【正文】 長(zhǎng)方形的窗孔，被切開(kāi) 的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開(kāi)孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣體阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，其通量可增加 50%左右。鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一。 (3)階梯環(huán)填料。階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個(gè)錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過(guò)填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由 線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的間隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。 (4)弧鞍填料。弧鞍填料屬鞍形填料的一種，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質(zhì)材料制成?；“疤盍系奶攸c(diǎn)是表面全部敞開(kāi)，不分內(nèi)外，液體在表面來(lái)那個(gè)側(cè)均勻的流動(dòng)，表面利用率高，流道呈弧形，流動(dòng)阻力小。其缺點(diǎn)是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，使傳質(zhì)效率降低?；“疤盍蠌?qiáng)度較差，容易破碎，工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用不多。 (5)矩鞍填料。將弧鞍填料兩端的弧形面改成矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時(shí)不會(huì)套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場(chǎng)合，均已被矩鞍填料所取代。 (6)環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱(chēng)為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，是工業(yè)應(yīng)用最為普遍的一沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 7 種金屬散裝填料。下圖為幾種實(shí)體填料： 拉西環(huán) 鮑爾環(huán) 階梯環(huán) 弧鞍形填料 矩鞍形填料 圖 幾種實(shí)體填料 規(guī)整填料 規(guī)整填料是按一定的幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類(lèi)很多，根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料。波紋填料按結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類(lèi)，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。 金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，是由金屬絲網(wǎng)制成的。其特點(diǎn)是壓降低、分離效率高，特別適用于精密精餾及真空精 餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價(jià)高，但因性能優(yōu)良仍得到廣泛使用。 金屬板波紋填料是板波紋填料的主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多mmmm 6~4 ?? 的小孔，可起到粗分配板片上的液體，加強(qiáng)橫向混和作用。波紋板片上軋成細(xì)小溝紋，可起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大氣直徑塔及氣、液負(fù)荷較大的場(chǎng)合。 波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力 大，比表面積大。其缺點(diǎn)是不適用于處理黏度大、易聚合或有懸浮物的材料，且裝卸、清理困難，造價(jià)高。 綜上所述，經(jīng)分析各填料特點(diǎn)、性能，本課設(shè)選擇散裝階梯環(huán)填料。 填料材質(zhì)的選擇 工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類(lèi) . (1)陶瓷填料。陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的常見(jiàn)的各種無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸的腐蝕，對(duì)強(qiáng)堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料。 陶瓷填料因其質(zhì)脆、易碎，不易在高沖擊強(qiáng)度下使用。陶瓷填料價(jià)格便宜，具有很好的表面潤(rùn)濕性，工業(yè)上，主要用于氣體吸收、氣體洗滌、 液體萃取等過(guò)程。 (2)金屬填料。金屬填料可用多種材質(zhì)制成，金屬材料的選擇主要根據(jù)物系的腐蝕沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 8 性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來(lái)綜合考慮。碳鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面濕潤(rùn)性能，對(duì)于無(wú)腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般能耐 cl ? 以外常見(jiàn)物系的腐蝕，但其造價(jià)較高；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價(jià)級(jí)高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下 使用。 金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)（ ~），與同種類(lèi)型、同種規(guī)格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強(qiáng)度下使用，工業(yè)應(yīng)用主要以金屬填料為主。 (3)塑料填料。塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，國(guó)內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無(wú)機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長(zhǎng)期在 100℃以下使用。聚丙烯填料在低溫（低于 0℃）時(shí)具有冷脆性，在低于 0℃的條件下使用要謹(jǐn)慎，可選用耐低溫性能好的聚氯乙烯填料。 塑料填料具有輕質(zhì)、廉價(jià)、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能較差，在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，需要對(duì)其表面進(jìn)行處理，以提高表面潤(rùn)濕性能。所以本次課設(shè)選用聚丙烯填料。 填料規(guī)格的選擇 通常，散裝填料與規(guī)整填料的規(guī)格標(biāo)示方法不同，選擇地方法亦不盡相同。 ①散裝填料規(guī)格的選擇。散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公稱(chēng)直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 DN1 DN2 DN3 DN50、 DN76 等幾種規(guī)格。同類(lèi)填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料 費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小塔徑中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。 本課設(shè)處理量不大，所用的塔直徑不會(huì)太大，可選用 50mm ②規(guī)整填料規(guī)格的選擇。工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有 12 150、 250、 350、 500、 700 等幾種規(guī)格。同種類(lèi)型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)從分類(lèi)要求、通量要求、場(chǎng)地要求、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足工藝 要求，又具有經(jīng)濟(jì)合理性。 應(yīng)當(dāng)指出，一座填料塔可以選用同種類(lèi)型、同一規(guī)格的填料，也可以使用同種類(lèi)型、不同規(guī)格的填料；可以選用同種類(lèi)型的填料，也可以選用不同類(lèi)型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。 沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 9 綜上所述選用 50mm 聚丙烯階梯環(huán)塔填料，其主要性能參數(shù)查表 得： 比表面積 a： 32/mm 空隙率 ? ： 干填料因子 ? ： ?m 國(guó)內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)見(jiàn)表 。 表 國(guó)內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù) 材質(zhì) 外徑 d， mm 外徑 高 厚 d H δ 比表面積 at， m2/m3 空隙率 ε， m3/m3 個(gè)數(shù) n，個(gè) /m3 堆積密度 ρ p， kg/m3 干填料因子 at/ε 3， m1 填料因子 Φ， m1 塑 料 25 38 50 76 25 38 19 1 50 30 76 37 3 228 81500 27200 9980 3420 313 112 240 120 80 72 3 工藝計(jì)算 物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成 空氣和水的物性常數(shù)如下： 空氣：35/ )/( mkg hmkgsPa? ???????? 水：sPamkgL L ???? ? 53: /??黏度密度： 表面張力為：σ L= dyn/cm=940896 kg/h2 已知 20C? 下氨 在水中的溶解度系數(shù) )/( 3 k p amk m o lH ?? 亨利系數(shù)SLHME ?? 沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 10 相平衡常數(shù)7 5 0 2 9 8 ??????PHMPEmSL? E—— 亨利系數(shù) H—— 溶解度系數(shù) Ms—— 相對(duì)摩爾質(zhì)量 m—— 相對(duì)平衡常數(shù) 進(jìn)塔氣相摩爾比為： 0 5 2 6 1 ???Y 出塔氣相摩爾比為： 0 0 0 1 0 5 2 6 )(2 ?? ???Y 對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為： 02?X (清水 ) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為： )/()( k m o lkgM ?????? 混合氣體流量： )/( 8 12 9 32 7 34 5 0 0 hk mo l??? 惰性氣體流量： )/(82 7)( 7 hk m olV ???? 最小液氣比： 5 2 6 0 0 0 1 0 5 2 6 5 2 6 )(21212121m i n???????????XmYYYXXYYVL 取實(shí)際液氣比為最小液氣比的 2 倍，則可得吸收劑用量為： )/(44 7282 775 hk m olL ???? 03 00 01 05 26 26 )( 211??????LYYVX V—— 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸收塔的惰性氣體量， kmol/s。 L—— 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸收塔的溶解 劑， kmol/s。 Y Y2—— 分別為進(jìn)塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比， koml/koml。 X X2—— 分別為進(jìn)塔及出塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比， koml/koml。 沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 11 液氣比 9 0 1 8 5 0 0 184 4 6 7 ?? ??VL?? 經(jīng)計(jì)算該吸收過(guò)程為低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)?；旌蠚怏w的黏度可近似取為空氣的黏度。 塔徑計(jì)算 混合氣體的密度 333 / mkgRTMPV ?? ??????? 采用?？颂胤狐c(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度： 氣體質(zhì)量流量： h/ 3 2 31 8 5 0 0 ???VW 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即： hkgW L /3 2 8 1 4 6 7 ??? 填料總比表面積： 32 / mmat ? 水的黏度 smPaL ?? ? 81418/14/132) 9 81 8 ()1 8 3 2 33 2 8 1 9( 0 ]lg [??????????????????????????LVVLLLVtFwwKAagu?????? smugauFLLVtF/ 332??? ???????? ? μ F—— 泛點(diǎn)氣速， m/s； g— — 重力加速度， 9． 81m/s2 at—— 填料總比表面積， m2／ m3 ε —— 填料層空隙率， m3／ m3； ρ V,ρ L—— 氣相、液相密度， k/m3； μ L—— 液體粘度， mPa s。 沈陽(yáng) 理工大學(xué)裝備工程學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì) C1 水吸收氨填料塔按設(shè)計(jì) 12 A,K—— 關(guān)聯(lián)常數(shù)。