设计水吸收案过程填料吸收塔设计任务书

1、设计任务书一、工艺条件与原始数据1、混合气体的处理量10000m3/h，2、进塔混合气体中含氨的体积分数为6.0%3、要求塔顶尾气中含氨的体积分数低于0.012%4、20下氨在水中的溶解度系数为 h=0.725 kmol/(m3kpa)二、操作条件1、吸收剂为清水2、吸收剂的用量为最小吸收剂用量的1.6倍3、操作压强：常压4、操作温度：20三、设计任务1、选用聚丙烯阶梯环作填料，填料规格自选2、吸收塔接管尺寸的计算及液体分布器的设计3、塔的物料衡算，塔的工艺计算及压降的计算四、设计成果1、设计说明书一份2、设计图纸，包括液体分布器的设计图，塔设备的平面图、立面图（要求手工绘图）五、时间两周目录

2、设计任务书11 设计方案简介31.1设计方案的确定31.2填料层32工艺流程草图及说明33工艺计算43.1基础物性数据43.1.1液相物性数据43.1.2气相物性的数据43.1.3气液相平衡数据43.1.4 物料衡算53.2 填料塔的工艺尺寸的计算63.2.1 塔径的计算63.2.2 填料层高度计算83.2.3 填料层压降计算103.2.4 液体分布器简要设计114辅助设备的计算及选型114.1 填料支承设备114.2填料压紧装置124.3液体再分布装置125设计一览表136对本设计的评述147附图148参考文献149主要符号说明151 设计方案简介1.1设计方案的确定用水吸收氨气属于中等溶解

3、度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。1.2填料层 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最好，故选用dn38的聚丙烯阶梯环填料。其主要性能参数如下表：规格外径*高*厚mm比表面积m/m空隙率% 干填料因子m-13838*19*1.0132.5911752工艺流程草图及说明该填料塔中，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。3工艺计

4、算3.1基础物性数据3.1.1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。由手册查的，20水的有关物性数据如下：密度：l=998.2 kg/m3黏度：l=0.001 pas=3.6 kg/(mh）表面张力：l =72.6 dyn/cm=940896 kg/h2氨气在水中的扩散系数：dl=1.8010-9 m2/s=6.480 10-6 m2/h3.1.2气相物性的数据混合气体平均摩尔质量： mvm=yimi=0.06017+0.94029=28.28混合气体的平均密度： vm=101.328.28/(8.314293)=1.176 kg/m3混合气体的黏度可近似取为空气

5、的黏度，查手册的20空气的黏度： v=1.81105pas=0.065 kg/(mh)查手册得氨气在20空气中扩散系数： dv= 0.189 cm2/s=0.068 m2/h3.1.3气液相平衡数据由手册查得，常压下20下氨在水中的亨利系数: e=76.40 kpa相平衡常数： =0.754 溶解度系数： h=0.725 kmol/(m3kpa) 3.1.4 物料衡算 进塔气相摩尔比: y1=0.060/(10.060)=0.063出塔气相摩尔比： y2=y1（1a）=0.063（10.940）=0.0037进塔惰性气相流量： v=10000/22.4273/(273+20)(10.060)=

6、390.9 kmol/h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： （）min=对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 x2=0 （）min=（0.0630.0037）/0.063/(0.7540)=0.709取操作液气比为最小液气比1.6倍，则 =1.60.709=1.134 l=1.134390.9=443.28 kmol/h v（y1y2）=l（x1x2） x1=390.9(0.0630.0037) /443.28=0.05223.2 填料塔的工艺尺寸的计算3.2.1 塔径的计算 采用eckert通用关联图计算泛点气速。 气相质量流量为： =100001.176=11

7、760 kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即: =443.2818.02=7987 kg/heckert通用关联图的横坐标： =0.0233查图可得 =0.21查表可知 f =170 m-1 uf = =3.20 m/s 取 u =0.8uf =2.56 m/s 由 d=1.38 m 圆整塔径，取d=1.4 m 泛点率校核： u=10000/3600/(0.7851.42)=1.80 m/s 100=56.25（在允许范围内） 填料规格校核： d/d= 1400/38 =36.848 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率： （l）min=0.08 m3/(mh) 查常用散装填料的特性参

8、数表，得at=114.2m2/m3 umin=（lw）min at =0.08114.2=9.136m3/m2h u=443.2818.02/998.2/（0.7850.52）=40.77umin 经以上校核可知，填料塔直径选用d=1400 mm是合理的。3.2.2 填料层高度计算 y1*=mx1=0.7540.0522=0.039 y2*=mx2=0脱吸因数： s=mv/l=0.754390.9/443.28=0.6649气相总传质单元数： =1/（10.6649）ln(10.6649)(0.0630)/(0.00370)=5.19气相总传单元高度采用修正的恩田关联式计算： 查表知，液体质量

9、通量： ul=443.2818.02/(0.7850.52)=40696.61 kg/m2h气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： =1exp1.45(427680940896)0.7540696.61/(114.23.6) 0.1 40696.612114.2/(998.221.27108） -0.05 40696.612/（998.2940896 114.2） 0.2=0.531气膜吸收系数由下式计算： 气体质量通量： uv=100001.176/0.7851.42=7643.31 kg/(m2h) kg=0.0905 kmol/(m2hkpa)液膜吸收系数由下式计算： =1.003

10、6 m/h由 ,查表可得则： 56.2550%由得到 则 由z=hognog=0.3055.19=1.582 m，得 z=1.251.528=1.91 m设计取填料层高度： z=2 m查表，对于阶梯环填料，,hmax6 mm取 = 8，则 h=81400=11200 mm计算得填料层高度为2000 mm,故不需分段。3.2.3 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： 查表得 已知： ，纵坐标为： 查eckert通用关联图 填料层压降： 3.2.4 液体分布器简要设计1、 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。 2、分布点密度计算

11、 按eckert建议值，d1200mm时，喷淋点的密度为42点/m2，因该塔液相 相负荷较大，设计区喷淋密度为120点/m2 . 则总布液孔数为：n=0.7851.42120=184.6 184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：二级槽共设七道，在槽侧面开孔，槽宽度为80mm，槽高度为210mm，两槽中心矩为160mm。分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=180点。3、布液计算： 取， 算得d0 =0.00384 设计取d0 =3.8 mm 4辅助设备的计算及选型4.1 填料支承设备支填料支承装置用于支承塔填料及其所持有的气体、液体的质量，同时起着气液流道及气

12、体均布作用。故在设计支承板是应满足下列三个基本条件：（1） 自由截面与塔截面之比不小于填料的空隙率；（2）要有足够的强度承受填料重量及填料空隙的液体；（3）要有一定的耐腐蚀性。用竖扁钢制成的栅板作为支承板最为常用。栅板可以制成整块或分块的。一般当直径小于500mm时可制成整块；直径为600800mm时，可以分成两块；直径在9001200mm时，分成三块；直径大于1400mm时，分成四块；使每块宽度约在300400mm之间，以便拆装。栅板条之间的距离应约为填料环外径的0.60.7。在直径较大的塔中，当填料环尺寸较小的，也可采用间距较大的栅板，先在其上布满尺寸较大的十字分隔瓷环，再放置尺寸较小的瓷

13、环。本设计塔径d=1400mm，采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小，由竖扁钢制成的栅板作为支承板，将其制成整块，栅板条之间的距离约为3.8mm。为了改善边界状况，可采用大间距的栅条，然后按正方形排列的瓷质十字环，作为过渡支承，以取得较大的孔隙率。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。4.2填料压紧装置填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类，每类又有

14、不同的型式，填料压板自由放置于填料层上端，靠自身重量将填料压紧。它适用于陶瓷、石墨等制成的易发生破碎的散装填料。床层限制板用于金属、塑料等制成的不易发生破碎的散装填料及所有规整填料。床层限制板要固定在塔壁上，为不影响液体分布器的安装和使用，不能采用连续的塔圈固定，对于小塔可用螺钉固定于塔壁，而大塔则用支耳固定。本设计中填料塔在填料装填后于其上方安装了填料压紧栅板。4.3液体再分布装置气液两相在填料层中流动时，受阻力的影响，易发生偏流现象，导致乱堆填料层内气液分布不均，使传质效率下降。为防止偏流，可间隔一定高度在填料层内设置再分布装置，将流体先经收集后重新分布。5设计一览表吸收塔类型聚丙烯阶梯环

15、吸收填料塔混合气体处理量（m3/h）10000塔径d（m）1.4填料层高度z（m）2气相总传质单元高度（m）0.305气相总传质单元数5.19泛点气速（m/s）1.80泛点率0.8压降（pa）588.6操作压力（kpa）101.3操作温度（）20填料直径（mm）38孔隙率0.91填料比表面积a(/m3)132.5填料常数a0.204填料常数k1.756对本设计的评述 通过本次课程设计，使我对从填料塔设计方案到填料塔设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。在课程设计过程中,使我加深了对课本知识的认识，也巩固了所学到的知识。此次课程设计按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。

16、同学之间相互讨论，整体设计基本满足使用要求，但是在设计指导过程中也发现一些问题，发现自己基础知识不牢固，需加强学习，扩大知识面的广度。7附图液体分布器的设计图塔的平面图、立面图（见最后页）8参考文献1 贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计m. 天津:天津大学出版社, 20029主要符号说明填料层的有效传质比表面积（m/m）填料层的润滑比表面积m/m吸收因数;无因次填料直径，mm；填料当量直径，mm扩散系数，m/s； 塔径亨利系数，kpa重力加速度，kg/(m.h)溶解度系数，kmol /(m.kpa)气相总传质单元高度，m气膜吸收系数, kmol /(m.s.kpa)气相总传质系数，无因次气膜吸收系数,