吸收氨氮气体设计方案简介.doc

1、1 吸收氨氮气体设计方案简介 1 吸收氨氮气体设计方案简介 1 在化学工业中 , 经常需要将气体混合物中地各个组分加以分离 , 其主要目地 是回收气体混合物中地有用物质 ,以制取产品 , 或除去工艺气体中地有害成分 ,使 气体净化 ,以便进一步加工处理 ,或除去工业放空尾气中地有害成分 ,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地目地 . 氨是化工生产中极为重要地生产原料 ,但是其强烈地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地大量地含有氨 气地工业尾气直接排入大气而造成空气污染

2、 ,需要采用一定方法对于工业尾气中 地氨气进行吸收 ,本次化工原理课程设计地目地是根据设计要求采用填料吸收塔 吸收地方法来净化含有氨气地工业尾气 ,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地气液传质面积而且填料表面具有良好地湍 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50mm X 25 mm x 1.5 mm, 其主要参数如下： 二）工艺流程图及说明： 在该填料塔中 , 氨气和空气混合后 , 经由填料塔地下

3、侧进入填料塔中 ,与从 填料塔顶流下地清水逆流接触 ,在填料 地作用下进行吸收 .经吸收后地 混合气体入口 混合气 体有塔顶排除 ,吸收了氨气地水有填料 塔地下端流出 .吸收氨气后地液体出口 四工艺计算 1 液相物性数 对低浓度吸收过程 , 溶液地物性数据可近似取纯水地物性数据 .由手册查 得,20 C水地有关物性数据如下： 密度为 =998.2 kg/m3 粘度为卩 L=0.001 Pa S=3.6 kg/表面张力为 c L=72.6 dyn/cm=940896 kg/h2 NH3 在水中地扩散系数为 D L=2.04 X 10-9 m2/s=2.04 X 10-9 X 3600 m2/h=

4、7.344 X 10-6m2/h 2 气相物性数据： 混合气体地平均摩尔质量为 Mvm=0.05X17.03+0.95X29=28.40 ?混合气体地平均密度为p vm= =0.991 kg/m3 混合气体地粘度可近似取为空气地粘度，查手册得20 C空气地粘度为： 卩 v=1.81 x 10-5 Pa S=0.065 kg/(m h 查手册得 NH3 在空气中地扩散系数为 Dv=0.225 cm2/s=0.081 m2/h 3 气相平衡数据 20 C时 NH3在水中地溶解度系数为H=0.725 kmol/(m3 kPa,常压下 20 C时NH3在水中地亨利系数为E= 相平衡常数为 m= 4 物

5、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：L = 1.343 x 3315.04 kmol/h =4452.10 kmol/h 所以由全塔物料衡算式 V(Y1-Y2=L(X1-X2 可得： 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地流量计算,即：=4452.10 X 18.02=80226.84 kg /h 用贝恩霍根关联式计算泛点气速： ?=0.927, a t=114.2 m

6、2/m3 因此计算得 u F=4.69 m/s 取 u =0.8u F=0.8 X4.69 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 50mm X 25mmX 1.5mm, 塔径与填料尺寸之比大于 8 ,固取最小润 湿速度为 ,查常用散装填料地特性参数表 ,得 at=114.2 m2/m3 min=0.08 m U min= 所以操作条件下地喷淋密度： 经以上校核可知 ,填料塔直径选用 D=3200 mm 是合理地 . 2 填料层高度计算： Y1*=mX1=0.8989 X 0.039

7、=0.03506 Y2*=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地思田关联式计算： 查表 1.1 得 c =33dyn/cm=427680 kg/h2 ?表 1.1 常见材质地临界表面张力 液体质量通量为kg/(m2 h =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/(m2 h 则 液膜吸收系数有下式计算： 由 kG a =kG a w 1.1 杳表 1.2 得书=1.45 查表 1.2 常见填料地形状系数 贝U kG a =0.1506 40.32 1.451.1 =9.138 KL a = K

8、L a w 书 0.4=0.5545 40.32 1.450.4 =25.94 又有 50% 固由 =20.7529 kmol/(m3 h kPa =28.799 m/h 由m 由 Z= HOG X NoG=0.4662 X 13.527=6.3 m,得 Z=1.25 X 6.3=7.857 m 设计取填料高度为 Z=8 m. ,提高 对于该填料塔 ,因为塔径为 3200mm, 为了防止壁流、沟流现象地发生 填料塔地效率 ,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横坐标为： 查表得： , 纵坐标为： 查图得 , Pa/m 所以

9、填料层压降为 Pa 4液体分布器简要设计 该吸收塔地塔径为 3200mm, 因此, 根据各种液体分布器地适用范围选取槽 式分布器 . 按Eckert建议值，D 1200时，喷淋点密度为 60点/m2,所以，塔径为 3200mm 时, 布液点数为： n=0.785 X 3.22 X 60=482.3 483 点 按分布点几何均匀与流量均匀原则进行布点设计 ,设计结果为：二级槽工设 15道,在槽面开孔，槽宽为80mm,两槽中心距为160mm,分布点采用三角形排列 实际设计布点数为 480 点. ?由 取 =0.6 H=160mm ?m ?设计取 d0=8 mm ?主要符号说明 a填料地有效比表面积

10、，卅/m3 at填料地总比表面积，卅/m3 aw填料地润湿比表面积，卅/m3 d 填料直径 ,m d0筛孔直径,m D塔径,m D L 液体扩散系数 ,m2/s D V 气体扩散系数，m2/s E 亨利系数，kPa h 填料层分段高度，m H开孔上方地液位高度，m H溶解度系数，kmol/H OG 气相总传质单元高度,m N OG气相总传质单元数 k G气膜吸收系数,kmol/k L液膜吸收系数，m/h K稳定系数，无因次 M ave混合气体地平均摩尔质量，kmol/kg Lh 液体体积流量,m3/h Ls 液体体积流量,m2/h Lw润湿速率，m3/m相平衡常数,无因次 n筛孔数目P操作压力

11、,Pa P标准状况下地压力,Pa P压力降,Pa ?u 空塔气速 ,m/s u F 泛点气速 ,m/s 最小液体喷淋 U液体喷淋密度，m3/U L 液体质量通量，血/U min- 密度,m3/U v 气体质量通量，kg /V h 气体体积流量,m3/h w L液体质量流量,kg /h w V气体质量流量,kg /h X液相摩尔比 y气相摩尔分数 丫气体摩尔比 Z填料层高度，m V惰性气相流量，kmol/h S吸脱因数 R通用气体常数，8.314T 温度,K T 标准状况下温度 ,K Q 塔地截面积,m2 P压降填料因子,m-1 L液体地粘度,kg/V 混合气体地粘度，kg/3 ave混合气体地平均密度,kg/m L液体地密度，kg/m3 L液体地表面张力 c 填料材质地临界表面张力，kg /h2 液体密度校正系数或填料形状系 数,无因次 空隙率 ,无因次 下标 max最大地 min最小地 L 液相 V 气相 平均 二文献综述 关键词：填料塔；聚丙烯；吸收 摘要: 填料塔洗涤吸收净化工艺不单应用在化工领域 ,在低浓度工业废气 净化方面也能很好地发挥作用 .工程实践表明 ,合理地系统工艺和塔体设计 ,是 保证净化效果地前提 .本文简述聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程地工艺设计 以及工程问题 . 填料塔是以塔内地填料作为气液两相间接触构件地传质设备 ,它