采用填料塔吸收5%的尾气,使尾气的含量低于002%;(每小时吸收氨气5000立方米,年生产时为7200)

1、采用填料塔吸收5的尾气，使尾气的含量低于0.02；（每小时吸收氨气5000立方米，年生产时为7200）目 录1.设计方案概述与简介21.1设计方案概述21.1.1设计题目：21.1.2方案的确定22.设计条件及主要物性参考42.1设计条件42.2主要物性参考42.2.1主要原料、辅料及动力消耗（一览表）42.2.2产品质量要求43.物料衡算及热量衡算53.1 物料衡算53.1.1氨气与氨水的物性总说明53.1.2吸收单元操作的物料衡算53.1.3 列表63.274 .流体输送的动力学衡算94.1 输送气管的计算94.1.1 输送气体的管径及流量流速94.1.2 输送空气的气管阻力94.2输送水

2、管的计算104.2.1水的管径及流量流速104.2.2输送水管阻力104.3 气管和水管的总阻力损失114.4 动力选择及安装高度要求114.4.1输水泵的选择及安装要求114.5动力计算134.6汇总表135.主要生产设备的计算145.1填料塔的物性与类型:145.2 设备主要尺寸155.2.1 填料塔的流体力学性能及有关计算155.2.2 塔高Z165.3填料层附件185.3.1 填料支承装置185.3.2 液体分布装置185.3.3 液体再分布装置185.3.4 除沫装置185.3.5 填料压紧装置186.设备防腐及安全技术及劳动（卫生）保护196.1设备防腐196.2安全技术及劳动（卫

3、生）保护197.设计结果汇总表208.附录218.1输送管理统计一览表218.2主要设备一览表219.结束语2210.参考文献2311.主要符号说明241.设计方案概述与简介1.1设计方案概述 1.1.1设计题目：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5000m3/h，年生产时为7200,其中含氨为5%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%（体积分数）。1.1.2方案的确定在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化以便进一步加工处理，或除去

4、工业放空尾气中的有害成分以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染。因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收。本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。为了节省能源与有效利用，防治大气的污染，从经济方面来考虑，设计决定利用水来吸收NH气体.，采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨

5、大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。1. 2设计方案简介本设计任务为吸收空气中的氨气。用水吸收氨气属易溶解的吸收过程，所以本次设计的吸收剂为清水。 为提高传质效率，选用逆流吸收流程，对于水吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，故此采用散装聚丙烯阶梯环填料在该填料塔中，氨气-空气混合气体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出，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。（如图所

6、示）2.设计条件及主要物性参考2.1设计条件（1）操作压力： 常压 （2）操作温度： 20（3）填料类型： 选用聚丙烯阶梯环填料。（4）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H0.725kmol/m3.kPa）2.2主要物性参考2.2.1主要原料、辅料及动力消耗（一览表）主要原料流量（/h）动力消耗（/天）混合气50001561水0.584822.2.2产品质量要求分子式：NH分子量: 17物化性质：液氨为无色液体，有强烈刺激性气味，极易气化为气氨。密度0.617g/cm；沸点为33.5，低于77.7可成为具有臭味的无色结晶。规格：尾气的氨含量低于0.

7、02%质量标准：GB/T631-2007用途：液氨主要用于生产硝酸、尿素和其他化学肥料，还可用作医药和农药的原料。在国防工业中，用于制造火箭、导弹的推进剂。可用作有机化工产品的氨化原料，还可用作冷冻剂。3.物料衡算及热量衡算3.1 物料衡算3.1.1氨气与氨水的物性总说明常温下为无色气体,有刺激性恶臭味。分子式,空间结构为三角锥形，为极性分子。分子量17.03。相对密度0.7714g/l。熔点-77.7。沸点-33.35。自燃点 651.11。蒸气密度0.6。蒸气压1013.08kPa(25.7)。蒸气与空气混合物爆炸极限1625%(最易引燃浓度17%)。氨气易溶于水，氨气分子和水分子通过氢键

8、结合为一水合氨。氨在20 水中溶解度34%,25时，在无水乙醇中溶解度10%，在甲醇中溶解度16%，溶于氯仿、 乙醚，它是许多元素和化合物的良好溶剂。水溶液呈碱性。液态氨将侵蚀某些塑料制品，橡胶和涂层。遇热、明火，难以点燃而危险性较低；但氨和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸，如有油类或其它可燃性物质存在，则危险性更高。与硫酸或其它强无机酸反应放热，混合物可达到沸腾。不能与下列物质共存：乙醛、丙烯醛、硼、卤素、环氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化银、硫、锑、双氧水等。氨的临界温度是406K 闪点：651。3.1.2吸收单元操作的物料衡算在整个填料塔过程中，已知： 平衡关系式为：y=0.2

9、2x设定吸收率，其验证过程如下：根据 可得每小时混合气体物质的量 所以尾气含量符合要求，低于0.02%故是可取的 3.1.3 列表按单塔计算数据一览表混合气体体积流量25000.1514气体摩尔流量111.600.21920.05气体吸收率99.65%0.0002吸收剂用量36.69惰性气体摩尔流量106.023.2由此可知，在用水吸收氨时，1min中温度可上升4.45，通过管道可以完全自行散热，所以在此吸收过程中不需要冷却装置。4 .流体输送的动力学衡算4.1 输送气管的计算4.1.1 输送气体的管径及流量流速设 则 分管 4.1.2 输送空气的气管阻力查表得，标准弯头3个，当量长度，回弯头

10、2个，当量长度截止阀1个，当量长度，进口管路上的能量损失：（1） 总管 （2） 分管所以 4.2输送水管的计算4.2.1水的管径及流量流速输送水管（细）选无缝钢管设 则 设 则 4.2.2输送水管阻力（1） 输送水管（细）流体湍流查表得，局部阻力系数 截止阀2个当量长度一个出口上的损失所以 总出口管上的损失: (2) 输送水管（粗）流体湍流标准弯头1个,当量长度,截止阀1个, 当量长度,局部阻力系数所以 进口管上的总损失4.3 气管和水管的总阻力损失 4.4 动力选择及安装高度要求 4.4.1输水泵的选择及安装要求 泵的有效功率 水的质量流量 输入的外加功 泵的轴功率取水泵出口处为上游截面1-

11、，高位槽的液面下游截面2-，并以截面1-为水平面，在两截面间列柏努力方程，即 式中：代入得：解得：综上述，选泵的规格：IS型单吸离心泵 4.4.2输送混合气体的泵的选择及安装要求。在20，101.325kpa时查得：离心通风机的风压：可求得输送混合气体的风压：轴功率：通风机所做的功：日耗电量：以通风机进口处为截面，出口处为，在两截面间列伯努力方程得求得通风机的出口压力为 气泵的规格：4-72-4.5 型离心通风机4.5动力计算水泵的用电量:0.07 24=1.68 气泵的用电量:3.7709124= 90.50184每天的用电量:1.68+90.50184=92.184.6汇总表管件个数管径(

12、mm)当量长度(mm)材质水管1157*3.516.3无缝钢管水管2238*40.6截止阀115018截止阀223010.5标准弯头11301.7气管11310*52PVC气管22310*58.8标准三通130019标准弯头233009.5回弯头230022闸阀1/2开23006截止阀13001015.主要生产设备的计算5.1填料塔的物性与类型:填料类型公称直径（mm）外径×高×厚d×h×比表面积()空隙率（）个数n（）堆积密度填料因子（）聚丙烯阶梯环2525×12.5×1.42280.98150097.8312采用Eckert通用关

13、联图计算填料层压降5.2 设备主要尺寸5.2.1 填料塔的流体力学性能及有关计算5.2.1.1液泛气速及泛点率在20c时，101.325kPa时，混合气的质量流量：液体的质量流量：则 查表得 5.2.2 塔高Z对于吸收操作，用传质单元数法计算填料层高度先求: V98.8kmol/h L32.49kmol/h =查表得时： 扩散系数 气相质量通率：混合气体黏度; 5%+95%=0.009185%+0.012695% =0.01243 mPaS则 查表得：水的表面张力：填料材质的临界表面张力：已知水的质量流量：则 单位体积填料润湿表面积：其中：再求：=m0.220.1595=0.03509=0.0

14、5263-0.03509=0.01754=1.8420.003814.74=0.69514.74=10.24m实际填料层高度：=1.2Z=1.210.24=12.29m 圆态后得=12.3m由于Z>6m 填料层分三段，其中每段高为4.1m5.3填料层附件 5.3.1 填料支承装置由于氨水具有腐蚀性, 支承装置采用陶瓷多孔板,如果需要可将多孔板制成锥行以增大自由截面积。 5.3.2 液体分布装置采用盘石分布器，有利于液体流下，使其分布均匀，且不宜堵塞。 5.3.3 液体再分布装置因为D=0.8 m，所以采用截锥式再分布器 5.3.4 除沫装置采用折流板除沫器 5.3.5 填料压紧装置 采用

15、床层限制板6.设备防腐及安全技术及劳动（卫生）保护6.1设备防腐 由于氨水有腐蚀性，输送混合气及产品的管道用PVC管，填料塔选用陶瓷，填料选用聚丙烯阶梯环。6.2安全技术及劳动（卫生）保护 在生产过程中，运输过程中储存时要注意安全问题。防火、防爆、厂房的安全疏散等要有明确的规定。工厂卫生规定必须符合中国车间空气卫生标准: 中国MAC 30mg/m3； 否则回危害工人的身体健康，所以车间要注意通风，由于可能出现的火灾是一般的火灾。所以可选用二氧化碳灭火器，安装一定数量的消防栓，建立消防车通道。7.设计结果汇总表吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔混合气处理量：5000m3/h工 艺 参 数名称物料

16、名称清水氨气操作压力，常压常压操作温度，2020流速，m/s19.66密度，kg/m310000.7067流量，/h0.584825000塔径，mm800填料层高度，m12.3操作液气比0.3288黏度，kg/(m*h)1.0050.0658.附录8.1输送管理统计一览表原料流量）流速（m/s）动力流量）耗电量（度/天）水0.584820.1656水泵0.5848216.8空气500019.66通风机500090.58.2主要设备一览表设备个数规格（mm）材质填料塔2塔径填料高度陶瓷80012300高位槽11×1×2铸铁成品槽11×1×2PVC泵型号流量

17、（）风压(Pa)扬程（m）效率轴功率（KW）材质单级单吸离心泵IS型0.88462_2046%0.7铸铁离心通风机4724.5型50002320_84.1%5.80469.结束语过本次的课程设计，我们受到一次化工设计专业技术方面的基本训练，从而了解和掌握化工计算的基本知识、基本方法，培养我们独立分析和解决化工技术问题的能力。作为整个学习体系的有机组成部分，它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果，是把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作中，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，明白了课堂学习与实际工作到底有多大距离

18、，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。通过课程设计，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，图表表达设计思想的能力。10.参考文献（1）、王国胜主编.化工原理课程设计.大连理工大学出版社2005年2月第1版（2）、柴诚敬主编. 化工原理（上、下册）. 天津大学出版社2005年1月第1版（3）、化工工程手册编委会 .化工工程手册.化学工业出版社 ，1980年11月北京第1版（4）、匡国柱，史启才主编 . 化工单元过程及设备课程设计化学工业出版社，2002年1月第1版（5）、天津大学物理化学教研室编 .物理化学（上、下册）高等教育出版社，2001年12月第4版（6）、国家医药管理局上海医药设计院编.化工工艺设计手册1996年1月第2版（7）、管国锋，赵汝溥主编 .化工原理 . 化学工业出版社2008年5月第三版（8）、贾绍义，柴诚敬 编.化工原理课程设计.天津: 天津大学出版社，2002（9）、杨祖荣 编.化工原理.北京: 化学工业出版社，2009（10）