水吸收氨气填料塔设计

1、本word文档可编辑可修改 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 : _化学与生物 工程学院 _学生姓名 : _王永奇 _号 : _201807117_学专业班级 : _化学 工程与 工艺 093_指导教师 : _张玉洁 _关注我 实时更新 最新资料 兰州交通大学 -化 工原理课程设计化 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2.设备型式：填料塔4500Nm/h；3.操作压力： 101.3KPa4.操作温度： 298K5.进塔混合气中含氨 8%（体积比）

2、6.氨 的回收率为 99%7.每年按 330天计，每天 24小时连续生产8.建厂地址：兰州地区310 Pa9.要求每米填料 的压降都不大于三、设计步骤及要求1.确定设计方案（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/d810（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 兰州交

3、通大学 -化 工原理课程设计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7.计算结果列表（见下表）四、设计成果1.设计说明书（ A4）（1）内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录（2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计 的格式打印。2.精馏塔 工艺条件图（ 2号图纸）（手绘）五、时间安排（1）第十九周 -第二十二周（2）第二十二周 的星期五（ 7月 20日）下午两点本人亲自到指定地点交设计成果，最迟不得晚于星期五 的十八点钟。六、设计考核（1）设计是否独立完成；（2）设计说明书 的编写是否规范

4、（3） 工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范（4）答辩七、参考资料1.化 工原理课程设计2.现代填料塔技术贾绍义 柴成敬天津科学技术出版社王树盈中国石化出版社3.化 工原理夏清天津科学技术出版社 兰州交通大学 -化 工原理课程设计填料吸收塔设计一览表参数符号单位计算结果平均压力平均温度操作条件平均气相液相流率氨 的浓度塔顶塔底物平均性密度气相液相参数平均粘度平均表面张力填料 的类型空塔气速填料 的规格主要 工艺结构尺寸泛点气速塔径填料层高度气膜传质系数液膜传质系数总传质系数压降操作液气比最小喷淋密度实际喷淋密度 兰州交通大学 -化 工原理课程设计1.设计方案简介用水吸收氨气为提高传质效率，选

5、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，12塑料阶梯环填料 的综合性能较好，故此选用D 50聚丙烯阶梯环填料。N2 工艺计算2.1基础物性数据2.1.1液相物性数据13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， 25时水 的有关物性数据如下：997.05kg / m3密度为粘度为L30.8949 10 Pa S 3.2kg / (m h)L71.9dyn/ cm 931824kg / h2表面张力为L62氨气在水中 的扩散系数为D 8.532 10 m / hL2.1.2气相物性数据混合气体

6、的平均摩尔质量为M MmyiM 0.08 17 0.92 29 28.04i混合气体 的平均密度为PM Vm 101.3 28.04RT 8.314 2981.146Vm混合气体 的粘度可近似取为空气 的粘度，查手册得25空气 的粘度为0.066kg / (m h)V查手册得氨气在空气中 的扩散系数为2D 0.0698m / hV2.1.3相平衡数据1由手册查得，常压下25时氨气在水中 的亨利系数为E 99.78kPa 兰州交通大学 -化 工原理课程设计相平衡常数为E 99.78P 101.3m0.985溶解度系数为997.050.555kmol / (kPa m3)LHEM S 99.78

7、18.022.2物料衡算进塔气相摩尔比为y10.08Y10.08701-y 2 1- 0.08出塔气相摩尔比为Y Y (1- ) 0.0870 (1- 0.99) 0.00087021进塔惰性气相流量为4500V(1 0.08) 184.82kmol/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 )minY1 Y2VY1 / m X 2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X 20LY Y2 0.0870 - 0.000870（）min10.975VY / Y X 0.0870/0.985 -0122取操作液气比为( L ) 1.5( L ) min 1.5

8、0.975 1.4625VVL 184.82 1.4625 270.30V(Y Y ) L( X X 2)121184.82 (0.0870 0.000870)270.30X10.0589 兰州交通大学 -化 工原理课程设计2.3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273w 4500 1.146v4724kg/h273 298液相质量流量可近似按纯水 的流量计算，即wL 270.30 18.02 4870.81kg/hEckert通用关联图 的横坐标为w LwV4870.81 1.146()0.5 0.035( )0.5V4724997.

9、05L查图 5-21得2FuFVL0.2L0.205g查表 5-11得143m -10.205gF0.205 9.81 997.05L0.2LuF3.537143 1 1.146 0.89490.2FV取由u 0.7uF 0.7 3.537 2.476m/s273273 253.14 2.4764 4500/36004VSu0.767mD圆整塔径，取泛点率校核：D 0.8m。2734500/3600273 25u2.279m/s3.14 2.476u2.2791003.5370.6444 64.44（在允许 的范围之内）uF填料规格校核： 兰州交通大学 -化 工原理课程设计D 80016 8d

10、50液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为3(L )min 0.08m / m hW查附录五得a 114.2m / m32t32U min (L ) a 0.08 114.2 9.136m /m hWmint4870.81/997.050.785 0.82U9.724 U min经以上校核可知，填料塔直径选用D=800mm合理。2.3.2填料层高度计算*Y1 mX 0.985 0.0589 0.05801*Y mX 022脱吸因数为mV 0.985 184.82L 270.30S0.6735气相总传质单元数为1Y1 Y2*Y Y2*2NOGIn(1 S)S1 S10.0870 - 0In 1-0.

11、67350.67351 0.67350.000870 -010.7389气相总传质单元数采用修正 的恩田关联式计算：22U L2U1 exp 1.45( )0.75() (0.1) (g0.050.2) WtCU LLLtLatLLLt查表 5-13得33dyn/ cm 427680kg/ h2C液体质量通量为 兰州交通大学 -化 工原理课程设计4870.812U L9695.08kg/ m h0.785 0.82427680) ( 9695.08 ) (9695.08 114.2-0.05) (114.2 3.2 997.05 1.27 108997.05 940896 114.29695.

12、082wt0.750.1)0.21- exp -1.45(0.3552931824气漠吸收系数由下式计算：kG 0.237( U )0.7() (DV)1/3VVtDVRTtVV气体质量通量为2734500U V1.146273 250.785 0.8229403.59kg/ m /h10.79403.590.0663114.2 0.6988.314 298k G 0.237114.2 0.0661.146 0.69820.10518kmol/ m h kpa液漠吸收系数由下式计算：U L2/3L1/2kL0.0095() () (Lg )1/3WLLDLL132- 129695.0833.2

13、3.2 1.27 108997.050.0095114.2 0.355 3.2997.05 8.532 10-60.6443m/h1.1由 k a k aW，查表得 :GG1.451.1则 k a k aWGG30.10518 0.355 114.2 1.451.1 6.4170koml/(m h kpa)1.1kLa kLaW0.6443 0.355 114.2 1.450.4 30.306/h 兰州交通大学 -化 工原理课程设计u64.4450uF由 k a 1 9.5( u1 2.6(uuF,1.4,2.20.5) k a k, a0.5) ka，得GGLLuFk a 1 9.5(0.6

14、443-0.5)1.4 6.4170 10.472koml/(m h kpa),3Gk a 1 2.6 0.6443- 0.5 2.2 30.306 31.398/h,L1则 k aG11,k a Hk aGL136.541koml/ m h kpa1110.472 0.555 31.398VV由 H OGK aYK aPG184.826.541 101.3 0.785 0.820.555m由Z H NOG 0.555 10.7389 5.960mOG,Z 1.25 4.953 6.19m z 1.25 5.960 7.45m设计取填料层高度为,Z 8mh查表，对于阶梯环填料，8 15,hma

15、x 6mD取 h 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4000mm。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 兰州交通大学 -化 工原理课程设计0.5wLwV0.03589m 1查表得，P纵坐标为u222.279 89 1 1.1469.81 997.05p0.20.89490.2VL0.0530g查图得P350Pa/mZ填料层压降为P 350 8 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600mm以下 的塔，因此在本次设

16、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2按 Eckert建议值， D=500mm时，喷淋点密度为 285点 / m，因此设计取喷淋2点为 285点 /m。布液点数为2n 0.785 0.5 285 56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：分布为11道环圆孔，每道孔分布5个孔，实际设计布点数为n=55点，如图 1-1所示。 兰州交通大学 -化 工原理课程设计图 1-1 直管式液体分布器 的分液点示意图2.4.3布液计算2d n 2 g H0由 LS4取0.60, H 160mm4LSd (0)1/2n 2g H4 2060.59 /

17、997.05 36003.14 55 0.6 2 9.81 0.16()1/20.004设计取 d 4mm。03.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，应大于 75%。要求填料支承装置 的自由截面积在本次设计中，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

18、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%。 兰州交通大学 -化 工原理课程设计在本次设计中，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。塔 的结构较简单，压降低等特点。填料在本次设计过程中，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。而在运用计算泛点气速中，我觉得通过

19、查表得出 的数据有一定 的差距，Eckert通用关联图不能得到较为精确 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123贾绍义 ,柴成敬 .化 工原理课程设计王树盈 .现代填料塔技术夏清 .化 工原理 .天津 :天津科学技术出版社.天津：天津科学技术出版社，2004.北京：中国石化出版社，2018.6.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，32U液体喷淋密度， m / (m h)32m /(m h)U L液体质量通量，at填