1、 重庆理工大学化工原理课程设计说明书题目：水吸收氨过程填料吸收塔设计学生班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 化学化工学院2014 年 06 月 21 日目 录第一章 前言 11.1 设计任务 .11.2 操作条件 .11.3 工作日 .11.4 厂址 1第二章 设计方案概述 .12.1 流程说明 .12.2 填料方式的选择 .22.3 吸收剂的选择 .2第三章 吸收塔的工艺计算 .23.1 基础物性数据 .23.1.1 液相物性数据 23.1.2 气相物性数据 23.2 物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成 .33.3 塔径的计算 .33.3.1 塔径的计算 33.3.2 泛点率校
2、核 43.3.3 填料规格校核 43.3.4 液体喷淋密度校核 53.4 填料层高度计算 .53.4.1 传质单元高度计算 53.4.2 填料层高度的计算 73.5 填料层压降的计算 .7第四章 填料塔附属高度及其附件 84.1 塔附属高度的计算 84.2 液体分布器的选择与计算 84.2.1 液体分布器的选择 .84.2.2 液体分布器布液能力的计算 .84.3 其他附属塔内件 9计算结果汇总 .9结束语 10参考文献 101第一章 设计任务1.1、设计任务试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为（2.210 7+8.0106）Nm 3/a（约 4167 m3/h）
3、 。混合气体中含氨 5%（体积分数） ，要求回收率为 99%，采用清水进行吸收，吸收剂用量自定。设计基础数据：20下氨在水中的溶解度系数为 H = 0.725 kmol/ (m3.kPa)；其它物性数据可查有关手册1.2、操作条件操作压力：常压；操作温度：20 填料类型：选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。1.3、工作日每年 300 天，每天 24 小时连续运行。1.4、厂址重庆地区第二章 设计方案概述2.1 流程说明该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，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 由填料塔的下端流
4、出。2.2 填料方式的选择对于水吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填2料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，可选用 聚丙烯阶梯环38ND填料。其基本参数如下：比表面积 at：132.5 空隙率 ：0.9132/m湿填料因子 ： 填料常数 A:0.204 K：1.75175如下图：2.3 吸收剂的选择根据设计要求，采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。第三章 吸收塔的工艺计算3.1 基础物性数据3.1.1 液相物性数据 398.2(/)Lkgm6104()3.(/)LPaskgmh27.6dyn/c940
5、86(/)kgh93.7(/)LDm3.1.2 气相物性数据 混合气体平均摩尔质量： 0.517.928.4vmM混合气体平均密度： 331.0(/)8.4VPkgmRT混合气体粘度近似空气黏度： 510()65vPash33.2 物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成20，101.3Kpa 下氨气在水中的溶解度系数 30.725/Hkmolpa相平衡常数： 9810.72513sSEmPHM进塔气相摩尔比： 1.6Y出塔气相摩尔比： 2.90526对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成： 2X混合气体流量 ： 146731.87/29.Vkmolh进塔惰性气体流量： (0.9)13.287/2k
6、olh吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 1212*min 0.5645(/7)YLVxX取操作液气比为最小液气比的 1.8 倍，可得吸收剂用量为：1.8074513.287.13/Lkmolh根据全塔物料衡算式: 121273.8(0.526.0).38713VYXL3.3 塔径的计算3.3.1 塔径的计算对于散装填料，其泛点率的经验值 =0.50.85 Fu气相质量流量： 4167.804921.7/v kgh4液相质量流量： 23.18497.8/L kgh聚丙烯阶梯环： 填料常数 A:0.204 K：1.7538ND利用贝恩（Bain）霍根（Hougen）
7、关联式计算泛点气速。=A-K 即：223lgtVFLau1418VLw= -0.4792112 480.231.58970l()141.59.809292F 解得： .74/ums取 .23.0179/Fs塔径： 4460.98.sVDmu圆整塔径后 D=0.7m3.3.2 泛点率校核：241673.092/0.85.ums(在允许范围内)39F符合要求3.3.3 填料规格校核： 7018.423Dd符合要求3.3.4 液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为： )/(08.)(3minhLW5查手册得： 231.5/tam32minin()08.10.6/()WtULmhmin22497./9U0
8、.7855.hD经过以上校核可知，填料塔直径选用 D=700mm 合理。3.4 填料层高度计算3.4.1 传质单元高度计算273K，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数 .由20.198(/)oDcms,则 293K，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数3/20VpTD=0.0792 /h2.(/)vcms2293K，101.3kpa 下，氨气在水中的扩散系数 =921.70/LDms(查化工原理附录)62.3710/h*.7510.38.29YX2m脱吸因数为： .7510.6048VSL气相总传质单元数为：= =8.4670*121lnOGYNS0.526ln1. 0.12
9、.562 传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： 0.1 0.20.750.521exp.4wcLtLLt Lt taUaga 液体质量通量为: 222497.8193.46/()0.78505UkgmhD气体质量通量为 kg/(m2.h)087vv查表 =33 dyn/cm=427680c2/kgh6故 0.5 0.20.750.12 284268193.42693.461193.461exp.5987.085wta = 0.3485气膜吸收系数： 10.7310.7320.23194.8.652.5079.561079843 0/()VVtVGtUaDkaRTkmolhkpa 液膜吸收系数
10、： 211323 11833 260.950.46.3.70815.9870905/LLLLwUgkaDmh 查表得 =1.45 故 1. 1. 3052.3482.540374/GWKa kmolhkpa.4 .685L 0.79770.5fu以下公式为修正计算公式：1.41.4 319.50.(7)3728.619/GGfuKaKakmolhkpa72.2.19.50.(7)68145.32/L LfuKaKalh则 3115.70/128.6790.254.3GLKaHakmolhkpa由 2.80.931.70375.OGYGV mKaP 3.4.2 填料层高度的计算0.2938.46
11、72.5OGZHNm取活动系数为 1.51.5.5.故取填料层高度为：4m查文献2 145 页散装填料分段高度推荐值查得：塑料阶梯环 h/D 815 max6h取 h/d=8 得 h=8 700=5600 m计算得填料层高度为 4000mm，故不需分段。3.5 填料层压降的计算填料层压降:气体通过填料层的压降采用 Eckert 关联图计算。横坐标为： 0.5 0.54197.8.129329VL纵坐标为：8查2表 5-18 得： =116P1m2 20.2 0.2396.81417.89VPLug查2图 5-21 得： 10./Pamz填料层压降： 0.6242.pp第四章 填料塔附属高度及其
12、附件4.1 塔附属高度的计算塔上部空间高度可取 1.5m,塔底液相停留时间按 5min 考虑,则塔釜所占空间高度为： 12560491.27.0681.783hm考虑到气相接管所占的空间高度,空间高度可取 2m,所以塔的附属高度可以取 3.5m.所以塔高为： .5H4.2 液体分布器的选择与计算：4.2.1 液体分布器的选择该吸收塔液相负荷较小，而气相负荷相对较低，可选用管式分布器。4.2.2 液体分布器布液能力的计算查2表 5-19 可取布液孔数为 180 点/ 。2m布液点数为： 可取 70 点20.785.1069.37n由 ， 取sLd4gH,2H019./(.23)d( 0.43.7
13、06981.9设计取 4.2mm4.3 其他附属塔内件本装置由于直径较小，可采用简单的进气分布装置，同时，对排放的净化气体中的液相夹带要求不严，故不可设除液沫装置。对于填料支撑装置和填料压紧装置，本次设计中选用栅格形支承板和丝网压板，采用支耳固定。计算结果汇总表吸收塔的吸收剂用量计算总表意义及符号 结果混合气体处理量 G 4167m3/h气液相平衡常数 m 0.7551进塔气相摩尔分率 Y1 0.0526出塔气相摩尔分率 Y2 0.000526进塔液相摩尔分率 X1 0.0387最小液气比（L/V） min 0.7475混合气体平均摩尔质量 M 28.4000g/mol混合气体的密度 1.18
14、10kg/m3混合气体的粘度 51.80()Pas吸收剂用量 L 233.2138kmol/h表塔设备计算总表意义及符号 结果塔径 D 0.7 m塔高 H 7.5m填料层高 Z 4 m填料塔上部高度 h1 1.5 m填料塔下部高度 1.5 m气相总传质单元高度 OG 0.2932 m气相总传质单元数 N8.4670 布液孔数 n 70 个泛点气速 fu 3.7724 m/s泛点率 f 0.797710表填料计算总表意义及符号 结果填料直径 dp 38mm孔隙率% 0.91填料比表面积 a 132.5m2/m3填料因子 175m-1填料常数 A 0.204结束语本次课程设计题目是水吸收氨过程填料
15、塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。计算泛点气速时参考了其他的一些资料上的算法用贝恩（Bain）霍根（Hougen）关联式计算，比采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速的误差小的多。在填料的选择中，虽然在同类填料中，尺寸越小的，分离效率越高，但它的阻力将增加，通量减小，填料费用也增加很多后来认为 DN38 计算得的结果比比较好。用 DN38 计算所得的 D/d 值也符合阶梯环的推荐值。本设计我所设计的填料塔产能大，分离效率高，持液量小，填料塔结构较为简单，造价适合。不过，它的
16、操作范围小，填料润湿效果差，当液体负荷过重时，易产生液泛，不宜处理易聚合或含有固体悬浮物的物料等。通过本次的课程设计更加深入的学习了吸收填料塔的工艺计算以及填料塔的各部件选型以及学会了查阅文献。通过查阅文献以及填料塔的工艺计算开阔了眼界对填料塔有了更进一步的认识。课程设计是我们在校大学生必须经过的一个过程，通过课程设计的锻炼，可以为我们即将来的毕业设计打下坚实的基础！参考文献1化工原理 夏清 贾绍义 天津大学出版社 20122化工原理课程设计 贾绍义 柴成敬 天津科学技术出版社3化工单元过程及设备课程设计匡国柱 史启才 化学工业出版社 20024过程设备设计 郑津洋 董其伍 桑芝富 化学工业出版社 2012附图11
