填料吸收塔分离工程课程设计(25页).doc

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1、-分离工程课程设计说明书系 别：化学与化学工程系专 业：化学工程与工艺姓 名： *学 号：*指导老师： *化学与化学工程系2011-6-13-第 22 页-目录一、设计任务书1二、绪论2三、设计方案简介3四、填料塔的主要工艺尺寸计算44.1、物料衡算 4 4.2、填料吸收塔的工艺尺寸计算64.3、填料层高度计算94.4、填料压降计算10五、填料塔内部结构设计115.1、泵的选择115.2、工艺管道的材质选择115.3、液体分布器设计115.4、液体再分布器设计145.5、支承板的设计155.6、压板的选取16六、壁厚的计算17 6.1、筒体的设计计算176.2、封头设计计算186.3、法兰和垫

2、片的选取18七、各接管尺寸的设计197.1、进气管直径197.2、出气管直径197.3、吸收剂进料管直径197.4、吸收剂进料管直径19八、设计结果一览表20九、主要符号说明20十、参考文献 21十一、设计体会及今后改进意见22一、设计任务书1.设计题目炼油厂中催化裂化装置生产的富气用稳定汽油进行吸收。试设计一座稳定汽油吸收富气的填料吸收塔。2.设计任务富气处理量：9.0万吨年富气组成：组成总和摩尔组成0.090.350.050.030.080.110.070.170.051.00吸收剂组成：组分C5H12C6以上组分总和摩尔组成0.100.901.00吸收剂在该塔操作温度下不挥发。分离要求：

3、C3H6吸收率：93%CO2、N2、H2不吸收。操作条件：平均操作压力：（绝）平均液气比： 平均温度：50工作日：每年300天，24小时连续生产填料类型：填料规格和类型自选 二、绪论课程设计是“分离工程”课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练，在整个教学计划中它也起着培养学生独立工作能力的重要作用，通过课程设计就以下几个方面要求学生加强训练1查阅资料选用公式和搜集数据的能力。2树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力

4、。3迅速准确的进行工程计算（包括电算）的能力。4用简洁文字清晰表达自己设计思想的能力。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）生产能力大（2）分离效率高（3）操作弹性大（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。板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。塔的种类很多，对塔设备

5、进行分类：按操作压力分有加压塔，常压塔，减压塔；按单元操作分有精馏塔，吸收塔，介吸塔，萃取塔，反应塔，干燥塔等；按内部结构分有填料塔，板式塔。目前工业上应用最广泛的还是填料塔和板式塔。 填料塔由填料、塔内件及筒体构成。填料分规整填料和散装填料两大类。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、压力降小、操作弹性大、持液量小等优点。三、 设计方案简介 根据设计任务书所提供的条件和要求，通过对现有资料的分析对比，选定适宜的流程方案和设备类型，初步确定工艺流程。对选定

6、的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。 稳定汽油吸收炼油厂催化裂化产生的富气，该设计任务是富气年处理量为9.0万吨，关键组分丙烯的吸收分率大于等于93%。采用常规逆流操作流程流程如附图1。 首先，据富气处理量及关键组分的吸收分率，求出塔顶尾气的量及塔底吸收液的量，吸收剂汽油的进料量，再据富气及吸收剂的特性选择合适的填料（种类、材质、规格），该设计选取了直径的拉西环填料，由此求取塔径及填料层高度。再由吸收条件，(绝),选择合适的钢号筒体和封头都选用。其次，塔内部构件及附属构件的设计与选取：液体分布器、液体再分布器、塔底支承板、塔顶压板、手孔、人孔。再次，各种接管的求取及法兰规格的查取，裙座、

7、封头的设计求算等。即完成设计。最后，整体论证该塔的可行性及经济价值。四、填料塔的主要工艺尺寸计算4.1、物料衡算（1）、物料计算据设计任务书计算富气处理量为:=9.0万吨/年=富气平均摩尔质量：=0.09+0.352+0.0516+0.0328+0.0830+0.1142+0.0744+0.1758+0.0572=29.14富气的摩尔流量：因、极易挥发，它们的吸收量可忽略不计，其余部分各自的平衡常数如下表：组分19.06.604.501.881.620.560.21表1设关键组分吸收分率为93%在最小液气比下，理论级数最多。此时关键组分的吸收因数为：= =0.93由=1.880.93=1.75

8、=1.4=1.41.75=2.45关键组分的吸收因子为：=1.303（2）、理论级由 求得 理论级圆整后取为6。各组分及=2.45，求得，再由及N=6求各组分吸收分率：表2组分19.06.604.501.881.620.560.210.1290.3710.5441.3031.5124.37511.6670.1290.3700.5370.9440.9701.001.00（3）、各组分吸收率及尾气组成见表：表3组成总和000.1290.3700.5370.9440.9701.001.00进气量38.606150.13621.44812.86934.31747.18630.02772.92321.4

9、48428.96002.7674.76218.42844.54429.12672.92321.448193.99838.606150.13618.6818.10715.8892.6420.90100134.9620.1640.6390.0800.0340.0680.0110.004001.00由吸收分率计算可知，由于、的=1.0。故这两组分几乎全部被吸收，不进塔顶尾气中，尾气主要组成及含量表3.（4）、吸收剂用量操做液气比： =2.45入塔气体量：=428.96塔顶尾气量：=234.962吸收剂用量：塔底吸收液量：塔底吸收液质量流量：4.2、填料吸收塔的工艺尺寸计算（塔径、塔高）（1）、填料选

10、择直径的瓷质拉西环如图1(乱堆)图1（2）、塔径计算公式： 首先求出操作气速塔底混合气质量流量：吸收剂平均摩尔质量：吸收剂质量流量：吸收剂密度：查得 质量分率：吸收剂密度：富气密度：（3） 、采用贝恩霍根关系式吸收剂粘度：查得 查得：则：由贝恩霍根关系式即：解得：m/s取塔径：圆整后取塔径：（4）、核算操作气速把=1.6m代入塔径计算公式，解得:空塔气速 (在允许范围内)（5）、填料规格校核（合理）（6）、喷淋密度校核填料表面充分润湿，应保证喷淋密度高于最小喷淋密度据Morris等推荐,的环形及其填料的最小润湿速率为查填料手册得:经以上校核可知，填料塔直径选用合理。4.3、填料层高度计算（1）

11、、填料层计算采用等板高度法查得：填料外径 关键组分的值所以填料层高度为：而填料层设计厚度：取安全系数为1.25则=1.257.824=9.78取=10m拉西环分段高度取故填料层分为3段，则：（2）、塔高塔顶上部空间取为1.2，液体再分布器每个取为1，塔底液相停留时间3，塔釜液所占空间高度为：塔底下部空间取为1裙座取2.0m故塔高4.4、填料压降计算采用Eckeret通用关联图法：Eckert通用压降关联图查化工原理教材附录可得，其填料因子=205横坐标：纵坐标：查图得：填料层压降：五、填料塔内部构件设计5.1泵的选择稳定汽油为易燃易爆的介质，还是高危害介质，因此汽油等介质输送的泵的选型很重要。

12、一般选型，对输送汽油的泵，要求轴封可靠且无泄漏泵，多选用屏蔽泵，这样可有效避免介质的泄漏和设备漏电，且占地面积较小，贫富油泵要选用密封性能较好、质量可靠的化工泵。5.2.工艺管道的材质选用因汽油工段输送的是易燃易爆的高度危险介质，汽油生产的管道数量多，尺寸、型式多种多样，管道布置错综复杂，这样就增加了发生事故的可能性和危险性。因此，在汽油管道材质选用上建议选择加厚的16碳钢管，而低温管道则可选用普通16碳钢管。这样可大大减少因管道泄漏和设备停产检修带来的环境污染和产量、原材料损失。5.3、液体分布器设计如果液体在塔截面上分布不良，则填料表而不能最大限度地润湿，将会产生沟流，从而降低了气、液两相

13、接触的有效传质面积，使传质速率减小。这就要求液体分布器能为填料层提供一个良好的液体初始分布，使填料层一开始就能得到均匀的喷淋点和均量的喷淋液。液体分布器的结构形式很多，目前常用的有以下几种。管式喷淋器这是结构最简单的种装置。有多种形式，这里仅介绍其中的弯管式和缺口式两种，分别如图53(a)利(b)所示。喷口下面有圆形挡板，既可溅射起分散的液体，也可减轻液流对填料的直接冲击。这种喷淋器一船只用于塔径在300以下的塔。莲蓬式喷淋器这是应用最普遍的一种喷淋装置，如图53(c)所示。它的结构简单，安装方便，喷淋较均匀，但小孔容易堵塞，且液体的喷淋面积和分布受液体压头影响较大，所以适用于料液较清洁且压头

14、变化不大的情况一般用于直径600以下的塔中。盘式喷淋器其结构如图53(d)所示。液体通过进液管流到液体分布盘内，再由盘围板上边缘的齿隙式盘上的小筛孔流出，淋洒到填料上。盘式喷淋器的结构简单，液体通过时的阻力较小但加工较复杂。一般分布盘直径为塔径的0.650.8倍。这种装置一般适用于直径800以上的塔。多孔管式喷淋器这种装置有多孔直管式和多孔盘管式两种，分别如图53(e)和(f)所示。前者多用于直径600以下的塔，后者适用于直径为6001200的塔。喷液孔均匀地开在管底部，直径为36。图53各种形式液体喷淋器（a）弯管式；（b）缺口式；（c）莲蓬式；（d）盘式；（e）直管式；（f）盘管式由于所设

15、计的吸收塔有较大的塔径所以选用盘式明淋器，如上图（d）所示。盘上有孔径=310的小孔 取孔径为4分布盘直径为塔径的（0.60.8）倍 分布盘直径塔径为1.6左右时，筛孔密度=150个/盘上筛孔数按下式计算个图3盘式喷淋器5.4、液体再分布器设计液体沿填料(尤其是拉西环等实体填料)自顶层往下流动时，会逐渐流向塔壁，再沿塔壁流下，以致使填串旧中心处液流量不足。此处的填料得不到有效润湿，减少了有效传质面积，使传质效率大为降低。为克服此种不良趋势，常在填料层内每隔一定距离设置液体再分布器，使液体重新均匀分布后再流到下一段填料中。再分布器的距离与塔径的关系：对于拉西环，(2.53.0)；对直径400以下

16、的小塔，可用比上值较大的；对于大塔，不宜超过6，对于鲍尔环或鞍形填料，则允许更大的。实际中常用的是截锥式再分布器，如图54所示。其中(a)型是将截锥体焊(或搁置)在塔体上，截锥上下仍能全部堆满填料，不占空间。如需分段卸出填料时，则可采用图54中(b)型的结构，截锥上加设支撑板，截锥下要隔段距离再装填料。截锥体与塔壁的夹角。一般为3545，截锥下端的直径可取塔径的0.70.8倍。这种结构适用于直径600800以下的塔。图54截锥式液体再分布器5.5、支承板的设计塔内填料无论乱堆还是整砌，均需置放在支撑板上。这就要求支样板应有足够的强度，足以承受持液后填料层的重量；其次它的气体通道面积应大于填料的

17、自由截而积(数值上等于空隙率)，不然在支撑板处会产生过大的气体阻力而且当气速增大时将会在支撑扳上产生拦液现象，降低丁塔的流通量，严重时会在支撑板处首先出现液泛。图55填料支撑板常用的支撑板有栅板式的，如图55(b)所示。它是由侧立的扁钢条组成，扁钢条之间的距离一船为填料外径的0.60.8倍左右，但在直径较大的增中，间距也应放大。此时为了防止填料漏下，往往在栅板先先铺一层孔眼小于填料直径的粗金届网、如图55(a)所示。为了兼顾支撑装胃的强度和自由截面两方面的要求，同时又能适应高空隙率填料，可采用力气管式支撑装置，如图55(c)所示。气体经升气管上升，通过管顶部的孔及侧面的齿缝进入填料，而液体则由

18、支撑板底的许多小孔及齿缝底部溢流而下。这种装置因有足够的齿缝而较好地避免液泛。鉴于以上叙述，设计所用塔径较大，且吸收液粘度较大，所以选用珊板式的支撑板。5.6、压板的选取 压板放在填料上部，对填料期固定作用，防止气速过大把填料吹碎，影响传质效果。压板有固定和浮动两种，该设计采用浮动式压板，如图浮动式压板六、壁厚的计算6.1、筒体的设计计算（1）、根据化工机械基础中有关容器材料设计公式显示，可选用16。筒体的设计厚度：式中： =0.85（采用双面焊局部无损探伤）得：考虑钢板负偏差，取，圆整后（2）、水压测试：水压试验取设计压力的1.25倍。取。代入查表知16的为345（教材化工机械基础）水压试验

19、满足强度要求。6.2、封头设计计算（1）、综合考虑，采用带直边的标准椭圆形封头，选用16。标准椭圆封头的设计厚度：式中： =1600 =1.0（整体冲压）得：考虑钢板负偏差，取mm，圆整后封头壁厚应与筒体壁厚保持一致，故将封头壁厚圆整为8（2）、标准椭圆封头直边高度h（）封头材料碳素钢普通钢复合钢不锈钢，耐酸钢封头壁厚4810182039101820直边高度254050254050取直边高度封头短轴长用下式求：而，所以代入数值，得：短轴长6.3、法兰和垫片的选取吸收塔的设计压力为1.1，设计温度为50，内径为1600，壁厚为8，所以可选择公称直径为1600，公称压力为1.6的长颈对焊法兰，采用

20、凹凸面密封。相关的尺寸如下： 螺栓的规格，个数52七、各接管尺寸的设置7.1 进气管直径取圆整后取=2007.2 出气管直径取圆整后取=2007.3吸收剂进料管直径取圆整后取=3007.4吸收剂出料管直径取圆整后取=300八、设计结果一览表塔径尺寸1600填料支撑板珊板式壁厚8压 板浮动式填料层高度9.78液体分布器盘式分布器填料类型 瓷拉西环（乱堆）再分布器截锥形再分布器填料尺寸50法兰公称直径1600全塔压降2450进气管直径200出液管直径300进液管直径300出气管直径200塔 高19.9九、主要符号说明空塔气速，；重力加速度， ；填料因子（packing factor）,；气相密度，

21、；液相密度，；液体密度校正系数，；液相的质量流率，；气相的质量流率，；液相粘度，；亨利系数，；液泛气速，；填料层高度，；塔直径，；填料直径，；单位体积填料的润湿比表面积，；气体常数；吸收剂流量，；总压， 十、参考文献1、潘国昌, 郭庆丰. 化工设备设计. 北京: 清华大学出版社. 19962、谭天恩, 窦梅. 化工原理. 第三版. 北京: 化学工业出版社. 20063、陈国恒. 化工机械基础. 第二版. 北京: 化学工业出版社. 20064、贾绍义, 柴诚敬. 化工传质与分离过程. 北京: 化学工业出版社. 20075、冷士良, 陆清. 化工单元操作及设备. 北京: 化学工业出版社. 2007

22、6、王绍亭,陈涛. 化工传递过程基础. 北京: 化学工业出版社. 19877、娄爱娟, 吴志泉. 化工设计. 上海: 华东理工大学出版社. 20028、刘荣杰, 卫志贤. 化工工艺设计基础. 西安: 西北大学出版社. 19949、姚玉英. 化工原理（下册）. 天津: 天津科学技术出版社. 199210、潘国昌, 郭庆丰. 化工设备设计. 北京: 清华大学出版社. 199611、周志安. 化工设备设计基础. 北京: 化学工业出版社. 199612、莱恩哈特. 填料塔. 北京: 化学工业出版社. 199813、陆振东. 化工工艺设计手册. 第二版. 北京: 化学工业出版社. 1996十一、设计体会

23、及今后改进意见通过这次的分离工程课程设计，我对分离工程中的多组分吸收及吸收蒸出塔这一部分有了更深入的了解，同时也进一步的熟悉了课程设计的设计步骤。从老师发下来设计任务书的那一刻起，就决定一定要尽自己最大努力，通过查资料，结合自己之前学到的知识，把这一次分离工程设计完整的做出了，截止到现在，设计马上就要结束了，我自己很欣慰。在这次课程设计过程中，我先后多次到图书馆查阅资料，在教室反复的问老师那些不懂的地方，在老师的指导和与同学的交流商讨下，我反复的对物料和工艺进行计算和修改，明白了一些以前不明白的地方，以及一些公式的应用，收获颇丰。另外通过绘制Auto CAD的图，又熟悉了Auto CAD的应用，使自己的这方面能力又有了提高。由于这是第二次课程设计，我觉得这次设计比上次更顺利，自己所学的应用的更加熟练和得心应手。另外，还要对刘丽华老师的细心指导和讲解，表示由衷的谢意。当然我知道自己的设计也许还存在这样或那样的不足，但我知道这是我努力的结果。以后我会更努力，不断学习，持续改进。* 2011年6月