氨气吸收(水)化工原理课程设计

1、设计任务书（一） 设计题目量为 2200m /h，其中含氨为 25。要3求： 氨气的回收率达到 97% 。（二） 操作条件（1）操作压力： 常压（2）操作温度：20（3）采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的 1.5 氨在水中的溶解度系数为 0.725kmol/m ）3（三） 填料类型采用散装聚丙烯 DN 阶梯环填料。50（四） 设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）吸收塔的物料衡算；（3）吸收塔的工艺尺寸计算；（4）填料层压降的计算；（5）液体分布器简要设计；（6）绘制液体分布器施工图（7）吸收塔接管尺寸计算；（8）设计参数一览表；（9）绘制生产工艺流程图（A3（10）绘制吸收塔设计条

2、件图（A3（）对设计过程的评述和有关问题的讨论。1目 录1. 设计方案简介 11.1设计方案的确定11.2填料的选择12. 工艺计算 22.1 基础物性数据22.1.1液相物性的数据 22.1.2气相物性的数据 22.1.3气液相平衡数据 22.1.4 物料衡算 32.2 填料塔的工艺尺寸的计算42.2.1 塔径的计算 42.2.2 填料层高度计算 52.2.3 填料层压降计算 82.2.4 液体分布器简要设计 83. 辅助设备的计算及选型 93.1 填料支承设备 93.2填料压紧装置103.3液体再分布装置104. 设计一览表105. 后记116. 参考文献117. 主要符号说明128. 附

3、图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）1321. 设计方案简介1.1 设计方案的确定本设计任务为吸收空气中的氨气。用水吸收氨清水。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，故氨气-空气混合气体经由填料塔的下侧进入填料塔中，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图所示）1.2 填料的选择填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。填料等。工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。工业生产对填料的基本要求如下：（1）传质分离效率高填料的比表面积 a 相接触传质的基础。表面真正用于传质的有效

4、面积增大，总体平均的传质系数和推动力增高。面积。润湿性取决于填料的材质，尤其是表面状况。塑料的润湿性比较差，往往需要进行适当的表面处理，金属表面粘着的加工用油脂需经过酸洗或碱洗清除。(2)压降小，气液通量大填料的孔隙率大压降就小，通量大。一般孔隙率大，则填料的比表面积小。分离效率将变差。散装填料的尺寸大，孔隙率大，比表面积小，规整填料波纹片的峰高增大，孔隙率大，比表面积也大。如果填料的表面积安排合理，可以缓解 a 和的矛盾，达到最佳性能。减少流道的截面变化，可减少流体的流动阻力。具有足够的机械强度，陶瓷填料容易破碎，只有在强腐蚀性场合才采用。3重量轻，价格低具有适当的耐蚀性能。不被固体杂物堵塞

5、其表面不会结垢。、工业塔常用的散装填料主要有 DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于表1。表1塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值D/d的推荐值填料种类Dd拉西环鞍环/ 2030Dd/ 15Dd/ 1015鲍尔环阶梯环环矩鞍Dd/ 8Dd/ 8对于水吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，故此采用散装聚丙烯 DN阶梯环填料502. 工艺计算2.1 基础物性数据2.1.1液相物性的数据水的有关物性数据如下：密度为： =998.2Kgm31粘度为：=0.001PaS=3.6Kg（mh）L表面张力为： =7

6、2.6dyncm=940 896Kgh2L氨气在水中的扩散系数为： D=1.8010 m/s=1.8010-93600-92Lm/h=6.480 10-6m/h2 22.1.2气相物性的数据混合气体平均摩尔质量为0.08170.08 0.920.92290.08 0.92M y M172927.452VN1117291729混合气体的平均密度为+101.327.4528.314293混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的 20空气的粘度为 =0.98Kgm3VNVN4=1.8110 Pas=0.065Kg（mh）5V查手册得氨气在20空气中扩散系数为 D=0.189 cm/s=0.068

7、 m/22v2.1.3气液相平衡数据20时NH3在水中的溶解度系数为 H=0.72520时NH3在水中的亨利系数为E=76.6KPaHM0.725S相平衡常数为m=0.762.1.4 物料衡算进塔气相摩尔比为1110.129Y=1=0.1481 0.129出塔气相摩尔比为Y=Y（1）=0.148（10.97）=0.0044412进塔惰性气相流量为27327320V=（10.129）=79.7Kmolh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（ ） =Y Y12VminY/mX12对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 X=0，则2L（ ） =0.1480.004440.

8、1480=0.737Vmin取操作液气比为最小液气比2倍5LV=20.737=1.474L=1.47479.7=117.48Kmolh由全塔物料衡算得V（YY）=L（XX）121279.70.1480.00444）=0.0974X=1117.482.2 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:=22000.98=2156KghV液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即:=117.4818.02=2138.136/hL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： 8u 42Llg = 0.2 A KtvvF g L V 2 LL查表得比表面积 a =114.2m/

9、m ,A=0.204,K=1.75， =0.92723t6因此计算得= 4.36m/suF取u=0.8u=0.84.36m/s =3.488m/sFVSu4220036003.143.488由 D=0.4724m圆整塔径，取 D=0.5m2200泛点率校核: u=3.11ms0.7850.52u3.11100=71.42（在允许范围内）u4.36F填料规格校核：D 500108d 50液体喷淋密度校核：因填料为50mm25mm1.5mm,塔径与填料尺寸之比大于mat=114.2m/m323U =（L） a =0.08114.2=9.136mmh23minWmint2138.136998.20.

10、7850.52U=10.91Umin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Y*=mX=0.760.0974=0.07411Y*=mX=0227脱吸因数为V 0.7679.7S 0.5156Y YL117.48气相总传质单元数为：1 *2N OGln SS11SY Y*2210= 1 =5.8110气相总传单元高度采用修正的思田关联式计算：cLaUU22aU21( ) () (0.1) (t) 0.20.750.05LwLLL aaa gttLLL t液体质量通量为U=L=10787.2Kgmh20.7850.5222000.98气体质量通量为Uv=1

11、0985.99Kgmh20.7850.52查表知， 33dyn/cm 427680kg/h2ca42768094089610787.210787.2 114.221exp1.45() (0.75) (0.1)0.05wa114.23.6998.221.27108所以，t10787.22() 0.3550.2998.2940896114.2气膜吸收系数由下式计算：U1a D 0.237() () ()VVV3tDaGtvVV36001042931() (0.7) ()3 40.13180/(m hkpa)2液膜吸收系数由下式计算：8U21 (2g13 () ()L3LLa DLwLLLL3.63

12、.61.2721 (28 1() ()330.355114.23.6998.21.80 998.29查表得： 1.450.13180 0.355 114.2 1.458.04109/( hkpa)kmol ma a 1.11.13GLGw10.56709 0.355 114.2 1.4526.67434a a 0.40.4hLwu3.114.36100=71.4250uFu 9.5( 1.4 aauGG由得Fu 2.6( a2.2auLLF 19.5(0.71420.5)8.04109 16.8757/()kmol m hkpaa1.43G2.21a 12.6 0.71420.526.6743

13、4 29.0125hL11 Kmol（m hKPa）31111G HGLVV由 H =OG0.375m0.5 101.32K K YG由Z H N 0.3755.81 2.18m 1.42.183.052mZ设计取填料层高度为 Z 4m9查表，对于阶梯环填料，h/D=2.5,hmax 4m ，故分为两段，每段 2m。2.2.3 填料层压降计算采用 Eckert 通用关联图计算填料层压降 0.5 2138.136 0.980.5横坐标为： 0.0311LV 998.2 VL查表得： 89m1Pu 3.11 8910.9822纵坐标为： 1 0.0861pv0.20.29.81998.2LLP查图

14、得， m92.5 /Z填料层压降为：P 92.549.81 3.62972.2.4 液体分布器简要设计10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=750时，喷淋点的密度为170点m，设计取喷淋密度为2200点m。2布液点数为：n=0.7850.52道，在槽侧面开孔，槽宽度为50 210 100 分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=40点。3.辅助设备的计算及选型3.1 填料支承设备波纹型、柵板型、驼峰形。本设计中选用柵板型支持板，为了方便安装，将柵板分为两块，栅条间距为填料直径的0.60.8倍。公称直径500m

15、m480mm239mm240mm479mm508mm11塔径D=500mm，可以采用整体栅板，栅板直径D=480mm,栅板间距t=45mm，8mm,重量为63.5kg。3.2填料压紧装置为一恒定的固定床，从而必须保持均匀一致的空隙结构，使操作正常、稳定，故需在填料层上方设置填料压紧装置。紧网板，也可选用压紧栅板，在其下方，根据填料的规格敷设一层金属网，并将其与压紧栅板固定；对于规整填料，通常选用压紧栅板。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。本次设计的填料塔采用押紧网板，设置自由截面积为85%。采用支耳固定。3.3液体再分布装置导入中央截锥小头的直径一般为 D ,本设计取 5000.8=400mm，为i4在35 45 ，取h=80mm。4. 设计一览表吸收塔类型：聚丙烯拉西环吸收填料塔混合气处理量：2200m/h3物料名称操作温度，202012分布点数表面张力，kg/h9408965. 后记成果，检验学习成果。运用学习成果，是把课堂上学到的系统化的理论知识，尝离，并通过综合分析，找出学习中