建筑电气工程技术专业

电气照明系统课程设计

任务书和指导书

题目：永安35kV磷厚变工程综合楼电气照明设计

班    级：　

姓    名：

指导老师：　

福建水利电力职业技术学院

二O##年十二月

建筑电气工程技术专业

电气照明系统课程设计任务书

1 课程设计的目的要求

通过进一步的设计训练，系统电气照明工程理论知识，学会电气照明工程的设计方法，掌握电气照明工程设计步骤，提高电气照明设计的基本技能。利用先进的设计技术，设计手段，使用新光源，新技术，根据不同情况，合理地选择照明方式和方案，熟练地进行电气照明光照和照明电气设计以及计算机辅助设计，并学会利用各种设计资料完成电气照明工程课程设计任务。

2 题目：永安35kV磷厚变工程综合楼电气照明设计

3 已知资料

3.1 总的部分

 3.1.1设计依据

1) 福建永福电力发展咨询公司20##年编制的《永安电网2008～20##年滚动规划（35kV部分）》

2) 《国家电网公司输变电工程典型设计35kV变电站分册》；

3) 永安供电局生产建设部“关于永安磷厚35kV变电站输变电项目委托”的函。

3.1.2 变电站建设规模

建设规模如下表:

3.1.3 站址概况

拟选站址位于永安市小陶镇南部205国道至磷厚村道路边, 所址场地是一片地形较为平坦的山坡荒地，距小陶镇约5km处。

3.1.4 主要技术经济指标

变电站靜态总投资:806.82万元,单位造价：1008.52元/kVA

变电站动态总投资：819.45万元,单位造价：1024.32元/kVA

3.2 变电站建筑设计 

3.2.1 建筑物布置

综合楼根据工艺布置设置一部室内楼梯和一部室外楼梯，两部楼梯分别设置在综合楼两侧。综合楼一层设有门厅、楼梯间、10kV电容器室、10kV配电装置室、消防器材间、休息室、警卫室、卫生间、厨房，层高4.5m。综合楼二层设有35kV配电装置室、层高5.5m，电气二次设备室、楼梯间、仪器仪表间，层高4.5m。

3.2.2 建筑装修

3.2.2.1 楼地面：电气二次设备室采用抗静电活动地板，厨房及卫生间为地砖地面，其余为水泥砂浆面层楼地面。

3.2.2.2 外墙：外墙面均采用外墙涂料，雨蓬及室外楼梯栏板内外面刷外墙涂料。

3.2.2.3 内墙: 门厅、楼梯间、10kV电容器室、10kV配电装置室、消防器材间、工具间、休息室、警卫室、35kV配电装置室、电气二次设备室及仪器仪表间采用中级抹灰，白色水性涂料二度，卫生间及厨房内墙贴白色瓷砖。

3.2.2.4 顶棚：电气二次设备室、10kV配电装置室、35kV配电装置室和10kV电容器室为白色水性涂料二度。其余为中级抹灰，白色水性涂料二度。

3.2.2.5屋面：防水等级为II级，采用高分子防水卷材或防水涂料，并做保温层。屋面排水采用有组织排水。

3.2.2.6门：门厅大门和电气二次设备室大门采用铝合金地弹簧门；10kV配电装置室、35kV配电装置室、消防器材间和10KV电容器室采用乙级防火门；其余房间门采用塑钢门。

3.2.2.7窗：均采用塑钢窗，其中电气二次设备室采中空玻璃并附设纱窗；10kV配电装置室、35 kV配电装置室附钢板网；底层其他房间附铝合金防盗网，进风百叶窗为塑钢百叶窗并附钢板网。电气二次设备室和休息室的窗户上方均设窗帘盒及挂窗帘布遮阳。

3.3 气象资料

取永安室外气象资料:

夏季通风室外计算温度                         32°C

冬季通风室外计算温度                         11°C

冬季空气调节室外计算温度                     4°C

夏季空气调节室外计算温度                     34.3°C

夏季室外平均每年不保证50小时的湿球温度      25.9°C

室外平均风速                                 1.6m/s

夏季主导风向及频率                         S 12%

最热月月平均室外计算相对湿度                 78%

大气压力                                     97450Pa

日平均温度≤5°C的天数                       2天

3.4 附图:综合楼布置图

4 设计内容

4.1 光照设计部分

1、选择照明方式

2、选择照明种类。

3、选择电光源及其灯具

4、确定照度标准并进行照度计算

5、合理布置灯具

4.2电气设计部分

1、照明负荷分级

2、供电网络的选择

3、照明线路的计算

4、照明线路保护及设备的选择

5、导线及电缆的选择与敷设

4.3 图纸

1、电气照明系统设计总说明

2、电气照明供配电系统图

3、电气照明平面布置图

4、设备材料表

5  设计成果

1. 课程设计任务书。

2. 课程设计指导书。

3、完成设计计算说明书一份。

4、图纸：全套图纸采用计算机绘图。

6 设计要求

1．图纸号，绘图比例等都要符合国家制图标准，并与土建图一致为宜。标题栏按老师给定绘制。

2．图面设计要周密考虑全部内容，布局要合理，首先要绘制出草图（铅笔绘制），做到心中有数，再画正式图(计算机绘图)，防止返工，提高绘图效率。

3．要用国际或国家标准图例中的图形符号和文字符号表达设计意图。图形符号的大小和线条粗细要分明得当。系统图要突出网络关系,平面图要图出电气设备和导线。导线由细到粗的顺序为：建筑图，设备图，分支线电路，干线电路和主干线电路。 总之，电气设备安装工程图就要突出电气工程的内容。

4．建筑几何尺寸的标注要注意它们的一致性,排列要美观,对同类设备布置尺寸相同时,可只标注一处或几处或写在设计说明中,而同一尺寸在不同图面上应适当重复标注。

5．按照建议进度完成课程设计任务，只能超前，不能滞后。

建筑电气工程技术专业

电气照明系统课程设计指导书

一、设计目的

1、对本专业所学的内容进行一次集中地,系统地,全面地复习,总结和完善更好地掌握本专业的基本理论和基本技能。

2、对本专业所学的内容进行一次全面地应用于实践,在实践(课程设计)中发现问题,分析问题和解决问题,从而提高这三个能力。

3、根据课程设计任务中的内容和要求, 掌握建筑电气工程设计的步骤和方法,学会选择和确定电气设备的型号和规格,学会查找和运用有关设计手册和技术资料.开阔视野,增长知识。

4、在编写设计计算书和说明书的过程中,提高计算,写作和语言组织能力。

二、设计步骤

（一）光照部分的设计

1、调研和收集资料，熟悉建筑电气设计的有关规范

将建筑电气设计的有关规范进行全面的通读，对其不明白的部分通过查阅资料及向指导老师请教解决。调研和收集设计过程中可能使用的资料、样本。

2、根据生产、工作情况，选取照明方式和照明种类；根据作业精细程度、识别对象和背景亮度对比等情况，选取各房间、区域需要的照度。

3、确定合适的光源

4、选择灯具的形式，并确定型号。

5、确定灯具的安装高度，合理布置灯具。

6、进行照度计算并确定光源的安装功率。

7、根据各个场所的具体情况确定照明控制的策略与方式

（二）照明电气设计步骤如下：

1、收集原始资料：电源情况、照明负荷对供电连续性的要求等。

2、根据照明负荷性质确定供电电源形式。

3、确定照明配电系统，包括配电分区的划分，设多少个配电箱、各配电箱供给的区域、楼层，确定配电箱的安装位置及方式，确定电源点至各配电箱之间的接线方式。

4、要据生产流程、工段划分等情况确定灯具的开关控制方式，以便确定开关的数量和安装位置。

5、确定照明线路各级保护设备，确定照明配电系统的接地型式及电气安全措施。

6、根据需要进行负荷等计算。

7、选择导线型号、截面及敷设方式

（三）绘制照明设计施工图：绘制照明平面布置图和照明供电系统图以及照明设计总说明、设备材料表。

（四）、要求

1、设计计算书、说明书的要求

1)使用公式和已知数据来源要准确,计算过程详略要得当,选定结果依据要充分。

2)文笔要简练，用词要恰当。

2、对设备和材料选择的要求

在计算结果选定的基础上，对各种电气设备，系统和方案的选择要尽可能采用国际或国家标准系列的，体现现代新工艺，新设备，新材料的意识.。本着安全，可靠，经济，合理和美观的原则，防止脱离实际，确保可施工性。

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

第二篇：专业课程设计任务书 10

目录

1、绪论.......................................................................................................................................1

2、填料塔设计方案的确定.......................................................................................................2

2.1设计方案的确定..........................................................................................................2

2.1.1流程方案选择...................................................................................................2

2.1.2设备方案选择...................................................................................................2

2.1.3吸收剂的选择...................................................................................................3

2.2填料的选择..................................................................................................................3

2.2.1填料的类型.......................................................................................................3

2.2.2填料的几何特性...............................................................................................3

2.2.3填料的性能评价...............................................................................................4

2.3.4填料的设计选择................................................................................................4

2.3填料塔的流体力学性能与操作特效..........................................................................4

2.3.1填料层的持液量...............................................................................................4

2.3.2填料层的压降...................................................................................................5

2.3.3液泛...................................................................................................................5

2.3.4液体喷淋密度和填料表面的润湿...................................................................5

2.3.5返混...................................................................................................................5

2.4填料塔的内件..............................................................................................................5

2.5方案工艺流程图..........................................................................................................6

3、填料塔工艺尺寸的计算.......................................................................................................7

3.1概述..............................................................................................................................7

3.2基础物性数据..............................................................................................................7

3.2.1液相数据...........................................................................................................7

3.2.2气相数据...........................................................................................................7

3.2.3气液相平衡数据...............................................................................................8

3.2.4物料衡算...........................................................................................................8

3.3填料塔工艺尺寸的计算..............................................................................................9

3.3.1塔径计算...........................................................................................................9

3.3.2填料层高度计算.............................................................................................10

3.3.5填料层压降计算.............................................................................................14

4、附属装置和辅助设备.........................................................................................................16

4.1附属装置.....................................................................................................................16

4.1.1填料支撑结构..................................................................................................16

4.1.2填料压紧住装置.............................................................................................16

4.1.3液体分布器.....................................................................................................16

4.1.4气体的进口装置与排液装置.........................................................................16

4.1.5除沫装置..........................................................................................................17

4.1.6液体在分装置..................................................................................................17

4.2辅助设备的选型........................................................................................................17

4.2.1塔径的计算......................................................................................................17

4.2.2泵的选型..........................................................................................................18

5、填料吸收塔设计一览表.....................................................................................................20

6、设计评述.............................................................................................................................22参考文献...................................................................................................................................23附件一：填料塔的工艺流程图...............................................................................................24附件二：填料塔的设备图.......................................................................................................24

1、绪论

在化学工业中，将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。

而吸收分离的塔设备按其结构形式基本上可分为两类；板式塔和填料塔。填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：生产能力大；分离效率高；压降小；操作弹性大；持液量小。

氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染。氨的溶解度极高，所以主要对动物或人体的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。因此，吸收空气中的氨，防止氨超标具有重要意义。

本设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。

利用混合气体中各组分在同一种液体(溶剂)中溶解度差异而实现组分分离的过程称为气体吸收。气体吸收是一种重要的分离操作，它在化工生产中主要用来达到以下几种目的：(1)分离混合气体以获得一定的组分。(2)除去有害组分以净化气体。(3)制备某种气体的溶液。一个完整的吸收分离过程，包括吸收和解吸两个部分。典型过程有单塔和多塔、逆流和并流、加压和减压等。

2、填料塔设计方案的确定

2.1设计方案的确定

气体吸收是利用气体在液体中的溶解度差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。用于吸收的设备类型很多，如我们常见的填料塔、板式塔。

填料塔是气液成连续性接触的气液传质设备。塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。当填料层较高时就可以通过分段来减少“壁流”现象的影响。

2.1.1流程方案选择

吸收装置的常见流程主要有以下几种：

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。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。

用水吸收NH3，氨气属于易溶气体，属于易溶气体的吸收，且设计条件中氨气含量较高，逆流操作适用于平均推动力大的吸收，为了提高传质效率，本设计选用逆流吸收流程。

其工艺流程图见下图：

该塔中，氨气和空气混合气体，经由塔的下侧进入填料塔中，与从塔顶流下的水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水由塔的下端流出。

由于是逆流操作，需要泵将水抽到塔顶，所以选用水泵。气体则需选用风机。泵和风机一个型号需配置两台，供替换使用。实际操作中的流量计和压力表等也需要考虑出现问题以后不影响正常工作。

2.1.2设备方案选择

填料塔具有结构简单、容易加工、生产能力大、压降小、吸收效果好、操作弹性大等优点，所以在工业吸收操作中被广泛应用。在本次课程设计中，要求用地下水吸收氨

气，且氨气含量较高，故选用填料塔。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

2.1.3吸收剂的选择

本次课设的题目中，已给出吸收剂为清水，其优点为：

1.溶解度大；

2．选择性好；

3.挥发度低；

4.吸收剂具有较低的黏度，且不易产生泡沫；

5.价廉，易得，化学稳定性好。

2.2填料的选择

2.2.1填料的类型

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。

1.散装填料

散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。

较为典型的散装填料有拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍环、矩鞍环、金属环矩鞍环、球形填料等。

2.规整填料

规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。

现阶段生产规模大型化要求具有大通量，能改善液体均匀分布，以提高分离效率及克服放大效应，降低填料层阻力及持液量，以起到节能效果。规整填料在这方面有独特的优点，因此各种规整填料运应而生。规整填料在整个塔截面上，集合形状规则、对称、均匀。它规定了气液流量，改善了沟流和壁流现象，压降可以很小。在相同的能量和压降下，与散装填料相比，可以安排更大的表面积，因此效率高。

2.2.2填料的几何特性

填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。

1.比表面积（a）

比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以a表示，单位为㎡/m。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。

2.孔隙率（ε）

空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以ε表示，其单位为㎡/m3或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。

3.填料因子

填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，称为填料因子，以Ф表示，其单位为1/m。填料因子分为干填料因子与湿填料因子，填料未被液体润湿时的a/ε?称为干填料因子，它反映填料的几何特性；填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，a和ε均发生相应的变化，此时的a/ε?称为湿填料因子，它表示填料的流体力学性能，Ф值越小，表明流动阻力越小。

2.2.3填料的性能评价

填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。其中，丝网波纹填料综合性能最好，拉西环最差。

2.3.4填料的设计选择

对于水吸收的过程，操作温度、操作压力较低，工业上常用选用聚丙烯散装阶梯环填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的整合性能较好，故选用聚丙烯阶梯环填料。3

2.3填料塔的流体力学性能与操作特效

填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛、填料表面的润湿及返混等。

2.3.1填料层的持液量

填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以(液体)/(填料)表示。总持液量为静持液量和动持液量之和，即填料层的持液量可由实验测出，也可由经验公式计算。一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的，但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，

处理能力下降。

2.3.2填料层的压降

在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。将不同液体喷淋量下的单位填料层的压降DP/Z与空塔气速u的关系标绘在对数坐标纸。

2.3.3液泛

在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏，此种情况称为淹塔或液泛。影响液泛的因素很多，如填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。

2.3.4液体喷淋密度和填料表面的润湿

填料塔中气液两相间的传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。要形成液膜，填料表面必须被液体充分润湿，而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的表面润湿性能。

2.3.5返混

在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。造成返混现象的原因很多，如：填料层内的气液分布不均；气体和液体在填料层内的沟流；液体喷淋密度过大时所造成的气体局部向下运动；塔内气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致等。

2.4填料塔的内件

填料塔内件有填料支承、填料压紧、液体分布、液体收集再分布等装置。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。

1．填料支承装置

填料支承装置的作用是支承塔内的填料，常用的填料支承装置有栅板型、孔管型、驼峰型等。支承装置的选择，主要的依据是塔径、填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流率等。

2．填料压紧装置

填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类。

3．液体分布装置

液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式及槽盘式等。

4．液体收集及再分布装置

液体沿填料层向下流动时，有偏向塔壁流动的现象，这种现象称为壁流。壁流将导致填料层内气液分布不均，使传质效率下降。为减小壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置液体再分布装置。

前已述及，槽盘式液体分布器兼有集液和分液的功能，故槽盘式液体分布器是优良的液体收集及再分布装置。

2.5方案工艺流程图

见附件一。

3、填料塔工艺尺寸的计算

3.1概述

整个工艺计算过程包括以下几点：

1.确定气液平衡关系（若为非等温吸收，各物性参数随组成变化而变化，求取时应取平均值）；

2.确定吸收剂用量及操作线方程；

3.填料的选择；

4.确定塔径及塔的流体力学性能计算；

5.填料层高度的计算；

6.附属装置的选型；

7.管路及辅助设备的计算；

3.2基础物性数据

3.2.1液相数据

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：

水的密度：

粘度为：?lpl=998.2kg/m3=0.001Pa.S=3.6kg/(m.h)

2

表面张力：σ=72.6dyn/cm=940896kg/h

氨气在水中扩散系数为：

Dl=2.04×10?9m2/s=2.04×10?9×3600m2/h=7.344×10?6m2/h氨气的微分溶解热为：34738J/mol。

3.2.2气相数据

混合气体的平均摩尔质量为：

M=∑yimi=17×0.023+29×0.977=28.724kg/kmol

混合气体的密度为：

PM101.3×103×28.724×10?3

pv===1.1945kg/m3

RT8.314×293

混合物气体粘度近似取为空气粘度，查手册20℃空气的黏度为：

?v=1.81×10?5Pa.S=0.065kg/m.h

3.2.3气液相平衡数据

?已知20C下氨在水中的溶解度系数:H=0.725kmol/m.kpa3

p998.2E===76.41kpaHM0.725×18.02则亨利系数l

m=

相平衡常数为：E76.41==0.754P101.3

3.2.4物料衡算y10.023进塔气相摩尔比为：Y1===0.02351?y11?0.023

出塔气相摩尔比为：

Y2=Y1(1?φ)=0.0235×(1?0.993)=0.0002

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：X2

惰性气体摩尔流量为：=0

V=5000×2731××(1?0.023)=203.194kmol/h29322.4

该吸收过程属于低浓度，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，且有吸收剂用量为最少用量的2倍。则有：()min=Y1?Y2

Y1m?X2代入数据解得：

L=2×203.194×0.7475=303.775kmol/h

由公式：V(Y1

解得：X1?Y2)=L(X1?X2)=0.0156

3.3填料塔工艺尺寸的计算

3.3.1塔径计算

采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相质量流量为：

Wv=V×ρv=5000×1.1945=5972.5kg/h液相质量流量可近似按水的流量计算：Wl=L×M=303.775×18.02=5474.026kg/h填料总比表面积：αt

水的黏度?L

2uF=100m2/m3=1.004mPa?s1/4?wL?atρV0.2??3???L]=A?K???gερLw?V?

1?ρV???ρ???L?11/85474.02641.1838=0.204?1.75×)×)5972.5998.2

uF2atρV0.2?=0.315L3gερL

0.315×9.81×0.9273×998.2uF==4.26m/s0.2114.2×1.183×1.004μF——泛点气速，m/s；

g——重力加速度，9．81m/s2at——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/m；

μL——液体粘度，mPa·s;

A,K——关联常数。

3

F取泛点率为0.6，即取泛点率为0.6，即u=0.6u=0.6×4.26=2.558m/s

D=

则4=πuS4×4500/3600=0.79mπ×2.558

3D——塔径，m；V——操作条件下混合气体的体积流量，m/s;

u——空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s.

圆整后取D=0.6m（常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）

4500/3600u==2.488m/s0.785×0.8泛点率校核：2

u/u=2.488/4.26=0.584F（对于散装填料，其泛点率的经验值为u/u=0.5~0.85）F

填料规格校核：D800==16>8d50

3液体喷淋密度校核：

取最小润湿速率为：(L)=0.08m/(m?h)Wmin

a=114.2m/m23

t

所以Umin=(L)?a=0.08×114.2=9.136m/(m?h)32Wmint

LU=0.785?D

267.443×18==9.599m/(m?h)?U0.785×0.8×998.2

经以上校核可知，填料塔直径选用D=0.8m合理。h2322min

3.3.2填料层高度计算

查表有在00C，293KpaNH3在空气中的扩散系数D=0.17cm/s2

?

由DG=D?(P?)(T2，PT?

在101Kpa下，NH3在空气中的扩散系数为3

101.3293D=D()=0.189cm/s101.32733

22

G?

液相扩散系数D=1.80×10?9m2/sL

液体质量通量为Ul=82.982×18=5285.477707kg/(m2?h)

0.785×0.62

2

22204.50气体质量通量为U==7800.778485kg/(m?h)0.785×0.6V

Y=mX=0.754×0.0499=0.0376?

11

Y=mX=0?

22

mV0.754脱吸因数为S===0.718L0.750×1.4

气相总传质单元数为：

NOG1Y1?Y2?=ln[(1?S)?+S]?1?SY2?Y2

10.05263?0=×ln[(1?0.718)×+0.718]=14.3441?0.7180.00026316?0

气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：

2awσc0.75UL0.1ULat?0.05UL20.2=1?exp{?1.45?()?()?(2?()}atσLat??LρLσLatρLg

不同材质的бc值见下表3.2：

表3.2不同材质的бc值材质

表面张力，N/m×103钢75陶瓷61聚乙烯33聚氯乙烯40碳56玻璃73涂石蜡的表面20

查表知，σc=33dyn/cm=427680kg/h所以，

2

aw4276800.755285.4777070.15285.4777072×100?0.05

=1?exp{?1.45×()×()×()28at940896100×3.6998.2×1.27×10

5285.4777072×()0.2}=0.298998.2×940896×100

气膜吸收系数由下式计算：

UV0.7?V

κG=0.237()?(

at?vρVDV

1

)3

atDV?()RT

13

7800.7784850.70.065

=0.237()(

100×0.0651.183×0.189×10?4×3600100×0.189×3600×10?4

(8.314×293

=0.08818kmol/(m2?h?kpa)

液膜吸收系数由下式计算：

κL=0.0095?(

ULaw??L

2)3

?(

?L

)

ρL?DL

2)312

?

12

?(

?L?ρL

1g3)

=0.0095×(

5285.4777070.372×100×3.6

3.6

()?9

998.2×1.80×10×3600=0.360

?

81

3.6×1.27×103×(998.2

各类填料的形状系数见下表3.3：

表3.3各类填料的形状系数

填料类型Ψ值

球0.72

棒0.75

拉西环1

弧鞍1.19

开孔环1.45

查表3.2得：ψ=1.45

则

κGa=κG?aw?ψ1.1=0.1133×0.345×114.2×1.451.1=3.6517kmol/(m3?h?kpa)κLa=κL?aw?ψ0.4=0.511×0.345×114.2×1.450.4=23.36u/u=2.488/4.26=0.584?0.5F

u?0.5)1.4]?κGauF由

u′a=[1+2.6?(κL?0.5)2.2]?κLauF′a=[1+9.5?(κG得，

则′a=[1+9.5×(0.584?0.5)1.4]×6.718=8.71kmol/(m3?h?kpa)κG2.2κ′a=[1+2.6×(0.584?0.5)]×23.36=23.62L1κa=+κ′aH?κ′aGGL

=1

+8.710.725×23.48=5.77kmol/(m?h?kpa)3

k

k——气膜体积吸收系数，kmolGa——液膜体积吸收系数，1/h；/(m?h?kPa)；3La

V

KYa??

V177.821===0.605m2由κGa?P??5.77×101.3×0.785×0.8

HOG——气相传质单元高度，m

2?——塔截面积，mHOG=

由Z=H?N=0.605×11.06=6.69mOGOG

Z′=1.20×6.69≈8.03

Z——填料层高度，m

设计取填料层高度为：Z=9m

对于阶梯环填料，h=8~15,h≤6mDmax

将填料层分为2段设置，每段4.5m，两段间设置一个液体再分布器。

3.5填料层压降计算3.3.3.5

采用Eckert通用关联图计算填料层压降ωLρV0.51495.3361.1830.5()=×()=0.0234横坐标为：ωVρL2204.50998.2

已知：ΦP=125m?1，则横坐标为：

2u2ΦPψρV1.832×125×11.1830.2???L=××1.0040.2=0.0511gρL9.81998.2

?P查图埃克特通用压降关联图得，=294.3pa/mZ

填料层压降为：?P=294.3×16pa=4.7088kpa

埃克特通用压降关联图：

图中V'、L'--分别为气液相流率，kg/h；ρV、ρL--分别为气液相密度，kg/m3?L??液相黏度，mpais；?--液相密度核正系数，?=ρ气/ρ液Φ--实验测取得填料因子，各种填料的Φ值载于填料性能表中g--热力加速度m/s2

4、附属装置和辅助设备

已经在前面已经确定了完成此次吸收任务的主体设备—填料塔，并且计算出了塔径和填料层的高度，粗略的计算出了填料塔高度，现在需选择合适的附属装置（塔内件）。

4.1附属装置

4.1.1填料支撑结构

其作用是用于支承塔填料及所持有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及气体均布作用。

本设计根据需要，选择栅板式的支承板。

4.1.2填料压紧住装置

其作用是防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或上下跳动。

本设计中填料塔在填料装填后于其上方安装了填料压紧栅板。

4.1.3液体分布器

液体在填料塔顶喷淋的均匀状况是提供塔内气液均匀分布的先决条件，也是使填料塔达到预期分离效果的保证。

选型与设计要求：1.液体分布要均匀

2．自由截面率要大

3.操作弹性大

4．不易堵塞、引起雾沫夹带及起泡等

5.可用多种材料制作，且制造安装方便，容易调整水平

管式分布器具有结构简单、供气体流过的自由截面大、阻力小等优点，并且在吸收过程中液体负荷小，不会发生堵塞。

4.1.4气体的进口装置与排液装置

填料塔的气体进口既要防止液体倒灌又要有利于气体的均匀分布。对0.5m以下的塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上；对1.5m直径以下的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其他均布气流的装置。

气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去呗夹带的液体。最简单的方法是在气体出口处装一除沫挡板（折板）、除沫器、旋流板除雾器等。

液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可以液封装置。

4.1.5除沫装置

除沫装置安装在液体再分布器上方，用以除去出气口气流中的液滴。由于氨气溶于水中易于产生泡沫为了防止泡沫随出气管排出，影响吸收效率，采用除沫装置，根据除沫装置类型的使用范围，该填料塔选取丝网除沫器。

根据计算出的气液流量、塔径、及气液流速的综合考虑，我们选用以下附属装置。

4.1.6液体在分装置

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的原始均匀分布状态，液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁流增加、填料主体的流量减小、塔中心的填料不被润湿，影响了流体沿塔横截面分布的均匀性，降低传质效率。所以，设置再分布装置是十分重要的。液体分布器分为截锥形再分布器、边圈槽型再分布器、改进截锥形再分布器，可选用多孔盘式再分布器。分布盘上的孔数按喷淋点数确定，孔径为Φ49.7mm。为了防止上一填料层来的液体直接流入升气管，应在升气管上设帽盖。

综上所述，本设计选用边圈槽形再分布器，边槽宽度为70mm，溢流管直径为25mm。

4.2辅助设备的选型

4.2.1塔径的计算

清水由泵运送到塔顶的进液口，所以计算管径是用进口处为准；对于气相，则属于常压操作。

（1）氨气与空气混合气体：由于气体流量为1.0×105m/s，取u=15m/s所以由公式：d=4Vs

πu

圆整取D=650mm

查表（GB8163-87）管子规格表，可选取600mm×9mm的无缝钢管，内径为：650-2×9=632mm

在对气体流速进行校核：

对于液体进出口，取液体流量为2.5m/s，

计算液相管径：

因为是水及低粘度流体，所以取u=2.5m/s

L=10.3319VL=V×10.3319=2.453×10.3319=1.131435mol/h22.4

31131.4351V=×18×=0.005674m/s3600

2

d=4Vsu=4×0.3.14×2.5=0.0538mS

所以根据化工流体流动与传热第354页选外径60mm,又因为是常压下，选3mm厚即可。所以选管外径60mm，壁厚3mm的无缝钢管。

查表（GB8163-87）管子规格表，可选取108mm×8mm的无缝钢管，内径为：108-2×4=100mm

4.2.2泵的选型

本次课程设计要求输送清水，所以选择离心泵。

3ρ=998.2kg/m1根据化工流体流动与传热第335页,20℃时水的密度，黏度为

?1=100.50×10?5Pa?s。30℃时水的密度为ρ2=995.7kg/m3，黏度为?2=82.857×10?5Pa?s。25℃时ρH2O=ρ1+ρ2998.2+995.7==996.95kg/m3

22

?=?1+?2100.50+82.857=×10?5=91.6785×10?5Pa?s22

duρ0.0538×2.4972×996.955Re===1.46097×10?4000?5?91.6785×10

所以是湍流。

根据化工流体流动与传热第52页表1-2知e≈0.15mm，则

e0.15×10?3

==2.7881×10?3，d0.0538

根据Re和e/d查化工流体流动与传热上册课本图1-25得λ=0.0253。管路能量损失：

2L+∑Leub∑Hf=(λ+∑ξ)d2g

3个弯头（标准90°弯头）每个为1.5m

2个三通（直入旁出），每个4m，

3个截止阀，每个18.5m，

选管长为7m。

∑ξ管进口阻力系数为ξi=0.5m，管出口阻力系数为ξ0=1.0m

=0.5+1.0=1.5m

7+18.5×3+1.6×3+2×42.49722

∑Hf=(0.0253×+1.5)×=11.732m0.05382×9.81

选出口外侧和贮槽液面之间列柏努力方程

2?P?ubHe=?Z+++∑Hf=5+0+0+11.732=16.732mρg2g

根据流量Qe=0.005674m3/s=20.4264m3/h和He选泵根据化工流体流动

表4.1IS80-65-125泵的性能参数与传热第359页附录二十三单级单吸悬臂式离心水泵IS选出IS80-65-125转速流量

Hm扬程

20效率η%60轴功率必需汽蚀余量m2.5r/min1450m3/h25kW2.22

核算泵的轴功率：因为是水泵，所以泵的轴功率不用校核，所以所选泵合适。实际气蚀余量NPSH

允许安装高度：Hg==(NPSH)+0.5=2.5+0.5=3..0mrP0?PV?NPSH?Hf0?1ρg

Pa=89590Pa根据化工流体流动与传热第336页知15℃时PV=3167.89Pa

1.6+18.52.49722

Hf0?1=(0.0253×+0.5)×=3.152m（选贮槽液面和0.0542×9.81

泵入口内侧）

89590?1705.27Hg=?3.5?3.152=2.679m996.95×9.81

实际安装高度=Hg?1.0=2.679?1.0=1.679m

5、填料吸收塔设计一览表

经上述论述和计算得填料吸收塔设计一览表（见表5.1）

表5.1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

名称物料名称操作压力，kPa操作温度，℃流体密度，kg/m3黏度，kg/(m*h)流量，kg/h接管尺寸（直径）

塔径，mm填料层高度，mm压降，KPa

清水101.320998.23.65474.02641.63

8009004.7088工艺参数

混合气体101.3201.2050.0655972.5115.9

填料吸收塔物料衡算一览表（见表5.2)

表5.2物料衡算一览表物料衡算数据

Y10.0235

Y20.002

X10.0156

X20

气相流量5972.5

液相流量5474.026

填料塔的附属装置一览表（见表5.3）表5.3填料塔的附属装置一览表

装置类型

填料支承装置

填料压紧装置

液体分布器

气体出口装置

液体出口装置

除沫装置塔内件名称栅板式的支承板压紧栅板单排管式多孔分布器除沫挡板（折板）、除沫器、旋流板除雾器液封装置丝网除沫器填料塔的附件一览表（见表5.4）

表5.4填料塔的附件一览表

名称规格气相管径600mm×9mm液相管径108mm×8mm

离心泵单级单吸悬臂式离心水泵IS选出IS80-65-125

6、设计评述本次专业课程设计，是学习化工原理以来第一次独立的工业设计。在这个课程设计过程当中，综合地运用了所学习过的流体力学，吸收等方面的化工基础知识，设计了一款可应用于吸收氨的填料塔。

这次的课程设计内容包括工艺流程的设计，塔板结构的设计，数据的校验。目的主要是使我对化学工艺原理有一定的感性和理性认识；对水吸收氨等方面的相关知识做进一步的理解；培养和锻炼我的思维实践能力，使我的理论知识与实践充分地结合，做到不仅具有专业知识，而且还具有较强的实践能力，能自主分析问题和解决问题。

从中也明白了学无止境的道理，在所查找到的很多参考书中，很多的知识是我从来没有接触到的，我对事物的了解还仅限于皮毛，所学的知识结构还很不完善，我对设计对象的理解还仅限于书本上，对实际当中事物的方方面面包括经济成本方面上考虑的还很不够。

本次专业课程设计主要有以下总结：

(1)准确、快速的计算对于设计很重要。

(2)用到电脑的地方很多，能否熟练的操作至关重要。

(3)在学校课程的时候没有深入，只是被动的接受、记忆，学到的东西不能灵活的用来解决实际问题，这也提醒了我在以后学习的过程中应该多注意这方面的不足。

(4)态度很重要，在设计过程中应该严肃、认真。

限于其水平，设计中难免有不足和谬误之处，恳请老师批评指正。

参考文献

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[2]路秀林，王者相.塔设备[M].北京：化学工业出版社.

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[9]林大均，于传豪，杨静.化工制图[M].北京：高等教育出版社.

[10]《CAD典型应用实例上》，汪申主编，化学工业出版社

附件一：填料塔的工艺流程图附件二：填料塔的设备图