化工原理优秀课程设计氨气填料吸收塔设计.doc

化工原理课程设计任务书
设计题目
填料吸收塔设计—15
关键内容
1、设计方案介绍：对给定或选定工艺步骤、关键设备进行简明叙述；
2、关键设备工艺设计计算：物料衡算、能量衡算、工艺参数选定、填料塔结构设计和工艺尺寸设计计算；
3、辅助设备选型
4、绘步骤图：以单线图形式描绘，标出主体设备和辅助设备物料方向、物流量、能流量。
5、吸收塔设备工艺条件图
6、编写设计计算说明书
设计参数
用清水吸收空气中NH3气体，混合气体处理量5000m3/h，其中NH3含量为0.14kg/m3干空气（标态），干空气温度为25℃，相对湿度为70%，要求净化气中NH3含量不超出0.07%（体积分数），气体入口温度40℃，入塔吸收剂中不含NH3，水入口温度30℃。
设计计划进度
部署任务，学习课程设计指导书，其它准备……………0.5天
关键工艺设计计算…………………………………………2.5天
辅助设备选型计算／绘制工艺步骤图……………………1.0天
绘制关键设备工艺条件图…………………………………1.0天
编写设计计算说明书（考评）……………………………1.0天
累计：（1周）………………………………………………6.0天
关键参考文件
1. 《化工原理课程设计》，贾绍义等编，天津大学出版社，.08
2.《化工原理》（上、下册），夏清，陈常贵主编，天津大学出版社，.01
3. 《化工原理课程设计》，大连理工大学编，大连理工大学出版社，1994.07
4.《化工工艺设计手册》（第三版）（上、下册），化学工业出版社，.08
5.《化学工程手册》（第二版）（上、下卷），时钧等主编，化学工业出版社，1998.11
6.《化工设备机械基础》，董大勤编，化学工业出版社，.01
7.《化工数据导引》，王福安主编，化工出版社，1995.10
8.《化工工程制图》，魏崇光等主编，化学工业出版社1994.05
9.《现代填料塔技术指南》，王树楹主编，中国石化出版社，1998.08
设计文件要求
1.设计说明书不得少于7000字，A4幅面；
2.工艺步骤图为A2幅面；
3.设备工艺条件图为A3幅面；
备注

目    录
一 序言………………………………………………………………………………………3
二 设计任务…………………………………………………………………………………4
三 设计条件…………………………………………………………………………………4
四 设计方案…………………………………………………………………………………5
1．吸收剂选择…………………………………………………………………………5
2．步骤图及步骤说明……………………………………………………………………5
3．塔填料选择…………………………………………………………………………7
五 工艺计算…………………………………………………………………………………11
1．物料衡算，确定塔顶、塔底气液流量和组成……………………………………11
2．塔径计算……………………………………………………………………………12
3. 填料层高度计算………………………………………………………………………14
4. 填料层压降计算………………………………………………………………………16
5. 液体分布装置…………………………………………………………………………17
6. 液体再分布装置………………………………………………………………………19
7. 填料支撑装置…………………………………………………………………………20
8. 流体进出口装置………………………………………………………………………21
9. 水泵及风机选型……………………………………………………………………22
六 设计一览表………………………………………………………………………………23
七 对本设计评述…………………………………………………………………………23
八 参考文件…………………………………………………………………………………24
九 关键符号说明……………………………………………………………………………24
十 致谢………………………………………………………………………………………25
一 序言
在石油化工、食品医药及环境保护等领域，塔设备属于使用量大应用面广关键单元设备。塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。所以塔设备研究一直是中国外学者普遍关注关键课题。
在化学工业中，常常需要将气体混合物中各个组分加以分离，其关键目标是回收气体混合物中有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中有害成份，使气体净化，方便深入加工处理，或除去工业放空尾气中有害成份，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是依据混合物中各组分在某一个溶剂中溶解度不一样而达成分离目标。
塔设备按其结构形式基础上可分为两类：板式塔和填料塔。以前在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采取填料塔。多年来因为填料塔结构改善，新型、高负荷填料开发，既提升了塔经过能力和分离效能又保持了压降小、性能稳定等特点。所以，填料塔已经被推广到大型气、液操作中，在一些场所还替换了传统板式塔。现在，直径几米甚至几十米大型填料塔在工业上已非罕见。伴随对填料塔研究和开发，性能优良填料塔必将大量用于工业生产中。
氨是化工生产中极为关键生产原料，不过其强烈刺激性气味对于人体健康和大气环境全部会造成破坏和污染， 氨对接触皮肤组织全部有腐蚀和刺激作用，能够吸收皮肤组织中水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，破坏细胞膜结构。氨溶解度极高，所以关键对动物或人体上呼吸道有刺激和腐蚀作用，常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上，从而产生刺激和炎症。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，减弱人体对疾病抵御力。氨通常以气体形式吸入人体，氨被吸入肺后轻易经过肺泡进入血液，和血红蛋白结合，破坏运氧功效。进入肺泡内氨，少部分为二氧化碳所中和，余下被吸收至血液，少许氨可随汗液、尿液或呼吸排出体外。
短期内吸入大量氨气后会出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐、乏力等。若吸入氨气过多，造成血液中氨浓度过高，就会经过三叉神经末梢反射作用而引发心脏停搏和呼吸停止，危及生命。所以，吸收空气中氨，预防氨超标含相关键意义。
此次课程设计目标是依据设计要求采取填料吸收塔吸收方法来净化含有氨气空气。设计采取填料塔进行吸收操作是因为填料能够提供巨大气液传质面积而且填料表面含有良好湍流情况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还含有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而能够使吸收操作过程节省大量人力和物力。

二 设计任务
完成填料塔工艺设计和计算，相关隶属设备设计和选型，绘制吸收系统工艺步骤图和填料塔装置图，编写设计说明书。

三 设计条件
查表知，25下水饱和蒸气压为3.169KPa，干空气密度为1.185kg/m3，20下氨气密度为0.7601kg/m3。
水蒸气饱和分压为：
湿空气湿度：
湿空气比体积：

标准状态下，
氨气体积分数=
回收率=
总而言之，本课程设计中填料塔关键设计参数以下：
1、气体混合物成份：空气和氨气；
2、氨含量： 19.68％（体积）；
3、混合气体流量： 5000m3/h；
4、操作温度：303K；
5、混合气体压力：101.3KPa；
6、回收率： 99.64％。

四 设计方案
4.1吸收剂选择
吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中溶解来实现，所以，吸收剂性能优劣，是决定吸收操作效果关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几方面。
(1)溶解度 吸收剂对溶质组分溶解度要大，以提升吸收速率并降低吸收剂用量。
(2)选择性 吸收剂对溶质组分要有良好吸收能力，而对混合气体中其它组分不吸收或吸收甚微，不然不能直接实现有效分离。
(3)挥发度要低 操作温度下吸收剂蒸气压要低，以降低吸收和再生过程中吸收剂挥发损失。
(4)黏度 吸收剂在操作温度下黏度越低，其在塔内流动性越好，有利于传质速率和传热速率提升。
(5)其它 所选择吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性，不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得和化学性质稳定等要求。
吸收剂对溶质组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中其它组分不吸收，且挥发度要低。所以本课程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基础要求。且氨气不作为产品，故采取纯溶剂。

4.2步骤选择及步骤说明
吸收装置步骤关键有以下多个：
（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。逆流操作特点是传质平均推进力大，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。
（2）并流操作 气、液两相均从塔顶流向，此即并流操作。并流操作特点是，系统不受液流限制，可提升操作气速，以提升生产能力。并流操作通常见于以下情况：当吸收过程平衡曲线较平坦时，流向对推进力影响不大；易溶气体吸收或处理气体不需吸收很完全；吸收剂用量尤其大，逆流操作易引发液泛。
（3）吸收剂部分再循环操作 在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排除液体一部分冷却后和补充新鲜吸收剂一同送回塔内，即为部分再循环操作。通常见于以下操作：当吸收剂用量较小，为提升塔液体喷淋密度；对于非等温吸收过程，为控制塔内温升，需取出一部分热量。该步骤尤其适宜于相平衡常数m值很小情况，经过吸收液部分再循环，提升吸收剂使用效率。应该指出，吸收剂部分再循环操作较逆流操作平均推进力要低，且需设置循环泵，操作费用增加。
（4）多塔串联操作 若设计填料层高度过大，或因为所处理物料等原因需常常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在多个串联塔内，每个吸收塔经过吸收剂和气体量全部相等，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加，使设备投资加大。
（5）串联-并联混合操作 若吸收过程处理液量很大，假如用通常步骤，则液体在塔内喷淋密度过大，操作气速势必很小（不然易引发塔液泛），塔生产能力很低。实际生产中可采取气相作串联、液相作并联混合步骤；若吸收过程处理液量不大而气相流量很大时，可采取液相作串联、气相作并联混合步骤。
列出多个常见吸收过程图1。

（a） 并流 （b）逆流
图1 吸收步骤
用水吸收NH3属高溶解度吸收过程，为提升传质效率和分离效率，所以本设计选择逆流吸收步骤。
该填料塔中，氨气和空气混合气体，经由填料塔下侧进入填料塔中，和从填料塔顶流下水逆流接触，在填料作用下进行吸收。经吸收后混合气体由塔顶排除，吸收了氨气水由填料塔下端流出。

4.3塔填料选择
塔填料（简称为填料）是填料塔关键构件，它提供了气、液两相相接触传质和传热表面，其性能优劣是决定填料塔操作性能关键原因。填料比表面积越大，气液分布也就越均匀，传质效率也越高，它和塔内件一起决定了填料塔性质。所以，填料选择是填料塔设计关键步骤。
塔填料选择包含确定填料种类、规格及材料。填料种类关键从传质效率、通量、填料层压降来考虑，填料规格选择常要符合填料塔径和填料公称直径比值D/d。
4.3.1填料性能评价
填料种类选择要考虑分离工艺要求，通常考虑一下多个方面：
(1)传质效率 传质效率即分离效率，它有两种表方法：一是以理论级进行计算表示方法，以每个理论级当量填料层高度表示，即HETP值；其次是以传质速率进行计算表示方法，以每个传质单元相当高度表示，即HTU值。在满足工艺要求前提下，应选择传质效率高，即HEYP(或HTU值)低填料。对于常见工业填料，其HEYP(或HTU值)可由相关手册或文件中查到，也能够经过部分经验公式来估算。
(2)通量 在相同液体负荷下，填料泛点气速愈高或气相动能因子愈大，则通量愈大，塔处理能力亦越大。所以在选择填料种类时，在确保含有较高传质效率前提下，应选择含有较高泛点气速或气相动能因子填料。对于大多数常见填料其泛点气速或气相动能因子可由相关手册或文件中查到，也能够经过部分经验公式来估算。
(3)填料层压降 填料层压降是填料关键应用性能，填料层压降越低，动力消耗越低，操作费用越小。选择低压降填料对热敏性物系分离尤为关键。比较填料压降有两种方法，一是比较填料层单位高度压降△P/Z；另一是比较填料层单位传质效率比压降△P/NT。填料层压降可用经验公式计算，亦可从相关图表中查出。
(4)填料操作性能 填料操作性能关键指操作弹性、抗污堵性及抗热敏性等。所选填料应含有较大操作弹性，以确保塔内气、液负荷发生波动时维持操作稳定。同时，还应含有一定抗污堵、抗热敏能力，以适应物料改变及塔内温度改变。
另外，所选填料要便于安装、拆卸和检修。
4.3.2装填类型选择
填料种类很多，依据填料方法不一样，可分为散装填料和规整填料两大类。
1、散装填料
散装填料是一个个含有一定几何形状和尺寸颗粒体，通常以随机方法堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料依据结构特点不一样，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍多个经典散装填料。
(1)拉西环填料 其结构为外径和高度相等圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。拉西环填料气液分布较差，传质速率低，阻力大，通量小，现在工业上已极少用了。
(2)鲍尔环填料 鲍尔环是在拉西环基础上改善而得。其结构为在拉西环侧壁上开出两排长方形窗孔，被切开环壁一侧仍和壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸舌叶，诸舌叶侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。鲍尔环因为环壁开孔，大大提升了环内空间及环内表面利用率，气体阻力小，液体分布均匀。和拉西环相比，其通量可增加50%左右。鲍尔环是现在应用较广填料之一。
(3)阶梯环填料 阶梯环是对鲍尔环改善，和鲍尔环相比，阶梯环高度降低了二分之一，并在一端增加了一个锥形翻边。因为高径比降低，使得气体绕填料外壁平均路径大为缩短，降低了气体经过填料层阻力。锥形翻边不仅增加了填料机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这么不仅增加了填料间间隙，同时成为液体沿填料表面流动聚集分散点，能够促进液膜表面更新，有利于传质效率提升。阶梯环综合性能优于鲍尔环，成为现在使用环形填料中最为优良一个。
(4)弧鞍填料 弧鞍填料属鞍形填料一个，其形状如同马鞍，通常采取瓷质材料制成。弧鞍填料特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面来那个侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，轻易破碎，工业生产应用不多。
(5)矩鞍填料 将弧鞍填料两端弧形面改成矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料通常采取瓷质材料制成，其性能优于拉西环。现在中国绝大多数应用瓷拉西环场所，均已被矩鞍填料所替换。
(6)环矩鞍填料 环矩鞍填料是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出一个新型填料，该填料通常以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料二者优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，是工业应用最为普遍一个金属散装填料。
下图为多个实体填料：

拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍形填料 矩鞍形填料
图2 多个实体填料
2、规整填料
规整填料是按一定几何图形排列，整齐堆砌填料。规整填料种类很多，依据几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。工业上应用规整填料绝大部分为波纹填料。波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料两大类，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。
金属丝网波纹填料是网波纹填料关键形式，是由金属丝网制成。其特点是压降低、分离效率高，尤其适适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、热敏性物系精馏提供了有效手段。尽管其造价高，但因性能优良仍得到广泛使用。
金属板波纹填料是板波纹填料关键形式。该填料波纹板片上冲压有很多小孔，可起到粗分配板片上液体，加强横向混和作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上液体、增强表面润湿性能作用。金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，尤其适适用于大气直径塔及气、液负荷较大场所。
波纹填料优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大。其缺点是不适适用于处理黏度大、易聚合或有悬浮物材料，且装卸、清理困难，造价高。
总而言之，经分析各填料特点、性能，本课程设计选择散装阶梯环填料。
4.3.3填料材质选择
工业上，填料材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。
(1)陶瓷填料 陶瓷填料含有良好耐腐蚀性及耐热性，通常能耐除氢氟酸以外常见多种无机酸、有机酸腐蚀，对强碱介质，能够选择耐碱配方制造耐碱陶瓷填料。
陶瓷填料因其质脆、易碎，不易在高冲击强度下使用。陶瓷填料价格廉价，含有很好表面润湿性，工业上，关键用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程。
(2)金属填料 金属填料可用多个材质制成，金属材料选择关键依据物系腐蚀性和金属材质耐腐蚀性来综合考虑。碳钢填料造价低，且含有良好表面湿润性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，通常能耐以外常见物系腐蚀，但其造价较高；钛材、特种合金钢等材质制成填料造价级高，通常只在一些腐蚀性极强物系下使用。
金属填料可制成薄壁结构（0.2~0.1mm），和同种类型、同种规格陶瓷、塑料填料相比，它通量大、气体阻力小，且含有很高抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，工业应用关键以金属填料为主。
(3)塑料填料 塑料填料材质关键包含聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，中国通常多采取聚丙烯材质。塑料填料耐腐蚀性能很好，可耐通常无机酸、碱和有机溶剂腐蚀。其耐温性良好，可长久在100℃以下使用。聚丙烯填料在低温（低于0℃）时含有冷脆性，在低于0℃条件下使用要谨慎，可选择耐低温性能好聚氯乙烯填料。
塑料填料含有轻质、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。塑料填料缺点是表面润湿性能较差，在一些特殊应用场所，需要对其表面进行处理，以提升表面润湿性能。所以此次课程设计选择聚丙烯填料。
4.3.4填料规格选择
通常，散装填料和规整填料规格标示方法不一样，选择地方法亦不尽相同。
①散装填料规格选择 散装填料规格通常是指填料公称直径。工业塔常见散装填料关键有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等多个规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸填料应用于小塔径中，又会产生液体分布不良及严重壁流，使塔分离效率降低。
本课程设计处理量不大，所用塔直径不会太大，故选择38mm。
②规整填料规格选择 工业上常见规整填料型号和规格表示方法很多，中国习常见比表面积表示，关键有125、150、250、350、500、700等多个规格。同种类型规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也显著增加。选择时应从分类要求、通量要求、场地要求、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足工艺要求，又含有经济合理性。
应该指出，一座填料塔能够选择同种类型、同一规格填料，也能够使用同种类型、不一样规格填料；能够选择同种类型填料，也能够选择不一样类型填料；有塔段可选择规整填料，而有塔段可选择散装填料。
总而言之选择38mm聚丙烯阶梯环塔填料，其关键性能参数查表1得：
比表面积a：132.5
空隙率：0.91
干填料因子：
表1 中国阶梯环特征数据
材质
外径
d，mm
外径×高×厚
d×H×δ
比表面积
at，m2/m3
空隙率
ε，m3/m3
个数
n，个/m3
堆积密度
ρp，kg/m3
干填料因子
at/ε3，m-1
填料因子
Φ，m-1
塑

料
25
38
50
76
25×17.5×1.4
38×19×1
50×30×1.5
76×37×3
228
132.5
114.2
89.95
0.90
0.91
0.927
0.929
81500
27200
9980
3420
97.8
57.5
76.8
68.4
313
175.6
143.1
112
240
120
80
72

五 工艺计算
查表知，30下空气和水物理性质常数以下：
空气：
水：

5.1物料衡算，确定塔顶、塔底气液流量和组成
查表知，30下氨在水中溶解度系数
亨利系数
相平衡常数。
进塔气相摩尔比为：
出塔气相摩尔比为：
对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：(清水)
混合气体平均摩尔质量为：

混合气体密度为：
混合气体流量：
惰性气体流量：
最小液气比：
取实际液气比为最小液气比1.5倍，则可得吸收剂用量为：

液气比
经计算该吸收过程为低浓度吸收过程，溶液物性数据可近似取纯水物性数据。混合气体黏度可近似取为空气黏度。

5.2塔径计算
采取贝恩（Bain）-霍根（Hougen）泛点关联式计算泛点速度：
气体质量流量：

液相质量流量可近似按纯水流量计算，即：

填料总比表面积：
水黏度：

A、 K取值可由表2查得。
表2 不一样类型填料A、K值
散装填料类型
A
K
规整填料类型
A
K
塑料鲍尔环
0.0942
1.75
金属阶梯环
0.106
1.75
金属鲍尔环
0.1
1.75
瓷矩鞍
0.176
1.75
塑料阶梯环
0.204
1.75
金属环矩鞍
0.06225
1.75
取泛点率为0.7，即
则
圆整后取 D=0.8m（常见标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、、2200）
泛点率校核：
（对于散装填料，其泛点率经验值为）
填料规格校核：
液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：

所以

经以上校核可知，填料塔直径选择合理。

5.3填料层高度计算
查表知， 0，101.3 下，在空气中扩散系数
由，
则303，101.3下，在空气中扩散系数为：

液相扩散系数
液体质量通量为
气体质量通量为

脱吸因数为
气相总传质单元数为：

气相总传质单元高度采取修正恩田关联式计算：

不一样材质бc值见表3。

表3 不一样材质бc值
材质
钢
陶瓷
聚乙烯
聚氯乙烯
碳
玻璃
涂石蜡表面
表面张力，N/m×103
75
61
33
40
56
73
20
查表知，
所以，
气膜吸收系数由下式计算：
液膜吸收系数由下式计算：
表4 各类填料形状系数
填料类型
球
棒
拉西环
弧鞍
开孔环
Ψ值
0.72
0.75
1
1.19
1.45
查表4得：
则

由 得，

则
由
由

设计取填料层高度为：
对于阶梯环填料，
将填料层分为2段设置，每段3.5m，两段间设置一个液体再分布器。
取，则填料塔总高度为：

5.4填料层压降计算
采取Eckert通用关联图计算填料层压降：
横坐标为：
查表知：
纵坐标为：
查图3得，
填料层压降为：

图3 通用压降关联图

5.5液体分布装置
液体分布器作用：液体分布装置设于填料层顶部，用于将塔顶液体均匀分布在填料表面上，液体分布装置性能对填料塔效率影响很大，尤其是大直径、低填料层填料塔，尤其需要性能良好液体分布装置。
因为液体在填料塔内分布均匀，能够增大填料润湿表面积，以提升分离效果。所以，液体在塔顶初始均匀喷淋，是确保填料塔达成预期分离效果关键条件。从喷淋密度考虑，应确保每60塔截面上约有一个喷淋点，这么，能够预防塔内壁流和沟流现象。
常见液体分布装置有莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔管式分布器等。
莲蓬式喷淋器：液体经半球形喷头小孔喷出。小孔直径为3~10m，做同心圆排列，喷洒角不超出。这种喷淋器结构简单，但只适适用于直径小于600mm塔中，且小孔易堵塞。
盘式分布器：盘低开有筛孔称为塞孔式，盘底装有垂直短管称为溢流管式。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流短管流下。筛孔式液体分布效果好，而溢流管式自由截面积较大，且不易堵塞。盘式分布器常见于直径较大塔中，基础可确保液体分布均匀，但其制造较麻烦。
齿槽式分布器：液体先经过主干齿槽向其下个条形做第一级分布，然后再向填料层上面分布。这种分布自由截面积大，不易堵塞，多用于直径较大填料塔。
多孔环管式分布器：由多孔圆形盘管、联接管及中央进料管组成。这种分布器气体阻力小，尤其使用于液量小而气量大填料吸收塔。
液体分布装置安装位置，须高于填料层表面200mm，以提供足够自由空间，让上升气流不受约束地穿过分布器。依据氨气易溶解性质，可选择现在应用较为广泛多孔型布液装置中排管式喷淋器。多孔型布液装置能提供足够均匀液体分布和空出足够大气体通道（自由截面通常在70%以上），也便于制成份段可拆结构。
液体引入排管喷淋器方法采取液体由水平主管一侧引入，经过支管上小孔向填料层喷淋。排管式喷淋器采取塑料制造。
分布点密度计算：
为了使液体初始分布均匀，标准上应增加单位面积上喷淋点数。不过，因为结构限制，不可能将喷淋点设计得很多。依据Eckert提议，当初，每塔截面设一个喷淋点。则总布液孔数为：

布液计算：
由

取，
则

5.6液体再分布装置
实践表明，当喷淋液体沿填料层向下流动时，不能保持喷淋装置所提供原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动趋势。所以造成壁流增加、填料主体流量减小、塔中心填料不被润湿，影响了流体沿塔横截面分布均匀性，降低传质效率。所以，设置再分布装置是十分关键。液体分布器分为截锥形再分布器、边圈槽型再分布器、改善截锥形再分布器。
图4（a）、（b）为两种截锥式再分布器。其中（a）型是将截锥体固定在塔壁上，其上下均可装满填料，锥体不占空间，是最简单一个。（b）型是在截锥上方设支承板，截锥以下隔一段距离再放填料，需分段卸出填料时可用此型。截锥体和塔壁夹角通常取为35-400，截锥下口直径D1=（0.7～0.8）D。截锥型再分布器适于直径800mm以下塔应用。
（a）、（b）截锥式 （c）边圈槽形 （d）改善截锥式
图4 常见液体再分布器
图4（c）为边圈槽形再分布器。壁流液聚集于边圈槽中，再由溢流管引入填料层。边槽宽度为50～100mm，可依塔径大小选择，溢流管直径为16～32mm，通常取3～4根溢流管。此型结构简单，气体经过截面较大，可用于300～1000mm直径塔中，其缺点是喷洒不够均匀。
图4（d）为改善形分配锥，此型既改善了液体分布情况，又有较大自由截面积，适适用于600mm以下塔径。
总而言之，本课程设计选择边圈槽形再分布器，边槽宽度为70mm，溢流管直径为25mm。

5.7填料支撑装置
填料支承装置用于支承塔填料及其所持有气体、液体质量，同时起着气液流道及气体均布作用。故在设计支承板是应满足下列三个基础条件：（1）自由截面和塔截面之比大于填料空隙率；（2）要有足够强度承受填料重量及填料空隙液体；（3）要有一定耐腐蚀性。
用竖扁钢制成栅板作为支承板最为常见，图5中（a）栅板能够制成整块或分块。通常当直径小于500mm时可制成整块；直径为600～800mm时，能够分成两块；直径在900～1200mm时，分成三块；直径大于1400mm时，分成四块；使每块宽度约在300～400mm之间，方便拆装。

（a）栅板 （b）升气管式 （c）十字隔板环层
图5 填料支承板
栅板条之间距离应约为填料环外径0.6～0.7。在直径较大塔中，当填料环尺寸较小，也可采取间距较大栅板，先在其上充满尺寸较大十字分隔瓷环，再放置尺寸较小瓷环。这么，栅板自由截面较大，图5（c）所表示。
当栅板结构不能满足自由截面要求时，可采取图5（b）所表示升气管式支承板。气相走升气管齿缝，液相由小孔及缝底部溢流而下。这类支承板，有足够齿缝时，气相自由截面积能够超出整个塔德横截面积，所以绝不会在此造成液泛。
填料支撑装置对于确保填料塔操作性能含有重大作用。采取结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小栅板作为支撑板。为了改善边界情况，可采取大间距栅条，然后整砌一、二层按正方形排列瓷质十字环，作为过渡支撑，以取得较大孔隙率。因为采取是填料，所以可用十字环。
塔径，设计栅板由2块组成。且需要将其搁置在焊接于塔壁支持圈或支持块上。分块式栅板，每块宽度为400mm，每块重量不超出700N，方便从人孔进行装卸。

5.8流体进出口装置
填料塔气体进口既要预防液体倒灌，更要有利于气体均匀分布，对500mm直径以下小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成450向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径塔，管末端可制成下弯锥形扩大器，或采取其它均布气流装置。
气体出口装置既要确保气流通畅，又要尽可能除去被夹带液沫。最简单装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采取旋流板除雾器。
常压塔气体进出口管气速可取10～20m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口管气速可取0.8～1.5m/s（必需时可加大些）。管径依所选气速决定后，应按标准管规格进行圆整，并要求其厚度。
气体进气口气速取16m/s，液体进液口流速取1.2m/s。
气体进出口管直径：
液体流量：
液体进出口管直径：
按标准管规格（GB8163-87）进行圆整后得，气体进口出管直径D1=351mm，厚度为10mm；液体进出管直径D2=42mm，厚度为8mm。
设计在塔底进气管时，关键考虑两个要求：压力降要小和气体分布要均匀。因为填料层压力降较大，减弱了压力波动影响，从而建立了很好气体分布；同时，本装置因为直径较小，可采取简单进气分布装置。

5.9水泵及风机选型
吸收剂实际流速：
依据初步设计，l垂直=10m，l水平及弯=2m，l总=12m。

新无缝钢管绝对粗糙度约值为0.02～0.1mm ，相对粗糙度为,查莫狄图得摩擦系数λ约为0.026。
列出液体进口和液体出口两截面机械能守恒方程，即可求得压头H：

泵功率
查离心泵规格，IS 50-32-200 中n=1450 r/min，Q=6.3m3/h，H=12.5m，η=54%， N=0.75W，该离心机最为适合。
空气入口和出口间压差即为填料层压降、除雾沫器压降及阻力损失(大约取600Pa)：
Pt=5151+600=5751Pa
空气流量5000m3/h
查引风机型号参数表，得Y90S-4 No.4.5A型引风机较适宜：
转速： 1450rpm
流量： 2856～5281m3/h
全风压： 5712～10562Pa
电机功率：1.1KW

六 设计一览表
经上述叙述和计算得填料吸收塔设计一览表（见表5）。
表5 填料吸收塔设计一览表
吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔
混合气处理量： 5000m3/h
名称
 工艺参数
物料名称
清水
混合气体
操作压力，kPa
101.3
101.3
操作温度，℃
30
40
流体密度，kg/m3
995.7
1.037
黏度，kg/(m*h)
2.883
0.067
表面张力，kg/h
940896
427680(聚丙烯)
流量，kg/h
5540.862
5185
流速，m/s
1.2
16
接管尺寸（直径）
42
351
塔径，mm
800
填料层高度，mm
700
压降，KPa
5.151
操作液气比
1.069
分布点数
84

七 对本设计评述
历时一个星期化工原理课程设计结束了，在这个课程设计过程当中，我综合地利用了我所学习过流体力学和吸收等方面化工基础知识，设计了一款可应用于吸收氨填料塔。在为期一周课程设计当中我感慨最深便是理论联络实践关键性，当碰到实际问题时，只要认真思索，用所学知识，再一步步探索，是完全能够处理碰到通常问题。这次课程设计内容包含工艺步骤设计，塔板结构设计，数据校验。关键目标是使我对化工原理有一定感性和理性认识；对水吸收氨等方面相关知识做深入了解；培养和锻炼我们思维实践能力，使我们理论知识和实践充足地结合，做到不仅含有专业知识，而且还含有较强实践能力，能自主分析问题和处理问题。
一周课程设计即使短暂而劳累，但却给我以后道路指出一条明路，那就是思索着做事，将事半功倍。我做事心态也得到磨练，也改变了很多不良习惯，这就是此次课程设计最大收获吧。

八 参考文件
[1]贾绍义,柴诚敬,化工原理课程设计.天津大学出版社
[2]夏清,陈常数,化工原理（下册）.天津大学出版社
[3]匡国柱,史启才,化工单元过程及设备课程设计.化学工业出版社
[4]路秀林,王者相,塔设备.化学工业出版社

九 关键符号说明
E——亨利系数；
H——溶解度系数；
Ms——相对摩尔质量；
m——相对平衡常数；
μF——泛点气速，m/s；
g——重力加速度，9．81m/s2；
at——填料总比表面积，m2／m3；
ε——填料层空隙率，m3／m3；
ρV,ρL——气相、液相密度，k/m3；
μL——液体粘度，mPa·s；
A,K——关联常数A=0.204，K=1.75；
V——单位时间内经过吸收塔惰性气体量，kmol/s；
L——单位时间内经过吸收塔溶解剂，kmol/s；
Y1、Y2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分摩尔比，kmol/kmol；
X1、X2——分别为进塔及出塔液体中溶质组分摩尔比，kmol/kmol。
D——塔径，m；
V——操作条件下混合气体体积流量，m3/s；
——空塔气速，即按空塔截面积计算混合气体线速度，m/s。
——气膜体积吸收系数，；
——液膜体积吸收系数，。
HOG——气相传质单元高度，m
——塔截面积，m2
Z——填料层高度，m。

十 致谢
经过一个星期学习和研究，此次课程设计已经靠近尾声，作为一个本科生，因为我个人经验相对匮乏，难免有很多设计不周地方，假如没有老师督促指导，和同组同学们共同努