化工原理课程设计水吸收二氧化碳填料塔模板

主要部件有塔体、填料及支承、流体分布器及再分布器、除沫器等。操作时，液体自塔上部进入，并通过液体分布气均匀喷洒于塔截面上，并在填料表面呈膜状流下；气体自塔下部进入，通过填料层中的空隙由塔顶排出。气液两相在液膜表面进行传质。

填料不仅提供了气液两相的接触表面，而且促使气液两相分散，液膜不断更新。填料性能可以由以下三方面予以评价。

⑴ 比表面积a：填料应提供尽可能多的表面积，以单位填充体积所具有的填料表面来表示填料的这一特性，称为比表面积a，单位为m2/m3。

⑵ 空隙率ε：单位体积填料所具有的空隙体积，称为空隙率。气体是在填料间的空隙内流动的，为减少气体的流动阻力，提高填料塔的允许气速，填料层应有尽可能大的空隙率。

⑶ 填料的几何形状：比表面积、空隙率大致相同而形状不同的两种填料，在流体力学和传质性能上可有显著的差别，但目前对填料的几何形状还没有定量的表达。

3、几种常用填料

常用填料有散装填料和规整填料，材质有实体材料和网体材料。

1、液体

理想的流动状态是自上而下，沿填料表面成膜状流动，液膜从一个填料到另一个填料不断更新。要求液体在填料表面铺展成膜、液体在塔内的分布要均匀、液膜厚度要合适。

液体在乱堆填料中有一定的自分布能力。因此，对于小塔，可利用自分布能力，预分布要求校低；对于大塔，很难利用填料的自分布能力达到全塔截面的分布均匀，对初始分布要求校高；另外，填料层内可能出现沟流现象或壁流现象，需对液体进行再分布。

液体在塔内的液膜厚度与持液量有关，持液量是单位填充体积所具有的液体量。喷淋量大，持液量也大，液膜厚度增加；在正常操作的气速范围内，气速的增加，对液膜厚度的影响不大。

2、气体

气体在填料塔内在压强差的推动下自下而上穿过填料空隙上升，并与液膜接触进行传质。气体通过填料层的压降与气速及液体流量等因素有关。

当液体量为零时，干填料的压降Δp随气速u的增大而增大。

当有液体喷淋时，液体量一定，气速u增大，压降Δp增大，相同气速下压降Δp较干填料的压降高。在气速u较小时，气速u增大，液膜厚度变化不大。当气速u增大到某一值时，液膜厚度开始增大，持液量也增大，出现拦液现象，此时，填料层压降与空塔速度关系曲线的斜率增大，此点称为载点。自载点以后，气速u继续增大到某一值时，持液量大增，液体积累出现液泛现象，此气速值称为液泛气速。

液体量增大，泛点气速下降，在相同气速下，液体量大，压降也大。

3、液泛：

液泛是填料塔的非正常操作。发生液泛时，液体不能顺利流下，气液传质不能正常进行。在泛点之前，气体为连续相，液体为分散相；泛点之后，气体为分散相，液体为连续相。泛点又称为转相点，此时，压降Δp剧增，液体返混和气体液沫夹带的现象严重，传质效果极差。

设计时，操作气速=50%～80%的泛点气速。泛点气速可根据泛点关联图估计。

4、填料塔的操作范围

当液体量一定时，若气体量很小，传质过程主要靠扩散进行，传质效果不好；气体量很大，将会导致液泛发生。

当气体量一定时，若液体量很小，会有部分填料得不到润湿，传质效果不好；若液体量很大，将会导致液泛发生。

最大气体量或最大液体量，可以根据泛点气速来估计；最小气体量和最小液体量必须根据经验来确定。

填料层内的传质速率是一个极为复杂的问题，至今尚未搞清。有效接触面积是真正参与传质的面积。有效接触面积，包括填料的有效润湿表面和可能存在的液滴、气泡表面积，有效接触表面＜填料的接触表面＜干填料表面。关于填料的润湿表面，恩田等人提出了如下的经验关联式：

同时，他们还提出了一些传质系数的经验关联式：

10.2.4 填料塔的附属结构

⑴ 支撑板：主要是支撑塔内的填料，同时又能保证气液两相的顺利通过。

⑵ 液体分布器：对进入塔内的液体进行分布，使得液体在塔截面上分布均匀。

⑶ 液体再分布器：为改善向壁偏流效应造成的液体分布不均，在填料层内部每隔一定高度设置的装置。

⑷ 除沫器：用来除去由填料层顶部逸出的气体中的液滴，安装在液体分布器上方。

化工原理课程设计实习换热器

原发布者:叶勇忠

一、设计任务书二、确定设计方案2.1选择换热器的类型本设计中空气压缩机的后冷却器选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：①温差不大；②温差较大但是壳程压力较小；③壳程不易结构或能化学清洗。本次设计条件满足第②种情况。另外，固定管板式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。本设计中的固定管板式换热器采用的材料为钢管(20R钢)。2.2流动方向及流速的确定本冷却器的管程走压缩后的热空气，壳程走冷却水。热空气和冷却水逆向流动换热。根据的原则有：（1）因为热空气的操作压力达到1.1Mpa，而冷却水的操作压力取0.3Mpa，如果热空气走管内可以避免壳体受压，可节省壳程金属消耗量；（2）对于刚性结构的换热器，若两流体的的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与对流表面传热系数大的流体温度相近，可以减少热应力，防止把管子压弯或把管子从管板处拉脱。（3）热空气走管内，可以提高热空气流速增大其对流传热系数，因为管内截面积通常比管间小，而且管束易于采用多管程以增大流速。查阅《化工原理（上）》P201表4－9可得到，热空气的流速范围为5～30m·s-1；冷却水的流速范围为0.2～1.5m·s

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