1、 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： 应用化工技术 2010 级（ 1） 班 学 号： 201030820139 学生姓名： 曹婧婕 指导教师： 屈媛老师 2012 年 6 月 3 日 课程设计任务书 2011 2012 学年第 2 学期 学生姓名： 曹婧婕 专业班级： 10 应用化工技术 指导教师： 屈 媛 工作部门： 化材学院化工教研室 一、课程设计题目 填料吸收塔的设计 二、工艺条件 1处理能力： 1500m3/h 混合气（空气、 SO2） 2年工作日： 300 天 3混合气中含 SO2： 3%（体积分数） 4 SO2排放浓度： 0.16
2、5操作压力： 常压操作 6操作温度： 20 7 相对湿度： 70% 8填料类型：自选 (塑料鲍尔环，陶瓷拉西环等 ) 9 平衡线方程： (20 ) 三、课程设计内容 1设计方案的选择及流程说明； 2工艺计算； 3主要设备工艺尺寸设计； （ 1）塔径的确定； （ 2）填料层高度计算； （ 3）总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 4辅助设备选型与计算。 四、进度安排 1课程设计准备阶段：收集查阅资料，并借阅相关工程设计用书； 2设计分析讨论阶段：确定设计思路， 正确选用设计参数，树立工程观点 ， 小组分工 协作，较好完成设计任务； 3计算设计阶段：完成物料衡算、 流体力学性能验算及 主要设备的工艺设
3、计计算 ； 4. 课程设计说明书编写阶段：整理文字资料计计算数据， 用简洁的文字和适当的图表 表达自己的设计思想及设计成果 。 五、基本要求 1格式规范，文字排版正确； 2. 主要设备的工艺设计计算需包含：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算； 3工艺流程图： 以 2 号图纸用单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方向，物流量、能流量，主要测量点； 4. 填料塔工艺条件图： 以 2 号图纸绘制，图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管 表； 5. 按时完成课程设计任务，上交完整的设计说明书一份。 教研室主任签名： 年 月 日 第一章 概 述 1.
4、1 设计依据 本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计 1、 填料的选择 由于水吸收 S02的过程、操作、温度及操作压力较低，工业上通常选用所了散装填料。在散装填料中， 金属鲍尔 环填料的综合性能较好，故此选用 DN38 金属鲍尔 环填料。 2、 吸收塔的物料衡算 3、 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。 4、 设计液体分布器及辅助设备的选型 5、 绘制有关吸收操作图纸 1.2 设计任务及要求 1、原料气处理量： 1500m3/h 混合气（空气、 SO2） 2、年工作日： 300 天 3、混合气中含 SO2:3 (体积分数 ) 4、 SO2排放浓度： 0.16 5
5、、操作压力：常压操作 6、操作温度： 20 7、相对湿度： 70 8、填料类型：金属鲍尔环 9、吸收剂：清水 10、平衡线方程： y=66.76676x 15237.1 (20 ) 第二 章 设计方案的简介 2.1 塔设备的选型 塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备，它是关键的设备。例如在气体吸收、液体精馏（蒸馏）、萃取、吸附、增湿中、离子交换等过程中都有体现。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 其中填料塔 是 最常用的气液传质设备之一，它广泛应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。 它 是一个圆筒塔体，塔内
6、装载一层或多层填料，气相由下而上，液相由上而下接触，传热和传质主要在填料的表面进行，填料的选择是填料塔的关 键。 填料塔制造方便，结构简单，采用材料可是耐腐蚀的材料或者是金属以及塑料，在塔径较小的情况较有效，使用金属材料省，一次投料较少，塔高较低 。 表 1 填料塔与板式塔的比较 序号 填料塔 板式塔 1 800mm 以下，造价低，直径大则价高 600mm 以下时，安装困 难 2 用小填料时，小塔的效率高，塔径增大，效率下降， 所需高度急增 效率较稳定。大塔板效率 比小塔板有所提高 3 空塔速度（生产能力）低 空塔速度高 4 大塔检修费用高，劳动量大 检修清理比填料塔容易 5 压降小。对阻力要
7、求小的场合较适用（ 如：真空操作） 压降比填料塔大 6 对液相喷淋量有一定要求 气液比的适应范围大 7 内部结构简单，便于非金属材料制作，可用于腐蚀较 严重的场合 多数不便于非金属材料 的制作 8 持液量小 持液量大 选塔的基本原则： 1、 生产能力大，有足够的弹性。 2、 满足工艺要求，分离效率高。 3、 运行可靠性高，操作、维修方便，少出故障。 4、 结构简单，加工方便，造价较低。 5、 塔压降小。 综上考虑，吸收 1500m3/h含 3%的生产任务不是很大， 由于它结构简单，造价较低，便于采用耐蚀材料使得寿命较长， 我们采用 填料吸收塔完成该项生产任务。 2.2 填料吸收塔方案的确定 1
8、、 装置流程的确定 装置流程的主要有以下几种： 逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相由塔顶流入由塔底流出，其传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用此操作。 并流操作 气液两相均由塔顶流向塔底，其系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，液流对推动力影响不大；易溶气体的吸收或吸收的气体不需吸收很完全；吸收剂用量很大，逆流操作易引起液泛。 吸收剂部分循环操作 在逆流操作过程中，用泵将吸收塔排除 的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内，通常以下情况使用：当吸收剂用量较少，为提高塔的喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制
9、塔内的温度升高，需取出一部分热量。该流程特别适用于相平衡常数 m较小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的利用率。需注意吸收剂的部分再循环较逆流操作费用的平均推动力较小，且需设置循环泵，操作费用提高。 由于二氧化硫在水中的溶解度很大。逆流操作时平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。逆流操作是完成该项任务的最佳选择。 2.3 吸收剂的选择 吸收过程是依靠气体溶质在 溶剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂的性能的和优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择时有以下考虑方面： 溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的用量。 选择性 吸收剂对溶质组分要有良好的
10、选择吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离。 挥发度要低 操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，要减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发和损失。 粘度 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。 其他 所选的吸收剂尽量的满 足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、廉价易得以及化学性质稳定等要求。 在吸收空气中少量的二氧化硫时，水是最理想的溶剂，由于二氧化硫在水中的溶解度很大；常温常压下，水的挥发度很小；粘度较小；价格低廉等。 2.4 操作温度与压力的确定 1、操作温度的确定 由于吸收过程的气液平衡关系可知，温度降低可增
11、加溶质组分的溶解度。即低温有利于吸收，当操作温度的低限应由吸收系统的具体情况决定。 2、操作压力的确定 由吸收过程的气液平衡关系可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加压有利于吸收。但随着操作压力的升高 ，对设备的加工制造要求提高，且能耗增加因此需结合具体工艺的条件综合考虑，以确定操作压力。 在该任务中，由于在常温常压下操作且在此条件下 二氧化硫 的溶解度很大，且受温度与压力的影响不大，在此不做过多的考虑。 第三章 填料的类型与选择 3.1 填料的类型 填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。 填料的种类很多，根据装填的方式的
12、不同，可分为散装填料和规整填料两大类。 1、 散装填料 散装填料是一个个具有一定集合形状和尺寸的颗粒体一般以 随机的方式堆积在塔内的，又称为乱堆填料和颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、和环鞍的填料等。以下是典型的散装填料： 拉西环填料 拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制成。拉西环填料的气液分布较差、传质效率低、阻力大、通量小，目前工业上用得较少。 鲍尔环填料 鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗口，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶诸舌叶的
13、侧边与环中间相搭， 可用陶瓷、塑料、金属制造鲍耳环由于环内开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比通量可提高 50%以上，传质效率提高 30%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。 阶梯环填料 阶梯环是对鲍尔环的改进。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的翻边由于高径比减少，使得气体绕填料外外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅提高了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变为点接触为主，这样不但增加了填料层之间的空隙，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。
14、2、规整填料 规整填料是按一定的的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料。工业上使用的绝大多数规整填料为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料可用陶瓷、塑料、金属制造。 波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小， 传质效率高，处理能力大，比表面积大。其缺点是不适用于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清洗困难、造价高。 3.2 填料的选择 1、 填料种类的选择：填料种类的选择要考虑分 离工艺的要求，通常考虑以下几个方面： 传质效率要高 一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料 通量要大 在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具
15、有较高泛点气速或气相动能因子的填料 填料层的压降要低 填料抗污堵性能强，拆装、检修方便 2填料规格的选择 填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。 （ 1）散装填料规格的选择 工业塔常用的散装填料主要有 DN 16、 DN 25、 DN 38、DN 50、 DN 76 等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高， 但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值 D/d 应大于 或等于 10 15。 （ 2）规整填料规格的选择 工业上常用规整填料的
16、型号和规格的表示方法很多，国内 习惯用比表面积表示，主要有 125、 150、 250、 350、 500、 700 等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又具有经济合理性。 应予指出，一座填料塔可以选用同种类型，同一规格的填料，也可选用同种类型不同规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料；有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握， 根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。
17、 3. 填料材质的选择 填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。 (1)陶瓷填料 陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，质脆、易碎是其 最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。 (2)金属填料 金属填料可用多种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除 Cl 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润 湿性能较差，在某些特殊场合（如极低喷淋密度下的减压精馏过程），需对其表面进行处理，才能取得良好的使用效果；钛材、特种合金钢等材质制
18、成的填料造价很高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。 一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最为广泛。 (3)塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（ PP）、聚乙烯（ PE）及聚氯乙烯（ PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温 性良好，可长期在 100以下使用。 塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎，可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。 综上对各种类型、各种规格填料的分析，对于在 20， 101.325KPa 下吸收1500m3/h 空气含 3%的二氧化硫，由于操作温度及操作压力较低，工业上常用散装填料。故选用 DN38 金属鲍尔环填料。
