水吸收氨气填料塔设计

1、螁肅化工原理课程设计肁蕿螁课程名称：化工原理节设计题目：水吸收空气中氨填料塔的工艺设计院系：化学与生物工程学院_学生姓名：_王永奇_学 号：_200907117_专业班级：_化学工程与工艺093_指导教师张玉洁化工原理课程设计任务书二、葿设计题目：水吸收空气中的氨填料塔的工艺设计三、四、薇设计条件螃1.生产能力：每小时处理混合气体4500Nm/h；肃2.设备型式：填料塔芇3.操作压力：101.3KPa蚅4.操作温度：298K膂5.进塔混合气中含氨8%（体积比）螃6.氨的回收率为99%莈7.每年按330天计，每天24小时连续生产羈8.建厂地址：兰州地区袅9.要求每米填料的压降都不大于103Pa五

2、、六、艿设计步骤及要求莀1.确 定设计方案膆（1）流程的选择芅（2）初选填料类型羀（3）吸收剂的选择膇2.查阅物料的物性数据芄（1）溶液的密度、粘度、表面张力、氨在水中的扩散系数蚄（2）气相密度、粘度、表面张力、氨在空气中的扩散系数螀（3）氨在水中溶解的相平衡数据芈3.物料衡算薇（1）确定塔顶、塔底的气液流量和组成膃（2）确定泛点气速和塔径蒀（3）校核D/d810莀（4）液体喷淋密度校核：实际的喷淋密度要大于最小的喷淋密度。蚅4.填料层高度计算薃5.填料层压降校核芁如果不符合上述要求重新进行以上计算膇6.填料塔附件的选择肈（1）液体分布装置羂（2）液体在分布装置羁（3）填料支撑装置膈（4）气体

3、的入塔分布膆7.计算结果列表（见下表）七、八、蚆设计成果1.2.螂设计说明书（A4）（1）（2）芀内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录 （3）（4）芄格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印。3.4.肅精馏塔工艺条件图（2号图纸） （手绘）九、十、蒂时间安排肇（1）第十九周-第二十二周蚇（2）第二十二周的星期五（7月20日）下午两点本人亲自到指定地点交设计 成果，最迟不得晚于星期五的十八点钟十二、薄设计考核（1）（2）节设计是否独立完成；（3）（4）聿设计说明书的编写是否规范（5）（6）螅工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范（7）（8）羄答辩十三、十四、羃参考资料膀1.化工

4、原理课程设计 贾绍义 柴成敬 天津科学技术出版社膇2.现代填料塔技术 王树盈 中国石化出版社莃3.化工原理 夏清 天津科学技术出版社芆填料吸收塔设计一览表蚃羇袂参数腿付号罿单位莄计算结果节羀操作条件聿平均压力螇羅蚀袅平均温度莅蒁罿均流 率賺气相羀莆芃螈液相蚃蚂衿肂氨的浓度莂袀羅塔顶螆膂塔底蚈莇物性参数膅平 均密 度袃气相蝿蒆蚄袈液相篆平均粘度袀虿肅薀平均表面张力螁蔵莂莁薈薅主要工艺结构尺寸肅填料的类型肁蕿填料的规 格羈袁空塔气速莇肆袄蒈泛点气速膄芃节薇塔径螃肃芇膂填料层高度螃莈羈艿气膜传质系数莀膆芅腿液膜传质系数芄蚄螀薇总传质系数膃蒀莀薃压降-+- 几腿肇羁操作液气比膈膆蚆芀最小喷淋密度芄肅蒂

5、蚇实际喷淋密度薄节聿螅羄羃1.设计方案简介膀用水吸收氨气为提高传质效率，选用逆流吸收流程。对于水吸收氨气的过程, 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DN50聚丙烯阶梯环填料。腿2.工艺计算莃2.1基础物性数据蚃2.1.1液相物性数据羇对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。得，25C时水的有关物性数据如下：芆密度为 叮=997.05kg/m3袂粘度为% =0.8949 10Pa S = 3.2kg/(m h)腿表面张力为J =71.9dy n/cm = 931824kg/h2罿氨气在水中的扩散系数为DL

6、=8.532 10*m2/h莄2.1.2气相物性数据12由手册查节混合气体的平均摩尔质量为羀MMm = yiMi= 0.08 17 0.92 29 = 28.04肀混合气体的平均密度为101.3 28.048.314 298羅混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得25C空气的粘度为蚀 = 0.066kg /(m h)袇查手册得氨气在空气中的扩散系数为2袅DV二0.0698m / h莅2.1.3相平衡数据蒁由手册查得，常压下25C时氨气在水中的亨利系数为罿E = 99.78kPa1芇相平衡常数为99.78101.3= 0.985賺溶解度系数为PL997.05门 llli . . ,.m3羀

7、H -0.555kmol / (kPa m )EMS99.78 18.02莆2.2物料衡算芃进塔气相摩尔比为螈出塔气相摩尔比为螈Y2=Y1(1- )=0.0870 (1-0.99)=0.000870蚃进塔惰性气相流量为V=450一0.08)=184.82kmol/h蚂22.4衿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，即袁Yiy11-y20.08= 0.08701-0.08肂对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为祎G)min丫1-丫2YJm - X2Y -Y20.0870-0.000870Y/Y2-X20.0870/0.985-0羅取操作液气比为膂L =184.82 1.46

8、25 =270.30蚈V(Y YD uLX X2)184.82汉(0.0870 0.000870)_0 0589270.30-袃2.3填料塔的工艺尺寸的计算蝿2.3.1采用Eckert通用关联图计算泛点气速蒆气相质量流量为273蚄Wv= 4500 1.1464724 kg/h273 298荿液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即螆（VL）.5（L）min= 1.5 0.975 =1.4625= 0.975莇X1min螀wL=270.30 18.02 =4870.81kg/h袈Eckert通用关联图的横坐标为肀查图5-21得薈专尹,。.2。5羆查表5-11得蒃F=143m-10.205g： _0

9、.205 9.81 997.05F ；V叮2一143 1 1.146 0.894902虿取u =0.7uF=0.7 3.537 =2.476m/s-4 4500：273/3600肅由32175.767m袂圆整塔径，取D =0.8m薀泛点率校核：4500273/3600273+253.14 2.476=2.279m/sW.：?V0.5肄=4870.814724（丄竺严997.05= 0.035袀uF蒇u=2.279100：二0.6444二64.44：（在允许的范围之内）uF3.537:莂填料规格校核:莁D800=168d 50薈液体喷淋密度校核:薅取最小润湿速率为3肅（LW）min= 0.08m

10、 /m h肁查附录五得23蕿aT14.2m / m羈Umin=（Lw）mina = 0.08 114.2 = 9.136 /m2h蒅U二塑型997呉9.724 Umin0.785 98莇2.3.2填料层高度计算袁经以上校核可知，填料塔直径选用D=800mm合理。肆Y1二mX 0.985 0.0589二0.0580袄= mX?= 0薂脱吸因数为g mV 0.985x184.82门 蒈S0.6735L270.30膄气相总传质单元数为= 10.7389薇气相总传质单元数采用修正的恩田关联式计算:肃查表5-13得2芾二c= 33dyn / cm二427680kg / h蚅液体质量通量为NOG* *打心

11、4 S11 -0.67350.67350.0870-00.000870-00.6735W2=5皿亍说门鶯宀UL07E=9695.8kg/ m2-r-w=1-exp -1.45(427680)0.75(9695.08)0.1(9695208； 114.28)-0.05(-9695-严931824114.2x3.2997.05x1.210997.05x940896x114.29695.08= 0.355螃气漠吸收系数由下式计算:= 0.237(UV)0.7(v)1/3(tDvJv:DV)(RT羈气体质量通量为袅UV27345001.146273+250.785 0.82二9403.59kg/ m2

12、/h艿住=0.237940359.66和114.2.698)订14.27.066丿J.1467.698丿i 8.314汉298丿簾二0.10518kmol/ m2h kpa膆液漠吸收系数由下式计算:芅0.0095（:）2/3金严（沙9695.08叮3.2Y2*3.2.2708114.0.353.2丿1 6(997.05X8.532X10丿、997.05-0.0095=0.6443m/h腿由kGkcaw-11，查表得芄 H4取=0.60, H = 160mmd _ (4LS)1/2de2H)十仁2060.59/997.05_3600_)1/2“0043.14 55 0.6.2 9.81 0.16

13、设计取do= 4mm。3.辅助设备的计算及选型3.1填料支承装置支承板是用以支承填料和塔内持液的部件。常用的填料支承板有栅板型、孔管型、驼峰型等。对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型支承板。设计中，为防止在填料支承装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支承装置的自由截面积应大于75%。在本次设计中，我选用的是孔管型支承装置。3.2填料压紧装置为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。填料压紧装置有压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等不同类型。对于散装填料，可选用压紧网板，也可选用压紧栅板。设计中，为防止在填料压紧装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料压紧装置的自由

14、截面积应大于70%在本次设计中，我选用的是压紧栅板。4.结论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。填料塔是以塔内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，压降低等特点。在本次设计过程中，我通过各种书籍独立查找出各个物性数据，然后根据设计书上的步骤按要求算出各个物理量。但是在整个计算过程中，由于有些物理量没有完全掌握，所以计算过程中出现了不少问题。而在运用Eckert通用关联图计算泛点气速中， 我觉得通过查表得出的数据有一定的差距，不能得到较为精确的数值。在整个设计过程中，由于数据繁多，所以整个计算过程都必须特别的小 心，尽管如此，我认识

15、还是有一些失误存在。通过这次设计，让我学习到了很多以前没有接触过的知识。能够学习到不同方面的知识。通过这次设计，不仅能提高自己的动手能力和思维能力，同时也能 够提高相关知识的运用能力。5.参考文献1贾绍义，柴成敬化工原理课程设计天津：天津科学技术出版社，2004.2王树盈.现代填料塔技术.北京：中国石化出版社，2010.3夏清.化工原理.天津：天津科学技术出版社6.附录6.1主要符号说明符号意义及单位符号意义及单位a填料的有效比表面积，U液体喷淋密度，m3/(m2h)m /(mh)UL液体质量通量，at填料的总比表面积，32m /(mh)2f3m / mUV气体质量通量，m /(m h)a、w

16、填料的润湿比表面积，wUmin最小液体喷淋密度，2 f 33m / mm3/ (m2h)d填料直径，m3/hWL液体质量流量，kg /hD塔径，mWV气体质量流量，kg / hDL液体扩散系数，m2/sx液相摩尔分数，DV气体扩散系数，m2/ssX液相摩尔比E亨利系数，kPay气相摩尔分数h填料层分段高度，mY气体摩尔比H溶解度系数，kmol/(m3kPa)Z填料层咼度，mHOG气相总传质单元高度，mV惰性气相流量，kmol / hS脱吸因数NOG气相总传质单兀数T温度，KKG气膜吸收系数kmol /(m2h kPa)KL液膜吸收系数，m/hK稳定系数，无因次MV混合气体的平均摩尔质量L液体体

17、积流量，m / hm相平衡常数，无因次n筛孔数目（分布点数目）P操作压力，PaP压力降，Pau空塔气速，m/hUF泛点气速，m3/（m2，h）Q塔的截面积，m2Q泛点填料因子，m%液体的粘度，kg / （m h）出混合气体的粘度，kg / (m h)PV混合气体的平均密度，kg /m3PL液体的密度，kg / m3CTL液体的表面张力，N/mCTC填料材质的临界表面张力，N/mz空隙率，无因次以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fur d

18、en pers?nlichen fur Studien, Forsghuu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l etude et la recherche uniquementades fins personnelles; pasades fins commerciales.TO员BKOgA.nrogeHKO TOpMenob3ymrnflCH6yHeHu uac egoB u HHuefigoHM以下无正文ucno员B30BaTbCEBKOMMepqeckuxqe员EX.以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commerci