水吸收氨气过程填料吸收塔的设计

1、课程设计任务书一、设计题目：水吸收氨气过程填料吸收塔的设计;试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的氨气。混合气体的处理 量为2600m3/h,其中含氨为7% （体积分数），混合气体的进料温度为25°C。要 求：氨气的回收率达到98%o （20°C氨在水中的溶解度系数为H = 0.725kmol/ （m3.kPa）二、工艺操作条件:（1）操作平均压力 常压（2）操作温度：t二20°C（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定（4）选用填料类型及规格自选。三、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

2、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（A4号图纸）；（10）绘制吸收塔设计条件图（A4号图纸）；（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。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12.1基础物性数据12.1.1液相物性的数据 12.1.2气相物性的数据12.1.3气液相平衡数据 12.1.4物料衡算12. 2填料塔的工艺尺寸的计算22. 2. 1塔径的计算22. 2. 2填料层高度计算 32. 2. 3填料层压降计算 62. 2.4液体分布器简要设计73. 辅助设备的

3、计算及选型83. 1填料支承设备83. 2填料压紧装置83. 3液体再分布装置84. 设计一览表95. 后记96. 参考文献97. 主要符号说明108. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）1 设计方案简介1.1设计方案的确定该填料塔中，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 体山塔顶排除，吸收了氨气的水山填料塔的下端流出。12填料的选择金属环矩鞍选用50X40X1.0的金属环矩鞍填料，其主要参数如下:比表面积a.： 74. 9m2 /nr空隙率G 0. 96湿填料因子：84/7"12.工艺计算2

4、. 1基础物性数据2. 1. 1液相物性的数据p£= 998.2(/m3)(yL = 72.6(dyn / cm) = 940896伙 g / h2)2.1.2气相物性的数据混合气体平均密度：pvln =A5kg/nr填料常数 A:0. 06225 K： 1. 75X = 1004 x 10" ( Pg s) = 36(kg / m.h)PL=1.76xlO"9(m/ j)q =427680( kg/护)空气黏度：“=1.81x10” (Pg - s) = 0.065( / m.h)2.1.3气液相平衡数据273K, 101.3Kpa.氨气在空气中扩散系数：Do

5、=0.17(w2/5)2. 1.4物料衡算20°C, 101. 3Kpa下氨气在水中的溶解度系数H =0.725kmol/m3.kpa进塔气相摩尔比：= 1-0.07 =0-°753出塔气相摩尔比：Y2 =Y x(1-77)= 0.0753 x(l-o.98) = 0.00151HMSP998.2'0.725x18x101.3=0.754混合气体流量1000x273293x22.4= 41.596kmol/h进塔惰性气体流量：U =2600 273x22.4298(1-0.07) = 98.891kmol/h对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：X2=0吸收过程属于低浓

6、度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算:=0.7390.0753 - 0.00151=0.0753 n75?_°取操作液气比为最小液气比的1. 5倍，可得吸收剂用量为：L = 1.5x0.739x98.891 = 109.620&加/ / 根据全塔物料衡算式：V(Y】-YJ=L(XHO=PT)*=。07亠0.00=owe如M1 L-0.739x1.5液气比：2.2填料塔的工艺尺寸的计算2. 2. 1塔径的计算采用贝恩-霍夫泛点关联式:Ig控刍疋2g £ Pli 1 151 i= 0.06225-1.75x(0.661)4 x()8998.2= -0.0.61

7、5空空“：2=o.243Pl|0.243x9.81x0.963x998.2门 zuF =J = 4.940/h / 5V 74.9x1.15 lx 1.004°2取泛点率为 0. 6,即" = 06“ =0.6x4.94 = 2.964/77/54 x 26003.14x1.285x3600=0.557/?/圆整后取D = 0.6/7?泛点率校核:以一呵36000.785 x0.62=2.556m/ sA = 22 = 0.517 （在允许的范围内） uF 4.94填料规格校核： £ = = 12>8d 50液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：（厶v）min

8、 = 0.08m'- h）at = 74.9/n2 /nr 所以 人in =(SXnin£ =。08 X 11° = 5992 肿/(宀/?)Lh0.785-D2109.62x18.02 4-998.20.785 x0.62=7.002/（/）人卬经以上校核可知，填料塔直径选用P = 0.6,77合理。2.2.2填料层高度计算查表知，0°C , 101.3 k“下,NH3在空气中的扩散系数Dq =0A7cm2/s由%=D炜导,NH.在空气中的扩散系数为几=2(1013 293 /1013 273=0.189cm2 Is则 293 k ,101.3 kpa

9、下液相扩散系数Q =1.80x107/$液体质量通量为口丄=109,62x18,020.785 x0.62= 698992kg/(,)气体质量通量为Uy =2600x1.1510.785 x0.62= 10589.53kg/(加 2/)* = mX i =0.754x0.0753 = 0.0568r24 =mX2 = 0脱吸因数为S =0.7540.739x1.5=0.6802气相总传质单元数为:iY 厂N” =Ln( - S)丄一二 + S0G 1-5=!x Ln( - 0.6802) x(浪心)+ 0 6802 = &7901-0.68020.00151-0气相总传质单元高度采用修

10、正的恩田关联式计算：空=1 exp1.45 （）075 （上 J）叽（匕单）4。5 .（上_严46勺pi：g6989.922查表知，a=75dyn!cm = 972000 kg/lrX(998.2x940896x74.9)_°出边气膜吸收系数山下式计算:Kg = O.237(-)0-7 .(-£)3 .(整)atPv Pvv RT八 z 10589.53、07 z0.065二 74.9x0.189x3600x10 x=0 237x () x ()3 x ()74.9x0.0651.151x0.189x10_4x36008.314x293=0.101 XkmolKjrr h

11、kpa)液膜吸收系数曲下式计算：k, = 0.0095-( Ul y (隹一戸 aw - Al Pl 'Dl6989.927=0.0095x ()3 x(0.5552x74.9x3.6= 78.1056Pl3.63.6xl.27xl08 J) x ()，99&2 x1.80x10"9 x 3600998.2查表得：0 = 1.45Kca = KG-aw=0.1011x0.5552x74.9x1.45*=63269kmol/(m3 h kpa)则''' klci = kl 肖°4 =7&1056x05552x749xl45

12、76;4 =3764089% = 0.517)0.5HrK9Ga = 1 + 9.5 (丄 一 0.5)14 KGa 由"FK9La = 1 + 2.6 (一 0.5)22 -/cLaUp得,KfGa =1 + 9.5 (0.517 - 0.5)14 x 6.3269 = 6.527 Xkmol! h kpd)Ka =1 + 2.6-(0.517 一 O.5)22 x 3764.089 = 3765.34%1s=-f1KqU H “i=j!j= 6.5115kmoH(m ' h kpd)6.52710.725x3765.34HogIIIV 98.891SPG 一 65115x

13、1013x0785x062=0.5305/n由 Z = H()G N()g = 0.531 x 8.790 = 4.663 mZ =1.20x4.6635.596/7?设讣取填料层高度为：Z = 6/27查表：对于环矩鞍填料，¥ = 85,心®讣算得填料高度为6000mm,故不需分段。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：丝（上1严=0.660 x（竺严=0.0224cov pL998.2查表得：p=7ir纵坐标为：匕空 £L 疋2 = 2.55&乜 7 凶 %x 1 .OO402 = 0.0546g pL L9.8

14、1998.20.04H0<Mttooai0 .0* 0 D 3ai <hQ® 0/MIlli0 4. 0« 0.8 I J001 Q.C»? O.«*=34.6 pa / msunk* EE i沁Bsss ss 笑»|!1轟2.1 Mi.ss08查图，得夢填料层压降为：AP = 34.6x6 = 207.6/76/2.2.4液体分布器简要设计2. 2. 4. 1液体分布器简的类型该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。槽式液体分布器2. 2. 4. 2分布密度的计算为了使液体初始分布均匀，原则上应增加单位面积

15、上的喷淋点数。但是，由于结 构的限制，不可能将喷淋点设计得很多。根据Eckert建议，当£> = 750加时，分布点密度为170点时。则总布液孔数为：n = 0.785D2 x0.62 xl70 = 4&04取补液孔数为：48点布液计算：由Ls=刍必i、L. =m /s = 5.49x 10 m Iss 3600x998.2取 0 = 0.60, AH = 20007/7?,I延=0.0035/?/取 d = 4mm0有计算得，设讣布液点数为48点，直径为4mm3. 辅助设备的计算及选型3.1填料支承设备填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对

16、 填料的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量;提供足够的自山截面以使 气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易 制造，易装卸等。常用填料支承板有栅板式和气体喷射式。这里选用分块梁式支 承板。驼峰支撑3.2填料压紧装置为保持操作中填料床层为一高度恒定的固定床，从而保持均匀一致的空隙结构。使操作正常，稳定，在填料安装后在其上方要安装填料压紧装置。这样可以防止 在高压降，瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动。填料床层限位器适用于除脆性易碎材质填料以外的填料（如金属、塑料填料）。 本次设计的填料是金属环矩鞍，所以选择填料床层限位器。斗片H JIO职制挣1驼峰支撑

17、3.3液体再分布装置在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔 中心处填料的不到好的润湿，形成所谓的“干锥体”的不正常现象，减少了气液 两相的有效接触面积。因此每隔一定的距离设置液体再分布装置，以克服此现象。 山于填料塔层高度为6米，所以不需要液体再分布器4.设计一览表吸收塔类型金属环矩鞍吸收填料塔混合气体处理量（n?/h）2600塔径D (m)0.6填料层高度Z （m）6气相总传质单元高度（m）0. 5305气相总传质单元数8. 790泛点气速(m/s)4. 940泛点率0.6压降(pa)207.6操作压力(kpa)101. 3操作温度(°C)20填料直

18、径(mm)25孔隙率£0. 96填料比表面积a(m7m3)74.9填料常数A0. 06225填料常数K1.755. 后记在课程设计过程中,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。在设计过程中，我通 过跟同学之间相互讨论与向老师提问，整体设计基本满足使用要求，但是在设汁 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。另外，我通过这次的课程设讣，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。6. 参考文献1大连理工大学等.化工容器与设汁手册.北京：化学工业出版社，1989*2陈敏恒等.化工原理.北京：化学工业岀版社，20043匡国柱，史启才等.化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出社，20024华南理工大学化工原理教研室著.化工过程及设备设计M.广州：华南理工大学岀版社, 1986.5贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计M.天津:天津大学出版社,2002.7.主要符号说明a填料层的有效传质比表而积(E/mJA 一吸收因数;无因次J填料当捲直径，mmE 亨利系数，KPaH-溶解度系数，kmol /(m3.KPa)-气膜吸收系数，kmol / (m3. s. KPa)气膜吸收系数,kmol /(ms.KPa)S解吸因子