化工原理课程设计 -填料塔的设计说明书院（系）别：化学与化工学院专业：应用化学年级班： 09级3班姓名：学号：指导老师：前言：化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；掌握各种结果的校核，能画出工艺流程、塔板结构等图形。
在设计过程中不仅要考虑理论上的可行性，还要考虑生产上的安全性、经济合理性。
同时，通过课程设计，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。
课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。
在设计过程中应考虑到设计的业精馏塔具有较大的生产能力满足工艺要求，另外还要有一定的潜力。
节省能源，综合利用余热。
经济合理，冷却水进出口温度的高低，一方面影响到冷却水用量。
另一方面影响到所需传热面积的大小。
即对操作费用和设备费用均有影响，因此设计是否合理的利用热能R等直接关系到生产过程的经济问题。
经过学习,我知道，填料塔吸收净化工艺不单应用在化工领域 ,在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。
工程实践表明 ,合理的系统工艺和塔体设计 ,是保证净化效果的前提。
这次课程设计我把聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。
目录一、设计任务 (5)二、设计条件 (5)三、设计方案 (5)1、吸收剂的选择 (5)2、吸收过程的选择 (5)3、流程图及流程说明 (5)4、塔填料选择 (6)四、工艺计算 (6)1、物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成 (7)2、塔径计算 (8)3、填料层高度计算 (9)4．填料层压降计算 (11)五、液体分布装置 (12)1、液体分布器的选型 (12)2、分布点密度计算 (12)六、吸收塔塔体材料的选择 (13)1、吸收塔塔体材料：Q235-B (13)2、吸收塔的内径 (13)3、壁厚的计算 (13)4、强度校核 (14)七、封头的选型依据，材料及尺寸规格 (14)1、封头的选型：标准的椭圆封头 (14)2、封头材料的选择 (14)3、封头的高 (14)4、封头的壁厚 (15)八、液体再分布装置 (15)九、气体分布装置 (16)十、填料支撑装置 (16)十一、液体分布装置 (16)十二、除沫装置 (17)1、设计气速的计算 (17)2、丝网盘的直径 (17)3、丝网层厚度H的确定 (18)十三、管结构 (18)1、气体和液体的进出的装置 (18)2、填料卸出口 (19)3、塔体各开孔补强设计 (19)十四、填料塔高度的确定（除去支座） (20)1吸收高度 (20)2、支持圈高度 (20)3、栅板高度 (20)4、支持板高度 (20)5、液体再分布装置高度 (21)6、液体喷淋装置高度 (21)7、塔底除雾沫器高度 (21)8、塔底段高度 (21)9、封头高度 (21)十五、塔体总设备总质量 (22)1、塔体的质量 (22)2、封头的质量 (22)3、填料质量 (22)4、内部结构及其它附件总质量 (22)5、水压试验的质量 (23)十六、容器的支座与焊接 (23)十七、设计一览表 (23)十八、主要符号说明 (24)十九、总结 (25)二十、参考文献 (25)一、设计任务完成填料塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔装置图，编写设计说明书。
二、设计条件1、气体混合物成分：空气和氨；2、氨的含量：4.5％（体积）；3、混合气体流量：4000m3/h；4、操作温度：293K；5、混合气体压力：101.3KPa；6、回收率：99.8％三、设计方案1、吸收剂的选择根据所要处理的混合气体，氨极易溶于水，故可采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，对溶质有较好的选择性，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。
2、吸收过程的选择由于在同样的进、出口条件下，气、液两相逆流吸收具有较大的传质推动力，因此，为了我们的吸收更充分，达到要求的回收率，我们选用逆流吸收流程。
3、流程图及流程说明该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。
经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。
流程如下图所示：4、塔填料选择该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用38mm 聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积a ：132.532/m m空隙率ε：0.91填料因子Φ：1115-m四、工艺计算对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。
混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。
空气和水的物性常数如下：空气：35/205.1)/(065.01081.1m kg h m kg s Pa =⋅=⋅⨯=-ρμ水：s Pa m kg L L ⋅⨯==-53104.100/2.998μρ1、物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成查表知，20C 下氨在水中的溶解度系数31.38/()H Kpa Kmol m -=⋅ 亨利系数s s s E Hc H M ρ== 相平衡常数998.2 1.380.75618.02101.3s S Em P H M P ρ=⨯===⨯相平衡关系：0.756e y mx x ==进塔气相摩尔分率为：10.045y =出塔气相摩尔分率为：20.045(10.998)0.00009y =⨯-=对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：x 2 =0(清水)混合气体的平均摩尔质量为：)/(46.2829)045.01(17045.0kmol kg M =⨯-+⨯=混合气体流量：)/(382.1664.2212932734000h kmol =⨯⨯ 惰性气体流量：)/(895.158)045.01(382.166h kmol V =-⨯=最小液气比：12min 121212()0.0450.000090.7540.04500.756nL nG e q y y q x x y y y x m -=---===-- 取实际液气比为最小液气比的1.5倍，则可得实际吸收剂用量为： 0.754166.382 1.5188.30(/)nL q kmol h =⨯⨯=全塔物料衡算：1212()()nG nL q y y q x x -=-()121()166.3820.0450.000090.03968188.30nG nLq y y x q -=⨯-==液气比188.30180.71584000 1.183L V ⨯==⨯ 2、塔径计算混合气体的密度 333/183.1293315.81046.28103.101m kg RT M P G =⨯⨯⨯⨯==-ρ 采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度：112480.23118420.23lg[] 1.75188.3018 1.1830.204 1.75()()4000 1.183998.20.4990.317 3.86/t G mL G F L L mG L Ft G L LF a q u A g q u a g u m s ρρμερρρμερ⎛⎫⎛⎫⋅⋅⋅=- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⨯=-⨯⨯⨯=-⋅===取泛点率为0.6，即0.60.6 3.86 2.317/F u u m s ==⨯=0.782D m ===圆整后取 m D 8.0=泛点率校核：s m u /212.28.0785.0360040002=⨯= 2.2120.7823.86F u u == 在允许的范围内） 填料规格校核：805.2138800>==d D 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为：)/(08.0)(3min h m m L W ⋅=32/5.132m m a t =所以)/(6.105.13208.0)(23min min h m m a L U t W ⋅=⨯=⋅= min 23622)/(1041.68.0785.02.99818233.179785.0U h m m D L U h〉⋅⨯=⨯⨯⨯=⋅=由以上校核可知，填料塔直径选用m D 8.0=合理。
3、填料层高度计算因为OG OG h H N =⋅ 而12OG m y y N y -= ......（1） 1212ln m y y y y y -= (2)111222e e y y y y y y =-=- (3)0.756e y mx x== ……（4） 联立以上4个式子得：15.28OG N = 查表知， 0C ，101.3 kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数s cm D /17.02=o 由23))((o o o T T P P D D G =， 则293k ，101.3kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数为s cm D D G /189.0)273293)(3.1013.101(223==o 液相扩散系数s m D L /1080.129-⨯= 液体质量通量为)/(56.64218.0785.018233.17922h m kg U L ⋅=⨯⨯=气体质量通量为)/(79.94188.0785.0183.1400022h m kg U V ⋅=⨯⨯=气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： })()()()(45.1exp{12.0205.0221.075.0t L L L L t L L t L L c t w a U g a U a U a a σρρμσσ⋅⋅⋅⋅⋅--=-查表知，2/427680/33h kg cm dyn c ==σ 所以，20.750.10.05220.24276806421.566421.56132.51exp{1.45()()()940896132.5 3.6998.29.816421.56()}0.2929998.2940896132.5w t a a -⨯=--⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯ 气膜吸收系数由下式计算：10.73140.73420.237()()()9418.790.065132.50.1893600100.237()()()132.50.065 1.1830.1891036008.3142930.1005/()V V t V G t v V V U a D a D RTkmol m h kpa μκμρ--=⋅⋅⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅查表得：45.1=ψ 则 1.1 1.130.40.40.10050.2929132.5 1.45 5.8696/()10.39830.2929132.5 1.4517.935G G w L L w a a kmol m h kpa a a h κκψκκψ=⋅⋅=⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅⋅=⨯⨯⨯= 0.5730.5F u u =〉 由a u u a a u u a L F L G F Gκκκκ⋅-⋅+='⋅-⋅+='])5.0(6.21[])5.0(5.91[2.24.1 得， 1.432.2[19.5(0.5730.5)] 5.86967.298/()1[1 2.6(0.5730.5)]17.93518.082GL a kmol m h kpa a h κκ'=+⋅-⨯=⋅⋅'=+⋅-⨯=则311114.688/()1 1.387.29818.082G GL a a H a kmol m h kpa κκκ=+'⋅==⋅⋅+由 2166.3820.6974.688101.30.7850.8OG Y G V H K a V ma P κ=⋅Ω===⋅⋅Ω⨯⨯⨯由0.69715.2810.66OG OG Z H N m=⋅=⨯=1.2010.66=12.79213m Z '=⨯≈ 设计取填料层高度为：13Z m =查表：对于阶梯环填料，mh D h6,15~8max ≤=将填料层分为三段设置，每段4.3m ，两段间设置一个液体再分布器。