水吸收空气中氨填料塔的工艺设计

1、化工原理课程设计课程名称 ：_ 化工原理_设计题目：_水吸收空气中氨填料塔的工艺设计_院系：_学生：_学号：_专业班级：_指导教师：_化工原理课程设计任务书一、设计题目：水吸收空气中的氨填料塔的工艺设计二、设计条件1.生产能力：每小时处理混合气体2000Nm/h；2.设备型式：填料塔3.操作压力：101.3KPa4.操作温度：30C(303.15K)5.进塔混合气中含氨10.1%(体积比)6.出塔尾气浓度：NH3810(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。4.填料层高度计算5.填料层压降校核如果不符合上述要求重新进行以上计算6.填料塔附件的选择(1)液体分布装置(2)液体

2、在分布装置(3)填料支撑装置(4)气体的入塔分布更乍/分别为气液相疣車肚/hW-仔划为气箕袒密度H.赅相枯$ E，液村密度歩正廉畫,港，e室報河取的填料 3TV.各种填料的填科咗施養中 r 追力刼速込皿仏+-rib1.设计方案简介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。2.工艺计算2.1基础物性数据2.1.1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,30C时水的有关物性数据如下：密度为3L= 99

3、5.7 kg/m粘度为3L=0.8007X10-Pa -S=2.9 kg/(m? h)表面力为L71.9dyn/cm 931824kg / h2氨气在水中的扩散系数为DL8.532 106m2/h2.1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为MMHyiMi0.899 28 0.101 17 26.99混合气体的平均密度为混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得30C空气的粘度为V=1.86 X10-5Pa?S=0.066 kg/(mi? h)查手册得氨气在空气中的扩散系数为VmPMVmRT101.3 26.998.314 303.151.085DV0.0698m2/ hV2.1.3相平衡数

4、据由手册查得，常压下30C时氨气在水中的亨利系数为E 99.78kPa相平衡常数为E99.78m -P0.985101.3溶解度系数为2.2物料衡算进塔气相摩尔比为出塔气相摩尔比为Y2(1- )0.1123 (1-0.99)0.001123进塔惰性气相流量为2000V(1 0.101)80.27kmol/h22.4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，即对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X20 丫20.1123-0.001123 册第/m X20.1123/0.985-0H=_=995.7EMS99.78 180.554(Kmol/(KPa?ni)(L)i丿mmY丫2

5、Y/m X2y10.1011-y21-0.1010.1123(L)min4.037取操作液气比为1.5 0.9751.4625L 80.27 1.4625 117.39V Y2) L(X1X2)X180.27 (0.1123 0.001123)117.390.0762.3填料塔的工艺尺寸的计算2.3.1采用Eckert通用关联图计算泛点气速气相质量流量为Wv2000 1.4625273273 303.151386kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算,WL117.39 18.022115.37kg/hEckert通用关联图的横坐标为W|_ / V、0.5WV(二)L2115.37(1.08

6、5)0.51386(995.7)0.050查图6-16查得2UF FUF170m-10.1980.198gL0.198 9.81 995.7170 1 1.085 0.80070.20.2F V Lu 0.7UF0.7 4.0372.825m/sD4 2000273 30/36003.14 2.8250.475m圆整塔径，取D 0.5m泛点率校核:2000u3600 0.5242.829m/suUF2.8294.03710070.08（在允许的围之）填料规格校核:D 500 d5010 8液体喷淋密度校核:取最小润湿速率为(Lw)min0.08m3/ m h查得at114.2m2/ m3329

7、.136m3/m2hminD=800mm合理。Umin(Lw)minNt0.08 114.2U2115.37/995.710.826 U0.785 0.52经以上校核可知，填料塔直径选用2.3.2填料层高度计算Y*mX10.985 0.0760.0748Y2*mX20脱吸因数为mV 0.985 80.270.066NOG丄ln(1 S)YX S1 S丫2丫210.7389气相总传质单元数采用修正的恩田关联式计算:查表5-13得C33dyn/ cm2427680 kg /hL 117.39气相总传质单元数为0.6735液体质量通量为UL2115.3720.785 0.5210778.96kg/

8、m10778.9621-eXp -1 .45严。.75(ZZ8)0.1(1077896 114.28严()0t931824114.2 2.9997.0521.27 108995.7 940896 114.20.355气漠吸收系数由下式计算:kG0.237( d)0.7(V宀 0t VVJ(RT)气体质量通量为UV2732000 -_273 3020.785 0.51.08529962.54kg/ m /hkG0.2379962.54114.2 0.0660.7114.2 0.6981.085 0.6988.314 303In 1-0.67351 0.67350.1123-00.001123-0

9、0.6735UL、0.1从2t)2丿LgW1 exp 1.45()0.75(-)0.l(Lat L0.05( UL)0.2L L tmV 0.985 80.270.06610.4720.555 31.39820.10518kmol/ m h kpa液漠吸收系数由下式计算：kL0.0095(UL)2气L)1/2Lg)1/3L0.0095W LLDL10778.9632.9-22.9 1.27 108“114.2 0.355 2.9-6995.7 8.532 10995.70.6443m/h由kGa kGaw1.1，查表得：1.45则kGakGaW1.10.105181 10.355 114.2

10、1.45.36.4170kom/( m hkpa)&a&aW1.10.40.6443 0.355 114.2 1.4530.306/ha 111kGa Hk,La6.541koml/ m3h kpa64.44UFk，Ga 1 9.5(巴 0.5)1.4kGa, klaUFU2 21 2.6(0.5).&a，得UFkGa1 9.5(0.6443-0.5)1.46.417010.472koml/(m3h kpa)kLa2.6 0.6443-0.52.230.30631.398/h184.8226.541 101.3 0.785 0.8由 Z HOGNOG0.555 10.73895.960mZ,1

11、.25 4.9536.19m z，1.25 5.9607.45m设计取填料层高度为Z8m查表，对于阶梯环填料，-8 15, hmax6mD取-8,则Dh 8 800 6400mm计算得填料层高度为8000 mm,故需分段，分为两段，每段2.3.3填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降。横坐标为wLWv查表得，纵坐标为HOGKYa0.555m4000mm0.50.035P89m0.22.279289 11.1460.8949020.05309.81997.05查图得PZ 350Pa/m2.4.3布液计算填料层压降为P 350 82800pa2.4液体分布器简要设计2.4.1液体分

12、布器的选型该吸收塔塔径较小D=500mm而多孔直管式喷淋器适用于 因此在本次设计中我采用多孔直管式喷淋器作为液体的喷淋装置。2.4.2分布点密度计算按Eckert建议值，D=500mm时，喷淋点密度为285点/m22淋点为285点/m。布液点数为2n 0.785 0.528556 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11道环圆孔，每道孔分布5个孔，实际设计布点数为n=55点600m m以下的塔,，因此设计取喷分布为，如图1-1所示PZ 350Pa/m2.4.3布液计算图1-1直管式液体分布器的分液点示意图由LS-dn 2g H取0.60, H 160mm0二、.3.14

13、 3600 995.7 57 0.6 2 9.81 0.16设计取 d4mm。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

14、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截面积应大于70%在本次设计中，我选用的是压紧栅板。do（4LS）1/2n J2g H4 2060.594.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

15、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，2004.2王树盈.现代填料塔技术.：，2010.3夏清.化工原理.天津：天津科学技术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)m3/(m2h)UL液体质量通量，at填料的总比表面积，m3/(m2h)m2/m3UV气体质量通量，m3/ (m2h)aw填料的润湿比表面积，Umin最小液体喷淋密度，2t33m/m3 . ,2m / (mh)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 / hNOG气相总传质单兀数S脱吸因数