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小、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，所以填料塔属于连续接触式的气液传质设备。 1.2 塔内填料的有关介绍
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差。研究表明，聚丙烯填料的有效润湿面积仅为同类规格陶瓷填料
的 40 % ，由于聚丙烯填料表面润湿性能差，故传质效率较低，使应用受到一定的限制.
聚丙烯阶梯环填料为外径是高度的两倍的圆环 ,在侧壁上开出两排长方形的窗孔 , 并在一端增加了一个锥形翻边，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连 ,另一侧向环内弯曲 ,形成内伸的舌叶 ,各舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔 ,大大提高了环内空间及环内表面的利用率 ,气流阻力小 ,液体分布均匀。阶梯环与鲍尔环相比 ,其高度减少了一半 ,并在一端增加了一个锥形翻边。
聚丙烯阶梯环的结构图如下：
图2 聚丙烯阶梯环结构图
第二节 精馏塔主体设计方案的确定
2.1
装置流程的确定
本次设计采用逆流操作：气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，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
因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。
表1 工业常用吸收剂
溶质 氨 氯化氢 二氧化硫 苯蒸汽 2.3填料的类型与选择
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。本次采用散装填料。
工业塔常用的散装填料主要有Dn16\\Dn25\\Dn38\\ Dn50\\Dn76等几种规格。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。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。 常用填料塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于下表。
表2：常用填料的D/d的推荐值 填料种类 拉西环 鞍形环
D/d的推荐值 D/d?20~30 D/d?15
溶剂 水、硫酸 水 水 煤油、洗油 溶质 丙酮蒸汽 二氧化碳 硫化氢 一氧化碳 溶剂 水 水、碱液 碱液、有机溶剂 铜氨液 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍
D/d?10~15 D/d>8 D/d>8
工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。聚丙烯阶梯环即为塑料类填料。聚丙烯填料在低温（低于0度）时具有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重，可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。
本方案选用聚丙烯阶梯环作为填料设计填料塔，规格为50mm×25 mm×1.5 mm，其主要参数如下：
表3：聚丙烯阶梯环的特性数据
填料类型 公称直径 外径×高/壁比表面积 空隙率/% 厚 个数堆积密度干填料因DN/mm at（m2/m3） n/m-3 （kg/m3） 子m-1 塑料阶梯环 50 50×25×1.5 114.2 92.7 10740 5408 143 2.4 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。由手册查得 20 ℃水的有关物性数据如下：
1. ?L?998.2kg/m3
2. 黏度：?L?0.001pa?s?3.6kg/(m?h) 3. 表面张力为:
?z?72.6dyn/cm?940896kg/h2
4. 20?CNH3:H?0.725kmol/m3?kpa
5. 20?CNH3:DL?7.34?10?6m2/h 6. 20?CNH3:DV?0.225cm2/s?0.081m2/h 2.5 气相物性数据
1. 混合气体的平均摩尔质量为:
Mvm??yimi?0.05?17.0304?0.95?29?28.4015 2. 混合气体的平均密度为：
由?PMVM101.3?28.4015 vm?RT?8.314?293?1.1761kgm3R=8.314 m3?KPa/(kmol?K)
3. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20?C时，空气的黏度注：1N?1kg?m/s2 1Pa?1N/m2?1kg/(s2?m) 1Pa?s=1kg/（m?s）2.6 气液相平衡数据
由手册查得，常压下，200C时，NH3在水中的亨利系数为 E=76.3kPa
200C时,NH3在水中的溶解度: H=0.725kmol/m
相平衡常数：m?EP?0.7532 溶解度系数:
H??LEM?998.2/(76.3?18.02)S ?0.726kmol/kPa?m3 2.7 物料衡算
(2-1)
(2-2) (2-3) (2-4)
1. 进塔气相摩尔比为
Y1?y10.05??0.05263 (2-5) 1?y11?0.052. 出塔气相摩尔比为
Y2?Y1(1??A)?0.05263?(1?0.996)?0.002105 (2-6)
3. 进塔惰性气体流量:V?7500273 (2-7) ?(1?0.05)?296.383kmolh22.4273?20因为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。即：
Y1?Y2?L? (2-8) ???VY/m?X??min12因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成X2?0
Y?Y0.05263?0.002105?L?所以 ???12??0.7229
Y0.05263V??min1?X20.7532m选择操作液气比为
L?L??1.5???1.0844 （2-9） V?V?min吸收剂用量：L=1.0844×296.383=321.398kmol/h 因为V(Y1-Y2)=L(X1-X2) 故 X1?0.04659
第三节 填料塔工艺尺寸的计算
填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料层高度的计算及分段 3.1 塔径的计算
化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计正式版 分解
