水吸收氨化工原理课程设计

1、化工原理课程设计（水吸收氨填料吸收塔） 相平衡常数： 物料衡算 由设计条件知：原料液中NH3的摩尔分数为0.05，排放气体中NH3的摩尔分数为0.0002。进塔气相摩尔比：出塔气相摩尔比：对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：进塔惰性气体流量： 吸收过程属于底浓度吸收，平衡关系为直线，最小气液比可按下式计算，即： 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为： 取操作液气比为 根据全塔物料衡算式: 3.3填料塔的工艺尺寸计算3.3.1塔径的计算 气相质量流量为： 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 空塔气速的确定泛点气速法 对于散装填料，其泛点率的经验u/u=0.5-0.85贝恩（Bain）霍根（Hou

2、gen）关联式 ，即： = 即：解得 其中： 泛点气速，m/s; g 重力加速度，9.81m/s 气相密度 常数A与K和填料形状、材质的关系散装填料类型塑料鲍尔环金属鲍尔环塑料阶梯环金属阶梯环瓷矩鞍金属环矩鞍 A0.09420.10.2040.1060.1760.06275 K1.751.751.751.751.751.75查上表得 A=0.204； K=1.75；取u=0.7=2.94m/s由 圆整塔径后 D=1.0m（常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）泛点率校核： （对于散装填料，其泛点率的经验值为,算得的数

3、值在(0.50-0.85)之间,所以符合求.）3.3.2填料规格校核 根据要求应选择环形填料中的塑料阶梯环.由于所选用的塔径为1000mm,又根据填料与塔径的对应关系及实际操作要求,尺寸为DN50的塑料阶梯环,填料规格如下:公称直径：50mm孔隙率:0.927比表面积a:114.2填料因子:143/m填料常数A:0.204 所以有D/d=1000/50=20,即符合要求.见下图： 液体淋喷密度校核：取最小湿润速率为查手册得 经以上校核可知，填料塔直径选用D=1000mm合理。3.4填料层高度的计算及分段3.4.1填料层高度的计算 脱吸因素为 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联是是式计算：不同

4、材质的值材质 钢 瓷 聚丙烯聚氯乙烯 碳 玻璃 石蜡表面张力/dyn.cm-175 61 3340 56 73 20查得 液体的质量通量为 气膜吸收系数： 气体质量通量为： 液膜吸收数据由下式计算： 各类填料的形状系数填料类型球棒拉西环弧鞍开孔环值0.720.7511.191.45查上表得=1.45 故=0.13840.08=8.32 以下公式为修正计算公式： 得 则 由得 设计取填料层高度为 3.4.2填料层的分段由散装填料分段高度推荐值查得：散装填料分段高度推荐值填料类型h/D hmax/m拉西环2.54矩鞍5-86鲍尔环5-106阶梯环8-156环矩鞍8-156塑料阶梯环 h/D 。 h

5、/D=8，则 h=81000=8000 mm计算的填料层高度为8000 mm，故分段两段，每段4000mm。第四章塔辅助设备的计算及选型4.1 填料层压降的计算填料层压降:气体通过填料层的压降采用Eckert关联图计算,在图中：u空塔气速，m/s g重力加速度，9.81m/s2 填料因子，1/m 液体密度校正系数，=水/L L、V液体、气体的密度,kg/m3 L液体黏度，mPas L、V液体、气体的质量流量,kg/s其中横坐标为：查下表得 DN16 DN25 DN38 DN50 DN76填料因子/m-1 176 116 89纵坐标为 查表得填料层压降为4.2 液体分布器的计算4.2.1液体分布

6、器的选型 液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。 根据本吸收的要求和物系的性质可选用重力型排管式液体分布器，布液孔数应依据所用填料所需的质量分布要求决定，喷淋点密度应遵循填料的效率越高所需的喷淋点密度越大这一规律。4.2.2分布点密度计算Ecker的散装填料塔分布点密度推荐值 塔径/mm 分布点密度/（点/m2塔截面） D=400 330 D=750 170 D1200 42设计中D=1000mm,则取喷淋密度为90点/m2则总布液孔数为：n=0.785D2=0.78512

7、90=70.65 实际总布液孔数：71点4.2.3布液计算取 =0.60 ，H=0.2 mLS=426.7818.02/3600998.2=2.1410-3m3/s由得： =42.1410-3/0.63.1471(29.810.2)1/21/2 =5.6810-3m=5.68mm取 d0为6 mm由计算得，设计布液点数为71点，直径为6 mm 4.2.4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。最简单的再分布装置为截锥式再分布器，其结构简单安装

8、方便。故选择截锥式再分布器。本设计采用的是分配锥形的再分布器，其最简单沿壁流下的液体用分配锥再将它导入中央截锥小头的直径一般为 ,本设计取10000.8=800mm，为了增加气体流过是的自由截面积，在分配锥上开设7个管孔，锥体与塔壁夹角取在，取h=110mm。4.3 吸收塔的主要接管尺寸的计算 1、气体进料管 由于常压下塔气体进出口管气速可取1020，故若取气体进出口流速近似为16m/s，则由公式D=可求得气体进出口内径为 采用直管进料，由以下资料查得 选择=426mm17mm热轧无缝钢管，则 （在符合范围内）气体进出口压降: 进口：出口： 2、液体进料管 由于常压下塔液体进出口管速可取，故若

9、取液体进出口流速近似为2.6m/s，则由公式D=可求得液体进出口内径为 采用直管进料，由化工原理第三版 王志魁主编 化学工业出版社P381查得选择热轧无缝钢管，则 （在符合范围内）4.4 塔附属高度的计算 取塔上部空间高度可取1.5m,塔底液相停留时间按5min考虑,则塔釜所占空间高度为: h=426.7818.02560/(120.7853600998.2)=0.82m考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取3.0m,所以塔的附属高度可以取5.5m。所以塔高为 h=5.5+8=13.5m4.5吸收塔的压力降 P=P+P1+P2=3924+147.41+73.7=4145.11Pa第五章

10、 设计一览表 吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔表吸收塔的吸收剂用量计算总表意义及符号结果混合气体处理量VS8000m3/h气液相平衡常数m 0.751进塔气相摩尔分率Y1 0.0526出塔气相摩尔分率Y2 0.0002进塔液相摩尔分率X1 0.0388最小液气比（L/V）min 0.751混合气体平均摩尔质量M 28.40kg/mol混合气体的密度1.181kg/m3混合气体的粘度1.81105Pas吸收剂用量L 426.78kmol/h惰性气体流量V 316.13kmol/h 表塔设备计算总表意义及符号结果塔径D1.0 m塔高H 13.5m填料层高Z 8 m填料塔上部高度h12.5 m填料

11、塔下部高度 3.0 m气相总传质单元高度 0.498 m气相总传质单元数10.79 m布液孔数n 71个泛点气速uF 4.2 m/s塔的压降P 3924Pa 表填料计算总表意义及符号结果填料直径dp50mm孔隙率%0.927填料比表面积a114.2m2/m3填料因子89m-1填料常数A0.204第六章 对设计过程的评述和有关问题的讨论 经过了几周的辛苦和忙碌，终于把任务完成，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。一分耕耘，一分收获，现在我坚信这个道理。此次课程

12、设计按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。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遇到一些难题，在选择处理量当中发现在填料的选择中，我几乎是用排除法来选择的，就是一种一种规格的算，后来认为DN50计算得的结果比比较好。虽然在同类填料中，尺寸越小的，分离效率越高，但它的阻力将增加，通量减小，填料费用也增加很多。用DN50计算所得的D/d值也符合阶梯环的推荐值,还有就是吸收剂的用量为最小用量的倍数，刚开始选的是1.5倍，但发现在液体喷淋密度校核时，喷淋密度小于最小喷淋密度，最后不得不改成1.8倍才校正合格。 本次设计中我们所设计的填料塔产能大，分离效率高，持液量小，填料塔结构较为简单，造价适合。不过，它的操作范围小，填料润湿效果差，当液体负荷过重时，易产生液泛，不宜处理易聚合或含有固体悬浮物的物