塔设备选型讲解
塔设备选型
1.1 设计标准
1.2 塔设备设计原则
塔设备设计应满足以下原则：
(1) 生产能力大。在较大的气(汽)液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏正常操作的现象。
(2) 操作稳定、弹性大。当塔设备的气(汽)液负荷量有较大的波动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作，并且塔设备应保证能长期连续操作。
(3) 流体流动阻力小，即流体透过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中的动力消耗，以降低操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还将使系统无法维持必要的真空度。
(4) 结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投资费用。
(5) 耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。
1.3 塔型的选择
1.3.1 板式塔与填料塔的比较
精馏塔按传质元件区别可分为两大类，即板式精馏塔和填料精馏塔。根据上述要求，可对板式塔和填料塔的性能作一简要的比较，详见表1-1所示。
表1-1 板式塔与填料塔的对比
选择塔型时应考虑的因素有很多，主要有：物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔设备的制造、安装、运输和维修等，具体如下：
与物性有关的因素
a）易起泡的物系，如处理量不大时，以选择填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。
b）具有腐蚀性的介质，可选用填料塔，如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。
c）具有热敏性的物料需减压操作，以防过热引起分解或聚合时，应选用压力降较小的塔型，如可采用装填规整填料的塔、湿壁塔等，当要求真空度较低时，宜用筛板塔和浮阀塔。
d）粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。
含有悬浮物的物料，应选择液流通道较大的塔型，以板式塔为宜。可选用泡罩塔、浮阀塔、栅板塔、舌形塔和孔径较大的筛板塔等。不宜使用小填料。
e）操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。因塔盘上有液层，可在其中安放换热管，进行有效的加热或冷却。
与操作条件有关的因素
a）若气相传质阻力大(即气相控制系统，如低粘度液体的蒸馏，空气增湿等)，宜采用填料塔，因填料层中气相呈湍流，液相为膜状流。反之，受液相控制的系统，宜采用板式塔，因为板式塔中液相呈湍流，用气体在液层中鼓泡。
b）大的液体负荷，可选用填料塔，若用板式塔时，宜选用气液并流的塔型(如喷射型塔盘)或选用板上液流阻力较小的塔型(如筛板和浮阀)。此外，导向筛板塔
盘和多降液管筛板塔盘都能承受较大的液体负荷。
c）低的液体负荷，一般不宜采用填料塔。因为填料塔要求一定数量的喷淋密度，但网体填料能用于低液体负荷的场合。
d）液气比波动的适宜性，板式塔优于填料塔，故当液气比波动较大的宜用板式塔。
e）操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔为最大，泡罩塔次之，一般地说，穿流式塔的操作弹性较小。
其他原因
a）对于多数情况，塔径大于800mm时，宜用板式塔，小于800mm时，宜用填料塔。但也有例外，鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式塔。同样，塔径小于800mm时，也有使用板式塔的。
b）一般填料塔比板式塔重。
c）大塔以板式塔造价较廉。因填料价格约与塔体的容积成正比，板式塔按单位面积计算价格，随塔径增大而减小。
1.4 板式塔中板型的选择
1.4.1 塔盘的选择
板式塔的塔盘有泡罩、筛板、浮阀及穿流式，其性能比较如1-2表所示：
表1-2 板式塔塔盘比较
各塔板的优缺点及用途比较如表1-3所示
表1-3 塔板优缺点比较
1.4.2溢流形式的选择
塔盘上液相流动形式取决于液相负荷的范围，单流型是最常用的；当塔径较大，或液相负荷较大时，宜采用双流型。甚至三、四流型或阶梯型；在液气比很
m h）与塔板溢流型式的关系表。小时才采用U形流型。下表1-4是液相负荷（3/
表1-4 液相负荷(3/
m h）与塔板溢流形式的关系
下表给出了几种主要塔板性能的量化比较。
几种主要塔板性能的量化比较
1.5 环己烷精制塔T302的工艺设计
1.5.1概述
T302为环己烷精制塔。根据Aspen Plus模拟的结果可得环己烷精制塔T302各塔板参数，各塔板参数详见表1-5。本工艺的主要物料为含有部分氢气和甲烷的环己烷，物料洁净、腐蚀性小，粘度小，且无悬浮物，整套装置产量及气液相
负荷较大，结合表1-1，本项目设计小组拟采用板式塔。又参照表1-2和1-3各种塔板形式的比较，可知浮阀塔板集合了泡罩塔和筛板塔的优点，它结构简单、造价低、制造方便、生产能力大、操作弹性大，因此本工艺选用浮阀塔板，溢流形式为单溢流。
1.5.2 CYH 精馏塔T302具体工艺设计
1.5.
2.1 塔径D 的计算
因精馏段气相流量较大，故以精馏段数据确定全塔塔径更为安全可靠，本设计以精馏段数据为设计依据。
设板间距T H =0.45m ，板上清液层高度为L h =0.07m 计算两相流动参数
0.5
h L h V L FLV=V ρρ??
?? ? ?????
=0.42
由（T L H -h ）及FLV 查Smith 关联图得20C =0.05m/s ，故
0.2
20C 20C σ??
= ???
=0.0486m/s
液泛气速
max u =对于一般液体，泛点率为0.6～0.8，此处泛点率取0.8，则表观空塔气速
max 0.8u u ==0.016m/s
故塔径
0.752m ，圆整为0.8m 。
1.5.
2.2 塔高的计算
实际塔板数的确定：
121223.10.52t N E ===,圆整取24.
釜液高度的计算：
()2
T 1A =D =4
π0.202m
1.0B H m =
塔顶空间高度取1.0m
塔板间距：每隔6块塔板开一人孔，共需人孔4个（不包括塔顶和塔底的）,开设人孔处的塔板间距改为0.80m ，进料口处离上板高度为0.80m.
塔筒体高度的计算：
(2)D T T
F B H H N S H SH H H '=+--+++
其中：H ——塔高（不包括裙座），m
D H ——塔顶空间，m T H ——塔板间距，m
T
H '——开有人孔的塔板间距，m F H ——进料段高度，m B H ——塔底空间，m N ——实际塔板数 S ——人孔数目
则H=1.0+（24-2-4）×0.45+4×0.8+0.8+1.2=14.3m 裙座高度为2.0+1.5D/2=2.6m 封头高度取0.6m 塔的总高为：
Z=14.3+2.6+0.6=17.5m
1.5.
2.3 塔板结构设计
由于液体流量为5.14m 3/h ，塔径为0.8m ，根据表5-4，塔板溢流形式应该选择单流型
（1）溢流堰尺寸
◆
堰长l w
溢流堰选择平直堰，取堰长 l w =0.65D=0.528m ◆
堰高h w
堰上液层高度
2
3
ow 2.84h =E 1000h w l l ?? ???
近似取E=1，则可由列线图查出ow h 值。查得
ow h =0.024m 堰高h w 由选取清液层高度h L 确定
h w =h L -h ow =0.07-0.024=0.046m
◆ 降液管底隙高度h o
选取凹形受液盘，考虑降液管阻力和液封，即一般h o h o=40mm ◆ 降液管宽度W d 和面积A f 查降液管宽度与面积图，l w /D=0.65,得： A f /A T =0.07 W d /D=0.14 由以上设计结果得弓形降所占面积 A f =0.5027×0.07=0.035m 2 降液管宽度 W d =0.112m 液体在降液管中的停留时间，即 f T h 3600A H =L θ=13.70s >3～5s 故降液管尺寸满足要求。 1.5.2.4 塔板布置及浮阀数目排列 取阀孔动能因子F o =10，求得孔速： u o 0.39/m s =m/s 求每层板上的浮阀数：采用F 1型浮阀，取孔直径d o =40mm ，则浮阀数 2 00V n==d u 4π8.17,圆整取9. 取塔板边缘区宽度W c =0.04m ，溢流堰前的安定区宽度W s =0.08m 对单流型塔板，开孔区面积如下，即： A a =2-1R X 2sin 180R π（） 其中：X= ()2 d s D W W -+=0.28m; R= -0.04=2 D 0.36m; 1 0.28 sin 510.36 -= 则鼓泡区面积 A a =0.36m 2 浮阀排列方式采用等腰三角形叉排。三角形的底边t '固定为75mm ，则估算三角形的高h （排间距）， p A h= =nt '53mm 1.5.2.5 塔板流体力学校核 （1）压降 气相通过浮阀塔的压强降 h p =h c +h 1+h σ ◆ 干板阻力 0.30/oc m s u == 因u o 小于u oc ，故 0.1750 c v 19.9u h = =ρ 0.024m 液柱 ◆ 板上充气液层阻力：本设备分离环己烷和甲醇等的混合物，取充气系数β=0.6，则 h 1=β（h w +h ow ）=0.0042m 液柱 ◆ 液体表面引力的阻力 h σ= L L o 4=gd σρ 2.26×10-4m 液柱 此阻力很小，可以忽略不计。 因此，与气体流经一层浮阀塔板的压强降所相应的液柱高度为： h p =0.024+0.042=0.066m 则单板压降 p p L p =h g=ρ?0.066× 780.76×9.81=505.51Pa （2）液泛 ◆ 为防止液泛现象的发生，要求控制降液管中清液层的高度，即要求 d H <()T W H +h ?，而d H p L d h h h =++， h p 为气体通过塔板的压强降所相当的液柱高度，前已算出h p =0.064m 液柱 ◆ 液体通过降液管的压头损失 因不设进口堰，则 2s w o 1.53( )d L h l h = = 0.00454液柱 ◆ 板上清液层高度h L =0.07m 则H d =0.066+0.00454+0.07=0.141m 取?=0.6，又已选定H T =0.45m ，h w =0.046m ， 则 ()T W H +h ?=0.6×（0.45+0.046）=0.2976m 可见 d H <()T W H +h ?，符合防止淹塔要求。 （3）雾沫夹带 按下列式计算泛点率，即 F b 100% 其中Z=D-2W d =0.576m A b =A T -2A f =0.4329m 2 C F =0.05 代入数据得 36.53%= 泛点率在80%以下，故可知雾沫夹带量能满足V e <0.1Kg （液）/Kg （气）的要求。 1.5. 2.6 塔板的负荷曲线计算 （1） 过量雾沫夹带线（气相负荷上限线） 由泛点率整理得出过量雾沫夹带线 66 20100.2410S S L V --=?-? （2）液泛线 由式 ()T W H h ?+==c l L d h h h H h σ'++++确定液泛线。忽略式中的h σ， 将式 2 5.342V c L u h g ρρ=， 1L h h σε=，L w ow h h h =+ 2 3 2.841000h w L h E l ?? = ???， 2 0.153s w o L h l h ??= ??? 100%F b 代入上式得： ()T W H h ?+=2 5.342V L u g ρρ+2 0.153s w o L l h ?? ???+()2 3 2.8411000h w w L h E l ε????++?? ???? ? 因物系一定，塔板结构尺寸一定，则T H 、w h 、o h 、v ρ、σε及?等均为定值，而u o 与V S 有如下关系，即 02 04 S V u d N π = 其中阀孔数N 与孔径d 0亦为定值，因此可将上式简化成V S 与L S 的关系如下： 2 322--S S S aV b cL dL =， 即223/2 0.000051153.760.02821.322S S S V L L =-- （3）液相负荷上限线 降液管的最大流量应保证在降液管中的停留时间不低于3～5s ，以5秒作为液体在降液管中停留时间的下限，则 ()5 f T S MAX A H L ==0.00315m 3/s （4）漏液线 对于F 1 型重阀，依式05F u == 计算，则0u = 又知204 S V d N π = 0F u =作为规定气体最小负荷标准， 则()2004 S MIN V d Nu π = = 204 d N π =0.02196m 3/s (5)液相负荷下限线 取堰上液层高度h ow =0.006m 作为液体负荷下限条件，依h ow 的计算式计算出L S 的下限值，该线为与气量流量无关的竖直线，将所求值代入上式可得严重漏液线曲线为 2/3 2.8436000.0071000W L E l ?? = ? ??? 取E=1，则 3/2 3 0.00710000.528 0.0005682.843600 L S m ???=?= ? ?? =0.001220m 3/s （6）操作线 操作线斜率为 10.512=2.544.14 S S V K L = = （7）负荷性能图 根据上述六个方程，可以利用Excel 办公软件做出该塔的负荷性能图，如下所示： 图1-7 PO 精馏塔负荷性能图 从图中可以看出，设计点位于正常操作区的内部，表明该塔板对气液负荷的波动有较好的适应能力。在给定的气液负荷比条件下，塔板的气液相负荷的上、下 限分别由降液管液泛和严重 漏液所限制。由图查得上限为3.6m 3/s,下限为0.4 m 3/s ，得该塔的操作弹性=3.6 0.4 =9。可见，设计比较合理、适宜。 1.5. 2.7 塔板主要工艺尺寸及水力学核算结果 所设计的单溢流浮阀塔的主要设计结果如表1-6所示： 表1-6 环己烷精馏塔T0401手算结果汇总 1.6 环己烷精制塔T303的工艺设计 1.6.1概述 T303为环己烷精制塔。根据Aspen Plus模拟的结果可得环己烷精制塔T302各塔板参数，各塔板参数详见表1-5。本工艺的主要物料为含有部分氢气和甲烷的环己烷，物料洁净、腐蚀性小，粘度小，且无悬浮物，整套装置产量及气液相负荷较大，结合表1-1，本项目设计小组拟采用板式塔。又参照表1-2和1-3各种塔板形式的比较，可知浮阀塔板集合了泡罩塔和筛板塔的优点，它结构简单、造价低、制造方便、生产能力大、操作弹性大，因此本工艺选用浮阀塔板，溢流形式为单溢流。 1.6.2 CYH精馏塔T303具体工艺设计 1.6. 2.1 塔径D的计算 因精馏段气相流量较大，故以精馏段数据确定全塔塔径更为安全可靠，本设计以精馏段数据为设计依据。 填 料 塔 设 计 说 明 书 设计题目：水吸收氨填料吸收塔学院：资源环境学院 指导老师：吴根义罗惠莉 设计者：海江 学号：7 专业班级：08级环境工程1班 一、设计题目 试设计一座填料吸收塔，用于脱出混于空气中的氨气。混合气体的处理为2400m3/h，其中含氨5%，要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小量的1.5倍。 二、操作条件 1、操作压力常压 2、操作温度 20℃ 三、吸收剂的选择 吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。水廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。 四、流程选择及流程说明 逆流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，此即逆流操作。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。工业生产中多用逆流操作。 五、塔填料选择 阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的间隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前使用的环形填料中最为优良的一种 选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格： 六、填料塔塔径的计算 1、液相物性数 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℃水的有关物性数据如下： 密度为:L ρ=998.2 kg/m3 粘度为:μL=0.001004 Pa·S=3.6 kg/（m·h） 表面力为σL=72.6 dyn/cm =940896 kg/h2 2、气相物性数据： 20℃下氨在水中的溶解度系数为：H=0.725kmol/(m3·kPa)。 混合气体的平均摩尔质量为： Mvm=0.05×17.03g/mol +0.95×29g/mol=28.40g/mol , 混合气体的平均密度为：ρvm =1.183 kg/m3 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为: μv=1.81×10-5 Pa·S=0.065 kg/(m·h) 3、气相平衡数据 20℃时NH3在水中的溶解度系数为H=0.725 kmol/(m3·kPa),常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为E=76.41kPa 。 4、物料衡算： 亨利系数 S L HM E ρ= 相平衡常数 754.03 .10102.18725.02 .998=??=== P HM P E m S L ρ E ——亨利系数 H ——溶解度系数 Ms ——相对摩尔质量 AspenPlus 软件的吸收单元设计过程 这个手册描述了使用 AspenPlus 软件设计一个吸收器必需的所有步骤。这个手册同时 包括设计过程中的使用技巧、劝告（建议）和注释说明。例子如下： 例 1 问题描述：填料塔的丙酮吸收 在 293K 和 101.32kPa （1atm ）下，用水吸收丙酮，填料塔直径 0.4866m ，进料空气含有 2.6mol%丙酮，气体出口含丙酮 0.5mol%。总的气体进料流速为 14.0148kmol/h ，纯水进料 流速为 45.36kmol/h 。简图如下： 气体出口 气体出口 Xair=0.974 过程 登录到 AspenPlus 系统并开启一个空白模拟文件，那么就会出现一个流程图区域。（如需要 帮助可参考“使用 AspenPlus 进行流程模拟”） 上面显示的是 Columns 的子目录，单击“RateFrac ”块就选择了这个块，如果单击 “RateFrac”块旁边的向下箭头就会跳出一系列的图标。这些图标都表示相同的计算程序，仅仅是概略简图不同而已，从中可以选择最能描述你设计的过程的块。对于这个例子选择 “RA TEFRAC”左上角的矩形块。 RateFrac是模拟诸如吸收、气提和精馏等所有类型的多级汽液分离过程的速率型非平衡级 模型。RateFrac模拟实际板式塔和填料塔，而不是理想化的平衡级。 一个塔有很多段组成（见右边的填料塔示意图），这些段指的是填料塔 的一部分填料或者板式塔的一块或几块塔板。RateFrac执行一个把所 有的段看作平衡级模型的初始化计算，用这个初始化计算的接过去计 算速率型非平衡级模型。需要学习有关RateFrac的更多知识和应用请 参考“RateFrac”的帮助。 首先，使用“RateFrac”块创建如上所示的示意图，如果需要帮助请参考“使用AspenPlus 进行流程模拟”。将液相进料流股和气相进料流股和进料口（feed port）相连，气相出料口和气相馏出物口（vapor distillte port）相连，液相出口和底部口（bottom port）相连。一旦 流程图完成，单击“Next”按钮（）就会出现标题窗口（见下图），在这个窗口输入模 拟文件的标题，并将单位制由英制（English）变为公制（Metric）。单击“Next”按钮。出 现组分设置窗口（Components Specifications） 《化工设备机械基础》 塔设备设计 课程设计说明书 学院：木工学院 班级：林产化工0 8 学号： 姓名：万永燕郑舒元 分组：第四组 目录 前言 摘要 塔设备是化工、石油等工业中广泛使用的重要生产设备。塔设备的基本功能在于提供气、液两相以充分接触的机会，使质、热两种传递过程能够迅速有效地进行；还要能使接触之后的气、液两相及时分开，互不夹带。因此，蒸馏和吸收操作可在同样的设备中进行。根据塔内气液接触部件的结构型式，塔设备可分为板式塔与填料塔两大类。板式塔内沿塔高装有若干层塔板(或称塔盘)，液体靠重力作用由顶部逐板流向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体则靠压强差推动，由塔底向上依次穿过各塔板上的液层而流向塔顶。气、液两相在塔内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。填料塔内装有各种形式的固体填充物，即填料。液相由塔顶喷淋装置分布于填料层上，靠重力作用沿填料表面流下；气相则在压强差推动下穿过填料的间隙，由塔的一端流向另一端。气、液在填料的润湿表面上进行接触，其组成沿塔高连续地变化。目前在工业生产中，当处理量大时多采用板式塔，而当处理量较小时多采用填料塔。蒸馏操作的规模往往较大，所需塔径常达一米以上，故采用板式塔较多；吸收操作的规模一般较小，故采用填料塔较多。 板式塔为逐级接触式气液传质设备。在一个圆筒形的壳体内装有若干层按一定间距放置的水平塔板，塔板上开有很多筛孔，每层塔板靠塔壁处设有降液管。气液两相在塔板内进行逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化。板式塔的空塔气速很高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，造价低，检修、清理方便 关键字 塔体、封头、裙座、。 第二章设计参数及要求 符号说明 Pc ----- 计算压力，MPa； Di ----- 圆筒或球壳内径，mm； [Pw]-----圆筒或球壳的最大允许工作压力，MPa； δ ----- 圆筒或球壳的计算厚度，mm； δn ----- 圆筒或球壳的名义厚度，mm； δe ----- 圆筒或球壳的有效厚度，mm； xxxxx 大学 化工原理课程设计任务书 专业: 班级: 组长: 成员: 设计日期: 设计题目: 空气丙酮填料塔的吸收 设计条件: 空气-丙酮体系 ●混合气：丙酮蒸气和空气 ●吸收剂：清水（25℃） ●处理量：1500m3/h(标准状态) ●相对湿度：70% ●温度：20O℃ ●含量：进塔混合气中含丙酮：1.82%（V%） ●要求：丙酮回收率：90% ●操作条件：常压操作 ●厂址地区：任选 ●设备型式：自选 设计内容：相关说明 1.设计方案的选择及流程说明 2.工艺计算 3.主要设备工艺尺寸设计 (1)塔径的确定 (2)填料层高度计算 (3)总塔高、总压降及接管尺寸的确定 4.辅助设备选型与计算 5.设计结果汇总 6.工艺流程图及换热器工艺条件 指导教师: xxxx 目录 第一节概述------------------------------------------4 1.1吸收技术概况------------------------------------------4 1.2吸收设备的发展------------------------------------------4 1.3吸收过程在工业生产中的应用------------------------------------------5 1.4丙酮的相关资料------------------------------------------6 第二节设计方案的确定-----------------------------------------7 2.1吸收剂的选择--------------------------------------------7 2.2吸收流程的选择----------------------------------------8 2.3吸收塔设备及填料的选择-------------------------------------------------9 2.4操作参数的选择------------------------------------------9 2.5设计模型图------------------------------------------10 第三节吸收塔的工艺计算----------------------------------------11 3.1基础性数据--------------------------------------------11 3.2物料计算-------------------------------11 3.3填料塔工艺尺寸的计算--------------------------------------------12 第四节设计后的感想-------------------------------------------------18 4.1对设计过程的评述和有关问题的讨论-------------------------------------------------18 4.2设计感想-------------------------------------------------------------------------------------------18 附录：参考文献-----------------------------------------------------------------------------------20 第四章塔设备机械设计 塔设备设计包括工艺设计和机械设计两方面。机械设计是把工艺参数、尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对塔设备进行强度、刚度和稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行机构设计。 4.1设计条件 由塔设备工艺设计设计结果，并查相关资料[1],[9]知设计条件如下表。 表4-1 设计条件表 4.2设计计算 4.2.1全塔计算的分段 图4-1 全塔分段示意图 塔的计算截面应包括所有危险截面，将全塔分成5段，其计算截面分别为：0-0、1-1、2-2、3-3、4-4。分段示意图如图4-1。 4.2.2 塔体和封头厚度 塔内液柱高度：34.23.15.004.05.0=+++=h （m ） 液柱静压力：018.034.281.992.783101066=???==--gh p H ρ（MPa ） 计算压力：1=+=H c p p p MPa （液柱压力可忽略） 圆筒计算厚度：[]94.60 .185.017022000 0.12=-???=-= c i c p D p φσδ（mm ） 圆筒设计厚度：94.8294.6=+=+=C c δδ（mm ） 圆筒名义厚度：108.094.81=?++=?++=C c n δδ（mm ） 圆筒有效厚度：8210=-==-=C n e δδ（mm ） 封头计算厚度：[]93.60 .15.085.017022000 0.15.02=?-???=-= c i c h p D p φσδ（mm ） 封头设计厚度：93.8293.6=+=+=C h hc δδ（mm ） 封头名义厚度：108.093.81=?++=?++=C hc hn δδ（mm ） 封头有效厚度：8210=-==-=C hn he δδ（mm ） 4.2.3 塔设备质量载荷 1. 塔体质量 查资料[1],[8]得内径为2000mm ，厚度为10mm 时，单位筒体质量为495kg/m ，单个封头质量为364kg 。 通体质量：5.121275.244951=?=m （kg ） 封头质量：72823642=?=m （kg ） 裙座质量：14850.34953=?=m （kg ） 塔体质量：5.1434014857285.1212732101=++=++=m m m m （kg ） 0-1段：49514951-0,01=?=m （kg ） 七气液传质设备 板式塔 3.1 用一筛板精馏塔分离甲醇水溶液。料液中甲醇浓度为52%(摩尔%,以下同),使塔顶得99.9%的甲醇产品,塔底为99.8%水。塔顶压强为101[KN/m2],全塔压降为30[KN/m2],试按塔底状况估算塔径。取液泛分率为0.7,板间距初步定为300mm, 塔的有效截面为总截面积的90%,塔底气体负荷(可视为水蒸汽)为0.82[kg/s],塔底的液体负荷(可视为水)为1.24[kg/s] 3.2若上题精馏塔经计算所需的理论板数为30块(包括釜), 且在塔顶与塔底平均温度为86℃下甲醇对水的相对挥发度ａ=6.3,水的粘度为0.33厘泊,甲醇粘度为0.26厘泊,求该塔整个塔板层的高度为多少米? 3.3 用第一题给定的条件,经初步设计得到筛板塔主要尺寸如下: 塔径D=900[mm] 板间距H t=300[mm] 孔径d o=4[mm] 板厚t p=2[mm] 堰高t w=50[mm] 堰长L w=630[mm] 筛孔气速U o=12.7[m/s] 降液管面积与塔截面积之比A d/A=0.1 液面落差△=0 降液管下沿离塔板距离y=40[mm] 试校验塔板是否发生液泛;校验液体在降液管中的停留时间是否满足要求。 填料塔 3.4 习题1与2中的筛板塔若改用填料塔代替,内装填38mm 钢鲍尔环试求塔径及填料层高度。塔径按塔底条件计算，取液泛分率为0.6。并比较筛板与填料塔的压降。 3.5 有一填料塔,内充填40[mm]陶瓷拉西环,当塔内上升的气量达到8000[kg/h]时, 便在顶部开始液泛,为了提高产量,拟将填料改为50[mm]陶瓷矩鞍。问此时达到液泛的气量为若干?产量提高的百分率为多少? 综合思考题 3.6 选择与填空 [1].(1) 塔板中溢流堰的主要作用是为了保证塔板上有。 当喷淋量一定时,填料塔单位高度填料层的压力降与空塔气速关系上存在着两个转折点, 其中下转折点称为_______,上转折点称为_______。 (2) 筛板塔、泡罩塔，浮阀塔相比较,操作弹性最大的是_______; 单板压力降最小的是_______; 造价最便宜的是_______。 A.筛板塔 B.浮阀塔 C.泡罩塔 [2].(1) 鲍尔环比拉西环优越之处有(说出三点来)_______。 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) 长安大学2016年大学生结构设计竞赛赛题 竹质塔结构模型设计、制作与测试 1.竞赛模型 设计能够承受一定的竖向荷载和水平地震作用的竹质塔结构模型，具体结构形式不限，可为四根、六根或八根柱组成的框架式空间结构，也可为其他结构。模型包括小振动台系统、上部塔结构模型和塔顶铁块三个部分，铁块通过热熔胶固定于塔顶，塔结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上，图1给出了一示意性结构图。 图1 模型立面示意图(单位：mm) 2. 模型要求 2.1 几何尺寸要求： (1) 底板：塔结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为330mm×330mm× 8mm的木板（如图2所示），底板用螺栓固定于振动台上。 (2) 模型大小：模型总高度应为900mm，允许误差为±3mm。总高度为模型底板顶面至塔顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括塔顶铁块的高度。模型顶面为平面，应满足安全放置铁块的要求。模型底面尺寸不得超过220mm×220mm的正方形平面，塔顶不得小于150mm×150mm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，可为等截面结构也可为变截面结构，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。模型的主要受力构件应合理布置，整体结构应体现“创新、轻巧、美观、实用”的原则。 图2模型底板示意图(单位：mm) 2.2 模型及附加铁块安装要求： (1)利用热熔胶将附加铁块固定在塔顶上，可在顶层设置固定铁块辅助装置，但辅助装置和铁块不能超出塔顶范围且不能直接跟柱接触。 (2) 提供的铁块为底边150mm高50mm的长方体，重量约为8.83 kg。 3. 加载设备介绍 目录 1.前言 (4) 2.设计任务 (6) 3.设计方案说明 (6) 4.基础物性数据 (6) 5.物料衡算 (6) 6.填料塔的工艺尺寸计算 (8) 7.附属设备的选型及设备 (14) 8.参考文献 (19) 9.后记及其他 (20) 1.前言 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，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。而塔填料塔内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。聚丙烯材质填料作为塔填料的重要一类，在化工上应用较为广泛，与其他材质的填料相比，聚丙烯填料具有质轻、价廉、耐蚀、不易破碎及加工方便等优点，但其明显的缺点是表面润湿性能。 1.1填料塔技术 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 填料的类型 填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，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。 塔设备考试试题及答案 姓名：得分： 一、填空题（共46分，每空1分） 1、化工生产过程中可使（气（或汽）液）或（液液）两相之间进行紧密接触，达到相际（传质）及（传热）目的的设备称为塔。4 2、螺纹根据其结构特点和用途可分为三大类：（普通螺纹）、（传动螺纹）、（密封螺纹）。3 3、螺纹轴向剖面的形状称为螺纹的牙型，常用的螺纹牙型有（三角形）、（矩形）、（梯形）和锯齿形等。3 4、化工操作单元设备中塔的基本形式有（精馏塔）、（吸收塔）和（解析塔）、（反应塔）、萃取塔、（再生塔）、干燥塔。5 5、塔设备按塔内件结构构成可分为（板式塔）和填料塔。按操作压力可分为加压塔、（常压塔）、和（减压塔）。3 6、滚动轴承一般由（内圈）、（外圈）、（滚动体）和（保持架）四大件构成。4 7、板式塔的主要类型有：（泡罩塔）、（筛板塔）、（浮阀塔）、（浮舌塔）、舌片塔、穿流筛板塔和穿流栅板塔。4 8、填料塔常用的塔填料可分为两类（散装填料）和（规整填料）。2 9、塔设备的裙座结构有：（圆筒形）和（圆锥形）。2 10、除沫器的结构有：（折流板除沫器）、（丝网除沫器）以及（旋流板除沫器）。此外还有链条型除沫器、多孔材料除沫器以及玻璃纤维除沫器等。3 11、压力容器按容器承受的压力P可分为内压容器和（外压容器）。内压容器又可分为（低压容器）、（中压容器）、（高压容器）、（超高压容器）。5 12、压力容器的破例形式主要有（塑性变形）、（弹性变形）、（脆裂）、应变疲劳、腐蚀疲劳、应力腐蚀。3 13、压力容器的结构强度基本要求有（强度）、刚度、（耐久性）、密封性。2 14、常见的可拆卸的联接结构有：（法兰联接）、（螺纹联接）、承插式联接。2 15、塔设备单位反应体积（单位时间内）所处理的（反应物料体积）称为塔设备的空间速度，即塔设备的空速。2 二、选择题（共12分每题1分） 填料塔计算和设计 填料塔计算和设计 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】 填料塔设计 2012-11-20 一、填料塔结构 填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的气液传质设备。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。在填料的上方安装填料压板，以限制填料随上升气流的运动。液体从塔顶加入，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（小直径塔一般不设置）分布后，与液体呈逆流接触连续通过填料层空隙，在填料表面气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式的气液传质设备，正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。二、填料的类型及性能评价 填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相接触传质的相界面，是决定填料塔性能的主要因素。填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料根据结构特点不同，分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料等；规整填料按其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等，目前工业上使用最为广泛的是波纹填料，分为板波纹填料和网波纹填料； 填料的几何特性是评价填料性能的基本参数，主要包括比表面积、空隙率、填料因子等。1.比表面积：单位体积填料层的填料表面积，其值越大，所提供的气液传质面积越大，性能越优； 2.空隙率：单位体积填料层的空隙体积；空隙率越大，气体通过的能力大且压降低； 3.填料因子：填料的比表面积与空隙率三次方的比值，它表示填料的流体力学性能，其值越小，表面流体阻力越小。 三、填料塔设计基本步骤 1.根据给定的设计条件，合理地选择填料； 2.根据给定的设计任务，计算塔径、填料层高度等工艺尺寸； 3.计算填料层的压降； 4.进行填料塔的结构设计，结构设计包括塔体设计及塔内件设计两部分。 四、填料塔设计 1.填料的选择 填料应根据分离工艺要求进行选择，对填料的品种、规格和材质进行综合考虑。应尽量选用技术资料齐备，适用性能成熟的新型填料。对性能相近的填料，应根据它的特点进行技术经济评价，使所选用的填料既能满足生产要求，又能使设备的投资和操作费最低。 （1）填料种类的选择 填料的传质效率要高：传质效率即分离效率，一般以每个理论级当量填料层高度表示，即HETP值； 填料的通量要大：在同样的液体负荷下，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； 填料层的压降要低：填料层压降越低，塔的动力消耗越低，操作费越小；对热敏性物系尤为重要； 【例4-1】 在连续精馏塔中，分离某二元理想溶液。进料为汽-液混合物进料，进料中气相组成为0.428，液相组成为0.272，进料平均组成x F =0.35，假定进料中汽、液相达到平衡。要求塔顶组成为0.93（以上均为摩尔分率），料液中易挥发组分的96%进入馏出液中。取回流比为最小回流比的1.242倍。试计算：（1）塔底产品组成；（2）写出精馏段方程；（3）写出提馏段方程；（4）假定各板效率为0.5，从塔底数起的第一块板上，上升蒸汽的组成为多少？ 解题思路： ()W x 1 问要求的，此法不通） （第 3 1W L Wx x W L L y Wx Dx Fx F m m W D F -'--'' =+=+ W F D W D F x Fx Dx W D F Wx Dx Fx 联立解得只要通过 96.0 , =+=+= ()1 21++= +x x R R y D n n ()n n n x a y 11-+= ()F F F x x y 11-+=αα q q m R = 1 1---= q x x q q y F ()F F f Fy q qFx Fx -+=1 （3）提馏段方程可以简化或代入提馏段方程本身求，也可以用两点式方程求得，即点（x w ， x w ）和进料线与精馏线交点 （4）5.0 1 * 21 22=--=→→y y y y E y MV 逐板计算法 解题过程： ()0223 .0361.0193.0361.035.01 361.093 .035 .096.0 , 96.0 1=-?-=-- = --=-= ???+=+==?=∴=F D x F D x D F Dx Fx W Dx Fx x Wx Dx Fx W D F F D Fx Dx D F D F D F W W D F F D 得：由 ()()()()()186.08.0 1 493 .014411 0 .422.3242.1242.1 22 .3272.0428.0428 .093.0 428 .0272 .0 07.03.27.012 7 .0 15.035 .015.05.011 5 .0 428.01272.035.0 1 1 12 2 , 272 .011272 .0428.0 11 22+=+++=+++= ∴=?===--=--=∴???? ?==∴=-+????? ?+-=-= +-=---=---=∴=∴?-+?=-+=∴-'=-+= ∴=∴?-+?=-+= n n n D n n m q q q D m q q f F F F n n n x y x R x x R R y R R x y y x R y x x x x y x x y x y x q x x q q y q q q y q F Fqx Fx F L L q q q x x y a a a x a ax y 即：精馏段方程为：线的交点联立求解平衡线与进料即，进料线方程为： 气相所占分率为分率，则可视为进料中液相所占在汽、液混合进料中，：平衡线方程为 填料塔的设计 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】 目录 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 3，气体处理量为1500m 3/h ，其中含氨%（体积分数），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 ?=??=-/065.01081.15μ 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 25℃时，氨在水中的溶解度为H=m 3kpa 七气液传质设备 板式塔 用一筛板精馏塔分离甲醇水溶液。料液中甲醇浓度为52%(摩尔%,以下同),使塔顶得%的甲醇产品,塔底为%水。塔顶压强为101[KN/m2],全塔压降为30[KN/m2],试按塔底状况估算塔径。取液泛分率为,板间距初步定为300mm, 塔的有效截面为总截面积的90%,塔底气体负荷(可视为水蒸汽)为[kg/s],塔底的液体负荷(可视为水)为[kg/s] 若上题精馏塔经计算所需的理论板数为30块(包括釜), 且在塔顶与塔底平均温度为86℃下甲醇对水的相对挥发度ａ=,水的粘度为厘泊,甲醇粘度为厘泊,求该塔整个塔板层的高度为多少米? 用第一题给定的条件,经初步设计得到筛板塔主要尺寸如下: 塔径 D=900[mm] 板间距 H t=300[mm] 孔径 d o=4[mm] 板厚 t p=2[mm] 堰高 t w=50[mm] 堰长 L w=630[mm] 筛孔气速 U o=[m/s] 降液管面积与塔截面积之比 A d/A= 液面落差△=0 降液管下沿离塔板距离y=40[mm] 试校验塔板是否发生液泛;校验液体在降液管中的停留时间是否满足要求。 填料塔 习题1与2中的筛板塔若改用填料塔代替,内装填38mm 钢鲍尔环试求塔径及填料层高度。塔径按塔底条件计算，取液泛分率为。并比较筛板与填料塔的压降。 有一填料塔,内充填40[mm]陶瓷拉西环,当塔内上升的气量达到8000[kg/h]时, 便在顶部开始液泛,为了提高产量,拟将填料改为50[mm]陶瓷矩鞍。问此时达到液泛的气量为若干?产量提高的百分率为多少? 综合思考题 选择与填空 [1].(1) 塔板中溢流堰的主要作用是为了保证塔板上有。 当喷淋量一定时,填料塔单位高度填料层的压力降与空塔气速关系上存在着两个转折点, 其中下转折点称为_______,上转折点称为_______。 (2) 筛板塔、泡罩塔，浮阀塔相比较,操作弹性最大的是_______; 单板压力降最小的是_______; 造价最便宜的是_______。 A.筛板塔 B.浮阀塔 C.泡罩塔 [2].(1) 鲍尔环比拉西环优越之处有(说出三点来)_______。 (2) 是非题 在同样空塔气速和液体流量下,塔板开孔率增加 ①其漏液量也增加 ②压力降必减少。 [3]. 气液两相在填料塔内逆流接触时,_______是气液两相的主要传质表面积。 在相同填料层高度和操作条件下,分别采用拉西环、阶梯环、鲍尔环填料进行填料的流体力学性能试验,哪种填料的压力降最小? 目录 一．设计任务书 (3) 1.设计目的 (3) 2.设计任务 (3) 3.设计内容和要求 (3) 二．设计资料 (4) 1.工艺流程 (4) 2.进气参数 (4) 3.吸收液参数 (4) 4.操作条件 (5) 5.填料性能 (5) 三．设计计算书 (6) 1．填料塔主体的计算 (6) 1.1吸收剂用量的计算 (6) 1.2塔径的计算 (7) 1.3填料层高度的计算 (10) 1.4.填料塔压降的计算 (14) 2.填料塔附属结构的类型与设计 (15) 2.1支承板 (16) 2.2填料压紧装置 (16) 2.3液体分布器装置 (16) 2.4除雾装置 (17) 2.5气体分布装置 (17) 2.6排液装置 (18) 2.7防腐蚀设计 (18) 2.8气体进料管 (18) 2.9液体进料管： (19) 2.10封头的选择 (19) 2.11总塔高计算 (20) 3.填料塔设计参数汇总 (21) 四．填料塔装配图（见附录） (22) 五．总结 (22) 六．参考文献 (23) 附录 (23) 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1.9%（体积分数）， 3 要求吸收率达到99%，相平衡常数m=0.95。 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、 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) 1.1吸收剂用量的计算 (5) 1.2塔径的计算 (6) 1.3填料层高度的计算 (8) 1.4.填料塔压降的计算 (12) 2.填料塔附属结构的类型与设计 (13) 2.1支承板 (13) 2.2填料压紧装置 (13) 2.3液体分布器装置 (13) 2.4除雾装置 (14) 2.5气体分布装置 (14) 2.6排液装置 (15) 2.7防腐蚀设计 (15) 2.8气体进料管 (15) 2.9液体进料管： (16) 2.10封头的选择 (16) 2.11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， ，气体处理量为1500m3/h，其中含氨1.9%（体积分数），吸收脱除混合气体中的NH 3 要求吸收率达到99%，相平衡常数m=0.95。 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。 由上述沸点可知，混合物中各物质沸点甚大，用蒸馏法实现分离．其分离方案可用两个串联的蒸馏塔组成． 2、例:某尿素厂的生产能力为6万t尿素/a,年操作日300d，尿素的氨耗为0.6t氨/t尿素，生产过程的氨损失按5%考虑，已知以1t氨为基准的某股气体的组成和量如下表所示。 列出该股气体的组成和流量表。 3、一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O ，加入93％的H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。 4、造纸厂的碱回收工序有一个四效蒸发器,供料方式为Ⅲ→Ⅳ→Ⅱ→Ⅰ,蒸发器的总处理量为80000㎏/h 造纸废液(黑液)。计算总蒸发水量和每一效蒸发器的蒸发水量。 造纸厂的碱回收工序有一个四效蒸发器,供料方式为Ⅲ→Ⅳ→Ⅱ→Ⅰ,蒸发器的总处理量为80000㎏/h 造纸废液(黑液)。计算总蒸发水量和每一效蒸发器的蒸发水量。 5、有两个蒸馏塔的分离装置，将含50％苯、30％甲苯和20％(mol%)二甲苯的混合物分成较纯的三个馏分，其流程图及各流股组成如图。计算蒸馏1000 mol/ h 原料所得各流股的量及进塔II 物料的组成。 mol/h S 2 3mol/h B X 3B T X 3T X 3T -3B X x 1-5mol/h S T 0.43x 0.56 B 0.0045 6、甲醇氧化制甲醛,反应物及生成物均为气态。甲醇的转化率为75％，若使用50％的过量空气，试计算反应后气体混合物的摩尔组成。 7、苯直接加氢转化环己烷中的循环过程的衡算 苯的总转化率为99%,进入含量20%,产物中含H2 3% 8、找出三处以上不正确的绘图和标注等 纯C 6H 6 循环Ｈ2 20%C 6H 6 塔类课程设计参考 题 1.开孔补强的原则是什么？等面积补强，极限分析补强 2.塔盘受液盘上泪孔的作用是什么？泪孔的数目如何确定？用 来排除集液 3.常见的塔体裙座有那几种类型？采用锥形裙座的条件是什么？ 圆筒形和圆锥形。对于受力情况比较差，塔径小且很高的塔采用圆锥形裙座。 4.容器划分类别的依据是什么？压力等级，生产中的作用，安装 方式，安全技术管理 5.在球形封头、碟形封头、椭圆形封头中，哪一种受力最好？为 什么椭圆封头应用比较广泛？受力最好，球型封头。由于椭圆形封头应力分布比较均匀，且易于冲压成型。 6.常压塔划分为一类容器的原因是什么？压力为常压，且介质毒 性和危害性较小。 7.水压试验压力、设计压力各是如何确定的？PT=1.25P 8.筒体与裙座的连接方式有那两种？两种连接方式裙座与筒体焊 缝处所受的应力有何区别？搭接和对接。搭接焊缝承受由设备重量及弯矩长生的切应力。这种结构受力情况较差，但安装方便，可用于小型塔设备。对接焊缝主要校核在弯矩及重力作用下迎风侧焊缝的拉应力。 9.塔器在进行液压试验时的试验压力是指哪个部位的压力？最底 端的压力 10.塔器在进行强度校核及直立设备验算时压应力、拉应力校核分 别考虑哪种工况？停工检修，水压试验，正常操作。 11.塔器壁厚圆整的根据是什么？钢板的规格。 12.试从工艺的角度说明变径塔产生变径的原因？精馏段与提留段 的负荷相差太大时，一般在要变径。因为中间有抽出，越向上物料越少，自然就不需要太大的塔径了 13.在选择法兰时应考虑哪些因素？螺栓预紧力、垫片性能、压紧 面质量、法兰刚度、操作条件。 14.低碳结构钢、不锈钢制成的压力容器标准规定都有一个最小壁 厚，规定此最小厚度的原因是什么？ 15.确定地脚螺栓的直径时根据什么应力来计算？剪切应力 16.塔盘有两种溢流方式，各适用于什么场合？液体在塔盘上的分 布是否越均匀越好？单溢流型和双溢流型。单溢流型结构简单，有利于提高塔板效率，双溢流型宜于塔径及液量较大时。是 17.图上所标注的厚度是什么厚度？名义厚度δn 18.设备设计、制造、验收应遵循什么样的原则？GB150.1 19.焊接接头系数如何选定？影响焊接接头系数的因素有哪些？按 照焊接接头形式选择。影响因素主要与焊接接头形式和焊缝无损检测的要求及长度比例有关。 20.一般的直立设备在安装时都有垂直度要求，若不能保证垂直 度，对板式分馏塔的分馏效率有何影响？填料塔设计说明书
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