水吸收氨过程填料吸收塔的设计课程设计

1、化工原理课程设计说明书目录一.设计方案简介 1二设计计算 2（一）设计方案的确定 2（二）填料的选择 2（三）基础物性数据 21液相物性数据 22. 气相物性数据 23. 气液相平衡数据 2（四）物料衡算 3（五）填料塔的工艺尺寸的衡算 31. 塔径计算 32. 填料层高度计算 4（六）填料层压降计算 6（七）液体分布器简要设计 61. 液体分布器的选型 62. 分布点密度计算 73. 布液计算 7（八）计算结果列表 8三. 设计体会 8四. 参考文献 8一、设计方案简介：塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备， 根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和

2、填料塔两大类。板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质 与传热。在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级 接触逆流操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上流动， 气液两相密切接触进行传质与传热。在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气 相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。工业上，塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元操作过程。蒸馏过程多选用板式塔， 而吸收过程多选用填料塔。本次题目要求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 341300m3 /h ，其中含氨为 5%

3、（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于 0.02% （体积分数）。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5 倍。操作条件： 操作压力：常压 操作温度：20 C 填料类型：选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。 每年按 300 天计，每天 24 小时连续运行。 厂址：天津地区。设计要求： 吸收塔的物料衡算； 吸收塔的工艺尺寸设计； 填料层压降的计算； 液体分布器简要设计； 绘制吸收塔绘制吸收塔计算结果列表； 对设计过程的评述和有关问题的讨论。设计基础数据20°C下氨在水中的溶解度系数为H 0.725kmol/（m2 kPa）。设计计算:（一）设计方案的确定用水吸收NH3属中等溶

4、解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因 用水作为吸收剂，且NH3不作为产品，故采用纯溶剂。（二）填料的选择对于水吸收NH3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料。 在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用Dn38聚丙烯阶梯环填料。（三）基础物性数据1液相物性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，20C 时水的有关物性数据如下:密度为 L 998.2 kg/m3粘度为 L 0.001 Pa s 3.6kg/（m h）表面张力为L 72.6dy n/cm 940896kg/NH3在水中的扩散系数为Dl 1.76 1

5、0 9m2/s 6.336 10 6m2/h2. 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为MyyiMi 0.05 17.031 0.95 29 28.4混合气体的平均密度为PMvmRT101.325 28.48.314 2931.181kg/m3-13 -20 r空气的粘度为混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得5V 1.81 10 Pa s 0.065kg/（m h）查手册并计算得NH3在空气中的扩散系数为4.36 1O5T32 （丄 丄）12D 1 MA Mb 1.795 10 5 m2.s 0.0646m2/hP（Va13 Vb3）23. 气液相平衡数据由题目已经20r下氨在水中溶解度

6、系数为H 0.725kmol /（kPa m3）则常压下20r时Nt在水中的亨利系数为EL99&276.41kPaHM s 0.725 18.02相平衡常数为E 76.41 mP 101.3250.754(四)物料衡算丫1y11 y0.050.05261 0.05进塔气相摩尔比为出塔气相摩尔比为目21 y20.00021 0.00020.0002进塔惰性气体流量为341300273V(1 0.05)13486.7kmol/h22.4273 20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L Y 丫2V min 丫 /m X2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2

7、0min0.0526 0.0002_0.0526 门00.7540.742167由题意知，操作液气比为1.5V min1.5 0.7421671.113L 1.113 13486.73715014.1mol /hV(丫 丫2)L(X1 X2)13486.737 (0.05260.0002)X10.052415014.1(五) 填料塔的工艺尺寸的计算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W 341300 1.181403075.3kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即wL 15014.12 18.02 243031kg/hEckert通用关联图的横坐标为wL

8、0.5V243031403075.30.51.181998.20.0207查通用关联图得2Uf FV0.2LgL0.23查散装填料泛点填料因子平均值表得FUf170m0.23g l:F V I*0.239&998.2' 170 0.0207 1.181 10.258.19m/ su 0.8uf 0.8 58.19 46.55m/sf4VT,J4 341300/3600 , 一D、1.61mV u V 3.14 46.552圆整塔径，取D 1.8m泛点率校核:341300/360020.785 1.837.275m/suUf37.27558.19100%64.3%(在允许范围内)

9、填料规格校核：D 180047.368d 38液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为3(LW)min 0.08m /m h查常用散装填料的特性参数表得at 132.5m2/m332Umin (LW)minat 0.08 132.510.6m /m h95.7 Umin243031/998.220.785 1.8经以上校核可知，填料塔直径选用 D 1800mm合理。2. 填料层高度计算Y* mX10.754 0.0524 0.0395Y2* mX20脱吸因数为c mV 0.754 13486.74“ S0.677L15014.12气相总传质单元数为Nog 1 ln (1 S)Y2tS1 SY2 丫2

10、1 In (1 0.677) 0.0131 0.6771 0.6770.00029.518气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:Ul 0.1/5&七) 2)Lgaw 1 exp1.45(二)0.75( -)0"(aLat L0.05 (LUL_)0.2查常见材质的临界便面张力值表得c 33 dyn . cm 427680 kg h2液体质量通量为2430310.785 1.82Ul295553.59 kg /(mh)at1 exp 1.450.754276809408960.1295553.590.2998.2 940896 132.595553.59132.5 3.6

11、0.63220.0595553.59132.528"998.21.27 10kG 0.237(atvDv气体质量通量为341300 1.181Uv2158478.92kg/(m2 h)kG20.785 1.80.237 ( 158478.92 )0-7 ( 遊)13132.5 0.0651.181 0.0646(132.5 0.0646) n!(8.314 293 )r! n r !气膜吸收系数由下式计算：U V 0.7 / V ?3 / at DV )K0.763kmol/(m2 h kPa)液膜吸收系数由下式计算:lDlkL0.0095(卫)23 () 12 (4)13aw LL

12、DLL0.0095 (95553.59)230.653 132.5 3.61.396 m h1 1由a kGaw，查常见填料的形状系数表得3.6(998.2 6.336 108(3.6 1.27 10998.21.4511 1 1 2则 &akGaw .0.763 0.653 132.5 1.45.99.34kmol/(m h kPa)kLa kLaW 0.4 1.39 6 0.653 1 32.5 1.450.4 1 40.14 64.3%50%Uf由则由由19.5( Uf0.5)1.4kGa ,&a 12.6(丄 0.5)2.2kLa 得UfkGakLaKGaH OG9.5

13、0.6432.60.643kGa HkLaKYa1.40.52.20.599.34140.14161.33kmol (m3 h kPa)Th161.330.725 145.213486.7463.65 kmol：(m3gh*Pa)OaPZ Hog Ng 0.822 9.51820.822m63.65 0.785 1.8101.3257.82mZ' 1.25 7.82 9.78m设计取填料层高度为Z' 10m查表得，对于阶梯环填料， h 815,hmax 6mm取-8，则Dh 8 1800 14400mm计算得填料层高度为10000mm,故不需分段（六）填料层压降计算采用Ecke

14、rt通用关联图计算填料层压降横坐标为虬（宀0.50.0207W L查散装填料压降填料因子平均值表得1P 116m纵坐标为u2 PV 0.2 46.552 116 0.022 1.181 0.2L1gL9.81998.2查埃克特通用关联图得P/Z 3924Pa/m填料层压降为P 3924 10 39240Pa（七）液体分布器简要设计1.液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较小，而气相负荷相对较大，故选用槽式液体分布器2.分布点密度计算按Eckert建议值，D 1200mm时，喷淋点密度为42点/m2，因该塔液相负荷较小， 设计取喷淋点密度为2000点/m2布液点数为2n 0.785 1.820005

15、086点按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设七道，在槽面开孔，槽宽度为80mm，槽高度为210mm，两槽中心矩为340mm。分布点采 用三角形排列，实际设计布点数为 n=5086点示意图如下图所示槽式液体分布器二级槽的布液点示意图3. 布液计算由Ls 4do n 2g_H取 0.60 H 340mm4Ls24 243031/ 998.2 36002d0s0.033n、2g H3.14 5086 06 2 9.81 0.34设计取d0 33mm（八）计算结果列表操作压力常压丫10.0526操作温度20 C丫20.0002工作介质变换气，水X10.0524填料形式阶梯环X20.0000塔径1800mm填料层压降39240Pa填料高度10000mm布液点数5086d033mm三、设计体会经过了一周多时间的课程设计，现在终于完成了这次的课程设计要求，现在终于有 了一点的心得。在本学期，我们学习了化工原理这一课程，化工原理是化学工程专业的一门 重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、 操作性能和设计计算。化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成一定加工目的的基 本过程，其特点是化工生产过程中以物理为主的操作过程，包括