水吸收氨填料吸收塔设计

1、化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔的设计专 业：姓名：指导老师：xxxx大学xx年xx月目录前言-3 任务-4 设计方案-5一、理论依据-5二、吸收塔的工艺计算-6三、 填料塔的工艺尺寸的计算-8四、填料层压降的计算- 15五、液体分布器简要设计-16六、绘制吸收塔设计条件图-18七、设计总结-19八、参考文献-21前 言此次设计的要求是设计水吸收氨填料吸收塔的设计，在xx老师的指导下进行的。其目的是针对我们在化工原理课程中设计、作图能力相对薄弱的情况下，利用学过的基础知识、锻炼自己的设计生产设备、制图的能力。通过课程设计，我们锻炼了我们阅读化工原理文献及搜集资料的能力，同时液培养了我们独立思

2、考问题、分析问题、解决问题的能力，也培养了我们相互协作的能力，为今后的实际工作打下基础。课程设计注重理论联系实际，即要考虑到符合设备要求的各种参数、性能，又要符合实际的应用要求。在经过组员的讨论及方案的比较之后，选定此方案为最后的设计方案。此方案具有高效、低阻、大通量、操作稳定等优点,广泛应用于化工、石化、炼油及其它工业部门的各类物系分离。由于设计者的水平有限，方案中难免又不妥和错误之处，希望老师批评指正。任务书一 、题目与专题1. 题目: 吸收塔的设计2. 专题: 水吸收氨填料吸收塔的设计二 、设计依据、条件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3600kg/h,其

3、中含空气为95%，氨气为5%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%（体积分数），采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。已知20下氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3.kpa)。三、设计工艺操作条件（1） 操作平均压力 常压（2）操作温度 t=20(3) 每年生产时间： 7200h(4) 选用填料类型及规格自选四、设计任务完成干燥器的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和吸收塔的工艺条件图，编写设计说明书。班级 :组长 :组员 :日期 :指导老师 :设计方案一、理论依据1、吸收剂的选择吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而

4、对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。根据本设计要求，选择用清水作吸收剂，且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。2、吸收流程地选择用水吸收NH3属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以，本实验选用逆流吸收流程。3、吸收塔设备及填料的选择填料塔，散装。填料的选择包括确定填料的种类，规格及材料。填料的种类主要从传质效率，通量，填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值D/d。填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。根据本设计的要求，选择用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故选用 DN50聚丙烯阶梯环填料。4、吸收剂再生方法的选择含氨

5、的吸收剂通过解析得到水，使得吸收剂再生。5、操作参数的选择操作平均压力 常压操作温度 t=20二、 吸收塔的工艺计算1、基础物性数据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，由手册查得，20水的有关物性密度为Pl=998.2kg/m3粘度为ul=0.001pa.s=3.6kg/(m.h)表面张力为L=72.6 dyn/cm=940896 kg/h2NH3在水中的扩散系数为DL=2.04x10-9m2/s=2.04x10-9x3600 m2/h2=7.34410-6m2h1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为Mvm=yiM i=0.05x17.03+0.95

6、x29=28.40混合气体的平均密度为pvm=PMvm/RT=101.3x28.40/8.314x293=1.181kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20空气的粘度为： uu=1.81x10-5pa.s=0.065kg/(m.h)查手册得在空气中的扩散系数为 Dv=0.225cm2/s=0.081 m2/h1.3气液相平衡数据常压下20时NH3在水中的亨利系数为E=76.41kpa相平衡常数为m=E/P=76.41/101.3=0.754常压下20在水中的溶解度系数为H= Pl/EMs=998.2/76.41x18.02=0.725kmol/(m3kpa)2、物料衡算进塔气

7、相摩尔比为：Y1= y1/(1- y1)=0.05/(1-0.05)=0.0526出塔气相摩尔比为：Y2= Y1 (1-A)=0.0526(1-0.996)=0.0002 进出惰性气相流量：V=36002731-0.05）=144.23kmolh 22.4273+20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/V)min=( Y1- Y2)/( Y1/m-X2)对纯溶剂吸收过程，该塔液相组成为X2=0，Y-Y0.0526-0.0002L=0.751 =12=VminY1m-X20.754-0L/V=1.5 x 0.751=1.127取操作液气的为：L/V=1.5(

8、L/V)min=1.5x0.751=1.127因此有：L=1.127x144.23=162.50kmol/h所以由全塔物料衡算式V(Y1- Y2)=L(X1- X2)可得： X1=144.23(0.0526-0.0002)=0.0465 162.50三、填料塔的工艺尺寸的计算3.1塔径的计算图1 填料塔泛点和压降的通用关联图图中 u0空塔气速，m /s；湿填料因子，简称填料因子，1 /m； 水的密度和液体的密度之比；g重力加速度，m /s；V、L分别为气体和液体的密度，kg /m； wV、wL分别为气体和液体的质量流量，kg /s。 32采用Eckert通用关联图计算泛点气速 气相质量流速为w

9、v=qvV=36501.181=4310.65kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即wL=LM水=162.5018.02=2928.25 kg/h用贝恩霍根关联式计算泛点气速 Lgu2F atvWLg3 u0.2=A- LlK WV VL F泛点气速，m/s；g重力加速度，981m/s2at填料总比表面积，m2m3填料层空隙率，m3m3；3V,L气相、液相密度，k/m；L液体粘度，mPas;wL,wV液相、气相的质量流量，kg/h;A,K关联常数。3-1） （式表1式3-1中的A、K值表2 散装填料压降填料因子平均值查表1与表2 得 A=0.204， K=1.75，at=114.2 m

10、2m3，=0.927 代入 得 F =4.737m/s4=0.548m 取=0.8F=3.79m/s ，由 D=3.143.794vs圆整塔径，取D=0.6m 泛点率校核： =Lh3600=3.588m=3.588m/s0.785D20.7850.623.588=100%=69.41%(在允许范围内) F4.737填料规格校核: =600=15.798 38液体喷淋密度校核： 3取最小润湿速率为（Lw）min=0.08mmh查附录得 at=114.2m2m3Umin=(LW)minat=0.08114.2=9.136m3m2h2928.=10.38U U=min0.7850.62经以上校核可知

11、，填料塔直径选用D=600mm合理。3.2填料层高度计算Y1*=m X1=0.754x0.0465=0.0351Y2*=mX2=0脱吸因数为S=mv/L=0.754x144.23/162.50=0.669气相总传质单元数为1Y1-Y2*=ln(1-S)+S 1-SY2-Y2*NOG=10.0526-0ln(1-0.669)+0.6691-0.6690.0002-0=13.517气相总传质单元高度采用修正的关联式计算 气相体积吸收总系数KYa-0.050.10.20.752awUaUUcLtLL 2 =1-exp-1.45 atLatLLgLLat表3 常见材质的临界表面张力值查表3得C =33

12、dyn/cm=427680kg/h2 液体质量通量为 UL=2928.25=10361.82kg/(cm2.h) 20.7850.6-0.050.20.750.1at.8210361.822114.210361.82242768010361 =1-exp-1.45 998.22940896aw940489114.20.065 998.221.27108114.2=0.48335aw=114.20.48335=55.199气膜吸收系数由下式计算UVKG=0.237 atv0.7vatDv D vvRT气液质量通量为 UV=36001.1812=15253.54kgmh 20.7850.6).54

13、0.065114.20.08115253KG=0.237 114.20.0651.1810.0818.314293 2=0.16488mhkpa）0.7夜膜吸收系数由下式计算：UL KL=0.0095 awLL DLL-Lg L.823.610361=0.0095 -63.655.199998.27.34410=0.4599h-3.61.27108 998.2表4常见填料的形状系数由KGa=KGaw1.1查表4得=1.45则KGa=0.1648855.1991.451.1=13.696 m3hkpa）KLa=KLaw0.4=0.459955.1991.450.4=29.454hU=69.41%

14、50% UF1.4U1.43由KGa=1+9.5 -0.5Ka=1+9.（50.6941-0.5）13.696=26.8045mhkpa）G UF2.2U2.2KLa=1+2.6 -0.5Ka=1+2.（60.6941-0.5）29.454=31.5326h L UF则KGa=111+KGaHKLa=111+26.80450.72531.5326=12.3392m3hkpa）HOG=VV144.23=0.32052m 2KYaGGap12.3392101.30.6由Z=HOGNOG=0.3205213.517=4.332m得Z=1.25Z=5.416m设计填料层高度为Z=6m表5 散装填料分段

15、高度推荐值查表5 得 对于阶梯环填料取h=10600=6000mm Dh=815,hmax6 D计算得填料层高度为6000mm，故不需分段。四、填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降WLVWV L0.52928.251.181= 4310.65998.2表6 散装填料压降填料因子平均值0.5查表6得p=89m-1u2pv0.23.58828911.1810.2L=1=0.1382gL9.81998.2查图1得P/Z=77.60pam填料层压降为P=77.606=465.6五、 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，故选用槽式液体分布器。

16、2、分布点密度计算表7 Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值表8苏尔寿公司的的规整填料塔分布点密度推荐值按Eckert建议值 D=750时，喷淋点密度为170点/m2因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为240点/m2布液点数为n=0.7850.62240=67.868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：二级槽共设五道，在槽侧面开孔，槽宽度为80mm，槽高度为210mm，两槽中心距为160mm，分布点采用三角形排列，实际布点数n=73点，布液示意图如下图所示。图一、液体分布器简要设计3、布液计算2n2gH 由 LS=do4取 =0.60，H=160mm4LSdo=

17、 n2gH.429283600 = 3.14730.629.810.16=0.013设计取 do=13mm六、绘制吸收塔设计条件图图二、水吸收氨填料吸收塔设计条件图七、设计总结通过近三个星期的努力，在指导老师xx老师的悉心指导下，我们全组人员的共同努力下，终于完成了我们的化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔的设计。虽然只是短短的一些时间，我们却从中学到了许多知识，不单巩固了原有的知识，也丰富了我们的课余知识，受益匪浅。首先，查阅书籍也是一种技巧，因为我们要从大量书籍中查阅到我们所需的知识资料。例如采用Eckert通用关联图计算泛点气速，仅此一项就消耗了我们很多的时间，我们还要查找到所需的设备，工

18、艺流程等一批相关的资料，并从相关资料中筛选出我们需要的内容。不掌握正确的查阅方法将会浪费很多宝贵的时间，我们从中吸取了很多经验教训。其次，在设计过程中，我们进一步巩固了化工原理的知识，并把它们用于实际操作当中，真正做到了理论与实际相结合。从此，我们就意识到了以前我们所学知识的不够牢固、深刻。学习方法上还存在许多弊端。通过这次课程设计，使我们有机会查漏补缺，弥补了自己的不足。而且，我们也意识到了合作的重要性。一个人的力量毕竟是有限的，因此，在此次课程设计过程中，全组上下全力合作，共同完成了这项工作。诸如擅长作图的同学充分发挥其特长，利用自己的想象力，对填料塔的设计条件图进行了设计，在严格查阅资料和准确计算后，制定了方案，作出了总体