水吸收氨气的吸收塔设计说明书

1、 云南大学 课 程 设 计课程名称： 设计题目： 学 院： 专 业： 年 级： 学生姓名： 指导教师： 日 期： 教 务 处 制1、引言-41.1目的要求-41.2填料塔结构及原理-52、塔设计任务及内容-53、确定设计方案 -53.1流程图及流程说明-53.2填料及吸收剂的选择-54、工艺计算 -64、1吸收塔物料横算 -64、2塔径的计算 -74、3填料层的计算 -84.4塔附属高度的计算5填料塔压降的计算-106、液体分布器设计-117、填料支撑装置-118、气体的入塔分布-11 8.1吸收塔接管尺寸计算-8.2 气体进料接管计算-9、设计一览表-1210、设计小结-11、主要符号说明-

2、12、参考文献-13、 CAD工程制图- 1.引言1.1 目的要求1、环境工程原理课程设计涉及本门课程的主要内容，通过课程设计学生不仅巩固和深化了有关化工过程及设备方面的知识，而且可用它们去分析和解决化工设备在操作、安装、检修等方面的实际问题，以增强学生理论联系实际的观点。2、通过环境工程原理课程设计使学生建立工程观点和经济观点，使学生具有辨证的科学思维方法。3、通过查阅技术资料、选用公式、搜集数据、讨论工艺参数与结构尺寸间的相互影响等，培养学生分析问题和解决问题的能力。4、提高学生文字表达能力及掌握撰写技术文件的能力。1.2 填料塔结构及原理塔体：一般取为圆筒形，可由金属、塑料或陶瓷制成，金

3、属筒体内壁常衬以防腐材料。 填料：大致可分为散装填料和规整填料两大类，是传热和传质的场所。塔内件：包括填料支承与压紧装置、液体与气体分布器、液体再分布器以及气体除沫器等。操作原理：液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流动，并与在压强差推动下穿过填料空隙的气体相互接触，发生传热和传质。 2 、 填料塔设计任务及内容混合气处理量 2600 m3/h，其中含氨为5%（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。操作压力为常压，操作温度为20， 设计内容:1、吸收塔的物料衡算；2、吸收塔填料层压降的计算；3、吸收塔的工艺条件及有关物性数

4、据的计算；4、吸收塔的相关工艺尺寸计算；5、绘制吸收塔设计条件图。 3、确定设计方案3.1流程图及流程说明该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下端进填料塔中，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。（如左图所示） 3.2填料及吸收剂的选择 1、该过程处理量不是很大，所用的塔直径不会太大，可选用聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积at：114.2 2、根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其对氨有良好吸收能力，而且对空气中其它组分吸收极少。挥发度低又廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收

5、过程对吸收剂的基本要求。4、工艺计算对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。空气和水的物性常数如下（293K，即20 ；常压101.3KPa）：空气：水：4、1吸收塔物料横算查表知，20下氨在水中的亨利系数溶解度系数： 相平衡常数 ： 进塔气相摩尔比为：Y1=0.05(1-0.05)=0.0526出塔气相摩尔比为：Y2=0.00021-0.0526=1.052×10-5对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：(清水)混合气体的平均摩尔质量为：M=0.05×17.03+1-0.05×28.95=28.354 混合气体流

6、量：2600×103×273293×122.4×0.95=102.74(kmolh)混合液体流量：q=0.753×102.74=77.37(kmol/h) 最小液气比:LVmin=Y1-Y2X1*-X2=Y1-Y2Y1m-X2=0.0526-0.000010520.05260.7532-0=0.753取实际液气比为最小液气比的1.5倍，则可得吸收剂用量为：L=77.37×1.5=116.05（kmol/h)X1=V(Y1-Y2)L=0.0526-1.052×10-50.753×1.5=0.03964、2塔径的计算混

7、合气体的密度 采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度：loguF2g×at3×GL×0.2=0.204-1.75×2147.85×18120.82×1.1760.25×1.176998.20.125=-1.333uF2g×at3×GL×0.2=0.04645uF=3.3(m/s)取泛点率为0.8，即u=0.8uF=0.8×3.3=2.62(m/s)D=4Vsu=4×26003.14×2.62×3600=0.593(m)圆整塔径，取D=0.6m填料规格校核：

8、Dd=60038=15.79>8选用聚丙烯阶梯环散装填料泛点率校核：u=2600/36003.14×0.32=2.56(m/s)uuF=2.563.3=0.77（在0.5到0.85范围之间） 液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：查化工原理手册得： 所以得U=Lh3.14×d2=116.05×18×998.23.14×0.32=410.65m3/m2h>Umin经以上校核可知，填料塔直径选用D=0.6m合理4、3填料层的计算查表知， 0，101.3 下，在空气中的扩散系数由，则293，101.3下，在空气中的扩散系数为液相扩散系数液体

9、质量通量为UL =116.05×183.14×0.32=7404.04(kg/(m2h)气体质量通量为Uv =102.74×1.1763.14×0.32=427.53(kg/(m2h)Y10=mX1=0.7532×0.0396=0.02983Y20=mX2=0所以气相总传质单元数为：（Ym为气相对数平均推动力）气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：查表知，所以气膜吸收系数由下式计算：液膜吸收系数由下式计算：查表得：，则uuF=0.77>0.5，需校正所以可以由得到则 设计取填料层高度为：对于阶梯环 h/D= 815,h最大要小于6m

10、,取h/D= 8=8 0.6=4.8Z。填料层高度为0.5m,不需要分段。4.4塔附属高度的计算塔上部空间高度，可取1.2m，下部取1米。若塔底液相停留时间按3min考虑，则塔釜液所占空间高度为：所以塔的附属高度为： 0.0952+1.2+1=2.4所以：塔的总高度为5+2.3=7.4 m,即塔的总高度大约为7.4 m。5. 填料层压降横坐标为：=0.5944查表得：纵坐标：=0.024从Eckert通用关联图中可查得 填料塔压降为： 6、液体分布器设计液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。液体分布装置的安装位置，须高于填料层表面200mm,以提供足够的自由空间，让

11、上升气流不受约束地穿过分布器。根据该物系性质，可选用目前应用较为广泛的多孔型布液装置中的排管式喷淋器。多孔型布液装置能提供足够均匀的液体分布和空出足够大的气体通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆结构。液体引入排管喷淋器的方式采用液体由水平主管一侧引入，通过支管上的小孔向填料层喷淋。由于液体的最大负荷低于，按照设计参考数据可提供良好的液体分布：主管直径-50mm,支管排数-5,排管外缘直径-160mm，最大体积流量-12.56.1液体喷淋装置 本设计选择槽式液体分布器。槽式液体分布器是由分流槽（又称主槽或一级槽）,分布槽又称副槽或二级槽）构成的，它具有较大的操作弹性和极好的抗污堵

12、性。6.2气体进出口装置与排液装置 （1）气体进出口装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500mm直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制成下弯的锥形扩大器，或采用其它均布气流的装置。气体出口装置既要保证气流畅通，又要尽量除去被夹带的液沫。最简单的装置是在气体出口处装一除沫挡板，或填料式、丝网式除雾器，对除沫要求高时可采用旋流板除雾器。 本设计选用折板除雾器，结构简单有效。（2）排液装置液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采

13、用液封装置。7、填料支撑装置填料支撑装置对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小的栅板作为支撑板。为了改善边界状况，可采用大间距的栅条，然后整砌一、二层按正方形排列的瓷质十字环，作为过渡支撑，以取得较大的孔隙率。由于采用的是的填料，所以可用的十字环。8、气体的入塔分布设计位于塔底的进气管时，主要考虑两个要求：压力降要小和气体分布要均匀。由于填料层压力降较大，减弱了压力波动的影响，从而建立了较好的气体分布；同时，本装置由于直径较小，可采用简单的进气分布装置。由于对排放的净化气体中的液相夹带要求不严，可不设除液沫装置。8.1吸收塔接管尺寸计算 常压塔气体进出

14、口管气速可取1020m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口气速可取0.81.5m/s（必要时可加大些）3.8.1液体进料接管的计算取液=1.5 m/s设计取进料管管径 d1=4VLu液=4×112255.95÷36003.14×1.5×998=0.163m查GB1863-2008可知可选用热轧无缝钢管管外径为194mm壁厚为10mm，则实际管内径为174mm实际通过液体接管的液速液8.2 气体进料接管计算采用直管进料 取气=18 m/s设计取进料管管径d1=4VLu气=4×3000÷36003.14×18=0.243m查输

15、送流体用无缝钢管：GB8163-2008可知去管外径为273mm壁厚为9.5mm，则实际管内径为254mm 管的气速气9、设计一览表E亨利系数， 气体的粘度， 平衡常数 0.7532 水的密度和液体的密度之比 1 重力加速度， 9.81 =1.27 分别为气体和液体的密度，1.176；998.2； =2147.85/h =120.82 kg/h分别为气体和液体的质量流量气相总体积传质系数， 填料层高度， 塔截面积，气相总传质单元高度， 气相总传质单元数以分压差表示推动力的总传质系数，单位体积填料的润湿面积 100 91.7%以分压差表示推动力的气膜传质系数，溶解度系数，0.768以摩尔浓度差表

16、示推动力的液摩尔传质系数，气体常数，氨气在空气中中的扩散系数及氨气在水中的扩散系数; 液体质量通量为： =7404.04 kg/(h)气体质量通量为： =427.53 kg/(h)10. 设计小结通过本次的课程设计，我们受到一次环境工程设计专业技术方面的基本训练，从而了解和掌握环境工程计算的基本知识、基本方法，培养我们独立分析和解决环境工程技术问题的能力。作为整个学习体系的组成部分，它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习效果。运用学习成果，是把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作中，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习效果，看一看课堂

17、学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。通过课程设计，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。11、主要符号说明uF-泛点气速 ，m/s t-填料总比表面积，m2m3 -填料层空隙率，m3/m3wL,wV-液相、气相的质量流量，kg/hUV,UL-气体、液体的质量通量，kg/(m2h) V,L-气体、液体的黏度，kg/(mh) DV,DL-溶质在气体、液体中的扩散系数，m2/s L-液体的表面张力，kg/h2 c-填料材质的临界表面张力，kg/h2 Z-填料层高度，m 主要参考文献（1）夏清，陈常贵，主编化工原理。天津：天津大学出版社，2005（2）胡洪营，张旭，黄霞，王伟，合编环境工程原理。北京：高等教育出版社，2011（3）刁玉玮，王立业，喻健良编著。化工设备机械基础。大连：大连理工大学出版社，1989（4）化学工程手册编辑委员会。化学工程手册-气液传质设备。北京：化学工业出版社，1989