化工原理下册第三章-填料塔-本科

《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，塑料鲍尔环填料的综合性能较好。

填料塔的原理及结构，一看就懂！来自：煤化工知库填料塔（Packing Column）是塔设备的一种。

塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。

例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。

气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。

结构较简单，检修较方便。

广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。

1填料塔的结构◆填料层：提供气液接触的场所。

◆液体分布器：均匀分布液体，以避免发生沟流现象。

◆液体再分布器：避免壁流现象发生。

◆支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。

◆除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。

气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。

填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

2填料塔的附件填料塔的附件有填料支撑装置、液体分布装置、液体再分布器、除沫装置、填料压紧装置这五种。

⑴填料支撑装置主要用途是支撑塔内的填料，同时又能保证气液两相顺利通过。

若设计不当，填料塔的液泛可能首先在填料支撑装置上发生。

对填料支撑装置的要求：◆对于普通填料，支撑装置的自由截面积应不低于全塔面积的50%，并且要大于填料层的自由截面积；◆具有足够的机械强度、刚度；◆结构要合理，利于气液两相均匀分布，阻力小，便于拆装。

⑵液体分布装置液体在填料塔内均匀分布，可以增大填料的润湿表面积。

以提高分离效率，因此液体的初始分布十分重要。

常用的液体分布装置有：莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔环管式分布器等。

液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。

对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。

化工原理（大学第二版）下册部分答案第8章2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。

试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。

已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8 kg/m 3。

解：水溶液中CO 2的浓度为 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa 气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa < *p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。

以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3. 在总压为110.5 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。

测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、31.06koml/m c =。

气膜吸收系数k G =5.2×10-6 kmol/(m 2·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =1.55×10-4 m/s 。

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝0.725 kmol/(m 3·kPa)。

（1）试计算以p ∆、c ∆表示的总推动力和相应的总吸收系数；（2）试分析该过程的控制因素。

解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725c p p p p y H ∆=-=-=⨯-=kPa 其对应的总吸收系数为6G 1097.4-⨯=K kmol/(m 2·s ·kPa)以液相组成差表示的总推动力为 其对应的总吸收系数为 （2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。

华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power 课程设计题目水吸收氨过程的填料吸收塔设计学院专业姓名学号指导教师完成时间教务处制化工原理课程设计任务书课程设计名称化工原理课程设计专业班级（学生人数）指导教师本学期承担相应课程教学任务情况课程设计目的及任务化工原理课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。

通过本课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。

同时，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。

本次设计任务：水吸收氨过程的填料吸收塔设计1、处理能力2000 m3/h的空气-氨混合气体2、设备形式填料吸收塔3、操作条件①混合气含氨量6%（体积分数，下同），塔顶排放气体中含氨量低于0.02%。

②操作压力---常压③操作温度---20℃④填料类型填料选用聚丙烯阶梯环，规格自选。

4、设计基础数据20℃时氨在水中的溶解度系数H=0.725 kmol/(m3•kPa)课程设计要求设计中需要学生自己做出决策，即自己定方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备计算，并要求对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。

本次设计要求具体如下：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整理设计计算结果列表；⑥对设计过程的评述和有关问题的讨论；⑦绘制吸收塔设计条件图。

课程设计目标通过本次设计，学生应在下列几个方面得到较好的培养和训练：1、熟悉查阅文献资料、收集有关数据，正确选用公式；2、在兼顾技术上先进性、可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常、安全运行所需的检测和计量参数，同时还需考虑到操作维修的方便和环境保护的要求；3、准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工艺设计计算；4、用精炼的语言、简洁的文字、清晰的图表来表达自己的设计思想和计算结果。

实验报告课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师： 叶向群 成绩：__________________ 实验名称：吸收实验 实验类型：工程实验 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得填料塔吸收操作及体积吸收系数测定1 实验目的：1.1 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作； 1.2 观察填料塔的液泛现象，测定泛点空气塔气速； 1.3 测定填料层压降ΔP 与空塔气速u 的关系曲线； 1.4 测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K y a 。

2 实验装置：2.1 本实验的装置流程图如图1：专业：姓名： 学号：日期：2015.12.26 地点：教十21092.2物系：水—空气—氨气。

惰性气体由漩涡气泵提供,氨气由液氮钢瓶提供，吸收剂水采用自来水，他们的流量分别通过转子流量计。

水从塔顶喷淋至调料层与自下而上的含氮空气进行吸收过程，溶液由塔底经过液封管流出塔外，塔底有液相取样口，经吸收后的尾气由塔顶排至室外，自塔顶引出适量尾气，用化学分析法对其进行组成分析。

3 基本原理：实验中气体流量由转子流量计测量。

但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同，故转子流量计的读数值必须进行校正。

校正方法如下：3.2 体积吸收系数的测定3.2.1相平衡常数m对相平衡关系遵循亨利定律的物系（一般指低浓度气体），气液平衡关系为：相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下：式中：E—亨利系数，PaP—系统总压（实验中取塔内平均压力），Pa亨利系数E与温度T的关系为：lg E= 11.468-1922 / T式中：T—液相温度（实验中取塔底液相温度），K。

根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差△p，即可求得塔内平均压力P。

根据实验中所测的塔底液相温度T，利用式（4）、（5）便可求得相平衡常数m。

填料塔化工原理课程设计IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】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，在气液两相接触是发生传质，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。

实际过程往往同时兼有净化和回收双重目的。

吸收是利用混合气体中各组分在液体中的溶解度的差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。

在化工生产中主要用于原料气的净化，有用组分的回收等。

气液两相的分离是通过它们密切的接触进行的，在正常操作下，气相为连续相而液相为分散相，气相组成呈连续变化，气相中的成分逐渐被分离出来。

填料塔是气液呈连续性接触的气液传质设备，属微分接触逆流操作过程。

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。

填料层的空隙率超过90%，一般液泛点较高，单位塔截面积上填料塔的生产能力较高，研究表明，在压力小于时，填料塔的分离效率明显优于板式塔。

这次课程设计的任务是用水吸收空气中的二氧化硫，然后再进行解吸处理得到二氧化硫。

要求设计包括塔径、填料塔高度、塔管的尺寸等，需要通过物料衡算得到所需要的基础数据，然后进行所需尺寸的计算得到各种设计参数，为图的绘制打基础，提供数据参考。

目录第一章设计方案的内容流程方案指完成设计任务书所达的任务采用怎样的工艺路线，包括需要哪些装置设备，物料在个设备间的走向，哪些地方需要有观测仪表、调节装置，那些取样点以及是否需要有备用设备等，按上述内容绘制流程图。

设备方案根据设备要求，确定选用什么形式的设备。

如吸收塔选用板式塔还是填料塔，为什么选用填料塔。

化工原理课程设计吸收塔(总18页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--《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∕h3.温度：30°C4.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查《化工原理》下册得CO2气体在30℃时溶于水的亨利系数E=188000KPa相平衡常数m= = =则可得在此条件下气液平衡关系为：Y= =、吸收剂用量进塔CO2摩尔分数：=%=进塔CO2摩尔比：Y1= =出塔CO2摩尔分数：=%=出塔CO2摩尔比：Y2==混合气体体积流量：=4700N/h混合气体中惰性气体流量:V=×（）=∕h出塔液相浓度最大值: X1*=X1max= = =对于纯水吸收过程：X2=0则最小液气比：（）min= = =由 = ~2)（）min：取L11==××=∕hL21==××=∕hL31==××=∕h则由物料衡算公式V(Y1-Y2)=L(X1-X2)：X= = =X21= = =X31= = =以下计算以第一组数据(L11,X11)为例、计算热效应水吸收CO2的量：G A=V(Y1-Y2)=×（）=∕h查《化工原理设计导论》图4-5得CO2的溶解热q=97Kcal∕Kg查《化工原理》上册附录5，得水的Cp=∕（Kg·K）则由L×18×Cp×Δt=GA×44×q×得：Δ=同理可求得Δ=，Δ=由于Δ，Δ，Δ均小于1。

.《化工原理》课程设计报告题目：处理量为1000m3/h清水吸收二氧化硫填料吸收塔设计系别：环境科学与工程学院专业班级：环境工程11（2）班姓名：陈新林学号：3111007481指导教师：郑育英（课程设计时间：2013年12月30日——2014年1月5日）广东工业大学目录1．课程设计目的 (1)2．课程设计题目描述和要求 (1)3．课程设计报告内容 (4)3.1基础物性数据 (4)3.1.1液相物性数据 (4)3.1.2气相物性数据 (5)3.1.3气液相平衡数据 (6)3.2物料衡算 (6)3.3塔径计算 (7)3.3.1塔径的计算 (8)3.3.2泛点率校核： (8)3.3.3填料规格校核： (9)3.3.4液体喷淋密度得校核： (9)3.4填料层高度的计算 (9)3.4.1传质单元数的计算 (9)3.4.2传质单元高度的计算 (10)3.4.3填料层高度的计算 (11)3.5填料塔附属高度的计算 (11)3.6液体分布器计算 (12)3.6.1液体分布器的选型 (12)3.6.2布液计算 (13)3.7其他附属塔内件的选择 (13)3.7.1填料支承装置的选择 (13)3.7.2填料压紧装置 (16)3.7.3塔顶除雾器 (17)3.8吸收塔的流体力学参数计算 (17)3.8．1吸收塔的压力降 (17)3.8.2吸收塔的泛点率 (18)3.8.3气体动能因子 (18)3.9附属设备的计算与选择 (18)3.9.1离心泵的选择与计算 (18)3.9.2吸收塔主要接管尺寸选择与计算 (24)工艺设计计算结果汇总与主要符号说明 (24)4．总结 (26)参考文献 (27)1. 课程设计目的化工原理课程设计是学生学过相关基础课程及化工原理理论与实验后，进一步学习化工设计的基础知识，培养工程设计能力的重要教学环节。

通过该环节的实践，可使学生初步掌握单元操作设计的基本程序与方法，得到工程设计能力的基本锻炼。

化⼯原理课程设计℃时⽔吸收⼆氧化硫填料塔的设计《化⼯原理》课程设计报告题⽬：处理量为1000m3/h清⽔吸收⼆氧化硫填料吸收塔设计系别：环境科学与⼯程学院专业班级：环境⼯程11（2）班姓名：陈新林学号：指导教师：郑育英（课程设计时间：2013年12⽉30⽇——2014年1⽉5⽇）⼴东⼯业⼤学⽬录1．课程设计⽬的 (1)2．课程设计题⽬描述和要求 (1)3．课程设计报告内容 (4)3.1基础物性数据 (4)3.1.1液相物性数据 (4)3.1.2⽓相物性数据 (5)3.1.3⽓液相平衡数据 (6)3.2物料衡算 (6)3.3塔径计算 (7)3.3.1塔径的计算 (8)(8)(9)(9)3.4填料层⾼度的计算 (9)3.4.1传质单元数的计算 (9)(10)(11)3.5填料塔附属⾼度的计算 (11)3.6液体分布器计算 (12)3.6.1液体分布器的选型 (12)(13)3.7其他附属塔内件的选择 (13)3.7.1填料⽀承装置的选择 (13)3.7.2填料压紧装置 (16)3.7.3塔顶除雾器 (17)3.8吸收塔的流体⼒学参数计算 (17)3.8．1吸收塔的压⼒降 (17)3.8.2吸收塔的泛点率 (18)3.8.3⽓体动能因⼦ (18)3.9附属设备的计算与选择 (18)3.9.1离⼼泵的选择与计算 (18)3.9.2吸收塔主要接管尺⼨选择与计算……………………………………⼯艺设计计算结果汇总与主要符号说明 (24)4．总结 (26)参考⽂献 (27)1. 课程设计⽬的化⼯原理课程设计是学⽣学过相关基础课程及化⼯原理理论与实验后，进⼀步学习化⼯设计的基础知识，培养⼯程设计能⼒的重要教学环节。

通过该环节的实践，可使学⽣初步掌握单元操作设计的基本程序与⽅法，得到⼯程设计能⼒的基本锻炼。

化⼯原理课程设计是以实际训练为主的课程，学⽣应在过程中收集设计数据，在教师指导下完成⼀定的设备设计任务，以达到培养设计能⼒的⽬的。