化-工-原-理-课-程-设-计.doc

池州学院成人教育学院

毕业设计报告书

课题名称：水吸收氨填料塔设计
专 业：化学工艺
班 级：07高职
学生姓名：徐瑞
学 号：002001013
指导教师：吴民强

完成时间： 年 月 日

课程设计任务书
1、设计题目：年处理量为　2400　　　吨氨气的工艺设计；
试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为2000～3900（m3/h），其中含空气为95％，氨气为5％（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02％（体积分数），采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。（20C°氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/m3.kPa）
2、工艺操作条件：
（1）操作平均压力 常压
（2）操作温度 t=20℃
（3）每年生产时间：7200h。
（4）选用填料类型及规格自选。
3、设计任务：
完成干燥器的工艺设计与计算，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吸收塔的工艺条件图，编写设计说明书。
4、参考书：
（1）化工原理教研室.《化工原理课程设计指导书》，吉林化工学院编；
（2）谭天恩.麦本熙.《化工原理》下册，化学工业出版社出版；
（3）匡国柱.史启才.《化工单元过程及设备课程设计》；
（4）《化工设计全书》编辑委员会.金国淼等编.《吸收设备》化学工业出版社；
（5）陈丙恒等编《化工原理》下册，化学工业出版社出版；
（6）黄英主编。《化工过程设计》，西北工业大学出版社
（7）其它参考书

目录
设计任务书
摘 要
第1章 绪 论
1.1填料塔的结构特点
1.2吸收设备的发展
1.3吸收填料塔在生产中的工作原理
第2章 设计方案
2.1吸收剂的选择
2.2吸收工艺流程的确定
2.2.1吸收工艺流程的特点
2.2.2吸收工艺流程流程图及工艺过程说明
2.3吸收塔设备及填料的选择
2.3.1吸收塔填料种类的选择
2.3.2吸收塔填料规格的选择
2.3.3吸收塔填材质的选择
2.4操作条件的选择
2.4.1操作温度的选择
2.4.2操作压力的选择
第3章 吸收塔的工艺计算
3.1基础物性数据
3.1.1液相物性数据
3.1.2气相物性数据
3.1.3气液相平衡数据
3.2物料衡算
3.3 填料塔的工艺尺寸的计算
3.3.1塔径的计算
3.4填料塔填料层高度的计算
3.4.1传质单元高度计算
3.4.2传质单元数的计算
5.2.3填料层高度
3.5塔附属高度的计算
3.6液体分布器的计算
3.6.1液体分布器
3.6.2布液孔数
3.6.3塔底液体保持管高度
3.7其它附属塔内件选择
3.8吸收塔的流体力学参数计算
3.8.1吸收塔的压力降
3.8.2吸收塔的泛点率
3.8.3气体动能因子
工艺设计计算结果汇总与主要符号说明
设计小结
主要参考文献
结束语

摘要
在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。
氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。

关键词： 有害成分 分离 溶解度 吸收

第1章 绪论
1.1填料塔的结构特点
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。

填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。

填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。
1.2吸收设备的发展
早在2001年该公司科研人员在生产实践中首次发现草甘膦生产过程中产生氯甲烷，提出了正确的反应机理，开发了DCS自动补气平衡系统和以新型波纹填料塔为核心的多级水洗、碱洗、吸附、干燥技术，净化回收率达95%以上，成功地解决了回收氯甲烷产气点多、产气不稳定以及含有大量杂质等问题。
2001年杭氧、开空、川空和中国空分设备公司等主要企业以填料塔、全精馏制氩、内压缩流程为代表的新一代大型空分设备占据了国内2万m~3／h以下空分设备市场，生产任务也都十分饱满。
2000年前后，朱夏霖在江苏丹阳市某化工厂了解到，生产乙苯的填料塔开车成本偏高，分离效率低，原因在于塔体内盘式分离器通透率低，每小时处理量只有4.25吨，没有达到6吨的处理标准，其原因是塔壁流没能得到利用。
2000年，南京炼油厂采用填料塔技术对偏三甲苯精馏塔进行了技术改造，扩大了装置的生产能力，装置处理量得到大幅度的提高。
2000年检修时,对净化系统的循环酸增加一级沉淀,溢流进人另一循环槽,通过泵打人板式冷却器再进入填料塔。
遂于2000年4月对解吸塔进行了全面改造,将 原浮阀塔改为填料塔。

1999年,有文献报道,填料塔中的三相精馏过程,在特定的条件下,不会显著降低传质效率。
1999年后 洗苯塔阻力逐渐上升 特别是花环填料塔 阻力最高达到 30 0 0Pa使煤气鼓风机负荷增大 鼓风机后煤气压升多次超出额定值 须频繁停塔清扫等强化操作。
1999年 德国有文献报道 填料塔中的三相精馏过程 在特定的条件下 不会显著降低传质效率。

为解决这些问题，株冶于1998年7月对填料塔进行改造，取得了明显的效果。
1998年7月,将脱甲烷塔改为填料塔。
1998年8月，由天大天财公司填料塔新技术分公司和天大化工所、茂名石化公司设计院共同设计的我国最大的500万吨／年原油常减压装置，在广东茂名一次开车成功，使茂名石化公司的炼油能力达到每年1350万吨，成为我国第一个千万吨级的炼油基地。

1997年9月，天津大学校办企业天财资讯系统工程公司、天津大学填料塔新技术公司、天津华通高新技术公司整体改制，再由天津大学、中国船舶工业总公司707研究所、天津大学事业发展总公司、天津经济建设投资集团、海南琼海农贸产品交易批发中心等7家机构共同筹组发起天大天财公司。
1997年,该公司对此作了改进:尾气经冷却后,经两级缓冲和两级填料塔过滤后进合成炉。
据悉，1997年天津大学作为主发起人，将天津大学填料塔新技术公司等公司的经营性净资产6500万元作为出资发起设立了天大天财，其中填料塔新技术公司净资产2780万元，占总投入的42.7％
1997年随天大天财在深交所上市改制成为天津天大天财股份有限公司填料塔新技术分公司，2000年6月改制为天津天大天久科技股份有限公司。
1997年9月，在原天津大学天财信息系统工程中心、天津大学填料塔新技术公司、天津华通高新技术公司整体改制的基础上，由天津大学、中国船舶工业总公司七零七研究所、天津大学实业发展总公司等共同发起，并向社会公众公开发行股票，以募集方式设立了天大天财。

1996年，经过考察研究，决定采用石家庄正元塔器开发公司的专利技术，利用大修机会，将变换工段饱和热水塔由原来的填料塔改造为新型高效垂直板塔。
1996年初,虽用一台金属孔板我们在粗苯装置的操作上采取了以下措施,取得了波纹填料塔代替了4台木格塔,但由于蒸汽压力低,较好的效果。

1994年后我们又将原填料塔进行改造设计，设计时总结了原老系统设备浮阀，筛板复合塔板的改造和运行情况，并进行了改进，增设了一旋流除雾板。

1993年三季度末主体设备由制造厂运抵本厂，同时联苯炉，波型截止阀、减速器传动装置、变频器、电器控制箱，铸带槽、工艺管道、计量泵、填料塔等辅助装置也相继到厂。
但随着植物油精炼工艺的发展和进步，FH公司自1993年起在植物油脱臭工艺上采用了最新研制的结构填料塔。

1992年获天津大学博士学位，长期从事传质与分离工程、大型填料塔的数学模拟和工业应用、数字化学工程、工业污水处理工程与技术、生物膜技术等方面的研究，现任精馏技术国家工程研究中心副主任。

简述了至1991年底为止填料塔研究方面的进展，侧重于近期与国内的研究工作。
年底、1991年初,填料塔都由于此种原因而发生“液泛”
1991年采用高效填料塔技术改造以后，排放水质达到标准，而且回收了甲醇，保护了环境，降低了甲醇的消耗。
天津大学填料塔新技术公司1991年引进了苏尔寿公司的Melapak自动生产线，并自已开发了碳钢渗铝板波纹填料；清华大学和上海化工研究院分别开发了压延板网波纹填料；中石化洛阳工程公司开发了LH型规整填料。
早在1991年，天津大学依靠化学工程学科在填料技术方面的优势，建立了天津大学填料塔新技术有限公司，在全国改造各类塔器近万个，取得了巨大的经济效益。

因此,1990年经国家科委和国家教委批准,在我校成立了国家级行业性研究推广中心“新型填料塔和高效填料研究推广中心”
1990年国家科委批准在天津大学成立“新型填料塔及高效填料研究推广中心”
在1990年的年产8万吨合成氨节能技术改造时，我厂将脱碳的两塔改为填料塔，改后脱碳的生产状况大大改善。
1990年国家科委将国家填料塔及内件技术研究推广中心设在该公司，并被列为国家“八五”九五”科技成果重点推广项目依托单位。
1990年，国家科委将国家级化工填料塔及内件技术推广中心设在了该公司。
1990年，国家科委将国家级化工填料塔及内件技术研究推广中心设在该公司。
1990年，国家科技部将国家级化工填料塔及内件技术研究推广中心设在了天大天久公司。

1989年对原闲置的另一座苹取塔进行技术改造，由原内驱动转盘塔改为短距阶梯环填料塔。
后经论证，1989年大修期间将板式塔改造为高效填料塔。

1988年参照本厂将酚精制抽提塔改成新型填料后取得的经验,也将转盘塔改成了阶梯环填料塔。

1987年元旦试车成功后,投产运行一年证明填料塔确有许多优点,但也存在一些问题。
“官、产、学”结合促进科技成果转化天津大学“新型填料塔及高效填料研究推广中心”天津大学填料塔新技术公司天津大学研究开发的“具有新型塔内件的高效填料塔”技术，1987年获国家科技进步三等奖，1989年列为国家科委第一批全国重点推广项目。

1986年底大检修时,对部分设备进行了改造,用填料塔取代了浮阀塔。

在推广新技术过程中，天津大学填料塔新技术公司也得到了迅速发展，从1985年资金为零，目前发展到拥有3000多万元资产的中型企业，成立研究推广中心后的1990～1995年共创利税3500万元。

1982年4月在直径5.3米的油洗塔及直径5.1米的水洗塔中,将上段的浮阀塔板改为充填英塔洛克斯金属填料的填料塔。

1980年5月开始进行了阶梯环填料塔的试验,获得成功。
1980年,Merchuk川曾将填料塔作为氧合器,对几种较小尺寸的填料进行了传质性能的测定,并进行了血液氧合过程的尝试川。

1977年Simonsl’吩绍了脉冲填料塔在己内酚胺生产中的应用，并提出脉冲填料塔的传质效率与塔径和塔中是否存在反应无关，因而具有易于放大的优点。

故于1973年5月提出在石灰石填料塔内用水冼涤尾气的方案。
我们从1973年开始使用到现在已近十三年,湍球塔不仅可用于乙炔冷却、清净和中和(我厂1982年为扩大乙炔生产能力,但当时买不到大直径的塑料管,所以乙炔工段的湍球塔只好改为填料塔)而且也可用于水洗塔,这在全国聚氯乙烯生产上也是首创,对防腐力量薄弱的地区也有很强的适应性。

到1972年苏尔采公司已建造了12个CY堑填料塔,并且已成功地运转着。
1972年以来,以欧美为中心的世界硫酸制造所用的填料塔逐渐改换成陶瓷阶梯环,目前包括新建在内其总数可达100座。

1971年Spaay等采用不同材质、不同尺寸的拉西环较为详尽地研究了脉冲填料塔的两相流动、轴向混合和传质特性，给出了特性速度、液滴直径的经验关联式。

1970年，我国建成第一座金属丝网波纹填料塔，20多年来估计有数百座金属丝网波纹填料塔投人生产。

1969年，Viviantl＊ 将一个填料塔固定在大离心机的旋转臂上，首次测定了离心加速度对传质效率的 影响。

1966年,用于分离水和重水的第一个苏尔采填料塔在法国投产。
自1966年世界上建立起莽一批网波填料塔以来,十多年的实践证明,风波填料具有效率高、负荷大、压降低、滞液星小、几乎无放大效应以及易于机械化加工等优点,因此其应用得到了迅速发展。

1964年国际燕馏会议认为是填料塔放大以后液体分布不均所致。

在1951年Danckwerts〔侧针对渗透理论假定旋涡在界面上停留一个固定的时间的不合理性，特别对搅拌槽、乱堆填料塔、鼓泡塔、喷雾塔，其中的气泡和液滴有较宽的尺度分布，对渗透理论进行改进，提出了表面更新理论。

1950年后，填料塔进入了缓慢发展时期，在这个时期内，人们注意了对塔内件的研究，力图解决填料塔的放大问题，但由于各种板式塔的出现及其成功应用，使填料塔倍受冷落。
1950年 以后，填料塔进入了缓慢发展时期，在这个时期内，人们注意了塔内件的研究，力图解决填料塔的放大问题，但由于各种板式塔的出现极其成功应用，使填料 塔受到了冷落。

1937年斯特曼填料的出现，使填料和填料塔又进入了现代发展时期。

自从1914年出现拉西环填料以后，填料塔的发展进入了科学的轨道。
1914年瓷质拉西环的问世,标志着填料塔进入了科学发展的年代。
1914年第一代有规填料拉西环（Raschingring）的出现，使填料塔的发展进人了科学轨道。
1914年Rachig环问世,标志着第一代乱堆填料的诞生,但实际生产效果仍没有很大的提高,人们开始意识到汽液分布性能对填料塔操作的重要性
1.3吸收填料塔在工厂中的工作原理
氨气吸收塔气体从塔体下方进气口沿切向进入填料塔，在通风机的动力作用下，迅速充满进气段空间，然后均匀地通过均流段上升到第一级填料吸收段。在填料的表面上，气相中的氨气溶解与水中，反应生成物质（为氨水）随吸收液流入下部贮液槽。未完全吸收的氨气继续上升进入第一级喷淋段。在喷淋段中吸收液从均布的喷嘴高速喷出，形成无数细小雾滴，与气体充分混合接触，继续发生吸收反应，然后氨气上升到二级填料段、喷淋段进行与第一级类似的吸收过程。第二级与第一级喷嘴密度不同，喷液压力不同，吸收氨气浓度范围也有所不同。在喷淋段及填料段两相接触的过程也是传质的过程。通过控制空塔流速与滞留时间保证这一过程的充分与稳定。塔体的最上部是除雾段，气体中所夹的吸收液雾滴在这里被清除下来，经过处理后的洁净空气从尾气吸收塔上端排气管排入大气。
第2章 设计方案
吸收过程的设计方案主要包括吸收剂的选择、吸收流程的选择、解吸方法选择、设备类型选择、操作参数的选择等内容.
2.1吸收剂的选择
1，对吸收质的溶解度大，以提高吸收速率并减少吸收剂的需用量。
2，对吸收质的选择性好，对吸收质组分以外的其他组分的溶解度要很低或基本不吸收。
3，挥发性低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。
4，对设备腐蚀性小或无腐蚀性，尽可能无毒。
5，操作温度下吸收剂应具有较低的黏度，且不易产生泡沫，以实现吸收塔内良好的气流接触状况。
6，要考虑到价廉，易得，化学稳定性好，便于再生，不易燃烧等经济和安全因素。

2. 2吸收工艺流程的确定
本次设计采用逆流操作
2.2.1吸收工艺流程的特点
逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。
2.2.2吸收工艺流程图及工艺过程说明
气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底卖出，既逆流操作。
2.3吸收塔设备及填料的选择
2.3.1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：
(1)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
(2)通量要大 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)填料层的压降要低
(4)填料抗污堵性能强，拆装、检修方便
2.3.2．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8。
（2）规整填料规格的选择 工业上常用规整填料的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。
2.2.3.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°C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。
2.4 操作条件的选择
2.4.1操作温度的选择
操作温度选用20℃
2.4.2操作压力的选择
操作压力选用常压，也就是大气压 101.3KPa
第3章 吸收塔的工艺计算
3.1基础物性数据
3.1.1液相物性数据
考虑到填料塔内塔德压力降，塔的操作压力位101.3KPa
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。由手册查得，20℃时水的有关物性数据如下：
密度为 kg/m369
粘度为 =3.6kg/(m·h)
表面张力为
查手册得氨气在水中的扩散系数为
3.1.2气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为

混合气体的平均密度为

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得时空气的黏度为:

由手册查得， 时氨气在空气中的扩散系数为:

3.1.3 气液相平衡数据
常压下20℃时氨气在水中的：
亨利系数 E=76.99
相平衡常数为 m=0.760
溶解度系数 H=0.725
3.2物料衡算
进塔气相摩尔比为

出塔气相摩尔比为：
进塔惰性气相流量为
该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为，X2=0.

取操作液气比为(取操作液气比为最小液气比的1.8倍)

全塔物料衡算:
可得
3.3填料塔的工艺尺寸的计算
3.3.1塔径的计算
填料塔直径的计算采用式子计算
计算塔径关键是确定空塔气速 ,采用泛点气速法确定空塔气速. 泛点气速是填料塔操作气速的上限,填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速才能稳定操作.泛点气速的计算可以采用EcKert通用关联图查图计算,但结果不准确,且不能用于计算机连续计算,因此可采用贝恩-霍根公式计算:

式中

代入以上数据解得泛点气速
∵因为流量不可能为负数
∴
取
则塔径
圆整后取
泛点率校核：

在50%-80%之间,所以符合要求.
填料规格校核：
有 即符合要求.
液体喷淋密度校核：
对于直径不超过75的散装填料塔,取最小润湿速率为：

本设计中填料塔的喷淋密度为:

最小喷淋密度:

说明填料能获得良好的润湿效果.
经以上校核可知，填料塔直径选用D=700mm能较好地满足设计要求。
3.4填料塔填料高度计算
3.4.1传质单元高度计算
传质过程的影响因素十分复杂,对于不同的物系、不同的填料及不同的流动状况与操作条件, 传质单元高度迄今为止尚无通用的计算方法和计算公式.目前,在进行设计时多选用一些准数关联式或经验公式进行计算,其中应用较普遍的是修正的恩田()公式:

查得

液体质量通量为

气膜吸收系数有下式计算：
气体质量通量为：

液膜吸收系数由下式计算：

由 ，查得

则

因为,所以必须对和进行校正,校正计算如下:
由
得

则气相总传质系数为:

由
3.4.2传质单元数的计算

解吸因数为

气相总传质单元数为：

3.4.3填料层高度的计算
由得
（取上下活动系数为1.8）
设计取填料层高度为
查 对于阶梯环填料， h/D=8～15,
取,则
计算得填料塔高度为5000mm，故不需分段.
3.5填料塔附属高度计算
塔上部空间高度可取1.2m, 塔底液相停留时间按1min考虑, 则塔釜所占空间高度为

考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取3m,所以塔的附属高度可以取5m.
所以塔高为
3.6液体分布器计算和再分布器的选择和计算
3.6.1液体分布器
液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。
性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：
⑴液体分布均匀 评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。
①分布点密度。液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差较大。
大致规律是：塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。表3-1列出了散装填料塔的分布点密度推荐值

表3-1 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值
塔径，mm
分布点密度，塔截面
D=400
330
D=750
170
D≥1200
42
②分布点的几何均匀性。分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题。设计中，一般需通过反复计算和绘图排列，进行比较，选择较佳方案。分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。
③降夜点间流量的均匀性。为保证各分布点的流量均匀，需要分布器总体的合理设计、精细的制作和正确的安装。高性能的液体分布器，要求个分布点与平均流量的偏差小于6%。
⑵操作弹性大 液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为2～4，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊设计。
⑶自由截面积大 液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35%以上。
⑷其他 液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便。
按Eckert建议值，D≥1200mm时，喷淋点密度为42点／m2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为100点／m2。
3.6.2布液孔数
（1）液体分布器选型
本设计中塔径较小，故此选用管式液体分布器。
（2）分布点密度计算
该塔的塔径较小，且填料的比表面积较大，故应选较大的分布点密度。设计中取分布点密度为150点/m2。
布液点数为 点
按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：主管直径，支管直径.采用7根支管，支管中心距为65mm，采用正方形排列，实际布点数为点。布液点示意图如下：(要求绘图)
图2 管式液体分布器布液点示意图
（3）布液计算 由 取，
则 m
设计取
3.6.3 液体保持管高度
取布液孔直径为3.7mm，则液位保持管中的液位高度为：

设计取液位高度
3.7其他附属塔内件的选择
本装置的直径较小可采用简单的进气分布装置,同时排放的净化气体中的液相夹带要求严格,应设除液沫装置,为防止填料由于气流过大而是翻,应在填料上放置一个筛网装置,防止填料上浮.
3.7.1液体分布器
液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料达到预期分离效果的保证。为此，分布器设计中应注意以下几点：
（1）、为保证液体在塔截面上均布，颗粒型（散装）填料的喷淋点数为40——80个/m2（环形填料自分布性能差应取高值），此外，为减少壁流效应，喷淋孔的分布应使近塔壁5——20﹪区域内的液体流量不超过总液量的10﹪。规整填料一般为100——200个/㎡喷淋点。
（2）、喷淋孔径不宜小于2㎜，以免引起堵塞，孔径也不宜过大，否则液位高度难维持稳定。
液体分布器有以下几种形式:
1. 多孔型液体分布器
多孔型液体分布器系借助孔口以上的液层静压或泵送压力使液体通过小孔注入塔内。
2.直管式多孔分布器
根据直管液量的大小，在直管下方开2～4排对称小孔，孔径与孔数依液体的流量范围确定，通常取孔径2～6㎜，孔的总面积与及进液管截面积大致相等，喷雾角根据塔径采用30°或45°，直管安装在填料层顶部以上约300㎜。
此形分布器用于塔径600～800㎜，对液体的均布要求不高的场合。根据要求，也可以采用环形管式多孔分布器。
3. 排管式多孔分布器
支管上孔径一般为3～5㎜，孔数依喷淋点要求决定。支管排数、管心距及孔心距依塔径和液体负荷调整。一般每根支管上可开1～3排小孔，孔中心线与垂直线的夹角可取15°、22.5°、30°或45°等，取决于液流达到填料表面时的均布状况。主管与支管直径由送液推动力决定，如用液柱静压送液，中间垂直管和水平主管内的流速为0.2～0.3m/s，支管流速取为0.15～0.2m/s；采用泵送液则流速可提高。
3.7.2液体再分布器
液体再分布器的作用是将流到塔壁近旁的液体重新汇集并引向中央区域。填料层较高时，应分段安装，段与段间设液体分布器。比较完善的装置可以做成像上述升气管筛板型液体分布器的样子，只是要在各升气管口之上加笠形罩，以防止从上段填料层底部落下的液体进入升气管。平盘底部各处的液层高度大体相同，于是各处筛孔所流下的液体速度大致相同。
本设计中塔高为6米,不需要分段,故不需要安装液体再分布器
3.7.3填料支承板
填料支撑板既要具备一定的机械强度以承受填料层及其所持液体的重量，又要留出足够的空隙面积空气、液流量，气体通过支承板空隙的线速不能不等于通过填料层空隙的线速度，否则便会在填料层内尚未发生液泛之前，已在支撑板处发生液泛。一般要求支承板的自由截面积之比大于填料层的空隙率。
最简单的支承装置是用扁钢条制作的格栅或 开孔的金属板。格栅的间隙或孔板的孔径如果过大，容易使填料落下，此时可于支承装置上先铺一层尺寸较大的同类填料。
气体喷射支承板，适于在大直径塔中使用，从塔底上升的气体通过水平部分的孔流下。通气孔的总截面积可以做到大于塔的截面积，这种设计使得气流阻力小而通过能力大，并排除了在支承板上发生液泛的危险。
3.7.4填料压板与床层限制板
填料压板系藉自身质量压住填料但不致压坏填料；限制板的质量轻，需固定于塔壁上。一般要求压板或限制板自由截面分率大于70％。
3.8吸收塔的流体力学参数的计算
3.8.1吸收塔的压力降
气体通过填料层的压降采用Eckert关联图计算,（插入关联图）
其中横坐标为

查得

纵坐标为

查得

填料层压力降
3.8.2吸收塔的泛点率
吸收塔操作气速为1.733m/s ，泛点气速为3.129m/s 所以泛点率为

对于散装填料，其泛点率的经验值为：
所以符合。
3.8.3气体动能因子
气体动能因子简称F因子,其定义为 其中为空塔气速.
本设计中气体动能因子为气能因子在常用的范围内
3.9附属设备的计算与选择
3.9.1离心泵的选择与计算
计算过程如下
所选管为热轧无缝钢管
校核管内流速
则雷诺数

局部阻力损失：三个标准截止阀全开 ;
三个标准90°弯头 ；
管路总压头损失

扬程
流量
经查王志魁编《化工原理》P382附表二十二泵与风机，P296型号IS50-32-200泵合适。
3.9.2进出管工艺尺寸的计算举例
本设计中填料塔有多处接管，在此分别以液体进料管和气体进料管的管径计算为例进行说明。相关数据查参考书
1、液体进料管
进料管的结构类型很多，有直管进料管、弯管进料管、T型进料管。本设计采用直管进料管，管径计算如下：

所以查参考书取管径为
流速校正:在正常范围内.
2、气体进料管
采用直管进料。取气速
设计取进料管管径
所以查参考书取管径为

工艺设计计算结果汇总与主要符号说明

⒈吸收塔的吸收剂用量计算总表
意义及符号
结果
混合气体处理量G

气液相平衡常数m

进塔气相摩尔分率y1

出塔气相摩尔分率y2

进塔液相摩尔分率x1

出塔液相摩尔分率x2

最小液气比L/V

混合气体平均式量

混合气体的密度ρ

混合气体的粘度μ

吸收剂用量L

⒉塔设备计算总表
意义及符号
结果
塔径D

填料层高Z

气相总传质单元高度

气相总传质单元数

布液孔数n

空塔气速

泛点气速

泛点率f

⒊填料计算总表
意义及符号
结果
孔隙率%

填料比表面积a

填料因子

填料常数A

1、英文字母
——填料层的有效传质比表面积（m²/m³）; ——填料层的润滑比表面积m²/m³；
——吸收因数;无因次; ——填料直径，mm；
——填料当量直径，mm; ——扩散系数，m²/s； 塔径;
——亨利系数，KPa; ——重力加速度，kg/(m².h);
——溶解度系数，kmol /(m³.KPa); ——气相传质单元高度 ，m;
——液相传质单元高度，m; ——气相总传质单元高度，m;
——液相总传质单元高度，m; ——气膜吸收系数, kmol /(m³.s.KPa);
——吸收液质量流速kg/(m².h); ——液体喷淋密度;
——相平衡常数，无因次; ——气相传质单元数，无因次;
——液相传质单元数，无因次; ——气相总传质系数，无因次;
—— 液相总传质系数，无因次; ——总压，KPa ;
——分压，KPa ; ——气体通用常数，kJ/(kmol.K) ;
——解吸因子; ——温度，0C;
——空塔速度，m/s ; ——液泛速度，m/s ;
——混合气体体积流量，m3/s;
——液膜吸收系数 ，kmol/(m2.s.kmol/m3); ——气膜吸收系数，kmol/(m2.s);
——气相总吸收系数kmol/(m².s); ——液膜吸收系数，kmol/(m2.s);
——气相总吸收系数，kmol/(m2.s.kpa); ——液相总