水吸收氨填料塔设计模板.docx

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1、1绪论在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药和环境保护等部门，塔设备属于使用量大应用面广的重要单元设备。塔设备广泛用于蒸馈、吸取、萃取、洗涤、传热等单元操作中。因此塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。在化学工业中，常常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其重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，以便深入加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分,以免污染空气。吸取操作是气体混合物分离措旅之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不一样而到达分离的目的。塔设备按其构造形式基本上可分为两类；板式塔和康料塔。此前在工业生产中，当处理

2、量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔.近年来由于填料塔构造的改善，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小、性能稳定等特点。因此，填料塔已经被推广到大型气、液操作中，在某些场所还替代了老式的板式塔。如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。伴随对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。综合考察各分离吸取设备中以填料塔为代表，填料塔技术用于各类工业物系的分离,虽然设计的重点在塔体和塔内件等关健部分,但与之相配套的外部工艺和换热系统应视详细的工程特殊性作对应的改善.例如在DMF回收装置的扩产改造项目中,规定运用原常压塔塔顶蒸汽,工艺上

3、可以在常压塔和新增减压塔之间采用双效蒸慵技术,到达减少能耗、提高产量的双重效果，在硝基氨笨分离项目中;改原多塔精慵、两端结晶工艺为单塔精馈、端结晶流程,并对富间硝基氯苯母液进行精慵分离,获得99%以上时间硝基氯笨,既提高产品质量,又获得了减少能耗的技术效果。过程的优缺陷：分离技术就是指在没有化学反应的状况下分离出混合物中特定组分的操作。这种操作包括蒸博，吸取，解吸，萃取，结晶，吸附，过滤，蒸发，干燥，离子互换和膜分离等。运用分离技术可为社会提供大量的能源，化工产品和环境保护设备，对国民经济起着重要的作用。为了使填料塔的设计获得满足分离规定的最佳设计参数（如理论板数、热负荷等）和最优操作工况（如

4、进料位置、回流比等），精确地计算出全塔各处的组分浓度分布（尤其是腐蚀性组分）、温度分布、汽液流率分布等,常采用高效填料塔成套分离技术。并且,20世纪80年代以来,以高效填料和塔内件为重要技术代表的新型填料塔成套分离工程技术在国内受到普遍重视。由于其具有高效、低阻、大通量等长处,广泛应用于化工、石化、炼油和其他工业部门的各类物系分离。氮是化工生产中极为重要的生产原料，不过其强烈的剌激性气味对于人体健康和大气环境都会导致破坏和污染,氮对接触的皮肤组织均有腐蚀和剌激作用，可以吸取皮肤组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜构造。氮的溶解度极高，因此重要对动物或人体的上呼吸道有刺激和

5、腐蚀作用，常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上，从而产生剌激和炎症.可麻痹呼吸道纤毛和损害粘膜上皮组织，使病原微生物易于侵入，减弱人体对疾病的抵御力。氨一般以气体形式吸入人体，氨被吸入肺后轻易通过肺泡进入血液，与血红蛋白结合，破坏运氧功能。进入肺泡内的氨，少部分为二氧化碳所中和，余下被吸取至血液，少许的氨可随汗液、尿液或呼吸排出体外。短期内吸入大氨气后会出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐、乏力等。若吸入的氯气过多，导致血液中氮浓度过高，就会通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏的停搏和呼吸停止，危和生命。长期接触氨气，部分人也许会出现皮肤色索沉积或手指溃疡等症状；氨气被呼入肺后轻易通过肺泡

6、进入血液，与血红蛋白结合，破坏运氧功能。短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、声音嘶哑、咳嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难，可伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症，同步也许发生呼吸道剌激症状。因此，吸取空气中的氨，防止氮超标具有重要意义。因此，为了防止化学工业产生的大量的具有氨气的工业尾气直接排入大气而导致空气污染，需要采用一定措施对于工业尾气中的氨气进行吸取，本次课程设计的目的是根据设计规定采用填料吸取塔吸取的措施来净化具有氨气的工业尾气，使其到达排放原则。设计采用填料塔进行吸取操作是由于填料可以提供巨大的气液传质面积并且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸

7、取过程易于进行，并且，填料塔还具有构造简朴、压减少、填料易用耐腐蚀材料制造等长处，从而可以使吸取操作过程节省大量人力和物力。运用混合气体中各组分在同一种液体(溶剂)中溶解度差异而实现组分分离的过程称为气体吸取气体吸取是一种重要的分离操作，它在化工生产中重要用来到达如下几种目的。(1)分离混合气体以获得一定的组分。(2)除去有害组分以净化气体。(3)制备某种气体的溶液。一种完整的吸取分离过程，包括吸取和解吸两个部分。经典过程有单塔和多塔、逆流和并流、加压和减压等。2设计方案确实定2.1吸取剂的选择吸取过程是依托气体溶质在吸取剂中的溶解来实现的，因此，吸取剂性能的优劣，是决定吸取操作效果的关键之一

8、，选择吸取剂时应着重考虑如下几方面。(1)溶解度吸取剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸取速率并减少吸取剂的用量。(2)选择性吸取剂对溶质组分要有良好的吸取能力，而对混合气体中其他组分不吸取或吸取甚微，否则不能直接实既有效分离。(3)挥发度要低操作温度下吸取剂的蒸气压要低，以减少吸取和再生过程中吸取剂的挥发损失。(4)黏度吸取剂在操作温度下的黏度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。(5)其他所选用的吸取剂应尽量满足无毒性、无腐蚀性，不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以和化学性质稳定等规定。吸取剂对溶质的组分要有良好地吸取能力，而对混合气体中的其他组分不吸取，口挥发度要低

9、。因此本设计选择用清水作吸取剂，氨气为吸取质。水廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸取过程对吸取剂的基本规定。且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。2.2流程选择和流程阐明吸取装置的流程重要有如下几种：(1)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进力大，传质速率快，分离效率高，吸取剂运用率高。工业生产中多用逆流操作。(2)并流操作气、液两相均从塔顶流向，此即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作一般用于如下状况：当吸取过程的平衡曲线较平坦时，流向对推进力影响不大；易溶气体的吸取或处理

10、的气体不需吸取很完全：吸取剂用量尤其大，逆流操作易引起液泛。(3)吸取剂部分再循环操作在逆流操作系统中，用泵将吸取塔排除液体的一部分冷却后与补充的新鲜吸取剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。般用于如下操作：当吸取剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度;对于非等温吸取过程，为控制塔内I肉温升，需取出一部分热量。该流程尤其合适于相平衡常数m值很小的状况，通过吸取液的部分再循环，提高吸取剂的使用效率。应当指出，吸取剂部分再循环操作较逆流操作的平均推进力要低，且需设置循环泵，操作费用增长。(4)多塔串联操作若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因需常常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几种串联的

11、塔内，每个吸取塔通过的吸取剂和气体量都相等，即为多塔串联操作。此种操作因塔内需留较大空间，输液、喷淋、支撑板等辅助装置增长，使设备投资加大。(5)串联-并联混合操作若吸取过程处理的液量很大，假如用一般的流程，则液体在塔内口勺喷淋密度过大，操作气速势必很小(否则易引起塔的液泛)，塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程；若吸取过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相作串联、气相作并联的混合流程。列出几种常见的吸取过程如图2.I0（a）并流（b）逆流图2.1吸取流程用水吸取NHs属高溶解度的吸取过程，为提高传质效率和分离效率，因此，本设计选用逆流吸取流程。该填料塔中

12、，氨气和空气混合气体，经由填料塔向下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的水逆流接触，在填料的作用下进行吸取。经吸取后的混合气体由塔顶排除，吸取了氨气的水由填料塔的下端流出。2.3塔填料选择塔填料（简称为填料）是填料塔口勺关键构件，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重要原因。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，它与塔内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、规格和材料。填料的种类重要从传质效率、通量、填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值D/d。填料

13、性能评价填料种类的选择要考虑分离工艺的规定，一般考虑一下几种方面：（1）传质效率传质效率即分离效率，它有两种表口勺措施：一是以理论级进行计算的表达措施，以每个理论级当量的填料层高度表达，即HETP值：另首先是以传质速率进行计算的表达措施，以每个传质单元相称高度表达，即HTU值。在满足工艺规定的前提下，应选用传质效率高，即HEYP（或HTU值）低的填料。对于常用的工业填料，其HEYP（或HTU值）可由有关手册或文献中查到，也可以通过某些经验公式来估算。(2)通量在相似的液体负荷下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大，则通量愈大，塔H勺处理能力亦越大。因此在选择填料种类时，在保证具有较高传质效率

14、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。对于大多数常用填料其泛点气速或气相动能因子可由有关手册或文献中查到，也可以通过某些经验公式来估彝。(3)填料层的压降填料层的压降是填料的重要应用性能，填料层的压降越低，动力消耗越低，操作费用越小。选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要。比较填料的压降(4)填料的操作性能。填料的操作性能重要指操作弹性、抗污堵性和抗热敏性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气、液负荷发生波动时维持操作稳定。同步，还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力，以适应物料的变化和塔内温度变化。此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。2.3.2装填类型选择填料种类诸

15、多，根据填料方式不一样，可分为散装填料和规整填料两大类。1、散装填料散装填料是一种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。散装填料根据构造特点不一样，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料和球形填料等。现简介几种经典的散装填料。(1)拉西环填料。其构造为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。拉西环填料的气液分布较差，传质速率低，阻力大，通量小，目前工业上已很少用了。(2)觞尔环填料。鲍尔环是在拉西环的基础上改善而得。其构造为在拉西环附侧壁上开出两排长方形时窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸I肉舌叶，诸舌

16、叶的侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间和环内表面的运用率，气体阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，其通量可增长50%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。(3)阶梯环境料。阶梯环是对鲍尔环的改善，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了二分之一，并在一端增长了一种锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均途径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增长了填料的机械强度，并且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不仅增长了填料间的间隙，同步成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以增进液膜的表面更新，有助于传质效率的提高。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。(4)弧鞍填料。弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面所有敞开，不分内外