水吸收氨过程填料塔的设计3.docx

三 设计方案简介（一） 方案的确定1在化学工业中，经常需要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。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，因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。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。本方案选用聚丙烯阶梯环作为填料设计填料塔，规格为50mm25 mm1.5 mm，其主要参数如下：填料类型公称直径DN/mm外径高厚比表面积at（m2/m3）空隙率/%个数n/m-3堆积密度（kg/m3）干填料因子m-1塑料阶梯环505025.5114.292.7107405408143经吸收后的混合气体出口清水入口（二） 工艺流程图及说明：在该填料塔中，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入口混合气 体有塔顶排除，吸收了氨气的水 有填料塔的下端流出。（如右图所示）吸收氨气后的液体出口 四 工艺计算（一）基础物性数据1 液相物性数对低浓度吸收过程，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：密度为 =998.2 kg/m3粘度为 L=0.001 PaS=3.6 kg/（mh）表面张力为 L=72.6 dyn/cm=940896 kg/h2NH3在水中的扩散系数为 DL=2.0410-9 m2/s=2.0410-93600 m2/h=7.344 10-6m2/h2 气相物性数据：混合气体的平均摩尔质量为 Mvm=0.0517.03+0.9529=28.40,混合气体的平均密度为 vm= =0.991 kg/m3 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20空气的粘度为:v=1.8110-5 PaS=0.065 kg/(mh)查手册得 NH3在空气中的扩散系数为 Dv=0.225 cm2/s=0.081 m2/h3 气相平衡数据 20时NH3在水中的溶解度系数为 H=0.725 kmol/(m3kPa),常压下20时NH3在水中的亨利系数为E=相平衡常数为m=4 物料衡算：进塔气相摩尔比为： Y1=出塔气相摩尔比为： Y2=进塔惰性气相流量：V=该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：，对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 X2=0，则：因此有：1.3433315.04 kmol/h =4452.10 kmol/h所以由全塔物料衡算式V(Y1-Y2)=L(X1-X2)可得：（二）填料塔的工艺尺寸的计算1 塔径计算气相质量流量为:kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即: =4452.1018.02=80226.84 /h用贝恩霍根关联式计算泛点气速：查附录五得空隙率e =0.927, at=114.2 m2/m3 因此计算得 uF=4.69 m/s取u =0.8uF=0.84.69 m/s =3.752 m/s由 m圆整塔径，取 D=3.2 m泛点率校核: m/s(在允许范围内)填料规格校核：液体喷淋密度校核：因填料为50mm25mm1.5mm,塔径与填料尺寸之比大于8，固取最小润湿速度为（Lw）min=0.08 m3/(mh)，查常用散装填料的特性参数表，得at=114.2 m2/m3Umin=（Lw）minat=114.20.08=9.136 m3/m2h所以操作条件下的喷淋密度：经以上校核可知，填料塔直径选用D=3200 mm是合理的。2 填料层高度计算：Y1*=mX1=0.89890.039=0.03506Y2*=mX2=0脱吸因数为气相总传质单元数为：气相总传单元高度采用修正的思田关联式计算：查表1.1得 ：sc =33dyn/cm=427680 kg/h2表1.1常见材质的临界表面张力材质碳瓷玻 璃聚丙烯聚氯乙烯钢石 蜡表面张力56617333407520液体质量通量为 kg/(m2h)=0.3531所以， =0.3515 114.2=40.32气膜吸收系数由公式 计算，气体质量通量为 kg/(m2h)则液膜吸收系数有下式计算：由kG=kGw1.1 查表1.2得 =1.45查表1.2 常见填料的形状系数填料类型球 形棒 形拉西环弧 鞍开孔环值0.720.7511.191.45则kG=0.1506 40.32 1.451.1 =9.138KL= KLw0.4=0.5545 40.32 1.450.4 =25.94又有 50%固由=20.7529 kmol/(m3hkPa)=28.799 m/h由 m由 Z= HOGNoG=0.466213.527=6.3 m，得Z=1.256.3=7.857 m设计取填料高度为 Z=8 m。对于该填料塔，由于塔径为3200mm，为了防止壁流、沟流现象的发生，提高填料塔的效率，故将其分为三段，每段平均2700mm。3 填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降（如下图所示）。横坐标为：查表得： ，纵坐标为：查图得， Pa/m所以填料层压降为 Pa4液体分布器简要设计（1）液体分布器的选型该吸收塔的塔径为3200mm，因此，根据各种液体分布器的适用范围选取槽式分布器。（2）分布点密度计算按Eckert建议值，D1200时，喷淋点密度为60点/m2，所以，塔径为3200mm时，布液点数为： n=0.7853.2260