填料塔设计说明书

1、填 料塔 设计 说明书设计题目：水吸收氨填料吸收塔 学 院：资源环境学院 指导老师：吴根义罗惠莉 设计者：赵海江学 号：2 专业班级：08级环境工程1班一、设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱出混于空气中的氨气。混合气体的处理为 2400m3/h ,其中含氨5%要求塔顶排放气体中含氨低于 0.02%。采用清水进行吸 收，吸收剂的用量为最小量的1.5倍。二、操作条件1、操作压力常压2、操作温度20 C三、吸收剂的选择吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸 收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。水廉价易 得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过

2、程对吸收剂的基本要求。且氨气 不作为产品，故采用纯溶剂。四、流程选择及流程说明逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆 流操作。逆流操作的特点是传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收 剂利用率高。工业生产中多用逆流操作。五、塔填料选择阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了 一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的 平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的 机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主， 这样不但增加了填 料间的间隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集

3、分散点， 可以促进液膜的表面 更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前使用的 环形填料中最为优良的一种选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格:填料类型公称直径DN/mm外径X高X厚比表面积at (mf/m3)空隙率 m3/m3(%)塑料阶梯环5050*25*1.5114.20.927六、填料塔塔径的计算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 c水的有关物性数据如下：密度为：l =998.2 kg/m3粘度为:仙 L=0.001 004 Pa S=3.6 kg/ (m- h)表面张力为(T L=72.6 dyn/cm =94089

4、6 kg/h22、气相物性数据：20c下氨在水中的溶解度系数为：H=0.725kmol/(m3 - kPa)。混合气体的平均摩尔质量为：Mvm=0.05< 1 7.03g/mol +0.95 X 29g/mol=28.40g/mol,混合气体的平均密度为：p vm=1.183 kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20c空气的粘度为：产1.81 x 10-5 Pa S=0.065 kg/(m h)3、气相平衡数据20c时NH3ft水中的溶解度系数为 H=0.725 kmol/(m3 - kPa),常压下20c时 NH融水中的亨利系数为 E=76.41kPa。4、物料衡算：

5、亨利系数相平衡常数LHM SPS998.20.725 18.02 101.30.754E 亨利系数MsH 溶解度系数相对摩尔质量相对平衡常数进塔气相摩尔比为:Yi 年5 0.05263出塔气相摩尔比为：丫2 005篇詈 °.000105263混合气体流量:24002731293 22499.83(kmol/h)惰性气体流量:QnG 99.83 (1 0.05)94.8385(kmol /h)最小液气比：X2=0QnLmin ( QnG丫1 丫2Xi X2丫 丫2YX2 m0.05263 0.0001052630.05263 八00.7540.752取实际液气比为最小液气比的1.5倍，

6、则可得吸收剂用量为:Qnl 0.752 94.8385 1.5 106.977828(kmol / h)X1QnG(Y1 Y2)Qnl(0.05263 0.000105263)* 94.8385106.9778280.04656则液气比:QnL 106.977828* 18Q 2400/24.04* 28.40.6792气体质量流量:Wv 2400 1.183 2839.2kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算,即:Wl 106.97782818.02 1927.74kg/h填料总比表面积:at=114.2m2/m32,Ufatlg3L2 A K 1/41/8Vlg2一一uF114.21.

7、18302F 31.004 .0.204 1.759.810.927998.21927.742839.21/41/81.183998.20.48032Uf114.20.92731.1830 21.0040.331998.22入143.36* 0.001185* 1.0079870.3319.812-一 一 一一、Uf 0.33199.81 / (143.36 * 0.001185 *1.007987)19.1uF =4.37m/su=0.80* uF=0.80*4.37=3.496m/s4Vs4 2400/3600:u3.4960.497m取证后 D=0.5m=500mLhu 20.785 D

8、2泛点率校核:u 2400/3600 3.397m/s 0.785 0.52u/uF 3.397 /4.370.777符合三散装的0.5 0.85D500/50 10 8 d液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：3.(Lw )min 0.08m /(m h)at 114.2m2/ m3所以Umin(Lw)min at 0.08 114.2 9.136m3/(m2 h)Lh0.785 D2106.977828 * 180.785 0.5* 0.5 998.2329.830m /(m h) U min经以上校核可知，填料塔直径选用 D 0.5m合理。七、填料层高度计算0 c , 101.3 kPa下

9、，NH 3在空气中的扩散系数Do2 .0.17 cm / s查表知,则 293k ,101.3 kpa下,NH 3在空气中的扩散系数为101.3 293 1 75D D ()()1.75G 101.3 2732, 0.192 cm /s液相扩散系数DL 1.80 10 9m2/s液体质量通量为Ul106.977828 18 _ _20.785 0.529811.97923kg/(m2 h)气体质量通量为2400 1.1832UV-亍 14467.26115kg/(m2 h)0.785 0.52 22aw 1 exp 1.45 (一)0.75 (严(町)0.05 (-)0.2atLatLL gL

10、 Latc 33dyn/cm 427680kg/h2at1 exp 1.45 (427680940896)0.75 (9811.97923114.2 3.6)0.12_(9811.97923114.2) 0.05998.22 1.27 10829811.97923998.2 940896 114.2)0.20.351124气膜吸收系数由下式计算:G 0.237(-U)Q7 at v1F3(黑)14467.26115 o.70.237 ()114.2 0.06520.143kmol /(m h kpa)(1.18310.0653z)30.192 10 4 3600_4114.2 0.192 36

11、00 108.314 293)液膜吸收系数由下式计算:L 0.0095 (aUl2-)3 (L查表得:GaLa0.0095 (9811.979230.351124 114.2 3.63.6998.2 1.8010 9 36001)2 (3.6 1.27 10998.28 1-r0.5171.45aw1.10.143 0.351114.2 1.4518.63mol/(m3 h kpa)aw0.40.517 0.351114.2 1.450.424.05u / Uf3.397 /4.370.777 >0.5需要矫正Ga19.5u(-Uf1 40.5).GaLaGaLa1112.6(-Uf0.

12、5)力La9.5 (0.82.6 (0.8Ga H ?a23.8 0.725 28.5kLa0.5)1.42 20.5)28.6324.0523.83kmol/(m3 h kpa)28.51h11.21kmol/(m3 h气膜体积吸收系数,kmol/(m3 h液膜体积吸收系数,kpa)kPa).H OGVKYaVGa P94.8385_一一211.21 101.3 0.785 0.50.42m气相总传质单元数为:Y1mX10.754 0.0498 0.037549Y2mX20mqnGqnl0.754* 94.8385c0.668106.9778281Y1 Y2Nog ln(1 S) - S1

13、SY2 y211 0.668ln(10.668)0.05263 00.000105263 00.66815.1Z H OG N og0.42 15.1 6.342 m设计取填料层高度为：Z 7 mh8 15,hmax 6m对于阶梯环填料，D将填料层分为2段设置，每段3.5m,两段间设置一个液体再分布器八、压降的计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为:L()0.5106.977828 18 ,1.183、05 ()0.02332400 1.183998.2已知:P 127 m纵坐标为:v0.2-LL23.3972 127 19.811.183998.21.0040.20.177查图

14、得,P1962 pa/m填料层压降为：P 1962 7 pa 13.734kpa九、进由口管径的计算常压塔气体进出口管气速可取1020m/s (高压塔气速低于此值)；液体进出 口管气速可取0.81.5m/s。管径依所选气速决定后，应按标准管规格进行圆整， 并规定其厚度。气体进气口气速取18m/s,液体进液口流速取1.2m/s气体进出口管直径：4Vs 4 2400D1 0.217m 217mm:u . 3.14 18 3600液体流量：106.977828 18.023L 106.977828kmol/h 1.93m3/h998.2液体进出口管直径：4 1.93D2, 0.0261m 26.1mm:3.14 1 3600按标准管规格进行圆整后得气体进出口管直径 D1=200mm液体进出口管直径D2=32mm十、分布器与在分布器选择1、分布器莲蓬式喷淋器：液体经半球形喷头的小孔喷出。小孔直径为310m做同心圆排列，喷洒角不超过80 0这种喷淋器结构简单，但只适用于直径小于600mm勺塔中，且小孔易堵塞。2、再分布器截锥型再分布器：截锥体与塔壁的夹角一般取为35-400,截锥下口直径D1 二(0.70.8) Do适于直径800mmz下的塔应用十一、根据计算绘制填料塔图十二、填料塔设计一览表表：填料吸收塔设计一览表吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收