吸收精炼再生气中氨填料吸收塔的实用工艺设计

1、化工原理课程设计设计题目学生:学 号:专业班级: _指导教师:设计条件操作方式：连续操作生产能力：处理再生气量为2000nm/h操作温度：30C操作压力：常压混合气组成：CO：89.9% NH3:10.1%（体积分率）吸收剂：清水出塔尾气浓度：NH30,03%（体积分率）出塔氨水浓度：含NH3量不大于2%（质量分率）设计要求流程布置与说明工艺过程的计算填料的选择填料塔工艺尺寸的确定附属装置的确定设计成果设计说明书一份设计步骤及要求1. 确定设计方案（1）流程的选择（2）初选填料类型（3）吸收剂的选择2.查阅物料的物性数据（1）溶液的密度、粘度、表面力、氨在水中的扩散系数（2）气相密度、粘度、表

2、面力、氨在空气中的扩散系数（3）氨在水中溶解的相平衡数据3.物料衡算（1）确定塔顶、塔底的气液流量和组成（2）确定泛点气速和塔径（3）校核D/d810（4）液体喷淋密度校核：实际的喷淋密度要大于最小的喷淋密度。4.填料层高度计算5.填料层压降校核如果不符合上述要求重新进行以上计算1.设计方案简介操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用D 聚丙烯阶梯环填料。12N2工艺计算2.1 基础物性数据2.1.1 液相物性数据25时水的有关物性数据如下：密度： kg/m3L黏度: 0.0008Paskg/(mh)L表面张力: =92249

3、2kg/h2L:D 8.53210 m /h62L2.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为M yMMmii混合气体的平均密度为PM101.326.89Vm1.085RT8.314303m混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得 30空气的粘度为0.066kg /(mh)V查手册得氨气在空气中的扩散系数为D 0.0713m/h2V2.1.3 相平衡数据由手册查得，常压下 30时氨气在水中的亨利系数为E kPa相平衡常数为E m P 995.699.7818溶解度系数为H kmol/(kPam )3LS2.2 物料衡算进塔气相摩尔比为yY 11-y 1-12出塔气相摩尔比为Y Y (1

4、-)0.1123(1-0.99)0.00112321进塔惰性气相流量为2000V 22.5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LY Y( ) 12min Y /mXV12对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X 02LY Y -（ ） 12 Y /mX 0.1123/0.985-0V12取操作液气比为LL( ) ) 1.50.9751.4625VVminL79.911.4625116.87VY Y ) L(X X )121279.91(0.1123X 0.0760116.8712.3 填料塔的工艺尺寸的计算2.3.1 采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速气相质量

5、流量为273w 20001.0851028.49/h273303v液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即w 116.8718 2103.66kg/hLEckert 通用关联图的横坐标为VL ww( ) () 0.50.5L 995.6V查图得u2 0.2 0.205VFFgLL查表得143mF0.205g0.2059.81995.6u F3.537L0.2L 14311.085 0.80.2FV取由u 0.7u 0.72.476/sF/3600V27330D0.767mSu3.142.476圆整塔径，取 D 0.8m。泛点率校核：2732000/3600273303.142.476u 2.27

6、9/su （在允许的围之）uF填料规格校核：D 8d 液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为(L ) m /mh3Wmin查得a m /m32tU (L ) a 0.08114.2 9.136m/m h23minWmint4870.81/997.05U 9.724U0.7850.82min经以上校核可知，填料塔直径选用 D=800mm 合理。2.3.2 填料层高度计算Y* mX 0.9850.0760 0.074811Y 0*22脱吸因数为V 0.98579.91S 0.6735L116.87气相总传质单元数为1Y Y*N OGInS)S121SY Y221-00.6735n 1-1-0气相总传质

7、单元数采用修正的恩田关联式计算：CLUUU211.45( ) () (0.1) (0.05) 0.20.75WLLtL ag2ttLLLLt查表得33dyn/cm 427680kg /h2C液体质量通量为 2103.66U 4187.22kg/ m h20.7850.82L4276804187.224187.22 114.24187.2221-exp-1.45() (0.75) (0.1) (-0.05) 0.2w931824114.2 2.88995.6 1.27 10995.6 940896 114.228t0.355气漠吸收系数由下式计算：DUk G) () ()VVVt DtVVV气体

8、质量通量为2732733020001.085 U 3891.62kg/ m/h20.7850.82V3891.620.0661114.20.6988.314303k 0.2370.7 3 114.20.0661.0850.698G 0.10518kmol/ m hkpa2液漠吸收系数由下式计算：gUk L) () (LLL DWLLLL1321- 3280.0095 0.355-60.6443m/hG W由 k ak a，查表得 :1.11.1G则 k ak aGG W0.105180.355114.21.45 m hkpa)1.13k ak a 1.1LL W0.64430.355114.2

9、1.450.430.306/hu64.44 50uFuu由 k a k a,k a k a，得,uuGGLLFFk a 19.5(0.6443-0.5) 6.4170 10.472koml/(m hkpa),G32.2k a 12.6 0.6443-0.5 30.306 31.398/h,L1则k aG11k a Hk a,GL 16.541koml/ m hkpa31110.472 0.55531.398VV由 H K a K aPYG79.910.555m6.541101.30.7850.82由Z H N 0.55510.73895.960m Z 6.19m z, 1.257.45m,设计

10、取填料层高度为Z,8mh查表，对于阶梯环填料， 8h 6mmaxDh取 则Dh 88006400mm计算得填料层高度为8000 mm，故需分段，分为两段，每段4000mm。2.3.3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0.5w L w V查表得， m1P纵坐标为pu22.279 891 1.08520.20.880.20.0530V9.81995.6gL查图得PZ填料层压降为P 82.4 液体分布器简要设计2.4.1 液体分布器的选型该吸收塔塔径较小 D=500mm，而多孔直管式喷淋器适用于 600mm 以下的塔，因此在本次设计中我采用多孔直管式喷淋器作为液体的喷淋

11、装置。2.4.2 分布点密度计算按 Eckert 285 点/m 2点为 285 点/m 。2布液点数为n0.52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：分布为11 道环圆孔，每道孔分布 5 个孔，实际设计布点数为 n=55 点，如图所示。直管式液体分布器的分液点示意图2.4.3布液计算由 L d 2gH24S0取 H4Ld (01/2S 2gHn4/ 29.81(1/2设计取 d 4mm。03. 辅助设备的计算及选型3.1填料支承装置支承板是用以支承填料和塔持液的部件。常用的填料支承板有栅板型、孔管型、驼峰型等。对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型支承板。设计中，为防大

12、于75%。在本次设计中，我选用的是孔管型支承装置。3.2填料压紧装置为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。填料压紧装置有压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等不同类型。对于散装填料，可选用压紧网板，也可选用压紧栅板。设计中，为防止在填料压紧装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料压紧装置的自由截面积应大于70%。在本次设计中，我选用的是压紧栅板。4.结论通过这次设计，让我学习到了很多以前没有接触过的知识。能够学习到不同够提高相关知识的运用能力。5.附录5.1 主要符号说明符号意义及单位液体喷淋密度，m /(m h)aU32m32U液体质量通量，m /(m h)）32L23U气体质量通量，m /(m h)32Vad填料的润湿比表面积，m /m2Uw3m32WW液体质量流量，kg /h气体质量流量，kg /hL液体扩散