酒 泉 职 业 技 术 学 院毕业设计（论 文） 2010 级 应用化工技术专业 题 目：清水吸收变换气的填料塔装置设计 二一二年四月二十日 酒泉职业技术学院 2013 届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓名班级10级应化（5）班专业应用化工生产技术指导教师第一次指导意见 一级标题改为“一”； 三级标题后的小圆点改为英文全角； 图表名称格式错误； 2012 年 4 月 10 日指导教师第二次指导意见 重新选择关键词； 参考文献格式错误； 四级标题的括号为中文状态下的括号； 2012年 4 月 24 日指导教师第三次指导意见图的命名错误；表的命名错误； 2012年 5 月10 日指导教师评语及评分 该名同学能独立、按时完成毕业设计的全部工作，工作态度认真积极，查阅了大量资料，具备了良好的文献查阅能力，所做设计结构完整，格式正确，计算过程较为详细，但内容稍显匮乏。经多次修改，该毕业设计基本符合高职毕业生毕业设计要求，请答辩小组给予答辩。 成绩：良好 签字（盖章）王钰 2012年 5月 14日答辩小组评价意见及评分成绩： 签字（盖章） 年 月 日教学系毕业实践环节指导小组意见 签字（盖章） 年 月 日学院毕业实践环节指导委员会审核意见 签字（盖章） 年 月 日说明：1.以上各栏必须按要求逐项填写。2.此表附于毕业论文 (设计)封面之后。清水吸收变换气的填料塔装置设计摘 要：塔设备有许多种类型，塔设备是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成常见的单元操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法净制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的作用。本文设计的是清水吸收变换气的填料塔装置的设计。填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小。易于用耐腐蚀性材料制造，所以他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，并在填料的表面成膜状流下，气体从他地的气体口送入，流经填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。本次设计的任务是：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，绘制吸收系数的工艺流程图和填料塔设计图，编写设计说明。关键词：填料塔，清水，变换气一、概述塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备。根据塔内气液接触部件的形式，可以分为填料塔和板式塔。板式塔属于逐级接触逆流操作，填料塔属于微分接触操作。工业上对塔设备的主要要求：(1）生产能力人；(2）分离效率高；(3）操作弹性人；(4）气体阻力小、结构简单、设备取材面广等。塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。板式塔的研究起步早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。 填料塔由填料、塔内件及简体构成。填料分规整填料和散装填料两大类0塔内件有不同形式的液体分布装置、填料固定装置或填料压紧装置、填料支承装置、液体收集再分布装置及气体分布装置等。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大、分离效率高、压力降下、操作弹性大、持液量小等优点。填料塔类型很多，其设计的原则大体相同，一般来说，填料塔的步骤如下：（一）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案； （二）根据设计任务和工艺要求，合理地选择填料 （三）确定塔径、填料层高度等工艺尺寸 （四）计算填料层的压降 （五）进行填料塔塔内件的设计和选型。 二、设计任务及操作条件设计题目：清水吸收变换气的填料塔装置设计设计任务：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，绘制吸收系数的工艺流程图和填料塔设置图，编写设计说明。 （一）设计条件1气体泄合物成分：空气和氨；2氨的含量：4.5%（体积）；3混合气体流量：4000 /h；4操作温度：293K5混合气体压力：10l.3KPa;6回收率：99.8%。（二）设计内容1流程的确定与论证；2吸收塔技术指标与操作指标确定，包括：塔径、填料层的高度、填料层的压力降等； 3工艺计算、结构设计、流体力学条件校核。三、设计方案的确定填料塔设计方案的确定包括装置及流程的确定、吸收剂的选择、操作压力的确定、操作温度的确定、进料热状况的选择、填料的选择以及填装方式等。 （一）装置流程的确定吸收装置的流程主要有逆流操作、并流操作、吸收部分再循环操作、多塔串联操作、串联-并联混合操作。由于本设计任务是水吸收氨气操作设计，同时吸收效率要求较高，故采用逆流式操作，气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，同时，此操作传质平均推动力大，传质效率快，分离效率高，吸收剂利用率高。具体流程如下： 图1 吸收装置流程图（二）吸收剂选择吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几个方而：溶解度、选择性、挥发度要低、粘度、其他因素如无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。本实验用水为吸收剂吸收氨气。 （三）操作温度与压力的确定 1操作温度的确定由吸收过程的气液平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度，即低温有利于吸收，但操作温度的低限应由吸收系统的具体情况决定。本设计中对填料塔的操作温度设计为20。 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条件综合考虑，以确定操作压力。具体详见后续说明。 （四）填料的类型与选择塔填料是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的忧劣是突然感到决定料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。填料的类型很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料是一个个具有一定几何形状的尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。本设计选用聚丙烯鲍尔环填料。1填料种类的选择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，又要使设备和操作费用较低。对于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：（1）传质效率 即分离效率，常用两种方法表示：一是以理论级进行计算的表示方法，以每个理论及当量的填料层高度表示，即HETP值；另一是以传质效率进行计算的表示方法，以每个传质单元相当的填料层高度表示，即HTU值。（2）通量 在相同的液体负荷下，填料的泛点气速越高或气相动能因子越大，则通量越大，塔的处理能力亦越大。因此，在选择填料种类时，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。（3）填料层的压降填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降越低，动力消耗越低，操作费用越小。比较填料压降有两种方法，一是比较填料层单位高度的压降P/Z；另一是比较填料层单位传质效率的比压降P/。填料层的压降可用经验公式计算，亦可从有关图表中查取。（4）填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作弹性、抗污染性及抗热敏性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气液负荷发生波动时维持操作稳定。同时，还应具有一定的抗污染、抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度的变化。此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。2填料的规格的选择通常，散装填料与规整填料的规格表示方法不同，选择的方法亦不尽相同。由于本设计选用散装填料，故以下对散装填料规格的选择做一下介绍：散装填料的规格通常是指填料的公称直径。工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量越小，填费用也增加很多。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定的规定，对于本实验采用聚丙烯鲍尔环填料塔径与填料公称直径的比值D/d推荐值为D/d1015。3填料材质的选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。对于陶瓷材质具有良好的耐腐蚀性和耐热性，同时价格便宜，具有很好的表面润滑性能，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等操作过程，但是其质脆、易碎，本次设计不予采用。对于金属材质具有很高的抗冲击性能，但是只能对于无腐蚀性或低腐蚀性物系使用，氨具有腐蚀性，所以本实验不予采用。对于塑料材质耐腐蚀性能较好、耐温性良好、质轻、价廉、耐冲击、不易破碎等优点，所以本实验采用塑料材质作为填料材质。4本设计方案信息表1 设计方案信息表装置流程逆流操作吸收剂水操作温度293K操作压力1013KPa填料类型聚丙烯鲍尔环填料填料规格DN50 (D/d1015)填料材质塑料填料四、基础物性参数的确定（一）液相物性参数对于低浓度吸收过程，溶液的物性参数可近似去纯水的物性参数。由表可知，20时水的相关物性参数如下：表2 20时水的相关物性参数表 密度()998.2 kg/ 粘度()0.001Pa.s=3.6 kg(m.h) 表面张力()72.6dyn/cm=940896 kg/ （二）气相物性参数操作压力：101.325KPa，氨气在水中的扩散系数；由查表可知，20时，氨气在水中的扩散系数；=1.76x/s=6.336 x/h氨气在空气中的扩散系数：由衷可知，温度为0，压强为10l.3KPa时，氨气在空气中的扩散系数为0.17/s根据关系式： 则 混合气体的平均摩尔质量；混合气体的平均密度：由于空气中氨气的含量较低，则混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查表可知20空气的粘度：（三）气液相平衡参数20时，氨气在水中的亨利系数E= 76.3kPa相平衡常数:溶解度系数：