水吸收空气中氨填料塔地实用工艺设计

1、实用文档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：学生姓名:学号：专业班级：指导教师：大全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：NH3<0,03%(体积比)7 .每年按330天计，每天24小时连续生产8 .出塔氨水浓度：含NH3量不大于2%(质量比)9 .氨的回收率为99%三、设计步骤及要求1 .确定设计

2、方案(1)流程的选择(2)初选填料类型(3)吸收剂的选择2 .查阅物料的物性数据(1)溶液的密度、粘度、表面张力、氨在水中的扩散系数(2)气相密度、粘度、表面张力、氨在空气中的扩散系数(3)氨在水中溶解的相平衡数据3 .物料衡算(1)确定塔顶、塔底的气液流量和组成(2)确定泛点气速和塔径(3)校核D/d>810(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)液体在分布装置(3)填料支撑装置(4)气体的入塔分布|瑞防四中vn分别为气液相流率，小、电分别为气液相

3、密朦,除，屈心液相粘度,mPa，歹液相密度核正系效,上松“液力实验澧家朝填耨因干,各种填料他中值薰于填料性也表中宿一一这力却速加，m/火1 .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l=995.7kg/m3粘度为入=0.8007X10-3Pas=2.9kg/(m?

4、h)表面张力为二L=71.9dyn/cm=931824kg/h2氨气在水中的扩散系数为Dl=8.53210m2/h2.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为MMm八yMi=0.899280.10117=26.99混合气体的平均密度为:_PMVm_101.326.99Vm一一一L085RT8.314303.15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2%二1.86x10-5Pa?s=0.066kg/(m?h)查手册得氨气在空气中的扩散系数为Dv-0.0698m2/h2.1.3 相平衡数据由手册查得，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E

5、99.78m二一二二0.985P101.3溶解度系数为色9957_3、H=0.554(Kmol/(KPa吊)EMS99.78182.2 物料衡算进塔气相摩尔比为丫1=工1-y20.101=0.11231-0.101出塔气相摩尔比为丫2=丫(1-)=0.1123(1-0.99)=0.001123进塔惰性气相流量为V二000(10.101)=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(L)、V，min丫一丫2丫/mX2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0丫1-丫20.1123-0.001123=0.975X/m-X20.1123/0.98

6、5-0取操作液气比为=1.min=1.50.975=1.4625L=80.271.4625=117.39V(丫1-丫?)=L(X1-X2)、，80.27(0.1123-0.001123)八八八117.39X1二=0.0762.3 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273wv=20001.4625=1386kg/h273303.15液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即wL=117.3918.02=2115.37kg/hEckert通用关联图的横坐标为WL(；V)0.5w7r=0.0502115.37,1.085、05().1386995.7查

7、图6-16得查得uF'f'-；"vg=0.198Uf-1二170m0.198g?l_0.1989.81995.7,、10217011.0850.80070.2=4.037=0.7uF=0.74.037=2.825m/s4Vs27342000/360027330=0.475m3.142.825圆整塔径，取D=0.5m泛点率校核:2000u=ji36004=2.829m/s立=些9父100%=70.08%（在允许的范围之内）uF4.037-填料规格校核:D500=10>8d50液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为3(LW)min=0.08m/mh查得at=114.2m

8、2/m332Umin=(LW)minat=0.08114.2=9.136m/mh,2115.37/995.7U=2-=10.826Umin0.7850.5经以上校核可知，填料塔直径选用D=800mm理。2.3.2填料层高度计算_*一一一一一一一一一一一Y=mX=0.9850.076=0.0748Y2-mX2=0脱吸因数为mVS=-L0.98580.27=0.6735117.39气相总传质单元数为NOG=1 -SIn(1-S)*丫-Y2*Y2-Y2S1In1-0.67350.1123-00.67351-0.6735_0.001123-010.7389气相总传质单元数采用修正的恩田关联式计算:=1

9、-exp-1.45()0.75(OtCJtLUlaL0.1(UL2t0.05(Ul20.2)(25)()Lg'L"L't查表5-13得2-C=33dyn/cm=427680kg/h液体质量通量为2115.37oUl=2=10778.96kg/m2h0.7850.52=1-exp-1.45(427680、931824严（10778.96114.22.9产1(10778.96114.2。.。5(997.0521.2710810778.962995.7940896114.2=0.355气漠吸收系数由下式计算:UV07V1/3、2tDvkG=0.237()()1/3(-V):

10、vDvRT气体质量通量为27320001.085Uv=9962.54kg/m2/h273300.7850.52,9962.54Y7(0.066W(114.2父0.6981kc0.237<114.2x0.066JJ.085x0.698J<8.314303J一一2一=0.10518kmol/mhkpa液漠吸收系数由下式计算:一。0095（弱）2/3（三产仔）1/3c“c110778.96'3(2.9V2,2.91.27108=0.0095Mi6i1114.2父0.355父2.9J995.7父8.532父10J1995.7=0.6443m/h由kGa=Qa渭,查表得：可=1.45

11、则kca=kGcw'-1.1=0.10518父0.355父114.2父1.451.1=6.4170kom/(m3hkpa)ha=Law_04=0.64430.355114.21.45.-30.306/huUf=64.4450由kGa=1+9.5(-u-0.5尸hakLa=12.6u0.52气3,得UfUfkGa=19.5(0.6443-0.5)1.416.4170=10.472koml/(m3hkpa)kLa=1+2.6(0.6443-0.522130.306=31.398/h贝UkGa=kGa+Hk：a=6.541koml/m3hkpa十10.4720.55531.398HOGvyK

12、Ya'?一KGaP，YGu0.555m184.82_"一_26.541101.30.7850.8由Z=HOGNOG=0.55510.7389=5.960mZ,=1.254.953-6.19mz,-1.255.960=7.45m设计取填料层高度为Z,=8m查表，对于阶梯环填料，,8-15%即取包=8,则Dh=8800=6400mm计算得填料层高度为8000mm,故需分段，分为两段，每段4000mm2.3.3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0.5也耳Wv、P)=0.035查表得，1p=89m纵坐标为u26pW02022.2792x89x11.146

13、02pV=-一0.89490=0.0530g9.81997.05查图得PZ=350Pa/m填料层压降为P=3508=2800pa2.4液体分布器简要设计2.4.1 液体分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=500mmB寸，喷淋点密度为285点/m2淋点为285点/m2。布液点数为2n=0.7850.5285=56点600mm以下的塔,分布为,如图1-1所示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

14、为n=55点图1-1直管式液体分布器的分液点示意图2.4.3布液计算由Ls=do2n，2g：H4取=0.60,：H=160mmd0=(4Ls)1/242060.59=0.0043.143600995.7570.629.810.16设计取d0=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

15、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

16、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

17、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)3/,2,.m/(mh)Ul液体质量逋量,at填料的总比表面积，m2/m3aw填料的润湿比表面积，2,33m/md填料直径，m3/hD塔径，mDl液体扩散系数，m2/sDV气体扩散系数，m2/ssE亨利系数，kPah填料层分段高度，m3H溶解度系数，kmol/(mkPa)Hog气相总传质单元高度，mNog气相总传质单元数Kg气膜吸收系数2_kmol/(mhkPa)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，