在一个吸收的单元操作中应该充分考虑填料、塔高等方面的选择与计算，这才能使塔的效率最高，收益最大。 关键词：吸收、塔、填料
化工原理课程设计-填料吸收塔的设计
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：化学工程与工艺（精细化工方向） 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012 年 5 月31 日
目录 1 绪论 (1) 1.1吸收技术概况 (1) 1.2吸收过程对设备的要求及设备的发展概况 (1) 2 课程设计任务 (2) 2.1设计内容 (2) 2.2设计要求 (2) 2.3设计方案介绍 (3) 3 吸收塔的工艺计算 (4) 3.1 基础物性数据计算 (4) 3.1.1 物料衡算 (4) 3.1.2 液气比的计算 (5) 3.1.3 吸收剂的用量 (5) 3.2 塔径的计算及校核 (5) 3.2.1 填料选择 (5) 3.2.2 泛点气速、塔径的计算 (6) 3.2.3 数据校核 (7) 3.3 填料层高度的计算 (7) 3.3.1 传质单元高度计算 (7) 3.3.2 传质单元数的计算 (9) 3.3.3 总高度的计算 (10) 3.4流体力学参数计算 (10) 3.4.1 吸收塔的压力降 (10) 3.4.2 气体动能因子 (11) 3.4.3 吸收因子 (11) 3.5 吸收塔辅助设备计算及选型 (12) 3.5.1 液体初始分布器 (12) 3.5.2 液体再分布器 (12) 3.5.3 其他附属塔内件 (12) 4 解吸塔工艺计算 (13) 4.1基础数据计算 (13) 4.1.1 最小气液比及吸收剂用量 (13) 4.2塔径的计算及校核 (14) 4.2.1 填料的选择 (14) 4.2.2 塔径计算 (14) 4.2.3 数据校核 (15) 4.3.1 传质单元高度计算 (16) 4.3.2 传质单元数的计算 (17)
摘要 在化工生产中，气体吸收过程是利用气体混合物中，各组分在液体中溶解度或化 学反应活性的差异，实现气液混合物的分离。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 尾气中的有害物，以免污染大气。吸收操作仅为分离方法之一，它利用混合物中各组分 在液体中溶解度或化学反应活性的差异，实现气液混合物的分离。 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。二氧化硫填料吸收塔，以水为溶剂，经济合理，净化度高，污 染小。此外，由于水和二氧化硫反应生成硫酸，具有很大的利用。 本次化工原理课程设计，我设计的题目是：炉气处理量为m 34200炉气吸过程填 料吸收塔设计。本次任务为用水吸收二氧化硫常压填料塔。具体设计条件如下： 1、混合物成分：空气和二氧化硫； 2、二氧化硫的含量：08.0（摩尔分率） 3、操作压强；常压操作 4、进塔炉气流量：h m 34200 5、二氧化硫气体回收率：%98 吸收过程视为等温吸收过程。 关键词：吸收、填料塔、二氧化硫、低浓度。
The Abstract In the chemical production, gas absorption process is using the mixture of gases, the components in liquid or chemical reaction activity of solubility differences. In the chemical industry, gas absorption purpose is to: (1) recovery or capture gas mixture of the useful materials in order to making products; 2) remove the harmful process gas composition, make gas purification, so as to further processing;in order to avoid the atmospheric pollution. Generally speaking, the complete absorption process should include absorption and desorption two parts. In the chemical production process, the raw material of the gas purification, protect the environment, to use gas absorption process. As one of the main equipment packed tower. Sulfur dioxide packing absorption tower, water solvent, reasonable economy, purification degree is high, the pollution is small. In addition, because water and sulfur dioxide reacts sulfuric acid, have a lot of use. The principles of chemical engineering course design,My design task is the sulfur dioxide absorption water atmospheric packed tower. The specific design conditions as follows: 1, mixture composition: air and sulfur dioxide; 2, sulfur dioxide levels in: (Moore points rate) 3, operating pressure; Atmospheric pressure operation 4, into the tower furnace gas flow: 5, sulfur dioxide gas recovery: The absorption process as the isothermal absorption process. Keywords: absorption, packed tower, sulfur dioxide, low concentration.