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化工原理填料塔课程设计

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课程设计任务书 一、题目：填料吸收塔的设计——氨气的吸收 二、设计基本内容： 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；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、风机等 三、设计完成后应缴的资料： 课程设计说明书一份 填料吸收塔装置图一张

四、设计完成期限： 本设计任务书于2009年11月23日发出 于2009年12月2日完成 指导教师 签发日期 教研主任 批准日期

目 录 （一）设计任务 （二）工艺流程示意图 （三）设计方案的确定及其填料选择的途径 1、塔的选择 2、操作方式的选择 3、填料的选择 ４、吸收剂的选择

（四）填料吸收塔的工艺计算 1物料平衡 2平衡线与操作线的计算 3吸收剂用量的计算 4塔径的计算 5喷淋密度的验算 6填料塔高度的计算 ７塔高的计算 ８压降的计算

（五）附属设备的选型 １、填料支承板 ２、喷淋装置 ３、液体再分布器 ４、筒体 ５、法兰 ６、封头 ７、手孔 ８、支座

（六）设计过程有关问题讨论与感想 （七）参考文献

（一)、设计任务： 1、设计题目：填料塔吸收塔的设计——氨气的吸收 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、原始数据及主要操作条件： （1）表１ 尾气处理量 （m^3/h） 混合气组成（%）

NH3 H2 N2 CH4+Ar 1740 9.0% 60.0% 20.0% 11.0%

(2) 表２ 序号 温度（℃）

（液相） x （NH3液相摩尔分率） pNH3(mmHg)

（NH3平衡分压）

1 22.32 0.005 2.93 2 24.64 0.010 6.97 3 26.95 0.015 12.09 4 29.27 0.020 18.39 5 31.58 0.025 26.00 6 33.89 0.030 35.10 7 36.20 0.035 45.86 8 38.51 0.040 58.50 9 40.80 0.045 73.21 10 43.12 0.050 90.29

(3) 操作要求： 常压吸收压力：101.3Kpa 混合气体进塔温度: 30.0℃ 吸收水进塔温度: 20.0℃

（二）工艺流程示意图 清水吸收氨气工艺流程图： 图中各部分名称： 1、储气罐 2、气体转子流量计 3、填料塔 4、氨气塔 5、液体转子流量计 6、填料层上压力计 7、填料层下压力计 8、水泵 9、储水池 阀门： a、尾气进罐阀 b、安全放空阀 c、进气阀 d、进水阀 e、水量控制阀 f、

水量控制阀 g、进水阀 ○p （三）设计方案的确定及其填料选择的途径 3.1塔的选择 塔设备是能够实现蒸馏和吸收两种分离操作的气质传质设备，广泛应用于化工、石油化工、石油等工业中。其结构形式基本上可以分为板式塔和填料塔两大类。在工业生产中，一般当处理量大时多采用板式塔，而当处理量小时多采用填料塔。填料塔不仅结构简单，而且阻力小，便于用耐腐蚀材料制造。 根据本设计任务，是用水吸收法除去合成氨生产尾气的氨。氨易溶于水生成具有腐蚀性的氨水。本设计中选取直径为500mm，该值较小，且φ800mm以下的填料塔对比板式塔，其造价便宜，所以在本设计中选取填料塔。

3.２ 操作方式的选择 气、液两相在单塔内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。但是如果处理的气体溶解度大，并流和逆流操作的推动力相差不大，采用并流操作可以不受液泛的限制，提高操作气速，增大生产力。 在本设计中，由氨的特点和最后的操作吸收效率效果决定，采用单塔逆流的吸收操作流程。

3.３ 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。 鲍尔环的构造提高了环内空间和环内表面的有效利用率，使气体阻力降低，液体分布有所改善，提高了传质效果。而塑料价格低廉、性能稳定、耐腐蚀性，对于氨气的吸收是符合的，以本设计采用的是塑料鲍尔填料。

3.４ 吸收剂的选择 由于下面几个原因： 1、水对NH3, H2, N2, CH3+Cr组成的混合气体中的NH3有很大的溶解度；而对除NH3,外的其他组成基本上不吸收或吸收甚微。 2、在操作温度下水的蒸汽压、粘度都较低。 3、水无毒性、无腐蚀性、不易燃、不发泡、价廉易得，并具有化学稳定性。 由此可得，选用水作为吸收剂。

(四)填料吸收塔工艺计算： （1）混合气体的平均摩尔质量M：

10.1g/mol)10.016()20.028()60.02()10.017(＝•M

（2）物料衡算： 由已知条件可知，塔内平均操作压强为101.3Kpa。而混合气体流量为1740(3m/h)。

136.64kg/h1677.688.54Kmol/h0.1177.68 435.12kg/h2815.54h15.54kmol/0.2077.68 93.22kg/h246.61h46.61kmol/0.6077.68 h118.847kg/176.991h6.991Kmol/0.0977.68 783.83kg/h10.177.68h77.68Kmol/4.2211740量为混合气中甲烷与氩的气混合气中氮气量为混合气中氢气量为混合气中氨气量为＝可得混合气量为•

操作体积（V操） /hm43.21211.01931.21 /hm24.8630.201931.21 /hm73.15810.601931.21 /m81.1730.091931.21 1931.212733027317403333量为混合气中甲烷与氩的气混合气中氮气量为混合气中氢气量为混合气中氨气量为＝可得混合气量为• 混合气进出塔的摩尔组成： 0989.0y 1• 0002.0y 2• 混合气进出塔的摩尔比组成： 惰性气量为 Kmol/h 70.6898.5415.546.617 • 664.98kg/h136.64435.123.229

/hm4.740143.21224.38673.11583• 惰性气Kmol/NH Kmol0989.070.6896.991Y 31• 惰性气Kmol/NH 0.0002Kmol0.0002-10.0002Y 32• 出气混合气量 回收率=9980.00.09890.00021YY-1 12

出气量=Kg/h22.65685.1810.9980)-(198.646/hm75.175781.1730.9980)-(14.7401Kmol/h703.07991.60.9980)-(1689.073 表３ 进塔气量 出塔气量

/hm3 kmol/h kg/h /hm3 kmol/h kg/h H2 1158.73 46.61 93.22 H2 1158.73 46.61 93.22 N2 368.24 15.54 435.12 N2 368.24 15.54 435.12 CH3+Ar 212.43 8.54 136.64 CH3+Ar 212.43 8.54 136.64 NH3 173.81 6.991 118.847 NH3 0.3481 0.014 0.238 总计 1931.21 77.68 783.83 总计 1757.75 70.703 665.221 （３）热量衡算 以ｘ=0.005 ，t=22.32℃ Ｐ(ＮＨ３)＝２.９３mmＨg 为例计算 i. Ｐ(ＮＨ３)＝２.９３mmＨg=2.93*0.133322=0.39Ｋpa ii. 0.005020.005-10.005 x-1x X • iii. 77.740.005020.39 XP E • iv. 0.7674 101.3E m • v. 0.003856 101.3Py •

vi. 0.0038710.003856-10.003856 y-1y Y • 综上各数据得出如下表４ 序号 温度℃ x (NH3) P (NH3)mmHg P(NH3)Kpa X (液相摩尔比) E m y Y (气相摩尔比） 1 22.32 0.005 2.93 0.3906335 0.00502513 77.73606 0.767385 0.003856 0.0038711 2 24.64 0.01 6.97 0.9292543 0.01010101 91.99618 0.908156 0.009173 0.0092582 3 26.95 0.015 12.09 1.611863 0.01522843 105.8457 1.044873 0.015912 0.0161691 4 29.27 0.02 18.39 2.4517916 0.02040816 120.1378 1.18596 0.024203 0.0248036 5 31.58 0.025 26 3.466372 0.02564103 135.1885 1.334536 0.034219 0.0354313 6 33.89 0.03 35.1 4.6796022 0.03092784 151.3071 1.493654 0.046195 0.0484329 7 36.2 0.035 45.86 6.1141469 0.03626943 168.5758 1.664124 0.060357 0.0642338 8 38.51 0.04 58.5 7.799337 0.04166667 187.1841 1.847819 0.076992 0.0834148 9 40.8 0.045 73.21 9.7605036 0.04712042 207.1396 2.044813 0.096352 0.1066261 10 43.12 0.05 90.29 12.037643 0.05263158 228.7152 2.257801 0.118832 0.1348569

（４）根据上表数据得出气液平衡关系图

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化工原理课程设计甲醇填料吸收塔设计

化工原理课程设计甲醇填料吸收塔设计

经济评价与环保考虑
投资估算及经济效益分析
投资估算
根据甲醇填料吸收塔的设计方案，对设备、材料、安装、调试等各方面的费用进行详细估算，以确保投资预算的 准确性。
经济效益分析
通过对比不同设计方案的经济效益，包括投资回报率、净现值、内部收益率等指标，评估甲醇填料吸收塔的经济 效益，为决策提供依据。
环保法规遵守情况说明
在甲醇吸收塔周围设置防火墙或 防火带，防止火灾蔓延。同时， 塔体上应设置明显的安全警示标 志和灭火器材。
防爆措施
对于可能存在爆炸危险的区域， 应采取相应的防爆措施，如设置 防爆门、防爆窗等。此外，还应 对塔体进行定期检查和维修，确 保设备完好无损。
防毒措施
甲醇具有一定的毒性，因此在设 计过程中应采取相应的防毒措施 。例如，在塔体上设置排风口和 通风设备，确保空气流通；工作 人员在操作时应佩戴防毒面具和 防护服等个人防护用品。
化工原理课程设计甲 醇填料吸收塔设计
目录
• 课程设计背景与目的 • 甲醇填料吸收塔基本原理 • 设计方案制定与参数选择
目录
• 工艺流程设计与优化 • 设备布置与管道设计 • 控制系统设计与实现 • 经济评价与环保考虑
01
课程设计背景与目的
化工原理课程设计意义
01 02
理论与实践结合
化工原理课程设计是连接化工理论学习与工程实践的重要桥梁，通过课 程设计，学生可以将所学的化工原理知识应用于实际工程问题中，加深 对理论知识的理解和掌握。
塔内件设计与优化
通过对塔内件（如分布器、收集器、再分布器等）的设计和优化，实现气液均匀分布、减少返混和降低压降等目标， 从而提高吸收效率和降低能耗。
操作条件优化
通过对操作条件（如温度、压力、流量等）的优化，使吸收塔在最佳工况下运行，提高吸收效率和产品 质量，降低能耗和废弃物排放。
化工原理课程设计苯氯苯填料塔设计说明书

化工原理课程设计苯氯苯填料塔设计说明书

一、设计题目苯—氯苯填料精馏塔设计二、设计数据及条件原料：苯和氯苯混合溶液，年处理能力为（7）万吨（开工率8000 小时/年），原料中苯的质量分数（0.34学号后两位）；进料热状态：自选。

分离要求：馏出液中苯的质量分率不低于95%釜残液中苯的质量分率不大于0.3%（1-10号）操作压力：常压建厂地址：家乡地区单板压降：≤0.7kpa。

全塔效率：E T≥58%。

三、设计要求（一）编制一份设计说明书，主要内容包括：1.前言；2.流程与方案的选择说明与论证（附流程简图）3.精馏塔主要工艺结构尺寸设计计算（包括塔径、填料层高度、塔高的计算等）4.附属设备的选型和计算（包括冷凝器、再沸器、塔内构件：接管管径、除沫器、液体分布器、液体再分布器、支撑板、手孔、裙座等）5.填料塔流体力学计算（压力降、泛点率、气体动能因子等）6.设计结果列表7.设计评价8.主要符号和单位表9.参考文献10.致谢（二）绘制带控制点的工艺流程图（3号图纸，CAD绘图）绘制精馏塔的工艺条件图（2号图前言 (3)符号说明 (3)1概述与设计方案简介 (5)1.1操作条件的确定 (5)1.1.1操作压力 (5)1.1.2进料状态 (5)1.1.3加热方式 (5)1.1.4冷却剂与出口温度 (5)1.1.5热能的利用 (6)1.2确定设计方案的原则 (6)1.2.1满足工艺和操作的要求 (6)1.2.2满足经济上的要求 (6)1.2.3保证安全生产 (7)1.3流程的确定和说明 (7)2.1物料衡算 (8)2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (8)2.1.2全塔物料衡算 (8)2.2理论塔板数估算 (8)2.2.2气液平衡线 (10)2.2.3进料热状况参数 (11)2.2.4求最小回流比Rmin (11)2.2.5最佳回流比 (12)2.2.6精馏段提馏段操作线 (14)2.2.7图解法求理论板数 (15)2.3各种操作条件及相关的物性估算 (16)2.3.1操作温度估算 (16)2.3.2平均摩尔质量估算 (17)2.3.3液相平均粘度估算 (18)2.3.4相对挥发度估算 (20)2.3.5操作压力估算 (20)2.3.6平均密度估算 (21)2.4气液相负荷估算 (23)2.4.1精馏段气液相负荷 (23)2.4.2提馏段气液相负荷 (24)3设备设计 (24)3.1填料的选择 (24)3.2塔径的设计 (25)3.2.1精馏段塔径 (25)3.2.2提馏段塔径 (26)3.3填料层高度计算 (27)前言 (3)符号说明 (3)1概述与设计方案简介 (5)1.1操作条件的确定 (5)1.1.1操作压力 (5)1.1.2进料状态 (5)1.1.3加热方式 (5)1.1.4冷却剂与出口温度 (5)1.1.5热能的利用 (6)1.2确定设计方案的原则 (6)1.2.1满足工艺和操作的要求 (6)1.2.2满足经济上的要求 (6)1.2.3保证安全生产 (7)1.3流程的确定和说明 (7)2.1物料衡算 (8)2.1.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (8)2.1.2全塔物料衡算 (8)2.2理论塔板数估算 (8)2.2.2气液平衡线 (10)2.2.3进料热状况参数 (11)2.2.4求最小回流比Rmin (11)2.2.5最佳回流比 (12)2.2.6精馏段提馏段操作线 (14)2.2.7图解法求理论板数 (15)2.3各种操作条件及相关的物性估算 (16)2.3.1操作温度估算 (16)2.3.2平均摩尔质量估算 (17)2.3.3液相平均粘度估算 (18)2.3.4相对挥发度估算 (20)2.3.5操作压力估算 (20)2.3.6平均密度估算 (21)2.4气液相负荷估算 (23)2.4.1精馏段气液相负荷 (23)2.4.2提馏段气液相负荷 (24)3设备设计 (24)3.1填料的选择 (24)3.2塔径的设计 (25)3.2.1精馏段塔径 (25)3.2.2提馏段塔径 (26)3.3填料层高度计算 (27)目录前言 (8)符号说明 (8)1 概述与设计方案简介 (10)1.1 操作条件的确定 (10)1.1.1 操作压力 (10)1.1.2 进料状态 (10)1.1.3 加热方式 (10)1.1.4 冷却剂与出口温度 (10)1.1.5 热能的利用 (11)1.2 确定设计方案的原则 (11)1.2.1 满足工艺和操作的要求 (11)1.2.2 满足经济上的要求 (12)1.2.3 保证安全生产 (12)1.3 流程的确定和说明 (13)2.1 物料衡算 (13)2.1.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (13)2.1.2 全塔物料衡算 (13)2.2 理论塔板数估算 (14)2.2.2 气液平衡线 (16)2.2.3 进料热状况参数 (17)2.2.4 求最小回流比Rmin (17)2.2.5 最佳回流比 (18)2.2.6 精馏段提馏段操作线 (20)2.2.7 图解法求理论板数 (21)2.3 各种操作条件及相关的物性估算 (22)2.3.1 操作温度估算 (22)2.3.2 平均摩尔质量估算 (23)2.3.3 液相平均粘度估算 (24)2.3.4 相对挥发度估算 (26)2.3.5 操作压力估算 (26)2.3.6 平均密度估算 (27)2.4 气液相负荷估算 (29)2.4.1 精馏段气液相负荷 (29)2.4.2 提馏段气液相负荷 (30)3 设备设计 (30)3.1 填料的选择 (30)3.2 塔径的设计 (31)3.2.1 精馏段塔径 (31)3.2.2 提馏段塔径 (32)3.3 填料层高度计算 (33)3.3.1 精馏段的填料层高度 (33)3.3.2 提馏段的填料层高度 (33)3.3.3 精馏塔的填料层总高度 (33)3.4 填料层压降的计算 (34)4 辅助设备的计算及选型 (35)4.1 接管设计 (35)4.1.1 进料管 (35)4.1.2 回流管 (36)4.1.3 塔底出料管 (36)4.1.4 塔顶蒸汽出料管 (36)4.1.5 塔底进气管 (37)4.2 法兰 (37)4.3 筒体与封头 (38)4.3.1 筒体 (38)4.3.2 封头 (38)4.4 其他塔附件 (38)4.4.1 裙座 (38)4.4.2 吊柱 (38)4.4.3 人孔手孔 (38)4.5 塔总体高度设计 (39)4.5.1 塔的顶部空间 (39)4.5.2 塔的底部空间 (39)4.5.3 塔的立体高度 (39)4.6 附属设备 (39)4.6.1 塔顶冷凝器 (39)4.6.2 原料预热器 (41)4.6.3 再沸器 (41)4.6.4 进料泵 (42)4.6.5 回流泵 (43)5 设计结果明细表 (43)5.1 物料衡算计算结果 (43)5.2 精馏塔工艺条件及有关物性数据计算结果 (44)5.3 精馏塔工艺设计结果 (44)5.4 接管尺寸计算结果 (44)设计评述 (45)参考文献 (45)前言在化工生产中，精馏是最常用的单元操作,，是分离均相液体混合物的最有效方法之一，在炼油、化工、石油化工等工业中得到广泛应用。

化工原理板式塔和填料塔(精馏塔)课程设计

化工原理板式塔和填料塔(精馏塔)课程设计

化工课程设计说明书massachusetts institute of technology一.目的培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基础理论和基本知识去完成某项单元操作设备设计任务的实践能力。

二.目标设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的。

三.题目固定管板式冷却器的设计 四.设计条件管程和壳程的压力均不大于0。

6MPa ，管程和壳程的压力降均不大于30KPa 。

被冷却的物料为己烷，物料从正常温度(1T )被冷却，出口温度(2T )自定。

冷却剂为自来软水，进口温度为30C ︒(1t )，出口温度(2t )自定。

五.设计步骤1. 方案设计(1) 冷却剂的选用：自来软水(2) 换热器型式的选择：固定管板式(3) 流体壳程的选择：自来软水走管程，己烷走壳程 (4) 流体流动方向的选择：双管程+单壳程 2. 工艺设计(1) 查出己烷的正常沸点(进口温度) 1T = 68.74C ο(2) 选定己烷的出口温度 2T =44C ο (3) 选定冷却剂的出口温度 2t =38C ο (4) 计算逆流传热的平均温度差 1212ln m t t t t t ∆-∆∆=∆∆逆=3868.7438ln 4430----（68.74）（44-30）=21.28C o (5) 校正传热平均温度差 122168.7444 3.0933830T T R t t --===-- 211138300.206568.7430t t P T t --===-- 由(,)R P =φ查表得φ=0.93， 因为0.85<0.93<0.95，满足要求。

由此得：m m t t ∆=∆= 折逆φ0.93⨯21.28=19.79C o (6) 计算定性温度m m T t 和12m T =121（T +T ）=（68.74+44）=56.37C 2o12m t =121（t -t ）=（30+38）=34C 2o(7) 查出物料和冷却剂的物性参数112428.34m p Q q c ⨯=⨯⨯⨯1214001000（T -T ）=（68.74-44）=973473.64J/S 243600 (9) 根据总传热系数K 的大致范围，初选总传热系数0K =470W/(2m k ) (10) 初算传热面积0S 200973473.64104.6447019.79m Q S m K t ===∆⨯折 (11) 根据工艺条件，选取公称压力PN=1.0MPa(12) 根据流体物性，选定换热管材为：碳素钢(13) 由初算传热面积0S 和选定的公称压力PN ，根据管壳式换热器行业标准JB/T4715-92，初定换热器的工艺尺寸：1. 从行标中直接查取计算换热面积：S=109.32m2. 公称直径DN 取600mm(卷制圆筒，圆筒内径为公称直径)3. 管长L=4500mm4. 管壁⨯壁厚bmm ⨯：0Фd ： Φ19⨯2mm5. 总管数： n=4166. 中心排管数： Nc=237. 管程流通面积i A =0.03682m8. 管子排列方式：正三角形9. 管心距：t=25mm 10. 管程数：P N =2 11. 壳程数：S N =112. 折流板间距：h=300mm 13. 折流板型式：25﹪圆缺形14.计算冷却剂的流量22973473.6429.153/4174m p Q q kg s c ===⨯21（t -t ）（38-30）15.计算管程流速i u 29.1530.7967/994.30.0368mi i i q u s A ===⨯ρ 因为0.5<0.7967<3m/s ，所以满足要求。

化工原理课程设计-水吸收氨填料吸收塔设计

化工原理课程设计-水吸收氨填料吸收塔设计

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。