课程设计完整版.doc

设计条件气体处理量10000m3/h进量组成（质量分数）/%氨气空气5%95%分离要求塔顶NH3含量0.02%体积分数年开工时间300天24h压力130KPa回收率95%（1） 设计方案的确定用水吸收NH3（属于易溶气体的吸收），为了提高传质效率，应该选用逆流吸收流程。用水作为吸收剂廉价、经济。（2） 填料的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DN38聚丙烯阶梯环填料。（3）基础性数据液相物性数据 对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可以近似地取纯水的物性数据，由手册查得20时的水的有关物性如下：密度为 L=998.2/3黏度为 L=0.001Pas=3.6/（mh）表面张力 L=72.6dyn/cm=940896/h2NH3在水中的扩散系数为 DL=1.7610-5cm2/s=6.3410-6m2/h气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 =170.050.9529=28.4混合气体的平均密度为 = =1.52(/m3)混合气体的黏度可近似取为空气的黏度，查手册得20空气的黏度为 =1.8110-5Pas=0.065/（mh）查手册得氨气在空气中的扩散系数为 =0.17cm2/s=0.0612m2/h气液相平衡数据 查手册得氨气的溶解度系数为 H=0.725kmol/(kPam3)计算得亨利系数为 E=L/（HMs）=998.2/(0.72518.02)=76.41(kPa)相平衡常数为 m=E/P=76.41/130=0.588物料衡算进塔气体摩尔比为 Y1=y1/（1y1）=0.05/(10.05)=0.0526出塔气体的摩尔比 Y2=Y1（1A）=0.0526(10.95)0.00263进塔惰性气体流量为 V=（10.05）=508.6（kmol/h）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，即 （L/V）min=(Y1-Y2)/(Y1/m-X2)对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 X2=0 （L/V）min=（0.0526-0.00263）/（0.0526/0.588-0）=0.5586取实际液气比为最小液气比的1.8倍，则可以得到吸收剂用量为 L/V=1.8（L/V）min L=1.8508.60.5586=511.39（kmol/h）由公式得： V(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1=508.6(0.0526-0.00263)/511.39=0.05填料塔的工艺尺寸的计算塔径的计算 采用Eckert通用关联图计算泛点气速。气相质量流量为 Wv=100001.52=15200（/h）液相质量流量可近似按水的流量计算，即 WL =511.3918.02=9215.25（/h）Eckert通用关联图的横坐标为： ()0.5=0.5=0.024查图3-2得（f2 /g）(V/ ) L0.2=0.22查表3-10得=170m-1,则uf=0.22gL/(VuL0.2)0.5=4*10000/(3.14*2.31*3600)0.5=1.24 (m)圆整塔径，取D=1.4m泛点率校核: u=10000/(3600*/41.42)=1.81(m/s) u/uf=1.81/2.89=62.5(允许的范围0.50.85) 填料规格校核: D/d=1400/38=36.848经以上校核可知，填料塔径直径选用D=1400mm 合理。 填料塔高度计算 =mX1=0.588*0.05=0.0294 =0脱吸因子为 S=mV/L=0.588*508.6/511.39=0.584气相总传质单元数为 NOG=1/(1-S)(1-S)(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)+S =1/(1-0.584)(1-0.584)0.0526/0.00263+0.584=5.26气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式（3-23）计算 aw=a1-1.45()0.75()0.1()-0.05()0.2查表3-15得=427680 kg/h2液体质量通量为 =9215.25/0.7851.42=5989.4kg/(m2h) 气膜吸收系数由式（3-21）计算： =0.237()0.7()1/3()气相质量流率为 =15200/(0.7851.42)=9879.1 kg/(m2h)查表3-14得：=1.4，则 液膜吸收系数由式（3-22）计算： 则 得 得 因为 由 则 计算得 气相总传质单元高度为 计算填料层高度为 设计填料层的高度为 圆整后，取。查表3-17得散装填料分段高度推荐值 h/D=815,取h/D=10 则 h=101400=14000(mm)计算得填料层高度为4000mm,小于14000mm，故不需分段。（6） 塔附属空间高度塔上部空间高度，可取1.3m,塔底液相停留时间按5min考虑，则塔釜液所占空间高度为 考虑到气相接管所占空间高度，底部空间高度可取0.7m,所以塔的附属空间高度可以取为2.0m （7）初始分布器和再分布器 液体初始分布器 a 布液孔数 根据该物系性质可选用盘式液体分布器，按Eckert建议值，应取喷淋点密度为42点，因该塔液相符合较大，设计时取100点，则布液孔数为 n =10041.4=1.54100=154 （个） b 液体保持管高度 取布液孔直径为5mm，则液位保持管中的液位高度可由式得出 h = = =0.087 （m）则液位保持管高度为 h=1.1587=100（mm） 液体再分布器 由于填料层高度不高，可不设液体再分布器。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，故可不设除液沫装置。 （8）填料塔接管尺寸计算 为防止流速过大引起管道冲蚀、磨蚀、振动和噪声，流体流速一般不超过3ms，气体流速一般不超过50 ms 。 取气体流速为20ms，气体进口管管径为： d = = = 0.42（m） 故管子的公称直径为400mm。 取液体流速为0.5s ，液体进出口管管径为： d =0.08（m） 故管子的公称直径为80mm。 （9）填料层压降的计算 填料塔的压力降为： = 气体进出口压力降 取气体进出口接管的内径为426mm，则气体的进出口流速为20ms，则进口压力降为： =0.5=0.51.5220=（Pa） 出口压力降为： =0.5=11.5220=304（Pa） 填料层压力降 采用Eckert通用关联图计算填料层压降 横坐标为： =0.024 查表322得：=116 ，则纵坐标为： L0.23.60.20.194查表3-2得，981Pam，则填料层压降为： 398143924Pa 其他塔内件的压力降 其他塔内件的压力降p较小，在此可以忽略。于是得吸收塔的总压力降为Pf15230439244380Pa 表 设计一览表 吸收塔类型：聚丙烯散装阶梯环吸收填料塔混合气处理量：1000m3/h工艺参数名称清水氨气操作压力kPa130130操作温度2020流速s10.520液体密度kgh3998.21.52质量流量kgh19215.2515200进料管管径DN80DN400出口管径DN80DN400扩散系数mh16.341060.0612粘度kgm1h13.60.065表面张力kgh2940896塔径mm1