(目录一．设计任务书 (2)1.设计目的 (2)2.设计任务 (2)3.设计内容和要求 (2)二．设计资料 (3)1.工艺流程 (3)2.进气参数 (3))3.吸收液参数 (3)4.操作条件 (3)5.填料性能 (4)三．设计计算书 (5)1．填料塔主体的计算 (5)吸收剂用量的计算 (5)塔径的计算 (6)填料层高度的计算 (8)'.填料塔压降的计算 (12)2.填料塔附属结构的类型与设计 (13)支承板 (13)填料压紧装置 (13)液体分布器装置 (13)除雾装置 (14)气体分布装置 (14)排液装置 (15)]防腐蚀设计 (15)气体进料管 (15)液体进料管： (16)封头的选择 (16)总塔高计算 (16)3.填料塔设计参数汇总 (18)四．填料塔装配图（见附录） (19)五．总结 (19)！六．参考文献 (19)附录 (20)前言世界卫生组织和联合国环境组织发表的一份报告说：“空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实。
”如果人类生活在污染十分严重的空气里，那就将在几分钟内全部死亡。
工业文明和城市发展，在为人类创造巨大财富的同时，也把数十亿吨计的废气和废物排入大气之中，人类赖以生存的大气圈却成了空中垃圾库和毒气库。
因此，大气中的有害气体和污染物达到一定浓度时，就会对人类和环境带来巨大灾难，对有害气体的控制更必不可少。
一．设计任务书1.设计目的'通过对气态污染物净化系统的工艺设计，初步掌握气态污染物净化系统设计的基本方法。
培养学生利用所学理论知识，综合分析问题和解决实际问题的能力、绘图能力、以及正确使用设计手册和相关资料的能力。
2.设计任务试设计一个填料塔，常压，逆流操作，操作温度为25℃，以清水为吸收剂，吸收脱除混合气体中的NH，气体处理量为1500m3/h，其中含氨%（体积分数），3要求吸收率达到99%，相平衡常数m=。
3.设计内容和要求1）研究分析资料。
2）净化设备的计算，包括计算吸收塔的物料衡算、吸收塔的工艺尺寸计算、填料层压降的计算及校核计算。
3）附属设备的设计等。
4）编写设计计算书。
设计计算书的内容应按要求编写，即包括与设计有关的阐述、说明及计算。
要求内容完整，叙述简明，层次清楚，计算过程详细、准确，书写工整，装订成册。
设计计算书应包括目录、前言、正文及参考文献等，格式参照学校要求。
!5）设计图纸。
包括填料塔剖面结构图、工艺流程图。
应按比例绘制，标出设备、零部件等编号，并附明细表，即按工程制图要求。
图纸幅面、图线等应符合国家标准；图面布置均匀；符合制图规范要求。
6）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
二．设计资料1.工艺流程 采用填料塔设计，填料塔是塔设备的一种。
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。
2.进气参数进气流量: 1500m 3/h进气主要成分：NH 3#空气粘度系数：h m kg s pa V ⋅=⋅⨯=-/065.01081.15μ298K,下，氨气在空气中的扩散系数D V =s;298K,下，氨气在水中的扩散系数D L =*10-9m 2/s25℃时，氨在水中的溶解度为H=m 3kpa3.吸收液参数采用清水为吸收液，吸收塔进口液相吸收质浓度为0。
液相密度：3/1000m kg L =ρ液相粘度：2/1m s mN L ⋅=μ<液膜传质分系数k L =×10-4m/s 4.操作条件操作温度25°C ,气压1atm5.填料性能 矩鞍环采用连续挤出的工艺进行加工，与同种材质的拉西环填料相比，矩鞍环具有通量大、压降低、效率高等优点。
矩鞍环填料床层具有较大的空隙率。
矩鞍环的形状介于环形与鞍形之间，因而兼有两者之优点，这种结构有利于液体分布和增加气体通道。
矩鞍环填料分为陶瓷和塑料和金属，现将规格列于下表1，以便于计算需要。
表1.国内矩鞍环填料特性参数（三．设计计算书1．填料塔主体的计算图1是稳定操作状态下的逆流接触吸收塔内的物流和组成。
图1 稳定操作状态下的逆流接触吸收塔内的物流和组成V、L分别表示流经塔内任一单位截面的气、液通量，kmol/ )；V1、V2分别表示流经塔底和塔顶单位截面上的气体，kmol/ )；L1、L2分别表示流经塔底和塔顶单位截面上的液体通量，kmol/ )；y1、y2分别表示流经塔底、塔顶气体中溶质A的摩尔分率，kmol(A)/kmol(气体 )；x1、x2分别表示流经塔底、塔顶液体中溶质A的摩尔分率，kmol(A)/kmol(溶液 )。
`吸收剂用量的计算进入吸收塔气体的摩尔体积为：h kmol V /18.60)019.01(1252732734.221500=-⨯⨯+⨯= 进塔气体中氨的浓度为：0194.0019.01019.01=-=Y 出塔气体中氨的浓度：000194.0)99.01(0194.02=-⨯=Y？进塔清水的浓度：02=X假设平衡关系符合亨利定律，则最小气液比为：h kmol L h kmol X mY Y Y V L /57.5618.6094.0/94.0)(min 2121min =⨯==--=则： h kmol L L /825.1018.1min =⨯=吸收液浓度可依全塔物料衡算求出：0114.0825.101)000194.00194.0(18.60)(2121=-=-+=L Y Y V X X 塔径的计算/u V D Sπ4=吸收过程中，混合气体流量随塔减少（因吸收质不断进入液相），故计算塔径时，一般以塔底气量为依据计算。
计算塔径关键在于适宜的空塔气速。
如何确定适宜的空塔气速，是气液传质设备的流体力学问题。
刚出现液泛时的气速，为泛点气速；泛点气速是填料塔操作的极限气速，达到或超过此气速，填料塔即不能正常运行。
操作气速或空塔气速均低于泛点气速，对不同填料，有不同参考数据。
由资料可知：矩鞍形填料u=（～）uF ，因此需计算泛点气速。
烟气的平均流量：77.28%100)019.01(29019.017=-⨯+⨯=M 炉气的质量流量：h kg v /176577.28252732734.221500=⨯+⨯=ω 烟气的密度： (3/177.115001765m kg v ==ρ 清水密度： 3/1000m kg L =ρ洗涤水耗用量：h kg L L /183318825.10118=⨯=⨯=ω由化工手册查得mm mm mm 8.03038⨯⨯矩鞍环（乱堆）的调料因子,02.821-=m φ水的粘度2/1m s mN L ⋅=μ，干填料因子3εa为. 查表2的金属环矩鞍的A 值为.*表2. 不同填料的A,K 值故用经验公式算F u 为：81412.032)()(75.1])(log[L V L L V F V L A a g u ρρμρρε-= 将数值带入得F u =s 。
.求u ：s m u u F /43.224.375.075.0=⨯==塔径为：m u V D S 47.0360043.2150044=⨯⨯⨯==ππ 进行圆整，D=核算液体喷淋密度：因填料尺寸小于75mm ，取)/(08.0)(3min h m m L W ⋅=，又由表二查出该填料的比表面积32/112m m =σ。
则： )/(96.811208.023min h m m U ⋅=⨯=|操作条件下的喷淋密度U:)/(34.9)5.0(4/10001833232h m m U ⋅==π 计算可知：U>U min ，所用填料符合要求。
圆整塔径后操作气速为：s m D V u S /12.236005.015004422=⨯⨯⨯==ππ 校核：65.024.312.2==F u u ，符合u=（～）uF 要求。
816.13038.05.0>==d D ，所以符合要求。
填料层高度的计算:由于填料层高度=传质单元高度*传质单元数，即OG OG N H h ⨯=。
传质单元数的计算用脱吸因素法，可得：57.0==LVm S 因为S<~之间为宜，所以S 符合要求。
传质单元数为：78.8]57.0000194.00194.0)57.01ln[(57.011])1ln[(112221=+--=+----=S mx y mx y S S N OG -气体总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅⋅--=-2.0205.0221.075.0)()()()(45.1exp 1t L L L L t L L t L L c t w a u g a u a u a a σρρμσσ由化工手册查得，金属填料的临界表面张力2223/972000/36001075/75h kg h kg m mN c =⨯⨯==-σ25℃时水的临界表面张力为h kg h kg m N L /933120/3600102.7/102.72222=⨯⨯=⨯=--σ32/112m m a t =填料比表面积为液体质量通量：h m kg DU L L ⋅=⨯==222/12.93405.0418334ππω 气体质量通量：%222/63.89935.0417654m kg DU V V =⨯==ππω5489.0)112933120100012.9340()1027.1100011212.9340()6.311212.9340()933120972000(45.1exp 1)()()()(45.1exp 12.0205.08221.075.02.0205.0221.075.0=⎭⎬⎫⎩⎨⎧⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯--=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅⋅--=--t L L L L t L L t L L c t w a U g a U a U a a σρρμσσ 空气粘度系数：h m kg s pa V ⋅=⋅⨯=-/065.01081.15μ 298K,下，氨气在空气中的扩散系数D V =s; 298K,下，氨气在水中的扩散系数D L =*10-9m 2/s气膜吸收系数：1020.0)298314.8360010194.0112()360010194.0177.1067.0()065.011263.8993(237.0)()()(237.043147.0317.0=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==--RTDa D a U k V t V V V V t V G ρμμ》液膜吸收系数：3938.0)10001027.16.3()36001001.210006.3()6.35572.011212.9340(0095.0)()()(0095.031821932312132=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==---LL L L L L w L L g D a U k ρμρμμ由表查得填料的形状系数：19.1=ψkpa h m kmol a k a k w L L ⋅⋅=⨯⨯⨯==34.04.0/9541.2519.15489.01123938.0ψkpah m kmol a k a k w G G ⋅⋅=⨯⨯⨯==31.11.1/5930.719.15489.01121020.0ψ因为65.024.312.2==F u u > 所以要使用下式进行修正：、kp h m kmol ak u u a k G f G ⋅⋅=⨯-⨯+=-+='34.14.1/6590.125930.7])5,065.0(5.91[])5.0(5.91[ kph m kmol ak u u a k L f L ⋅⋅=⨯-⨯+=-+='32.22.2/9930.269541.25])5.065.0(6.21[])5.0(6.21[ 25℃时，下，根据氨在水中的溶解度曲线查得H=m 3kpa 则气膜总传质系数：=+='+'=9930.2616590.1211111aHk a k a K L G G总传质单元高度35.03.10162.85.0418.602=⨯⨯⨯==πa K V H G OG 填料层高度.m N H h G OG 0.378.835.00=⨯=⨯=采用上述方法计算出填料高度后，还应留出一定的安全系数，根据设计经验，填料层的设计高度一般为：Z Z )5.1~2.1(='安全系数选用，所以m Z 6.332.1=⨯='。