化工原理课程设计水吸收氨气

1、 化工原理课程设计水吸收氨气填料塔设计目 录前言11. 水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介 41.1任务及操作条件41.2设计案的确定 4 1.3填料的选择42. 工艺计算 62.1 基础物性数据62.1.1液相物性的数据 6气相物性的数据 62.1.3气液相平衡数据 62.1.4 物料衡算 72.2 填料塔的工艺尺寸的计算72.2.1 塔径的计算 72.2.2 填料层高度计算 92.2.3 填料层压降计算 122.2.4 液体分布器简要设计133. 辅助设备的计算及选型 15 3.1 填料支承设备 153.2填料压紧装置 163.3液体再分布装置164. 设计一览表 175. 后记186. 参

2、考文献107. 主要符号说明108. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）前 言 31.水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介1.1任务及操作条件混合气(空气、NH3 )处理量： 2600；进塔混合气含NH3 7% (体积分数)；温度:20；进塔吸收剂(清水)的温度:20； NH3回收率：96%；操作压力为常压101.3k Pa。1.2设计方案的确定在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它

3、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的目的。 氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的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的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用常压常温下填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，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的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，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

4、吸收操作过程节省大量人力和物力。1.3填料的选择拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍形填料 矩鞍形填料设计选用填料塔，填料为散装聚丙烯DN50阶梯环填料。国内阶梯环特性数据材质外径d，mm外径×高×厚d×H×比表面积at，m2/m3空隙率，m3/m3个数n，个/m3堆积密度p，kg/m3干填料因子at/3，m-1填料因子，m-1塑料2538507625×17.5×1.438×19×150×30×1.576×37×3228132.5114.289.950.900.910.9270.92

5、981500272009980342097.857.576.868.4313175.6143.11122401208072 52. 工艺计算2.1基础物性数据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。由手册查的，20水的有关物性数据如下：密度：1 =998.2Kgm3粘度：L=1.005mPa·S =0.001Pa·S=3.6Kg（m·h）表面张力：L =72.6dyncm=940 896Kgh2氨气在水中的扩散系数：DL=1.80×10-9 m2/s=1.80×10-9×3600 m2/h=6.480 &#

6、215;10-6m2/h气相物性的数据混合气体平均摩尔质量： MVM=yiMi=0.070×17+0.930×29=28.16混合气体的平均密度：vm=101.3×28.16(8.314×293)=1.171Kgm3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20空气的粘度：V=1.81×105Pa·s=0.065Kg（m·h）查手册得氨气在20空气中扩散系数： Dv= 0.189 cm2/s=0.068 m2/s2.1.3气液相平衡数据,常压下20时=998.2(0.725×18.02)=76.40Kpa 相平衡

7、常数：2.1.4 物料衡算 进塔气相摩尔比：Y1=0.070（10.070）=0.075出塔气相摩尔比：Y2=Y1（1）=0.075×（10.998）=0.00015进塔惰性气相流量：V=260022.4×273（273+20）×（10.070）=100.6Kmolh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：（）min=对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 X2=0，则（）min=（0.0750.00015）0.075(0.7540)=0.752取操作液气比为最小液气比1.8倍，则=1.8×0.752=1.354， 因此 L=1.3

8、54×100.6=136.22Kmolh由全塔物料衡算得： V（Y1Y2）=L（X1X2）， 得X1=100.6×(0.0750.00015) 136.22=0.055282.2 填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1 塔径的计算 塔径气相质量流量为：=2600×1.183=3076Kgh液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即: =136.22×18.02=2455/h塑料阶梯环特性数据据如下用贝恩霍根关联式计算泛点气速： =查表得比表面积： =114.2m2/m3 ,A=0.204,K=1.75，=0.927 ，得：=0.508 =0.310 因此计算得：

9、= 4.23m/s 取u =0.8uF=1×4.23m/s =4.23m/s由 D= （4×26003600）（3.14×4.23） 0.5=0.466m 圆整塔径，取  D=0.5m 8泛点率校核: u=26003600(0.785×0.52)=3.68ms3.684.23×100=87.00（在允许范围内）  填料规格校核：Dd=50050=10>8液体喷淋密度校核：因填料为50mm×25mm×1.5mm,塔径与填料尺寸之比大于8，固取最小润湿速度为（Lw）min=0.08 m3/(m·

10、;h)，查常用散装填料的特性参数表，得at=114.2m2/m3 Umin=（LW）min· at =0.08×114.2=9.136m3m2·h U=136.22×18.02998.2（0.785×0.52）=12.53>Umin经以上校核可知，填料塔直径选用D= 500mm是合理的。2.2.2 填料层高度计算Y1*=mX1=0.754×0.05528=0.042 ， Y2*=mX2=0 9脱吸因数：S=mVL=0.754×100.6136.22=0.5568气相总传质单元数： =1（10.5568）ln（10.55

11、68）×（0.0750）（0.000150）=12.19气相总传单元高度采用修正的思田关联式计算： 液体质量通量为UL=136.22×18.02(0.785×0.52)=12507.9Kgm2·h气体质量通量为Uv=2600×1.183 (0.785×0.52)=15672.9Kgm2·hc值见下表 不同材质的c值材质钢陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蜡的表面表面张力，N/m×10375613340567320×（427680940896）0.75×12507. 9（114.2×3.6）

12、0.1×12507. 9×114.2（998.22×1.27×108） -0.05 ×12507.92（998.2×940896×114.2） 0.2=1e-0.76=0.534 10气膜吸收系数由下式计算：液膜吸收系数由下式计算：查下表得：各类填料的形状系数填料类型球棒拉西环弧鞍开孔环值0.720.7511.191.45 3.684.23×100=87.00>50 由 得 11由由Z=HOGNOG=0.2758×12.19=3.36mZ=1.4×3.36=4.704m设计取填料层高度：

13、Z=5m查表，对于阶梯环填料，hmax6m ，设计填料层高度：5m。2.2.3 填料层压降计算通用压降关联图Z=100×9.81=981.00Pam×5=4.905KPa2.2.4 液体分布器简要设计液体分布器的选型：该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低。故选用槽式分布器。 分布点密度计算：按Eckert建议值，D=400时，喷淋点的密度为330点m2，D=750时，喷淋点的密度为170点m2，设计取喷淋密度为280点m2。n=0.785×0.52×280=55 实际总布液孔数：54点 143. 辅助设备的计算及选型3.1 填料支承设备支填料支承装置

14、用于支承塔填料及其所持有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及气体均布作用。故在设计支承板是应满足下列三个基本条件：（1）自由截面与塔截面之比不小于填料的空隙率；（2）要有足够的强度承受填料重量及填料空隙的液体；（3）要有一定的耐腐蚀性。用竖扁钢制成的栅板作为支承板最为常用，如下图中的（a）。栅板可以制成整块或分块的。一般当直径小于500mm时可制成整块；直径为600800mm时，可以分成两块；直径在9001200mm时，分成三块；直径大于1400mm时，分成四块；使每块宽度约在300400mm之间，以便拆装。栅板条之间的距离应约为填料环外径的0.60.7。在直径较大的塔中，当填料环尺寸较小的

15、，也可采用间距较大的栅板，先在其上布满尺寸较大的十字分隔瓷环，再放置尺寸较小的瓷环。这样，栅板自由截面较大，如下图（c）所示。当栅板结构不能满足自由截面要求时，可采用如下图（b）所示的升气管式支承板。气相走升气管齿缝，液相由小孔及缝底部溢流而下。这类支承板，有足够齿缝时，气相的自由截面积可以超过整个塔德横截面积，所以绝不会在此造成液泛。本设计塔径D=500mm，采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小，由竖扁钢制成的栅板作为支承板，将其制成整块，栅板条之间的距离约为24.7mm。为了改善边界状况，可采用大间距的栅条，然后按正方形排列的瓷质十字环，作为过渡支承，以取得较大的孔隙率。由于采用的是

16、50mm的填料，所以可用75mm的十字环。D=500mm制成整块（a）栅板 （b）升气管式 （c）十字隔板环层3.2填料压紧装置。3.3液体再分布装置 164. 设计一览表填料吸收塔设计一览表吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔工艺参数名 称混合气处理量：2600物料名称清水氨气操作压力，kPa1013101.3操作温度，2020流速，m/s12507.915672.9液体密度，kg/m3998.20.991流量，kg/h24553076塔径，mm500填料层高度，mm5000压降，KPa4.905分布点数55（实际：54）黏度，kg/(m*h)3.60.0656表面张力，kg/h9408964

17、27680(聚乙烯) 175. 后记我的化工原理课程设计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，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。在填料的选择中，从经济方面考虑采用聚丙烯阶梯环填料，填料颗粒大小，我采用试差法，来认为DN50计算得的结果比比较好。虽然在同类填料中，尺寸越小的，分离效率越高，但它的阻力将增加，通量减小，填料费用也增加很多。用DN50计算所得的D/d值也符合阶梯环推荐值。解决了上面的问题之后就是通过查找手册之类的书籍来确定辅助设备的选型，我选择栅板支承装置作为填料支撑，并选择好喷淋装置。

18、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，图表表达设计思想的能力。不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。 186. 参考文献【1】贾绍义.柴诚敬主编.化工原理课程设计（化工传递与单元操作课程设计）.天津：天津大学出版社，2002【2】【3】匡国柱，史启才等