填料塔设计—机械设计
目录
第一章前言 (2)
1.1 塔设备设计简介 (2)
1.2 填料塔结构简介 (2)
第二章设计方案的确定 (3)
2.1 装置流程的确定 (3)
2.2 吸收剂的选择 (3)
2.3 填料的选择 (3)
2.4 材料选择 (3)
第三章工艺参数 (4)
第四章机械设计 (5)
4.1 塔体厚度计算 (5)
4.2 封头厚度计算 (5)
4.3 填料塔的载荷分析及强度校核 (5)
4.4 塔体的水压试验 (6)
4.4.1 水压试验时各种载荷引起的应力 (6)
4.4.2 水压试验时应力校核 (7)
第五章零部件选型 (8)
5.1 人孔 (8)
5.2 法兰 (8)
5.3 除雾沫器 (8)
5.4 填料支撑板 (8)
第六章总结 (9)
参考文献 (10)
第一章前言
1.1塔设备设计简介
塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。塔设备的设计主要包括填料的选择、塔径的计算、填料层总高度的计算、压力降的计算、结构设计、机械设计等方面。其中塔设备的机械设计为本设计的主要部分，包括设计计算塔体壁厚，考虑操作压力、内件及物料重力、荷载等条件，进行塔体应力校核，水压试验等。本设计选用填料塔为设计对象，在操作压力为101.3kpa，温度为20摄氏度时，完成填料塔的机械设计。
1.2填料塔结构简介
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。
图1-1 填料塔结构图
填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量肖，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。
第二章 设计方案的确定
该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水 由填料塔的下端流出。
2.1 装置流程的确定
本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液
相自塔顶进入由塔底排出，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。工业生产中多采用逆流操作。
2.2 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。
2.3 填料的选择
本课设选择散装阶梯环填料。塑料填料具有轻质、廉价、耐冲击、不易破碎等优点，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较差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。本次课设选用聚丙烯填料。该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用50mm 聚丙烯阶梯环塔填料。综上所述选用50mm 聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性
能参数查表2.1得：比表面积a ：114.232/m m ，空隙率ε：0.927，干填料因子Φ：
11.143-m
2.4 材料选择
本设计我们选用Q-235作为填料塔的设计材料。
Q235的机械性能：抗拉强度（σb/MPa ）：375-500 伸长率（δ5/%）： ≧26（
a ≦16mm ） ≧25（a>16-40mm
）
≧24（a>40-60mm ） ≧23（a>60-100mm ） ≧22（a>100-150mm ）
≧21（a>150mm ）其中 a 为钢材厚度或直径。
第三章工艺参数
(1)选用50mm聚丙烯阶梯环填料塔，
(2)填料层高度为1500mm，塔径为800mm,
(3)设计操作温度为20C ，设计操作压力为101.3kpa.
(4)材料选用Q235，其[]tσ=170MPa，[]σ=170 MPa,sσ=235 MPa，塔体与群
φ。
座对接焊接，塔体焊接接头系数00
.1
=
其他工艺参数依据下表确定
填料吸收塔设计一览表
第四章 机械设计
4.1 塔体厚度计算
[]=-=c t i C p D p φσδ204.111
.1117028001.1=-???(mm) 考虑厚度附加量C=2mm ，经圆整，取
mm n 14=δ。
4.2 封头厚度计算 []mm p D p c
t i c 02.111.15.0117028001.15.02=?-???=-=φσδ 考虑厚度附加量C=2mm ，经圆整，取mm n 14=δ，但由于DN3400mm 的椭圆形封头厚度没有14mm ，最低只有20mm ，所以选择20mm 。
4.3 填料塔的载荷分析及强度校核
由于塔体受到压力、弯矩和轴向载荷的作用，因此必须计算塔设备在各种状态下的轴向组合应力，并确保塔体的组合轴向拉应力满足强度条件，组合轴向压应力满足稳定的条件。
(1)塔底危险截面(Ⅱ-Ⅱ)的轴向应力计算： 由内压引起的轴向应力：MPa t pD e 11.243.74340022.041??==
σ
操作时重力及垂直地震力引起的轴向应力：
MPa t D g m e
i o 36.177.7340014.381.91369192=???=πσ 弯矩引起的轴向应力：5.207.7340014.31027.14429
222max 3=????==-e t Di M πσMPa
（2）塔底危险截面(Ⅱ-Ⅱ)抗压强度及轴向稳定性验算
该截面上的最大轴向压缩应力发生在空塔时
[]t
KB K ???≤+=σσσσ32max 式中[]t σ为设计温度下塔壁材料的许用应力,在20℃时，塔壁材料Q235C 的[]t σ为
125MPa 。组合系数K=1.2，B 可根据GB 150M 《钢制压力容器》计算：
B=0.06Et e /R i =53.7MPa
由于
???=?=?≤+=+=44.647.532.16.1351132.136.175.2032max σσσ 因此塔底Ⅱ-Ⅱ截面满足抗压强度及轴向稳定条件。
（3）塔底Ⅱ-Ⅱ截面抗拉强度校核
[]φσσσσσt K ≤+-=321max
MPa 6.13512.11135.2032.1711.24321max =??≤+-≤+-=σσσσ
该截面满足抗拉强度要求。
综合以上各项计算，在各种不同危险工况下塔体壁厚取20mm ，可以满足
整个塔体的强度、刚度和稳定性要求。
4.4 塔体的水压试验
4.4.1 水压试验时各种载荷引起的应力
(1)试验压力和液柱静压力引起的环向应力
()()()())(41.23724
1234003.037.12MPa D p ei ei i T T =++=++=δδσ液柱静压力 [][])(37.11.125.125.1MPa p p t
T =?==σσ 液柱静压力=)(3.0301000MPa H =?≈γ
(2)试验压力引起的轴向拉应力
)(04.9748
340037.141MPa D p e i T =?==δσ （3）最大质量引起的轴向压应力
)(21.3312
340014.381.943373422max 2
22MPa D g m e i =???==--δπσ
（4） 弯矩引起的轴向应力
)(17.612
3400785.010785.0108.193.043.02882222
23MPa D M M e i e w =???+??=+=--δπ
σ 4.4.2 水压试验时应力校核
（1）筒体环向应力校核
)(5.3101345
9.09.0M P a s =??=φσ
M P a M P a s T 5.3109.041.237=<=φσσ
满足要求。
（2）最大组合轴向拉应力校核
)(7017.621.3304.9722322222122max
MPa =+-=+-=----σσσσ
)(5.310
34519.09.0M P a s =??=φσ
M P a M P a s 5.3109.07022max =<=-φσσ
满足要求。
(3)最大组合轴向压应力校核
)(38.3917.621.3322322222max
MPa =+=+=---σσσ
[]{}{})(1215.310121m in 9.0m in 38.3922max
MPa KB MPa s cr ===<=-，，σσσ； 满足要求。
第五章零部件选型
5.1人孔
对于大直径塔可以设置人孔作为填料卸料孔，对于小直径塔可以设置手孔作为填料卸料孔。填料卸料孔内部应该设置挡板，否则，在每次更换法兰垫片是，必须要把填料全部卸出,换完以后在重新填料，这样就非常麻烦，小到增加费用，大到影响生产，耽误工期。为方便进行检修、清洗和更换零部件，吸收塔共设置3个人孔，人孔直径D=500mm。人孔类型：回转盖带颈平焊法兰人孔。公称压力：0.32MPa,公称直径：500mm。
5.2法兰
法兰结构是一个组合件，一般是由联接件，被联接件，密封元件组成。法兰密封结构由法兰（被联接件）、垫片（密封元件）、螺栓、螺母、（联接件）组成。冷凝器采用螺纹法兰连接。螺纹法兰的特点是法兰与管壁通过螺纹进行联接，二者既有一定的联接，又不完全形成一个整体。方便拆卸、清洗、维修。本次设计选用DN250PN0.6Mpa的管法兰。
5.3除雾沫器
为捕集除填料层气流中夹带的也低和雾沫，保证分离质量，在塔顶部液体入塔初始分布器的上方设置一定形式的除雾沫器。此塔采用丝网式除雾沫器，由金属丝网作除雾元件，固定在两块栅格板间，丝网层厚度取为150mm。
5.4填料支撑板
填料支承板的作用是支承填料床层。该塔选用梁式元件组合的多梁支撑板，其每条支撑梁的宽度为290mm，高为300mm；各梁底面间用定距凸台保持10mm的间隙向下排液体。梁上所开供气体喷出的条孔尺寸以不应使20mm填料下漏为宜。
第六章总结
本次设计主要是对水吸收氨过程填料塔的机械设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。
通过这次的课程设计，我学到了很多机械设计的知识。课程设计是我们化工学生必须经过的一个过程，通过课程设计的锻炼，可以为我们将来的毕业设计打下坚实的基础，提高自己的绘画技术及设计能力，更特别是对塔设备各方面的了解和设计。此外，通过这次对填料吸收塔的设计，培养了我们各方面的能力，首先培养了我们查阅资料，选用公式和数据的能力，其次还可以从技术上的可行性与经济上的合理性两方面树立正确的设计思想，分析和解决工程实际问题的能力，学会对设计的塔设备进行应力校核，压力试验等，最后将设计的塔设备以手绘图的形式展现，借用图以及用简洁文字，图表表达设计思想的能力。不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在我们整个团队四人的努力下完成了设计任务，虽然复杂，过程也很辛苦，但提高了合作精神。此次设计不仅让我学到很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。
参考文献：
[1]匡国柱,史启才,化工单元过程及设备课程设计[M].化学工业出版社:197-234
[2]路秀林,王者相,塔设备[M].化学工业出版社
[3]喻健良，化工设备机械基础，大连理工大学出版社
[4]涂伟萍，陈佩珍，程达芳，等.化工过程及设备设计[M].第1版.化学工业出版社2000：79-114
[5] 陈英南，刘玉兰.常用化工单元设备的设计[M].第1版.华南理工大学出版社，2005：66-94
填料塔附属设备设计
5 优化设计计算 5.1 数据预处理 5.2 塔径的计算 5.3 填料层高度的计算 5.4 精馏塔塔体年投资折旧费及维修费用1J 5.5 冷凝器年运转费用2J 5.6 再沸器年运转费用或加热蒸汽费用3J 5.7 填料年折旧费用 5.8 汽液负荷 5.9 年总费用与回流比的关系 6 填料塔水力学性能校核 6.1 泛点率校核 6.2核算径比 80032825 T p D d ==>>8 6.3核算喷淋密度 v min ()(M.W.R)0.0820916.72 L a =?? t a [m 3/(m .h)] 回流液opt L R D mol h ==? 6.4 填料塔压降 化原下册P151图11-27Ekert 泛点和压降通用关联图可查得每米填料层压力降。 7 附属设备的设计与选型 7.1 塔顶冷凝器
7.1.1 初估冷凝器传热面积 7.1.1.1 冷凝器传热量 D opt D D D Dr R Dr R Vr Q )1()1(+=+== 7-1 式中 D Q 冷凝器传热量，kJ/h ； V 精馏段汽相流量，kmol/h ； D r 冷凝器中汽相冷凝潜热，kmol kJ/； D 塔顶产品流量，kmol/h ； R 、opt R 回流比和最佳回流比。 7.1.1.2 冷凝器传热推动力 opt D D opt m t T t T t t t ,211,2ln ---= ? 7-2 式中 m t ? 冷凝器传热推动力，C ?； D T 冷凝器汽相（第一块塔板汽相）露点温度，C ?； 1t 冷凝器中冷却水进口温度，C ?； opt t ,2 冷凝器中冷却水最佳出口温度，C ?。 若C 50)(1max ?>-=?t T t D m ，则冷凝器应装有温度补偿装置或采用浮头式换热器。 7.1.1.3 初估冷凝器传热面积 )(m D D D t K Q A ?= 7-3 式中 D A 冷凝器传热面积，2m ； D K 冷凝器总传热系数，C)h kJ/(m 2???。 取D K （初估）值代入式7-3 得D A （初估）。 根据D A （初估）从换热器系列型号中选择固定管板式列管换热器，其尺寸为： 公称直径 公称压力 管程数 管子根数 换热面积 管长 管子排列方式 管子规格 7.1.2 冷凝器选型 7.1.2.1 冷凝器传热系数的校核 1 2 1121222111d d d d R d d b R K s m s αλα++++= 7-4 式中 1α、2α 冷凝器管内、外对流给热系数，C)W/(m 2??；
填料塔的设计指导
二氧化硫填料塔设计 一．填料吸收塔简介 在化学工业中，吸收操作广泛应用于石油炼制，石油化工中分离气体混合物，原料气的精制及从废气回收有用组分或去除有害组分等。吸收操作中以填料吸收塔生产能力大，分离效率高，压力降小，操作弹性大和持液量小等优点而被广泛应用。目前国内对填料吸收塔设计大部分是经验设计方法，该方法是在给定生产任务的条件下，由经验确定出一个液气比的值，然后手算出吸收塔的有关设计参数。该设计手段落后，没有考虑经济技术指标，不符合工厂实际生产中成本最低要求，故提出了填料吸收塔的优化设计方法。 下面简要介绍一下填料塔的有关内容。 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。填料塔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。 与板式塔相比，在填料塔中进行的传质过程，其特点是气液连续接触，而传质的好坏与填料密切相关。填料提供了塔内的气液两相接触面积。填料塔的流体力学性能，传质速率等与填料的材质，几何形状密切相关，所以长期以来人们十分注中填料的性能和新型填料的开发，使得填料塔在化工生产中应用更加广泛。 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。填料塔还有以下特点： 1.当塔径不是很大时，填料塔因为结构简单而造价便宜。 2.对于易起泡物系，填料塔更适合，因填料对气泡有限制和破碎作用。 3.对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因为可以采用瓷质填料。 4.对于热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔的持液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。填料塔的压强降比板式塔小，因而对真空操作更有利。 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。 二．设计方案简介 2.1 方案的确定 填料精馏吸收塔的确定包括装置流程的确定,操作压力的确定,进料热状况的选择,加热方式的选择以及回流比的选择等 2.1.1 装置流程的确定 吸收装置的流程主要有以下几种 (1) 逆流操作： 定义：气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出的操作。 特点：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。 适用情况：工业生产中多采用逆流操作。 (2) 并流操作： 定义：气液两相均从塔顶流向塔底的操作。 特点：系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。 适用情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大; 易溶气体的吸收或处
化工机械基础填料塔设计方案
化工机械基础填料塔设计方案 1.水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介 1.1任务及操作条件 ①混合气(空气、NH3 )处理量： 26003/ m h； ②进塔混合气含NH3 7% (体积分数)；温度:20℃； ③进塔吸收剂(清水)的温度:20℃； ④ NH3回收率：96%； ⑤操作压力为常压101.3k Pa。 1.2填料的选择 塔填料是填料塔的核心构件，它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面，其性能优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面积越大，气液分布也就越均匀，传质效率也越高，它与塔件一起决定了填料塔的性质。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。 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，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。 塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国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℃以下使用。设计选用填料塔，填料为散装聚丙烯DN 阶梯环填料。 50 国阶梯环特性数据
2. 工艺尺寸计算 2.1基础物性数据 2.1.1液相物性数据 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。由手册查的，20℃水的有关物性数据如下： 密度：ρ1 =998.2Kg ／m 3 粘度：μL =1.005mPa ·S =0.001Pa ·S=3.6Kg ／（m ·h ） 表面力：σL =72.6dyn ／cm=940 896Kg ／h 2 氨气在水中的扩散系数：D L =1.80×10-9 m 2/s=1.80×10-9×3600 m 2/h=6.480 ×10-6m 2/h 2.1.2气相物性的数据 混合气体平均摩尔质量： M VM =Σy i M i =0.070×17+0.930×29=28.16 混合气体的平均密度： ρvm =RT PM VN =100×28.16／(8.314×293)=1.166Kg ／m 3 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20℃空气的粘度： μV =1.81×10—5Pa ·s=0.065Kg ／（m ·h ） 查手册得氨气在20℃空气中扩散系数： D v = 0.189 cm 2/s=0.068 m 2/s 2.1.3气液相平衡数据 20C 下氨在水中的溶解度系数：)/(725.03kpa m kmol H ,常压下20℃时亨利系数：S L HM E =998.2／(0.725×18.02)=76.40Kpa 相平衡常数： 756.0100 02.18725.02.998 P HM P E m S L 2.1.4 物料衡算
大气课设填料塔设计计算
课程设计说明书 题 目：S H S 20-25型锅炉低硫烟煤 烟 气袋式除尘湿式脱硫系统设计 学生姓名： 周永博 学 院： 能源与动力工程学院 班 级： 环工13-1 指导教师：曹英楠
2016年7 月 1 日 内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书 课程名称：大气污染控制工程学院：能源与动力工程学院班级：环工13-1 学生姓名：周永博学号：201320303014 指导教师：曹英楠
技术参数： 锅炉型号：SHS20-25 即，双锅筒横置式室燃炉（煤粉炉），蒸发量20t/h，出口蒸汽压力25MPa 设计耗煤量：2.4t/h 设计煤成分：C Y=75.2% H Y=3% O Y=4% N Y=1% S Y=0.8% A Y=10% W Y=6%； V Y＝18％；属于低硫烟煤 排烟温度：160℃ 空气过剩系数＝1.25 飞灰率＝29％ 烟气在锅炉出口前阻力800Pa 污染物排放按照锅炉大气污染物排放标准中2类区新建排污项目执行。 连接锅炉、净化设备及烟囱等净化系统的管道假设长度150m，90°弯头30个。
参考文献： 《大气污染控制工程》郝吉明、马广大； 《环保设备设计与应用》罗辉..北京.高等教育出版社.1997； 《除尘技术》高香林..华北电力大学.2001.3； 《环保设备?设计?应用》郑铭..北京.化学工业出版社.2001.4； 《火电厂除尘技术》胡志光、胡满银..北京.中国水利水电出版社.2005； 《除尘设备》金国淼..北京.化学工业出版社.2002； 《火力发电厂除尘技术》原永涛..北京.化学工业出版社.2004.10； 《环境保护设备选用手册》鹿政理..北京.化学工业出版社.2002.5； 《工业通风》孙一坚主编..中国建筑工业出版社，1994； 《锅炉及锅炉房设备》奚士光等主编..中国建筑工业出版社，1994； 《除尘设备设计》金国淼主编..上海科学技术出版社，1985； 《环境与工业气体净化技术》. 朱世勇主编.化学工业出版社，2001； 《湿法烟气脱硫系统的安全性及优化》曾庭华，杨华等主编..中国电力出版社；《燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例》. 钟秦主编.化学工业出版社，2004； 《环保工作者使用手册》. 杨丽芬，李友琥主编.冶金工业出版社，2001； 《工业锅炉房设计手册》航天部第七研究设计院编.中国建筑工业出版社，1986；《火电厂烟气湿法脱硫装置吸收塔的设计》王祖培编.化学工业第二设计院，1995；《大气污染控制工程》. 吴忠标编.科学出版社，2002； 《湿法烟气脱硫吸收塔系统的设计和运行分析》. 曾培华著.电力环境保护，2002。
填料塔的设计
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， ，气体处理量为1500m3/h，其中含氨%（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=。 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: 1500m3/h 进气主要成分：NH 3
化工设备填料塔结构
化工设备填料塔结构 10.2.1 填料塔的结构及其结构特性 1. 填料塔的结构 如图所示为填料塔的结构示意图，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（小直径塔一样不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的间隙，在填料表面上，气液两相紧密接触进行传质。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淌时，有逐步向塔壁集中的趋势，使得塔壁邻近的液流量逐步增大，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；不能直截了当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。 2. 填料特性的评判 （1）比表面积a （2）间隙率
塔内单位体积填料层具有的间隙体积，m 2/m 3。ε为一分数。ε值大则气体通过填料层的阻力小，故ε值以高为宜。 关于乱堆填料，当塔径D 与填料尺寸d 之比大于8时，因每个填料在塔内的方位是随机的，填料层的平均性较好，这时填料层可视为各向同性，填料层的间隙率ε确实是填料层内任一横截面的间隙截面分率。 当气体以一定流量过填料层时，按塔横截面积计的气速u 称为“空塔气速”（简称空速），而气体在填料层孔隙内流淌的真正气速为1u 。二者关系为：ε/1u u =。 （3）塔内单位体积具有的填料个数n 依照运算出的塔径与填料层高度，再依照所选填料的n 值，即可确定塔内需要的填料数量。一样要求塔径与填料尺寸之比8/>d D （此比值在8～15之间为宜），以便气、液分布平均。若8/ 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。 填料精馏塔设计任务书 一、设计题目：填料塔设计 二、设计任务：苯-甲苯精馏塔设计 三、设计条件： 1、年处理含苯41%（质量分数，下同）的苯-甲苯混合液3万吨； 2、产品苯含量不低于96%； 3、残液中苯含量不高于1%； 4、操作条件： 填料塔的塔顶压力：4kPa（表压） 进料状态：自选 回流比：自选 加热蒸汽压力：101.33kPa（表压） 5、设备型式：规整填料塔 6、设备工作日：300天/年，24h连续运行 四、设计内容和要求 序号设计内容要求 1 工艺计算物料衡算、热量衡算、理论塔板数等 2 结构设计塔高、塔径、分布器、接口管的尺寸等 3 流体力学验算塔板负荷性能图 4 冷凝器的传热面积和冷却介质的 用量计算 5 再沸器的传热面积和加热介质的 用量计算 6 计算机辅助计算将数据输入计算机，绘制负荷性能图 7 编写设计说明书目录、设计任务书、设计计算及结果、流程图、参考资料等 目录 第1章流程的确定和说明 (3) 1.1加料方式 (3) 1.2进料状态 (3) 1.3冷凝方式 (3) 1.4回流方式 (3) 1.5加热方式 (3) 1.6加热器 (4) 第2章精馏塔设计计算 (5) 2.1操作条件和基础数据 (5) 2.1.1操作压力 (5) 2.1.2基础数据 (5) 2.2精馏塔工艺计算 (7) 2.2.1物料衡算 (7) 2.2.2热量衡算 (9) 2.2.3理论塔板数计算 (11) 2.3精馏塔的主要尺寸 (12) 2.3.1精馏塔设计的主要依据 (12) 2.3.2塔径设计计算 (15) 2.3.3填料层高度的计算 (16) 第3章附属设备及主要附件的选型计算 (17) 3.1冷凝器 (17) 3.1.1计算冷却水流量 (18) 3.1.2冷凝器的计算与选型 (18) 3.2再沸器 (18) 3.2.1间接加热蒸汽 (18) 3.2.2再沸器加热面积 (18) 3.3塔内其他结构 (19) 3.3.1接管的计算与选择 (19) 3.3.2液体分布器 (20) 3.3.3除沫器 (21) 3.3.4液体再分布器 (22) 3.3.5填料支撑板的选择 (22) 3.3.6塔底设计 (23) 3.3.7塔的顶部空间高度 (23) 第4章结束语 (24) 参考文献 (25) 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； 6 填料塔的结构设计 I. 塔径计算 计算公式： D = ① 塔填料选择 须知： 相对处理能力：拉西环<矩鞍<鲍尔环<阶梯环<环鞍(填料尺寸相同，压降相同) 对于规整填料，分离能力：丝网类填料>板波纹类填料，板波纹填料较丝网类有较大的处理量和较小的压降。250Y ——250指的是填料的比表面积，Y 指的是波纹倾角为45o ,X Y 指的是波纹倾角为30o 填料选择的三步骤：选材质→选类型→选尺寸(径比应保持不低于某一下限值，以防止产生较大的壁效应，造成塔的分离效率下降。) 选尺寸说明：填料尺寸大，成本低，处理量大，但效率低。一般大塔常使用50mm 的填料。 塔径/mm 填料尺寸/mm D<300 20~25 300 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 第一章塔内件的选型 (2) 1.2 液体分布器的选型 (3) 1.3 液体再分布器 --—升气管式液体再分布器 (5) 1.4 填料支承装置 --- 驼峰支撑 (6) 1.6气体和液体的进出口装置设计........................................................................ 1.6.1 气体和液体的进出口直径的计算........................................................ 1.7 接管法兰尺寸................................................................................................... 1.8塔体人孔设置及选型........................................................................................ 1.9裙座的选择........................................................................................................ 1.11 开孔补强......................................................................................................... 1.11.1接管补强............................................................................................... 1.11.2人孔补强............................................................................................... 第二章填料塔的机械设计............................................................................................ 2.1 填料塔机械设计简介....................................................................................... 2.2塔机械性能设计基本参数................................................................................ 2.2.1 塔设计地区状况.................................................................................... 2.2.2 塔的设计参数...................................................................................... 2.2.3 塔的危险截面的确定............................................................................ 2.3按设计压力计算塔体和封头的壁厚................................................................ 2.4设备质量载荷的计算........................................................................................ m ....................................................................... 2.4.1 塔壳体和裙座质量01 m ............................................................................. 2.4.2 塔内填料的质量02 2.4.3 平台扶梯的质量 m ............................................................................. 03 2.3.4 操作时物料的质量 m ......................................................................... 04 2.4.4 塔附件的质量........................................................................................ 2.4.5 塔设备各种质量.................................................................................... 2.5风载荷与风弯矩的计算.................................................................................... 2.4.1 塔设备的分段........................................................................................ 2.4.2 各段的风载荷........................................................................................ 填料塔计算和设计文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256） 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 目录 第一章前言 ................................................................................. 错误!未定义书签。 塔设备设计简介 .................................................................. 错误!未定义书签。 填料塔结构简介 .................................................................. 错误!未定义书签。第二章设计方案的确定 ............................................................. 错误!未定义书签。 装置流程的确定 .................................................................. 错误!未定义书签。 吸收剂的选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 填料的选择 .......................................................................... 错误!未定义书签。 材料选择 .............................................................................. 错误!未定义书签。第三章工艺参数 ......................................................................... 错误!未定义书签。第四章机械设计 ......................................................................... 错误!未定义书签。 塔体厚度计算 ...................................................................... 错误!未定义书签。 封头厚度计算 ...................................................................... 错误!未定义书签。 填料塔的载荷分析及强度校核 .......................................... 错误!未定义书签。 塔体的水压试验 .................................................................. 错误!未定义书签。 水压试验时各种载荷引起的应力 .............................. 错误!未定义书签。 水压试验时应力校核 .................................................. 错误!未定义书签。第五章零部件选型 ..................................................................... 错误!未定义书签。 人孔 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 法兰 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 除雾沫器 .............................................................................. 错误!未定义书签。 填料支撑板 .......................................................................... 错误!未定义书签。 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填料塔课程设计
化工原理课程设计(规整填料塔)
填料塔计算和设计
填料塔器设计资料
填料塔设计说明书
过程设备设计课程设计(填料吸收塔)
填料塔计算和设计
填料塔设计机械设计
填料塔设计