水吸收氨过程填料吸收塔设计

一、设计任务书(一)设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为1000m3/h，其中含氨气为8％〔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，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。〔20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/(二)操作条件1.操作压力为常压，操作温度20℃2.填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。3.工作日取每年300天，每天24小时连续进行。(三)设计内容1.吸收塔的物料衡算；2.吸收塔的工艺尺寸计算；3.填料层压降的计算；4.吸收塔接管尺寸计算；5.吸收塔设计条件图；6.对设计过程的评述和有关问题的讨论。二、设计方案(一)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除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。(二)填料及吸收剂的选择该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用25×12.5×1.4聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比外表积at：223空隙率：0.90湿填料因子：填料常数A:0.204K：1.75见下列图：根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的根本要求。三、工艺计算(一)根底物性数据1.液相物性数据2.气相物性数据混合气体平均密度：=427680()空气黏度：273K，101.3Kpa.氨气在空气中扩散系数：(二)物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成20℃，101.3Kpa下氨气在水中的溶解度系数MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\h进塔气相摩尔比：出塔气相摩尔比：对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：混合气体流量：kmol/h进塔惰性气体流量：kmol/h吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：取操作液气比为最小液气比的1.5倍，可得吸收剂用量为：根据全塔物料衡算式:液气比：(三)塔径的计算1.塔径的计算考虑到填料塔内塔的压力降,塔的操作压力为101.3采用贝恩----霍夫泛点关联式:即取泛点率为0.6.即圆整后取2.泛点率校核：〔在0.5到0.85范围之间〕3.填料规格校核：4.液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：所以得故满足最小喷淋密度的要求.(四)填料层高度计算1.传质单元高度计算273K，101.3kpa下，氨气在空气中的扩散系数.由,那么293K，101.3kpa下，氨气在空气中的扩散系数293K，101.3kpa下，氨气在水中的扩散系数(查化工原理附录)脱吸因数为：气相总传质单元数为：==14.992气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：液体质量通量为：气体质量通量为：故气膜吸收系数：液膜吸收系数:查表得=1.35故=0.12730.2476223=9.778=0.30370.2476223=18.907f=0.733>0.5以下公式为修正计算公式：那么〔H为溶解度系数〕；==10.163由==0.296m2.填料层高度的计算由取上下活动系数为1.5故取填料层高度为7m.查[2]化工原理课程设计213页表5-41散装填料分段高度推荐值查得：塑料阶梯环h/D8～15取h/D=10得h=100.4=4m故填料层需要分为二段，高度分别为3.5m.(五)填料塔压降的计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为：=0.0228查[2]P215表5-44得：纵坐标为：查图得填料层压降为：Eckert图(六)吸收塔的主要接管尺寸的计算1、气体进料管由于常压下塔气体进出口管气速可取12～20，故假设取气体进出口流速近似为16m/s，那么由公式可求得气体进出口内径为采用直管进料，由《化工原理》第三版上册[谭天恩等主编化学工业出版社]P269查得选择热轧无缝钢管，那么〔在符合范围内〕气体进出口压降:进口：出口：2、液体进料管由于常压下塔液体进出口管速可取，故假设取液体进出口流速近似为2.6m/s，那么由公式可求得液体进出口内径为采用直管进料，由《化工原理》第三版上册[谭天恩等主编化学工业出版社]P368查得选择热轧无缝钢管，那么〔在符合范围内〕(七)吸收塔设计条件图表吸收塔类型聚丙烯阶梯环吸收填料塔混合气体处理量〔m3/h〕1000塔径D〔m〕0.4填料层高度Z〔m〕7气相总传质单元高度〔m〕0.296气相总传质单元数14.992泛点气速〔m/s〕3.017泛点率0.733压降〔kpa〕5.15操作压力〔kpa〕101.3操作温度〔℃〕20填料直径〔mm〕25孔隙率ε0.90填料比外表积a(㎡/m3)223填料常数A0.204填料常数K1.75四、符号说明——填料层的有效传质比外表积〔m²/m³〕——填料层的润滑比外表积m²/m³——吸收因数;无因次——填料直径，mm；——填料当量直径，mm——扩散系数，m²/s；塔径——亨利系数，KPa——重力加速度，kg/(m².h)——溶解度系数，kmol/(m³.KPa)——气相总传质单元高度，m——气膜吸收系数,kmol/(m³.s.KPa)——气相总传质系数，无因次——气膜吸收系数,kmol/(m³.s.KPa)——气体通用常数，8.314kJ/(kmol.K)——解吸因子——温度，0C——空塔速度，m/s——液泛速度，m/s——惰性气体流量，kmol/h——混合气体体积流量，m3/h——混合气体流量，kmol/h——是吸收液量kmol/h——填料因子，m-1——吸收剂用量kmol/h;kmol/s——压降填料因子，m-1Ψ——液体密度校正系数x——溶质组分在液相中的摩尔分率无因次y——溶质组分在液相中的摩尔分率无因次Z——填料层高度mmin——最小的max——最大的——粘度Pa.s——密度kg/m3——外表张力N/mε——孔隙率——相平衡常数，无因次五、对设计过程的评述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，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。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根底！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稳固和提升充实。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。参考文献[