水吸收氨过程填料吸收塔设计1000

1、一、设计任务书( 一) 设计题目试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31000 m/h ，其中含氨气为 8（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。（ 20氨3在水中的溶解度系数为H 0.725kmol/ （ m.kPa ）( 二) 操作条件1. 操作压力为常压，操作温度 20.2. 填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。3. 工作日取每年 300 天，每天 24 小时连续进行。( 三) 设计容1. 吸收塔的物料衡算；2. 吸收塔的工艺尺寸计算；3. 填料层压降的计算；4. 吸收塔接

2、管尺寸计算；5. 吸收塔设计条件图；6. 对设计过程的评述和有关问题的讨论。二、设计方案( 一 ) 流程图及流程说明该填料塔中，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由塔顶排除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。( 二 ) 填料及吸收剂的选择该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用25×12.5 ×1.4 聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积 at ：223m 2 / m3空隙率： 0.90湿填料因子： 172m 1填料常数 A:0.204K：1.75见下图：根据所要处理的

3、混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。三、工艺计算( 一 ) 基础物性数据1. 液相物性数据L998.2( kg/ m3 )L1004106 ( Pas)3.6( kg / mgh)L72.6(dyn / cm)940896(kg / h2 )DL1.76109 (m3/ s)2. 气相物性数据混合气体平均密度：v1.166(kg / m3 )c =427680( kg / h2)空气黏度： v1.81 10 5 (Pa s)0.065( kg / mgh)273K，101.3Kpa. 氨气在空气中扩散系数：D0 0.17( m2

4、/ s)( 二 ) 物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成20， 101.3Kpa 下氨气在水中的溶解度系数H0.725kmol / m3 gkpaEs998.2mHM SP0.7250.754P18 101.3Y10.08进塔气相摩尔比：10.08700.080.0002出塔气相摩尔比：Y2 1 0.0002 0.000200对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：X 20： V11000273混合气体流量29341.596 kmol/h22.4进塔惰性气体流量：V 41.596 (1 0.08) 38.268 kmol/h吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：LY1Y

5、20.0870 0.000200Y1V minx1eX 20.752(0.0870 / 0.754) 0x1em取操作液气比为最小液气比的1.5 倍，可得吸收剂用量为：L0.75238.268 1.543.166Kmol / h根据全塔物料衡算式 :VY1Y2LX1X2VY1Y2LX 20.0870 0.000200X1L0.07700.752 1.5Wl43.166 180.666液气比 ：1000 1.166Wv( 三 ) 塔径的计算1. 塔径的计算考虑到填料塔塔的压力降, 塔的操作压力为101.3 KPaQ M0.08 17 0.92 2928.04 Kg / KmolPM101.3 1

6、0328.04 10 33vRT8.3145273 201.166 Kg / m液体密度可以近似取为L 998.2 Kg / m3采用贝恩 -霍夫泛点关联式 :u f211a0.248lgtvWLv3LA KgLWvL即uf2( 2233 ) 1.1660.2lg1.0049.810.90998.211.1660.2041.750.6664998.20.47618u f 3.017m / sQ u0.50.85 u f取泛点率为 0.6.即 u0.6uf 0.6 3.017 1.810m / s4Vs4 10000.442 mD1.810u3.143600圆整后取D0.4 m400 mm2.

7、泛点率校核：1000u36002.212m / s0.7850.42u2.2120.733 （在 0.5到 0.85 围之间）uF3.0173. 填料规格校核：D400d16 8254. 液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：(LW)min0.08m3/()m hat223m2/ m3所以得U min( LW )minat 0.08 22317.84m3 / (m2h)ULh0.785D 243.16618998.26.175106 m3/ (m2h)0.7850.42U U min 故满足最小喷淋密度的要求 .( 四 ) 填料层高度计算1. 传质单元高度计算273K ， 101.3kpa下 ，

8、 氨 气 在 空 气 中 的 扩 散 系 数 D o0.17(cm2 / s) . 由p0T3/2DVD0,则pT0293K，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数D v0.189( cm2 / s)293K，101.3kpa 下，氨气在水中的扩散系数DL1.7610 9 m2 / s(查化工原理附录 )Y1*mX10.7540.07700.0581Y2*mX 20脱吸因数为： SmV0.7540.668L0.7521.5气相总传质单元数为：NOG1 ln 1 S Y1 Y2*S1 SY2Y2*=1ln10.6680.087000.66810.6680.0002000=14.992气相总

9、传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：aw0.75U L0.1U L2 at0.05U L 20.21 exp1.45catatL2 gL L atLL液体质量通量为： U LWLD 243.166186186.21Kg / (m2h)0.7850.785 0.42气体质量通量为： U vWvD 21000 1.1669283.44Kg / (m2h)0.7850.7850.42故aw1exp4276800.75(6186.210.1(6186.21 2223)0.05at1.45 ()223)998.221.271089408963.6(6186.21 2)0.2940896998.2223

10、0.2476气膜吸收系数：0.71Vat DVU VkG0.2373V DVRTatV0.7110 49283.440.06532230.18936000.2370.0651.1660.18910 436008.3142932230.1273液膜吸收系数 :211kLU L3L2L g 30.0095L D LawLL6186.2123.610.0095322233.6998.21.7610 936000.247613.61.271083998.20.3037( m / h)查表得=1.35 故KG aK G aW1.1 =0.12730.24762231.351.1 =9.778 Kmol

11、/m3 h kpaKL aK L aW0.4 =0.30370.24762231.350.4 =18.907 kmol /m3 ghgkpaf = u0.733>0.5uf以下公式为修正计算公式：u1.4KG a 1 9.5K G a0.5u f19.50.2331.49.77821.864 Kmol /m3h kpa1 9.5 u2.2KL a0.5K L au f19.50.2332.218.90726.194kmol / m3 ghgkpa则KG a1（ H为溶解度系数）；11KG aHK L a=11=10.163 Kmol / (m3 h kpa)121.8640.72526.

12、194由H OGVVKY aK G aP=38.2682 =0.296m101.30.78510.1630.42. 填料层高度的计算由ZH OGN OG0.29614.9924.438m取上下活动系数为1.51.5Z1.54.4386.657m故 取填料层高度为7m.查 2 化工原理课程设计213 页表 5-41 散装填料分段高度推荐值查得：塑料阶梯环h/D815 hmax6m取 h/D=10 得 h=10 0.4=4m故 填料层需要分为二段，高度分别为 3.5m. ( 五 ) 填料塔压降的计算采用 Eckert 通用关联图计算填料层压降WL0.50.5横坐标为：V0.6661.166=0.0

13、228WV998.2L查2P 表 5-44得：P89m1215纵坐标为：u2PV0.22.2122 891 1.1660.2gL9.81998.21.0040.0523L查图得P85 9.81833.85pa / mZ填料层压降为：P833.857 pa5.84 KpaEckert 图( 六 ) 吸收塔的主要接管尺寸的计算1、气体进料管由于常压下塔气体进出口管气速可取1220 m / s ，故若取气体进出口流速近似为 16m/s，则由公式 qVd 2u 可求得气体进出口径为44qV1000 / 3600d0.785148.71mmu16采用直管进料，由化工原理 第三版 上册 谭天恩等主编化学工

14、业 P269查得选择156mm 3mm 热轧无缝钢管，则4qV1000 /360015.73m / s （在符合围）u '20.785(0.1560.0032) 2d气体进出口压降 :进口： p11u211.166 15.732144.25 Pa22出口： p20.51u20.511.166 15.73272.13 Pa222、液体进料管由于常压下塔液体进出口管速可取1 : 3m / s ，故若取液体进出口流速近似为2.6m/s ，则由公式 qVd 2u 可求得液体进出口径为44qV6186.210.029mdu998.236000.7852.6采用直管进料，由化工原理第三版 上册 谭

15、天恩等主编化学工业 P368查得选择 38mm4mm热轧无缝钢管，则4qV6186.21 / (998.2 3600)2.44m / s （在符合围）u '20.785(0.0380.0042)2d( 七 ) 吸收塔设计条件图表吸收塔类型聚丙烯阶梯环吸收填料塔3）1000混合气体处理量（ m/h塔径 D（ m）0.4填料层高度 Z（ m）7气相总传质单元高度（ m）0.296气相总传质单元数14.992泛点气速（ m/s）3.017泛点率0.733压降（ kpa）5.15操作压力（ kpa）101.3操作温度（）20填料直径（ mm）25孔隙率 0.90填料比表面积 a( /m3)22

16、3填料常数 A0.204填料常数 K1.75四、符号说明a 填料层的有效传质比表面积（m2 /maw 填料层的润滑比表面积m2 /m33 ）A 吸收因数 ; 无因次d p 填料当量直径，mmE 亨利系数， KPaH 溶解度系数，kmol /(m 3 .KPa)kG 气膜吸收系数, kmol /(m3 .s.KPa)kL 气膜吸收系数, kmol /(m3 .s.KPa)S 解吸因子u 空塔速度， m/sV 惰性气体流量，kmol/hV1 混合气体流量，kmol/h-1填料因子，m-1p 压降填料因子， mx溶质组分在液相中的摩尔分率无因次Z填料层高度mmax最大的3d 填料直径，mm；D 扩散

17、系数，m2 /s ； 塔径g 重力加速度，kg/(m 2 .h)H OG 气相总传质单元高度，mN OG 气相总传质系数，无因次R 气体通用常数，8.314kJ/(kmol.K)T 温度， 0Cu f 液泛速度，m/s3VS 混合气体体积流量，m/hL 是吸收液量kmol/hLS 吸收剂用量kmol/h; kmol/s液体密度校正系数y溶质组分在液相中的摩尔分率无因次min 最小的粘度Pa.s密度kg/m表面力N/m孔隙率m 相平衡常数，无因次五、对设计过程的评述这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。填料塔是以塔装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。通过这次的课程设计，让我从中体会到很多。课程设计是我们在校大学生必须经过的一个过程，通过课程设计的锻炼，可以为我们即将来的毕业设计打下坚实的基础！使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的各个方面要注意问题都有所了解。通过这次对填料吸收塔的设计，培养了我们的能力：首先培养了我们查阅资料，选用公式和数据的能力，其次还可以从技术上的可行性与经济上的合理性两方面树立正确的设计思想，分析和解决工程实际问题的能力，最后熟练应用计算机绘图的能力以及用简洁文字，图表表达设计思想