南华大学机械工程学院毕业设计
前言
70年代以前，在大型塔器中，板式塔占有绝对优势，出现过许多新型塔板。70年代初能源危机的出现，突出了节能问题。随着石油化工的发展，填料塔日益受到人们的重视，此后的20多年间，填料塔技术有了长足的进步，涌现出不少高效填料与新型塔内件， 特别是新型高效规整填料的不断开发与应用，冲击了蒸馏设备以板式塔为主的局面，且大有取代板式塔的趋势。最大直径规整填料塔已达14～20m，结束了填料塔只适用于小直径塔的历史。这标志着填料塔的塔填料、塔内件及填料塔本身的综合设计技术进入了一个新阶段。纵观填料塔的发展，可以看出，直至80年代末，新型填料的研究始终十分活跃，尤其是新型规整填料不断涌现，所以当时有人说是规整填料的世界。但就其整体来说，塔填料结构的研究又始终是沿着2个方面进行的，即同步开发散堆填料与规整填料。另一个研究方向是进行填料材质的更换，以适应不同工艺要求，提高塔内气液两相间的传质效果，以及对填料表面进行适当处理(包括在板片上碾压细纹或麻点，在板片上粘接石英砂，表面化学改性等)，以改变液相在填料表面的润湿性。
随着新型塔填料的相继开发和应用，填料塔的优点更显突出，应用范围日益扩大。在炼油、石油化工、精细化工、化肥、制药和原子能工业部门，以及环保领域的应用已趋于成熟。填料塔尤其适用于真空蒸馏、常压及中压下的蒸馏，当然还有大气量的两相接触过程(如气体的吸收、冷却等)
本设计在陈水先老师的悉心指导下从2009年1月5日开始，经历了资料收集、设计方案论证及确定、图纸的设计、设计说明书的编写等过程。通过这次设计让我们了解了填料塔设备生产工艺的全过程，在过程设备的设计和制造上得到了锻炼，进一步巩固了专业知识，加强了和同学的知识交流，是大学四年所学知识的一次检验总结和巩固。
由于本人设计水平有限，实践经验不足以及其他因素的限制，本设计必定存在很多不足，望各位老师、同学批评指正。
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第一章 工艺计算
1.1吸收剂用量及吸收溶液深度
1.1.1惰性气体流量
混合气体流量22.4T0T0?22.4100022.4273273?40V＝
?(1－0.1)=
?(1-0.1)
=350.4 kmol/h
1.1.2 最小气液比
按设计条件中的平衡数据，
表1.1.1
氨溶夜的温度 /?C 20 23.5 26 29 31.5 34 36.5 39.5 42 44.5 47
在X－Y坐标图上绘平衡曲线，如图1.1.1所示
氨在溶液中的浓度 /（kmol NH3/kmolH2O） 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 氨在气相中的平衡浓度 /（kmolNH3/kmol 空气） 0 0.056 0.010 0.018 0.027 0.04 0.054 0.074 0.097 0.125 0.156 第 2 页 共 63 页
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Y1＝
10100?10＝0.11
Y2＝Y1（1－η）＝0.111（1－0.95）＝0.00556 可从图1.1.1中查得 Y1＝0.111时的X1?值 X1?＝0.0425
液相摩尔比浓度图1-1水吸收氨的平衡线和操作线图1.1.1
故得最小气液比(
LV)min=
Y1?Y2X1?X?2=
0.111?0.005560.0425?0=2.48
1.1.3最小吸收剂用量
故最小吸收剂用量Lmin=（
LV）min?V＝2.48×350.4＝869 kmol/h
而吸收剂用量为其最小用量的1.1倍，可得吸收剂用量 L＝1.1Lmin=1.1×869=955.9 kmol/h
1.1.4 吸收液浓度
从全塔范围内氨的衡算
LV=
Y1?Y2X1?X2
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即：
955.9?0.00556350.4＝
0.11X1?0
解得吸收液浓度 X1＝0.0387
1.2泛液速度
按塔顶情况计算。为了方便，操作温度、压强取平均会值。 气体千摩尔流量
V塔顶气体体积流量v=
022.4?TT0?40
=
1000（1-0.1?0.95）27322.4×
273?40=352.4 kmol/h
1.2.1 塔顶混合气体平均分子量
Mm,2=Maya,2+MNH3,2
式中 Ma—空气平均分子量， Ma=28.84 kg/kmol MNH3—氨气平均分子量， MNH3=17.03 kg/kmol Ya,2—塔顶混合气中空气浓度，摩尔分率。 Ya,350.42=
352.4=0.9943
YNH3,2—塔顶混合空气中氨气的浓度，摩尔分率 Y352.4?350.4NH3,2＝
352.4＝0.0057
故得M2＝28.84×0.9943+17.03×0.0057＝28.77 kg/kmol 气体密度ρMm,2?105273V=
22.4?ρρ?T00T=
28.8422.4?1.011.01?105?273?40?1.12液体密度ρ4
l=992.2 kg/m
因此
ρVρ?1.12?0.001129
L992.2第 4 页 共 63 页
3
kg/m
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1.2.2填料的选择
选用Φ50金属鲍尔环
表1.2.1
外径 高×厚 /mm×mm 50×1 比表面积a /m2?m-3 空隙率? 堆积密度个数 ?D 干填料因子a/?3 /m-1 湿填料因子Φ/m-1 /m-1 d/mm/m3?m-3 /个·m- /kg·m-3 50 112.3 0.949 6500 395 131 130
图1.2.1
用Bain-Hongen关联式计算
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