化工课程设计林梦迪氨吸收塔张艳辉

1、宁波理工学院 过程工程原理课程设计题 目处理量为3.5万Nm3/h的氨空混合物 吸收塔设计姓 名 林梦迪 学 号 3100501072 专业班级 化学工程与工艺101班 指导教师 张 艳 辉 学 院 生物与化学工程分院 完成日期 2013年 4月9 日 14 / 14文档可自由编辑打印过程原理课程设计任务书姓名：林梦迪 学号： 3100501072 班级：化学工程与工艺1.设计题目：吸收氨过程填料塔的设计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3.5万Nm3/h，其中含氨为4%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%（体积分数）。2操作条件  （1

2、）操作压力  常压   （2）操作温度   203工作日  每天24小时连续运行。4厂址  宁波地区5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）液体分布器简要设计；  （5）吸收塔接管尺寸的计算；  （6）绘制生产工艺流程图；  （7）绘制吸收塔设计图；  （9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。6设计基础数据20下氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3.kPa)。附：

3、设计说明书的目录目    录1 设计方案简介2  工艺计算 2.1 基础物性数据2.1.1 液相物性的数据                                2.1.2 气相物性数据  2.1.3 气液相平衡数据 2.1.4 物

4、料衡算2.2 填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1 塔径的计算 2.2.2 填料层高度计算2.2.3 填料层压降计算 2.2.4 吸收塔接管口径的计算3 辅助设备的计算及选型4 设计一览表5 对本设计的评述 6 参考文献7 主要符号说明8 附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计图）1.吸收方案的确定1.1吸收剂的选择一般说来，任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用时应针对具体情况和主要矛盾，既考虑工艺要求又兼顾经济合理性。工业上常用的吸收剂列于下表1 工业上常用吸收剂溶质吸收剂溶质吸收剂氨水、硫酸硫化氢碱液、砷碱液、有机溶剂丙酮蒸汽水苯蒸汽煤油、洗油氯化氢水丁二烯乙醇、乙腈二氧化

5、碳水、碱液、碳酸丙烯酯二氯乙烯煤油二氧化硫水一氧化碳铜氨液本方案选择水作为吸收剂，因为氨在水中的溶解度大，且水的挥发性小，粘度小，物理和化学性质稳定，对溶质的选择性好，又廉价易得，符合吸收过程对吸收剂的选择要求。因氨气不作为产品，故采用纯溶剂。1.2吸收流程的确定吸收装置的流程主要选择逆流与并流操作。（1）逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。（2） 并流操作 气液两相均从塔顶流向塔底，即并流操作。并流操作的特点是，系统不受液流限制，可提高操作气速，以提高

6、生产能力。易溶气体的吸收或待处理不需要吸收很完全。用水吸收氨属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以，选用逆流吸收流程。1.3操作的温度和压力操作压力以选择常压为最佳，吸收压力高能提高吸收过程的推动力，但是降低了吸收剂的选择性，同时吸收塔的造价也会升高。因此，选择常压兼顾了吸收和经济两个方面。操作温度为常温20，由于吸收分物理和化学吸收，低温易于物理，氨气的溶解度增大，但低于常温会增加操作费用。高温时，反应速度加快，但传质推动力会降低。因此，常温吸收比较合适。一般情况下，常温吸收过程的操作费用最经济。1.4塔填料的选择填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产

7、工艺的要求，又要使设备投资和操作费用较低。1.41填料的类型填料分为散装和规整。(1)规整填料 规整填料是按一定的几何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。规整填料大多都是金属，成本较高，而且多用于精密精馏。(2)散装填料 散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。散装填料大多成本较低，符合经济合理性。综上所述，本次设计选择散装填料。1.42填料材质的选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。（1

8、） 陶瓷塑料 陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，一般能耐热除氢氟酸以外的常见的各种无机酸、有机酸的腐蚀，对强碱介质，可选用耐碱配方制造耐碱陶瓷填料。陶瓷填料因其质脆、易碎，不宜在高冲击强度下使用。陶瓷填料价格便宜，具有良好的表面润湿性能，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程。（2） 金属填料金属填料可用多种材质制成，金属材质的选择主要根据物系的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。金属填料可制成薄壁结构（0.21.0mm），与同种类型、同种规格的陶瓷、塑料填料相比，他的通气量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，工业应用主要以金属填料为主。（

9、3） 塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100以下使用。塑料填料具有质轻、价廉、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。所以本次设计选用聚丙烯填料。综上所述，对于水吸收氨过程，在20常压下进行，采用工艺上采用塑料乱堆填料。1.5填料规格的选择国内阶梯环特性数据见表1.111.1 国内阶梯环特性数据材质外径d，mm外径×

10、高×厚d×H×比表面积at，m2/m3空隙率，m3/m3个数n，个/m3堆积密度p，kg/m3干填料因子at/3，m-1填料因子，m-1塑料2538507625×17.5×1.438×19×150×30×1.576×37×3228132.5114.289.950.900.910.9270.92981500272009980342097.857.576.868.4313175.6143.11122401208072塑料阶梯环的综合性能比较好，所以选择D50 聚丙烯阶梯环填料。1.6初步流

11、程图2物性数据2.1.1 液相物性的数据 水：密度=998.2 kg/m3粘度=0.001 Pa·s=3.6 kg/(m·h)表面张力=73 dyn/cm=940 896 kg/h2NH3在水中的扩散系数为2.1.2 气相物性数据 混合气体的平衡摩尔质量=0.04×17+0.96×29=28.52 g/mol混合气体的平均密度=101.3*28.52/(273+20)/8.314=1.186kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查书2得20空气的粘度为:查书2得NH3在空气中的扩散系数为2.1.3 气液相平衡数据 查表知，20

12、下氨在水中的溶解度系数：H=0.725kmol/(m3·kPa)亨利系数：=76.38KPa相平衡常数：2.1.4 物料衡算进塔气相摩尔比=0.042出塔气相摩尔比Y2=0.0002进塔惰性气相流量G=1397.61 吸收过程属于低浓度吸收，最小液气比可按下式计算对于纯溶剂的吸收过程，进塔液相组成为：X2=0取液气操作比为1.5=1.125L=G1.125=1397.611.125=1572.31kmol/h塔底吸收液组成：X=2.2填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1 塔径的计算*注（条件所给为0下的体积流量，需转化为20下的流量，即3.5万化为32610m3/h）采用Eckert通用

13、关联图计算泛点气速气相的质量流量=32610×1.186=38675kg/h液相的质量流量（可以近似用纯水的流量计算）=1572.31×18.02=28333kg/h采用埃克特泛点关联式计算泛点速度：即：其中，空隙率和比表面积值在表1.1中均可查得。且粘度已知。A、 K取值可由表2.122.1不同类型填料的A、K值散装填料类型AK规整填料类型AK塑料鲍尔环0.09421.75金属阶梯环0.1061.75金属鲍尔环0.11.75瓷矩鞍0.1761.75塑料阶梯环0.2041.75金属环矩鞍0.062251.75取泛点率为0.8，即则 圆整后取 D=2.0m。泛点率校核：（对于

14、散装填料，其泛点率的经验值为）填料规格校核： 在允许范围内液体喷淋密度校核：根据一些经验值，d75mm 散装填料的最小润湿速率(MWR)可取最小润湿速率所以 经以上校核可知，填料塔直径选用合理。2.2.2填料层高度的计算液体质量通量为气体质量通量为脱吸因数为：气相总传质单元数为： 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：不同材质的c值见表2.232.2 不同材质的c值材质钢陶瓷聚乙烯聚氯乙烯 碳 玻璃涂石蜡的表面表面张力，N/m×10375613340 56 7320查表知，气膜吸收系数由下式计算： 液膜吸收系数由下式计算： 表2.3 各类填料的形状系数填料类型球棒拉西环弧鞍开孔

15、环值0.720.7511.191.45查表2.33得：则>0.5由 得则 由 由 Z填料层高度，m设计取填料层高度为：对于阶梯环填料，将填料层分为2段设置，每段3.5m，两段间设置一个液体再分布器。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横坐标为：已知：纵坐标为：图2.1通用压降关联图查图2.14得，填料层压降为：*注（此处读图将引起较大误差）2.2.4吸收塔接管口径计算气体进气口气速取60m/s，液体进液口流速取1.2m/s气体进出口管直径：液体流量： 液体进出口管直径： 按标准不锈钢管管径规格进行圆整后得，气体进出管管径，液体进出管管径标准不锈钢管管径规格见表2.4 表2.4 不锈钢管管径规格6x134x2-870x3-10152x3-208x1-236x2-873x3-10159x3-2510x1-238x2-876x2-16168x3-3012x1-340x2-880x2-16180x3-3014x1-442x2-883x2-16219x4-3516x1-445x2-889x2-16245