有害气体控制工程课程设计

课程设计报告

名称：有害气体控制工程题目：逆流常压填料塔设计院系：

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

设计周数：1周

成绩：

A设计前言

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。而填料塔内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。

1.1填料塔技术

填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支撑板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支撑板上。填料的上方安装填料压板，以防止上升气流吹动。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，在填料层表面上，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，需进行分段，中间设置分布装置。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者容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太合适等。

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、环鞍填料及球形填料等。规整填料是按一定的集合构型排列的，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。根据设计的费用和分离要求来考虑，本设计采用散装填料。

1.3填料的几何特性

填料的集合特性数据主要包括比表面积、孔隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。

1.4填料的性能评价

填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的孔隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。

1.5填料塔的流体力学性能

主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛、填料表面的润湿及返混等。

1.6填料的选择

填料的选择包括填料种类的选择、填料规格的选择（散装填料规格的选择、规整填料规格的选择）、填料材质的选择等，所选的填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。

1.7填料塔的内件

填料塔的内件主要有支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。

B设计报告

一、课程设计的目的

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。

二、设计内容和要求

1）研究分析资料。

2）净化设备的计算，请计算出塔高、塔径、压降等，并校核。

3）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。

4）设计图纸。包括工艺流程图、塔器剖面结构图。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。有能力的同学采用计算机AUTOCAD制图。

三、设计任务和资料

任务：试设计常压填料塔，采用逆流操作，以水为吸收剂，吸收混合气中的丙酮。

资料：

1）混合气（空气，丙酮蒸汽）处理量为1500m3/h，温度为35℃；

2）进塔混合气物性可近似看作空气物性，比如密度等；

3）进塔混合气含丙酮体积分数为1.5 %，要求达到的丙酮回收率为90%；

4）操作压力为常压，101.325 kPa。

5）进塔吸收剂为清水；

6）吸收操作为等温吸收，温度为35℃。

7）气液平衡曲线：t=15~45℃时，丙酮溶于水其亨利常数E(kPa)可用下式计算：lgE=9.171-[2040/(t+273)]

00152.0)1(12=-=ϕY Y h

/kmol ...h /m .%).(V 465835273273

422514775147751115003=+⨯==-⨯=8）液气比倍数请自己选定。 9）气速u=（0.6~0.8）u F 范围。 10）k G =1.795×10-3kmol/(m 2·s·kPa)；k L =1.81×10-4m/s 。

四、设计正文

1物料衡算

1.1进塔气体摩尔比：

1.2出塔气体摩尔比：

1.3进塔惰性气相流量：

1.4汽液平衡曲线：t=15—45℃时，丙酮溶于水中其亨利常数E （kPa ）可用下式计算：

lgE=9.171-{2040/（t+273）}

由此可知E=352.87kPa

1.5对于稀溶液，E 与H 有近似关系:

式中:ρ为溶液的密度，3

/m kg ；M 为溶剂的相对分子质量18.02g/mol ；

对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册可查得，35℃水的物性数据：粘度为：32601277250m /kg .m /s mN .L

=⋅=μ；密度为:31994m /kg .L =ρ；

由此可知H=0.1564kmol/(m ³·kPa) 1.6 相平衡系数：48263325

10187352...P E m ===

1.7该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比为：2

12

1min /)(X m Y Y Y V

L --=

；对于纯溶

剂吸收过程，进塔液组成为02=X ,则134332

121.X m /Y Y Y )V L

(

min =--= 根据生产实践，取操作液气比为：70154134335151...)V

L (.V L min =⨯== L=4.7015·V=274.85kmol/h

1.8塔底吸收液组成，依据)X X (L )Y Y (V 2121

-=-可得:

M

H E ρ⋅=

10152

.011

1

1=-=y y Y