化工原理课程设计
水吸收氨气填料塔设计
学 院 医药化工学院
专 业 化学工程工艺
班 级
姓 名
学 号
指导教师
2011年X月X日
目 录
前言…………………………………………………………………………………1
1 水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介 …………………………………………4
11务操作条件…………………………………………………………………4
12设计案确定 …………………………………………………………………4
13填料选择……………………………………………………………………4
2 工艺计算 …………………………………………………………………………6
21 基础物性数…………………………………………………………………6
211液相物性数 ………………………………………………………6
212气相物性数 ………………………………………………………6
213气液相衡数 ………………………………………………………6
214 物料衡算 ………………………………………………………………7
22 填料塔工艺尺寸计算……………………………………………………7
221 塔径计算 ……………………………………………………………7
222 填料层高度计算 ………………………………………………………9
223 填料层压降计算 ……………………………………………………12
224 液体分布器简设计………………………………………………13
3 辅助设备计算选型 ……………………………………………………15 31 填料支承设备 ……………………………………………………………15
32填料压紧装置……………………………………………………………… 16
33液体分布装置………………………………………………………………16
4 设计览表………………………………………………………………… 17
5 记………………………………………………………………………………18
6 参考文献…………………………………………………………………………10
7 符号说明……………………………………………………………………10
8 附图（工艺流程简图体设备设计条件图）
前 言
炼油石油化工精细化工食品医药环保等部门塔设备属量应面广重单元设备塔设备广泛蒸馏吸收萃取洗涤传热等单元操作中塔设备研究直国外学者普遍关注重课题
化学工业中常需气体混合物中组分加分离目回收气体混合物中物质制取产品工艺气体中害成分气体净化便进步加工处理工业放空尾气中害成分免污染空气吸收操作气体混合物分离方法根混合物中组分某种溶剂中溶解度达分离目
塔设备结构形式基分两类板式塔填料塔前工业生产中处理量时板式塔处理量时采填料塔年填料塔结构改进新型高负荷填料开发提高塔通力分离效保持压降性稳定等特点填料塔已推广型气液操作中某场合代传统板式塔直径米甚十米型填料塔工业已非罕见着填料塔研究开发性优良填料塔必量工业生产中
综合考察分离吸收设备中填料塔代表填料塔技术类工业物系分离然设计重点塔体塔件等核心部分相配套外部工艺换热系统应视具体工程特殊性作相应改进例DMF回收装置扩产改造项目中求利原常压塔塔顶蒸汽工艺常压塔新增减压塔间采双效蒸馏技术达降低耗提高产量双重效果硝基氯苯分离项目中改原塔精馏两端结晶工艺单塔精馏端结晶流程富间硝基氯苯母液进行精馏分离获99间硝基氯苯提高产品质量取降低 耗技术效果
程优缺点：分离技术指没化学反应情况分离出混合物中特定组分操作种操作包括蒸馏吸收解吸萃取结晶吸附滤蒸发干燥离子交换膜分离等利分离技术社会提供量源化工产品环保设备国民济起着重作填料塔设计获满足分离
1
求佳设计参数(理板数热负荷等)优操作工况(进料位置回流等)准确计算出全塔处组分浓度分布(尤腐蚀性组分)温度分布汽液流率分布等常采高效填料塔成套分离技术20世纪80年代高效填料塔件技术代表新型填料塔成套分离工程技术国受普遍重视具高效低阻通量等优点广泛应化工石化炼油工业部门类物系分离
氨化工生产中极重生产原料强烈刺激性气味体健康气环境会造成破坏污染氨接触皮肤组织腐蚀刺激作吸收皮肤组织中水分组织蛋白变性组织脂肪皂化破坏细胞膜结构氨溶解度极高动物体呼吸道刺激腐蚀作常吸附皮肤粘膜眼结膜产生刺激炎症麻痹呼吸道纤毛损害粘膜皮组织病原微生物易侵入减弱体疾病抵抗力氨通常气体形式吸入体氨吸入肺容易通 肺泡进入血液血红蛋白结合破坏运氧功进入肺泡氨少部分二氧化碳中余吸收血液少量氨汗液尿液呼吸排出体外
短期吸入量氨气会出现流泪咽痛咳嗽胸闷呼吸困难头晕呕吐乏力等吸入氨气导致血液中氨浓度高会通三叉神末梢反射作引起心脏停搏呼吸停止危生命
长期接触氨气部分会出现皮肤色素沉积手指溃疡等症状氨气呼入肺容易通肺泡进入血液血红蛋白结合破坏运氧功短期吸入量氨气出现流泪咽痛声音嘶哑咳嗽痰带血丝胸闷呼吸困难伴头晕头痛恶心呕吐乏力等严重者发生肺水肿成呼吸窘迫综合症时生呼吸道刺激症状吸收空气中氨防止氨超标具重意义
避免化学工业产生量含氨气工业尾气直接排入气造成空气污染需采定方法工业尾气中氨气进行吸收次课程设计 目根设计求采填料吸收塔吸收方法净化含氨气工业尾气
2
达排放标准设计采填料塔进行吸收操作填料提供巨 气液传质面积填料表面具良湍流状况吸收程易进行填料塔具结构简单压降低填料易耐腐蚀材料制造等优点吸收操作程节省量力物力
利混合气体中组分种液体(溶剂)中溶解度差异实现组分分离程称气体吸收气体吸收种重分离操作化工生产中达种目(1)分离混合气体获定组分(2)害组分净化气体(3)制备某种气体溶液完整吸收分离程包括吸收解吸两部分典型程单塔塔逆流流加压减压等
3
1水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介
11务操作条件
①混合气(空气NH3 )处理量： 2600
②进塔混合气含NH3 7 (体积分数)温度20℃
③进塔吸收剂(清水)温度20℃
④ NH3回收率：96
⑤操作压力常压1013k Pa
12设计方案确定
化学工业中常需气体混合物中组分加分离目回收气体混合物中物质制取产品工艺气体中害成分气体净化便进步加工处理工业放空尾气中害成分免污染空气吸收操作气体混合物分离方法根混合物中组分某种溶剂中溶解度达分离目
氨化工生产中极重生产原料强烈刺激性气味体健康气环境会造成破坏污染避免化学工业产生量含氨气工业尾气直接排入气造成空气污染需采定方法工业尾气中氨气进行吸收次化工原理课程设计目根设计求采常压常温填料吸收塔吸收方法净化含氨气工业尾气达排放标准设计采填料塔进行吸收操作填料提供巨气液传质面积填料表面具良湍流状况吸收程易进行填料塔具结构简单压降低填料易耐腐蚀材料制造等优点吸收操作程节省量力物力
13填料选择
塔填料（简称填料）填料塔核心构件提供气液两相相接触传质传热表面性优劣决定填料塔操作性素填料表面积越气液分布越均匀传质效率越高塔件起决定填料塔性
4
质填料选择填料塔设计重环节
塔填料选择包括确定填料种类规格材料填料种类传质效率通量填料层压降考虑填料规格选择常符合填料塔径填料公称直径值Dd
散装填料具定形状尺寸颗粒体般机方式堆积塔称乱堆填料颗粒填料散装填料根结构特点分环形填料鞍形填料环鞍形填料球形填料等
拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍形填料 矩鞍形填料
塑料填料材质包括聚丙烯聚乙烯聚氯乙烯等国般采聚丙烯材质塑料填料耐腐蚀性较耐般机酸碱机溶剂腐蚀耐温性良长期100℃
设计选填料塔填料散装聚丙烯DN50阶梯环填料
国阶梯环特性数
材质
外径
dmm
外径×高×厚
d×H×δ
表面积
atm2m3
空隙率
εm3m3
数
nm3
堆积密度
ρpkgm3
干填料子
atε3m1
填料子
Φm1
塑
料
25
38
50
76
25×175×14
38×19×1
50×30×15
76×37×3
228
1325
1142
8995
090
091
0927
0929
81500
27200
9980
3420
978
575
768
684
313
1756
1431
112
240
120
80
72
5
2 工艺计算
21基础物性数
211液相物性数
低浓度吸收程溶液物性数似取纯水物性数手册查20℃水关物性数：
密度：ρ1 9982Kg／m3
粘度：μL1005mPa·S 0001Pa·S36Kg／（m·h）
表面张力：σL 726dyn／cm940 896Kg／h2
氨气水中扩散系数：DL180×109 m2s180×109×3600 m2h6480 ×106m2h
212气相物性数
混合气体均摩尔质量：
MVMΣyiMi0070×17+0930×292816
混合气体均密度：
ρvm1013×2816／(8314×293)1171Kg／m3
混合气体粘度似取空气粘度查手册20℃空气粘度：
μV181×10—5Pa·s0065Kg／（m·h）
查手册氨气20℃空气中扩散系数： Dv 0189 cm2s0068 m2s
213气液相衡数
20氨水中溶解度系数：常压20℃时亨利系数：9982／(0725×1802)7640Kpa
相衡常数：
6
214 物料衡算
进塔气相摩尔：Y10070／（1—0070）0075
出塔气相摩尔：Y2Y1（1—φ）0075×（1—0998）000015
进塔惰性气相流量：
V2600／224×273／（273+20）×（1—0070）1006Kmol／h
该吸收程属低浓度吸收衡关系直线液气式计算：
（）min
纯溶剂吸收程进塔液相组成 X20
（）min（0075—000015）／[0075／(0754—0)]0752
取操作液气液气18倍
18×07521354 L1354×100613622Kmol／h
全塔物料衡算：
V（Y1—Y2）L（X1—X2） X11006×(0075—000015) ／13622005528
22 填料塔工艺尺寸计算
221 塔径计算
混合气体密度：
7
塔径气相质量流量：2600×11833076Kg／h
液相质量流量似纯水流量计算 13622×18022455㎏h
塑料阶梯环特性数
贝恩—霍根关联式计算泛点气速：
查表表面积： 1142m2m3 A0204K1750927 ：
—0508 0310
计算： 423ms 取u 08uF1×423ms 423ms
D [（4×2600／3600）／（314×423）] 050466m
圆整塔径取 D05m（常标准塔径400500600700800100012001400160020002200）
8
泛点率校核 u2600／3600／(0785×052)368m／s
368／423×100％8700％（允许范围）
填料规格校核：
D／d500／5010>8
液体喷淋密度校核：
填料50mm×25mm×15mm塔径填料尺寸8固取润湿速度（Lw）min008 m3(m·h)查常散装填料特性参数表at1142m2m3
Umin（LW）min· at 008×11429136m3／m2·h
U13622×1802／9982／（0785×052）1253>Umin
校核知填料塔直径选D 500mm合理
222 填料层高度计算
查表知 01013 空气中扩散系数：
2931013空气中扩散系数：
液相扩散系数：
Y1*mX10754×0055280042 Y2*mX20
9
脱吸数：SmV／L0754×1006／1362205568
气相总传质单元数：
1／（1—05568）ln[（1—05568）×（0075—0）／（000015—0）]1219
气相总传单元高度采修正思田关联式计算：
液体质量通量UL13622×1802／(0785×052)125079Kg／m2·h
气体质量通量Uv2600×1183／ (0785×052)156729Kg／m2·h
气相总传质单元高度采修正恩田关联式计算：
材质бc值见表
材质бc值
材质
钢
陶瓷
聚乙烯
聚氯乙烯
碳
玻璃
涂石蜡表面
表面张力Nm×103
75
61
33
40
56
73
20
查表知
1—exp{—145×（427680／940896）075×[12507 9／（1142×36）] 01×[12507 9×1142／（99822×127×108）] 005 ×[1250792／（9982×940896×1142）] 02}1—e0760534
10
气膜吸收系数式计算：
液膜吸收系数式计算：
查表：
类填料形状系数
填料类型
球
棒
拉西环
弧鞍
开孔环
Ψ值
072
075
1
119
145
368／423×100％8700％>50％
11
ZHOGNOG02758×1219336m
Zˊ14×3364704m
设计取填料层高度： Zˊ5m
查表阶梯环填料hmax6m 设计填料层高度：5m
223 填料层压降计算
采Eckert通关联图计算填料层压降
横坐标：
已知：
坐标：
12
通压降关联图
查图图△P／Z100×98198100Pa／m
填料层压降：△P98100×54905KPa
224 液体分布器简设计
液体分布器选型：该吸收塔液相负荷较气相负荷相较低选槽式分布器
分布点密度计算：
Eckert建议值D400时喷淋点密度330点／m2D750时喷淋点密度170点／m2设计取喷淋密度280点／m2
总布液孔数：n0785×052×28055 实际总布液孔数：54点
布液计算：
13
取
14
3 辅助设备计算选型
31 填料支承设备
支填料支承装置支承塔填料持气体液体质量时起着气液流道气体均布作设计支承板应满足列三基条件：（1）截面塔截面填料空隙率（2）足够强度承受填料重量填料空隙液体（3）定耐腐蚀性
竖扁钢制成栅板作支承板常图中（a）栅板制成整块分块般直径500mm时制成整块直径600～800mm时分成两块直径900～1200mm时分成三块直径1400mm时分成四块块宽度约300～400mm间便拆装
栅板条间距离应约填料环外径06～07直径较塔中填料环尺寸较采间距较栅板先布满尺寸较十字分隔瓷环放置尺寸较瓷环样栅板截面较图（c）示
栅板结构满足截面求时采图（b）示升气式支承板气相走升气齿缝液相孔缝底部溢流类支承板足够齿缝时气相截面积超整塔德横截面积绝会造成液泛
设计塔径D500mm采结构简单截面较金属耗量较竖扁钢制成栅板作支承板制成整块栅板条间距离约247mm改善边界状况采间距栅条然正方形排列瓷质十字环作渡支承取较孔隙率采φ50mm填料φ75mm十字环
填料支撑装置保证填料塔操作性具重作采结构简单截面较金属耗量较栅板作支撑板改善边界状况采间距栅条然正方形排列瓷质十字环作渡支撑取较孔隙率采填料十字环
塔径D500mm设计栅板制成整块块宽度400mm块重量超
15
700N便孔进行装卸
（a）栅板 （b）升气式 （c）十字隔板环层
32填料压紧装置
填料方安装压紧装置防止气流作填料床层发生松动跳动填料压紧装置分填料压板床层限制板两类类型式填料压板放置填料层端身重量填料压紧适陶瓷石墨等制成易发生破碎散装填料床层限制板金属塑料等制成易发生破碎散装填料规整填料床层限制板固定塔壁影响液体分布器安装采连续塔圈固定塔螺钉固定塔壁塔支耳固定设计中填料塔填料装填方安装填料压紧栅板
33液体分布装置
气液两相填料层中流动时受阻力影响易发生偏流现象导致乱堆填料层气液分布均传质效率降防止偏流间隔定高度填料层设置分布装置流体先收集重新分布简单分布装置截锥式分布器结构简单安装方便选择截锥式分布器
设计采分配锥形分布器简单壁流液体分配锥导入中央截锥头直径般 设计取500×08400mm增加气体流截面积分配锥开设4孔锥体塔壁夹角取取h80mm
16
4 设计览表
填料吸收塔设计览表
吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔
工艺参数
名 称
混合气处理量：2600
物料名称
清水
氨气
操作压力kPa
101．3
1013
操作温度℃
20
20
流速ms
125079
156729
液体密度kgm3
9982
0991
流量kgh
2455
3076
塔径mm
500
填料层高度mm
5000
压降KPa
4905
分布点数
55（实际：54）
黏度kg(m*h)
36
00656
表面张力kgh
940896
427680(聚乙烯)
17
5 记
周时间课程设计现终完成次课程设计化工原理课程设计水吸收氨程填料塔设计关吸收中填料塔设计填料塔塔装量填料相接触构件气液传质设备填料塔结构较简单压降低填料易耐腐蚀材料制造等优点
填料选择中济方面考虑采聚丙烯阶梯环填料填料颗粒采试差法认DN50计算结果较然类填料中尺寸越分离效率越高阻力增加通量减填料费增加DN50计算Dd值符合阶梯环推荐值
解决面问题通查找手册类书籍确定辅助设备选型选择栅板支承装置作填料支撑选择喷淋装置
设计设计填料塔持液量填料塔结构较简单造价适合操作范围填料润湿效果差液体负荷重时易产生液泛宜处理易聚合含固体悬浮物物料等
通次课程设计中体会课程设计校学生必须程通课程设计锻炼毕业设计坚实基础充分理解化工原理课程重性实性更特方面解设计实际单元操作设计中涉方面注意问题解
通次填料吸收塔设计培养力：首先培养查阅资料选公式数力次技术行性济合理性两方面树立正确设计思想分析解决工程实际问题力熟练应计算机绘图力简洁文字图表表达设计思想力仅学知识应实际中知识种巩固提升充实老师学帮助时求完成设计务通次课程设计获重知识时提高实际动手知识灵活运力
18
6 参考文献
1贾绍义柴诚敬编化工原理课程设计（化工传递单元操作课程设计）天津：天津学出版社2002
2付家新等 化工原理课程设计(典型化工单元操作设备设计)北京：化学工业出版社2010
3匡国柱史启等化工单元程设备课程设计 北京：化学工业出版社2002
4 林均传浩杨静等编化工制图高等教育出版社2007
5中国石化集团海工程限公司编化工工艺设计手册 北京：化学工业出版社 2009
19
7 符号说明
——填料层效传质表面积（m²m³）
——填料层润滑表面积m²m³
——吸收数次
——填料直径mm
——填料量直径mm
——扩散系数m²s 塔径
——亨利系数KPa
——重力加速度kg(m²h)
——溶解度系数kmol (m³KPa)
——气相总传质单元高度m
——气膜吸收系数 kmol (m³sKPa)
——气相总传质系数次
——气膜吸收系数 kmol (m³sKPa)
——气体通常数8314kJ(kmolK)
——解吸子
——温度0C
——空塔速度ms
——液泛速度ms
——惰性气体流量kmolh
——混合气体体积流量m3h
——混合气体流量kmolh
——吸收液量 kmolh
——填料子 m1
——吸收剂量kmolh kmols
——压降填料子 m1
Ψ——液体密度校正系数
x——溶质组分液相中摩尔分率 次
y——溶质组分液相中摩尔分率 次
Z——填料层高度 m
min——
max——
——粘度 Pas
——密度 kgm3
——表面张力 Nm
ε——孔隙率
——相衡常数次
20
8 附图（工艺流程简图体设备设计条件图）
采常规逆流操作流程．工艺流程图
塔设备设计图
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化工原理课程设计
水吸收氨气填料塔设计
学 院 医药化工学院
专 业 化学工程工艺
班 级
姓 名
学 号
指导教师
2011年X月X日
目 录
前言…………………………………………………………………………………1
1 水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介 …………………………………………4
11务操作条件…………………………………………………………………4
12设计案确定 …………………………………………………………………4
13填料选择……………………………………………………………………4
2 工艺计算 …………………………………………………………………………6
21 基础物性数…………………………………………………………………6
211液相物性数 ………………………………………………………6
212气相物性数 ………………………………………………………6
213气液相衡数 ………………………………………………………6
214 物料衡算 ………………………………………………………………7
22 填料塔工艺尺寸计算……………………………………………………7
221 塔径计算 ……………………………………………………………7
222 填料层高度计算 ………………………………………………………9
223 填料层压降计算 ……………………………………………………12
224 液体分布器简设计………………………………………………13
3 辅助设备计算选型 ……………………………………………………15 31 填料支承设备 ……………………………………………………………15
32填料压紧装置……………………………………………………………… 16
33液体分布装置………………………………………………………………16
4 设计览表………………………………………………………………… 17
5 记………………………………………………………………………………18
6 参考文献…………………………………………………………………………10
7 符号说明……………………………………………………………………10
8 附图（工艺流程简图体设备设计条件图）
前 言
炼油石油化工精细化工食品医药环保等部门塔设备属量应面广重单元设备塔设备广泛蒸馏吸收萃取洗涤传热等单元操作中塔设备研究直国外学者普遍关注重课题
化学工业中常需气体混合物中组分加分离目回收气体混合物中物质制取产品工艺气体中害成分气体净化便进步加工处理工业放空尾气中害成分免污染空气吸收操作气体混合物分离方法根混合物中组分某种溶剂中溶解度达分离目
塔设备结构形式基分两类板式塔填料塔前工业生产中处理量时板式塔处理量时采填料塔年填料塔结构改进新型高负荷填料开发提高塔通力分离效保持压降性稳定等特点填料塔已推广型气液操作中某场合代传统板式塔直径米甚十米型填料塔工业已非罕见着填料塔研究开发性优良填料塔必量工业生产中
综合考察分离吸收设备中填料塔代表填料塔技术类工业物系分离然设计重点塔体塔件等核心部分相配套外部工艺换热系统应视具体工程特殊性作相应改进例DMF回收装置扩产改造项目中求利原常压塔塔顶蒸汽工艺常压塔新增减压塔间采双效蒸馏技术达降低耗提高产量双重效果硝基氯苯分离项目中改原塔精馏两端结晶工艺单塔精馏端结晶流程富间硝基氯苯母液进行精馏分离获99间硝基氯苯提高产品质量取降低 耗技术效果
程优缺点：分离技术指没化学反应情况分离出混合物中特定组分操作种操作包括蒸馏吸收解吸萃取结晶吸附滤蒸发干燥离子交换膜分离等利分离技术社会提供量源化工产品环保设备国民济起着重作填料塔设计获满足分离
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求佳设计参数(理板数热负荷等)优操作工况(进料位置回流等)准确计算出全塔处组分浓度分布(尤腐蚀性组分)温度分布汽液流率分布等常采高效填料塔成套分离技术20世纪80年代高效填料塔件技术代表新型填料塔成套分离工程技术国受普遍重视具高效低阻通量等优点广泛应化工石化炼油工业部门类物系分离
氨化工生产中极重生产原料强烈刺激性气味体健康气环境会造成破坏污染氨接触皮肤组织腐蚀刺激作吸收皮肤组织中水分组织蛋白变性组织脂肪皂化破坏细胞膜结构氨溶解度极高动物体呼吸道刺激腐蚀作常吸附皮肤粘膜眼结膜产生刺激炎症麻痹呼吸道纤毛损害粘膜皮组织病原微生物易侵入减弱体疾病抵抗力氨通常气体形式吸入体氨吸入肺容易通 肺泡进入血液血红蛋白结合破坏运氧功进入肺泡氨少部分二氧化碳中余吸收血液少量氨汗液尿液呼吸排出体外
短期吸入量氨气会出现流泪咽痛咳嗽胸闷呼吸困难头晕呕吐乏力等吸入氨气导致血液中氨浓度高会通三叉神末梢反射作引起心脏停搏呼吸停止危生命
长期接触氨气部分会出现皮肤色素沉积手指溃疡等症状氨气呼入肺容易通肺泡进入血液血红蛋白结合破坏运氧功短期吸入量氨气出现流泪咽痛声音嘶哑咳嗽痰带血丝胸闷呼吸困难伴头晕头痛恶心呕吐乏力等严重者发生肺水肿成呼吸窘迫综合症时生呼吸道刺激症状吸收空气中氨防止氨超标具重意义
避免化学工业产生量含氨气工业尾气直接排入气造成空气污染需采定方法工业尾气中氨气进行吸收次课程设计 目根设计求采填料吸收塔吸收方法净化含氨气工业尾气
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达排放标准设计采填料塔进行吸收操作填料提供巨 气液传质面积填料表面具良湍流状况吸收程易进行填料塔具结构简单压降低填料易耐腐蚀材料制造等优点吸收操作程节省量力物力
利混合气体中组分种液体(溶剂)中溶解度差异实现组分分离程称气体吸收气体吸收种重分离操作化工生产中达种目(1)分离混合气体获定组分(2)害组分净化气体(3)制备某种气体溶液完整吸收分离程包括吸收解吸两部分典型程单塔塔逆流流加压减压等
3
1水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介
11务操作条件
①混合气(空气NH3 )处理量： 2600
②进塔混合气含NH3 7 (体积分数)温度20℃
③进塔吸收剂(清水)温度20℃
④ NH3回收率：96
⑤操作压力常压1013k Pa
12设计方案确定
化学工业中常需气体混合物中组分加分离目回收气体混合物中物质制取产品工艺气体中害成分气体净化便进步加工处理工业放空尾气中害成分免污染空气吸收操作气体混合物分离方法根混合物中组分某种溶剂中溶解度达分离目
氨化工生产中极重生产原料强烈刺激性气味体健康气环境会造成破坏污染避免化学工业产生量含氨气工业尾气直接排入气造成空气污染需采定方法工业尾气中氨气进行吸收次化工原理课程设计目根设计求采常压常温填料吸收塔吸收方法净化含氨气工业尾气达排放标准设计采填料塔进行吸收操作填料提供巨气液传质面积填料表面具良湍流状况吸收程易进行填料塔具结构简单压降低填料易耐腐蚀材料制造等优点吸收操作程节省量力物力
13填料选择
塔填料（简称填料）填料塔核心构件提供气液两相相接触传质传热表面性优劣决定填料塔操作性素填料表面积越气液分布越均匀传质效率越高塔件起决定填料塔性
4
质填料选择填料塔设计重环节
塔填料选择包括确定填料种类规格材料填料种类传质效率通量填料层压降考虑填料规格选择常符合填料塔径填料公称直径值Dd
散装填料具定形状尺寸颗粒体般机方式堆积塔称乱堆填料颗粒填料散装填料根结构特点分环形填料鞍形填料环鞍形填料球形填料等
拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍形填料 矩鞍形填料
塑料填料材质包括聚丙烯聚乙烯聚氯乙烯等国般采聚丙烯材质塑料填料耐腐蚀性较耐般机酸碱机溶剂腐蚀耐温性良长期100℃
设计选填料塔填料散装聚丙烯DN50阶梯环填料
国阶梯环特性数
材质
外径
dmm
外径×高×厚
d×H×δ
表面积
atm2m3
空隙率
εm3m3
数
nm3
堆积密度
ρpkgm3
干填料子
atε3m1
填料子
Φm1
塑
料
25
38
50
76
25×175×14
38×19×1
50×30×15
76×37×3
228
1325
1142
8995
090
091
0927
0929
81500
27200
9980
3420
978
575
768
684
313
1756
1431
112
240
120
80
72
5
2 工艺计算
21基础物性数
211液相物性数
低浓度吸收程溶液物性数似取纯水物性数手册查20℃水关物性数：
密度：ρ1 9982Kg／m3
粘度：μL1005mPa·S 0001Pa·S36Kg／（m·h）
表面张力：σL 726dyn／cm940 896Kg／h2
氨气水中扩散系数：DL180×109 m2s180×109×3600 m2h6480 ×106m2h
212气相物性数
混合气体均摩尔质量：
MVMΣyiMi0070×17+0930×292816
混合气体均密度：
ρvm1013×2816／(8314×293)1171Kg／m3
混合气体粘度似取空气粘度查手册20℃空气粘度：
μV181×10—5Pa·s0065Kg／（m·h）
查手册氨气20℃空气中扩散系数： Dv 0189 cm2s0068 m2s
213气液相衡数
20氨水中溶解度系数：常压20℃时亨利系数：9982／(0725×1802)7640Kpa
相衡常数：
6
214 物料衡算
进塔气相摩尔：Y10070／（1—0070）0075
出塔气相摩尔：Y2Y1（1—φ）0075×（1—0998）000015
进塔惰性气相流量：
V2600／224×273／（273+20）×（1—0070）1006Kmol／h
该吸收程属低浓度吸收衡关系直线液气式计算：
（）min
纯溶剂吸收程进塔液相组成 X20
（）min（0075—000015）／[0075／(0754—0)]0752
取操作液气液气18倍
18×07521354 L1354×100613622Kmol／h
全塔物料衡算：
V（Y1—Y2）L（X1—X2） X11006×(0075—000015) ／13622005528
22 填料塔工艺尺寸计算
221 塔径计算
混合气体密度：
7
塔径气相质量流量：2600×11833076Kg／h
液相质量流量似纯水流量计算 13622×18022455㎏h
塑料阶梯环特性数
贝恩—霍根关联式计算泛点气速：
查表表面积： 1142m2m3 A0204K1750927 ：
—0508 0310
计算： 423ms 取u 08uF1×423ms 423ms
D [（4×2600／3600）／（314×423）] 050466m
圆整塔径取 D05m（常标准塔径400500600700800100012001400160020002200）
8
泛点率校核 u2600／3600／(0785×052)368m／s
368／423×100％8700％（允许范围）
填料规格校核：
D／d500／5010>8
液体喷淋密度校核：
填料50mm×25mm×15mm塔径填料尺寸8固取润湿速度（Lw）min008 m3(m·h)查常散装填料特性参数表at1142m2m3
Umin（LW）min· at 008×11429136m3／m2·h
U13622×1802／9982／（0785×052）1253>Umin
校核知填料塔直径选D 500mm合理
222 填料层高度计算
查表知 01013 空气中扩散系数：
2931013空气中扩散系数：
液相扩散系数：
Y1*mX10754×0055280042 Y2*mX20
9
脱吸数：SmV／L0754×1006／1362205568
气相总传质单元数：
1／（1—05568）ln[（1—05568）×（0075—0）／（000015—0）]1219
气相总传单元高度采修正思田关联式计算：
液体质量通量UL13622×1802／(0785×052)125079Kg／m2·h
气体质量通量Uv2600×1183／ (0785×052)156729Kg／m2·h
气相总传质单元高度采修正恩田关联式计算：
材质бc值见表
材质бc值
材质
钢
陶瓷
聚乙烯
聚氯乙烯
碳
玻璃
涂石蜡表面
表面张力Nm×103
75
61
33
40
56
73
20
查表知
1—exp{—145×（427680／940896）075×[12507 9／（1142×36）] 01×[12507 9×1142／（99822×127×108）] 005 ×[1250792／（9982×940896×1142）] 02}1—e0760534
10
气膜吸收系数式计算：
液膜吸收系数式计算：
查表：
类填料形状系数
填料类型
球
棒
拉西环
弧鞍
开孔环
Ψ值
072
075
1
119
145
368／423×100％8700％>50％
11
ZHOGNOG02758×1219336m
Zˊ14×3364704m
设计取填料层高度： Zˊ5m
查表阶梯环填料hmax6m 设计填料层高度：5m
223 填料层压降计算
采Eckert通关联图计算填料层压降
横坐标：
已知：
坐标：
12
通压降关联图
查图图△P／Z100×98198100Pa／m
填料层压降：△P98100×54905KPa
224 液体分布器简设计
液体分布器选型：该吸收塔液相负荷较气相负荷相较低选槽式分布器
分布点密度计算：
Eckert建议值D400时喷淋点密度330点／m2D750时喷淋点密度170点／m2设计取喷淋密度280点／m2
总布液孔数：n0785×052×28055 实际总布液孔数：54点
布液计算：
13
取
14
3 辅助设备计算选型
31 填料支承设备
支填料支承装置支承塔填料持气体液体质量时起着气液流道气体均布作设计支承板应满足列三基条件：（1）截面塔截面填料空隙率（2）足够强度承受填料重量填料空隙液体（3）定耐腐蚀性
竖扁钢制成栅板作支承板常图中（a）栅板制成整块分块般直径500mm时制成整块直径600～800mm时分成两块直径900～1200mm时分成三块直径1400mm时分成四块块宽度约300～400mm间便拆装
栅板条间距离应约填料环外径06～07直径较塔中填料环尺寸较采间距较栅板先布满尺寸较十字分隔瓷环放置尺寸较瓷环样栅板截面较图（c）示
栅板结构满足截面求时采图（b）示升气式支承板气相走升气齿缝液相孔缝底部溢流类支承板足够齿缝时气相截面积超整塔德横截面积绝会造成液泛
设计塔径D500mm采结构简单截面较金属耗量较竖扁钢制成栅板作支承板制成整块栅板条间距离约247mm改善边界状况采间距栅条然正方形排列瓷质十字环作渡支承取较孔隙率采φ50mm填料φ75mm十字环
填料支撑装置保证填料塔操作性具重作采结构简单截面较金属耗量较栅板作支撑板改善边界状况采间距栅条然正方形排列瓷质十字环作渡支撑取较孔隙率采填料十字环
塔径D500mm设计栅板制成整块块宽度400mm块重量超
15
700N便孔进行装卸
（a）栅板 （b）升气式 （c）十字隔板环层
32填料压紧装置
填料方安装压紧装置防止气流作填料床层发生松动跳动填料压紧装置分填料压板床层限制板两类类型式填料压板放置填料层端身重量填料压紧适陶瓷石墨等制成易发生破碎散装填料床层限制板金属塑料等制成易发生破碎散装填料规整填料床层限制板固定塔壁影响液体分布器安装采连续塔圈固定塔螺钉固定塔壁塔支耳固定设计中填料塔填料装填方安装填料压紧栅板
33液体分布装置
气液两相填料层中流动时受阻力影响易发生偏流现象导致乱堆填料层气液分布均传质效率降防止偏流间隔定高度填料层设置分布装置流体先收集重新分布简单分布装置截锥式分布器结构简单安装方便选择截锥式分布器
设计采分配锥形分布器简单壁流液体分配锥导入中央截锥头直径般 设计取500×08400mm增加气体流截面积分配锥开设4孔锥体塔壁夹角取取h80mm
16
4 设计览表
填料吸收塔设计览表
吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔
工艺参数
名 称
混合气处理量：2600
物料名称
清水
氨气
操作压力kPa
101．3
1013
操作温度℃
20
20
流速ms
125079
156729
液体密度kgm3
9982
0991
流量kgh
2455
3076
塔径mm
500
填料层高度mm
5000
压降KPa
4905
分布点数
55（实际：54）
黏度kg(m*h)
36
00656
表面张力kgh
940896
427680(聚乙烯)
17
5 记
周时间课程设计现终完成次课程设计化工原理课程设计水吸收氨程填料塔设计关吸收中填料塔设计填料塔塔装量填料相接触构件气液传质设备填料塔结构较简单压降低填料易耐腐蚀材料制造等优点
填料选择中济方面考虑采聚丙烯阶梯环填料填料颗粒采试差法认DN50计算结果较然类填料中尺寸越分离效率越高阻力增加通量减填料费增加DN50计算Dd值符合阶梯环推荐值
解决面问题通查找手册类书籍确定辅助设备选型选择栅板支承装置作填料支撑选择喷淋装置
设计设计填料塔持液量填料塔结构较简单造价适合操作范围填料润湿效果差液体负荷重时易产生液泛宜处理易聚合含固体悬浮物物料等
通次课程设计中体会课程设计校学生必须程通课程设计锻炼毕业设计坚实基础充分理解化工原理课程重性实性更特方面解设计实际单元操作设计中涉方面注意问题解
通次填料吸收塔设计培养力：首先培养查阅资料选公式数力次技术行性济合理性两方面树立正确设计思想分析解决工程实际问题力熟练应计算机绘图力简洁文字图表表达设计思想力仅学知识应实际中知识种巩固提升充实老师学帮助时求完成设计务通次课程设计获重知识时提高实际动手知识灵活运力
18
6 参考文献
1贾绍义柴诚敬编化工原理课程设计（化工传递单元操作课程设计）天津：天津学出版社2002
2付家新等 化工原理课程设计(典型化工单元操作设备设计)北京：化学工业出版社2010
3匡国柱史启等化工单元程设备课程设计 北京：化学工业出版社2002
4 林均传浩杨静等编化工制图高等教育出版社2007
5中国石化集团海工程限公司编化工工艺设计手册 北京：化学工业出版社 2009
19
7 符号说明
——填料层效传质表面积（m²m³）
——填料层润滑表面积m²m³
——吸收数次
——填料直径mm
——填料量直径mm
——扩散系数m²s 塔径
——亨利系数KPa
——重力加速度kg(m²h)
——溶解度系数kmol (m³KPa)
——气相总传质单元高度m
——气膜吸收系数 kmol (m³sKPa)
——气相总传质系数次
——气膜吸收系数 kmol (m³sKPa)
——气体通常数8314kJ(kmolK)
——解吸子
——温度0C
——空塔速度ms
——液泛速度ms
——惰性气体流量kmolh
——混合气体体积流量m3h
——混合气体流量kmolh
——吸收液量 kmolh
——填料子 m1
——吸收剂量kmolh kmols
——压降填料子 m1
Ψ——液体密度校正系数
x——溶质组分液相中摩尔分率 次
y——溶质组分液相中摩尔分率 次
Z——填料层高度 m
min——
max——
——粘度 Pas
——密度 kgm3
——表面张力 Nm
ε——孔隙率
——相衡常数次
20
8 附图（工艺流程简图体设备设计条件图）
采常规逆流操作流程．工艺流程图
塔设备设计图
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