化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计

温度为5℃。要求：；（1压力：常压（2）操作温度：（3剂用量为最小用量的倍数自己确定烯阶梯环吸收填料塔（1方案的确定和说明（2塔的物料衡算；（3塔的工艺尺寸计算；（4层压降的计算；（5分布器简要设计；（6液体分布器施工图（7塔接管尺寸计算；（8参数一览表；11论。目录前言..................................................................................................................................................1第一节填料塔主体设计方案的确定.......................................................................................21.1装置流程的确定.......................................................................................................................2 吸收剂的选择.......................................................................................................................2 课程设计任务1.4填料的类型与选择..................................................................................................................31.4.1填料种类的选择...................................................................................................................41.4.2填料规格的选择...................................................................................................................61.4.3填料材质的选择...................................................................................................................61.5基础物性数据............................................................................................................................7 液相物性数据. 气相物性数据 气液相平衡数据.................................................................................................................81.5.4物料横算..................................................................................................................................8第二节填料塔工艺尺寸的计算..............................................................................................102.1塔径的计算..............................................................................................................................102.2填料层高度的计算及分段..................................................................................................122.3填料层压降计算：.................................................................................................................14第三节填料塔内件的类型及设计.....................................................................................153.1液体分布装置..........................................................................................................................153.2液体再分布装置......................................................................................................................173.3填料支撑装置...........................................................................................................................183.4.流体进出口流差......................................................................................................................20设计一览表.......................................................................................................................................21对本设计的评述.............................................................................................................................22参考文献............................................................................................................................................23前言在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目剂中溶解度不同而达到分离的目的。点。因此，填料塔已经被推广到大型气、液操作中，在产中。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具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，操作过程节省大量人力和物力。利用混合气体中各组分在同一种液体(溶剂)中溶解度差异而实现组分分离3)制备某种气体的溶液。一个完整的吸收分离过程，包括吸收和解吸部分。典型过程有单塔和多塔、逆流和并流、加压和减压等。，即逆流操作。操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂率高。工业生产中多采用逆流操作。 键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几方面。量。吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效分离。的挥发损失。率和传热速率的提高。、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。水廉价易选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。且氨气产品，故采用纯溶剂。化硫硫酸、洗油化碳碱液、有机溶剂 1.气体混合物成分：空气和氨2.空气中氨的含量:8.0%（体积含量即为摩尔含量）3.混合气体流量3200m3/h4.操作温度293K5.混合气体压力101.3KPa6.尾气氨含量0.04%7.采用清水为吸收剂8.填料类型：采用聚丙烯鲍尔环填料步骤：1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案;针对物系及分离要求，选择适宜填料；计算塔高、及填料层的压降；塔内件设计。用水做吸收剂，故采用纯溶剂。1.4填料的类型与选择料（简称为填料）是填料塔的核心构件，它提供了气、液两相相接触传质。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。称直径比值1.4.1填料种类的选择种类很多，根据填料方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类。装填料料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种典型的散装填料。(1)拉西环填料。其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属的气液分布较差，传质速率低，阻力大，通量小，目前已很少用了。(2)鲍尔环填料。鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金气体阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，其通量可增加50%左右。鲍尔环是应用较广的填料之一。梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减环形填料中最为优良的一种。)弧鞍填料。弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容易破碎，产应用不多。(5)。将弧鞍填料两端的弧形面改成矩形面，且两面大小不等，即鞍填料所取代。(6)料。环矩鞍填料是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新应用最为普遍的一种金属散装填料。下图为几种实体填料：拉西环 鲍尔环 阶梯环 形填料图2.2几种实体填料2填料何图形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，瓷、塑料、金属等材质制造。特别适用于精密精馏及真空精馏装置，为难分离物系、4mm~6mm的小孔，可起到粗分配板片上的液体，加强横向混和作用。波纹起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。场合。紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积理黏度大、易聚合或有悬浮物的材料，且装卸、清理困造价高。所述，经分析各填料特点、性能，本课设选择散装阶梯环填料。1.4.2填料规格的选择越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。3-1种类D/d20~30D/d15D/d10~15d>8d>81.4.3填料材质的选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类(1)。陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，一般能耐除氢氟酸陶瓷填料。碎，不易在高冲击强度下使用。陶瓷填料价格便宜，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过(2)。金属填料可用多种材质制成，金属材料的选择主要根据物系强，一般能耐cl以外常见物系的腐蚀，但其造价较高；钛材、特种合金钢等材成的填料造价级高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。金属填料可制成薄壁结构（0.2~0.1mm），与同种类型、同种规格的陶瓷、、高冲击强度下使用，工业应用主要以金属填料为主。(3)。塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100℃以下使用。聚丙烯填料在低的聚氯乙烯填料。价、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、1.5基础物性数据 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℃水的有关物性数据如下：1.l998.2kg/m32.黏度：l0.001pa.s3.6kg/m.h3.表面张力为:z72.6dyn/cm940896kg/h24.20CNH3:H0.725kmol/m3kpa

20CNH3:D

7.34106m2/h33:DHMHMP0.72518.02101.30.7546.20CNH 0.225cm2/sm2/h 1.混合气体的平均摩尔质量为M0.0817(10.08)2928.04(kg/kmol)2.混合气体的平均密度

PM

101.310328.04103

R=8.314m3KPa/kmolK3.混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20C时，空气的黏度1.73105pas6228105kg/mh注：1N1kgm/s2 11Pa1N/m21kg/s2m1Pa..s=1kg/m.s 由手册查得，常压下，200C时，NH3在水中的亨利系数为E=76.3kpa200C时,NH3在水中的溶解度:H=0.725kmol/m相平衡常数：mEP

溶解度系数:H0.725kmol/(m3kpa)1.5.4物料横算1.进塔气相摩尔比为.Y110.080.086962.出塔气相摩尔比为Y20.0004对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：X20(清水) 混合气体流量：3200273129322.4

惰性气体流量：V133.11(10.08)122.46(kmol/h) () 1 Vmin XX1 0.086960.0004 1 2 2 .

0.0.7505L0.7231122.462.5229.77(kmol/h)

.V——单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，L——单位时间内通过吸收塔的溶解剂，ol/s;YY——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;1XX——分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;1

L

229.771832001.166

1.108算该吸收过程为低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。 00.33469.810.91998.23.9961m/s塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段2.1塔径的计算混合气体的密度

PM

101.310328.04103

填料总比表面积：a132.5m2/m3水的黏度L1.004mPas采用贝恩泛点关联式计算泛点速度： alg[Ftg3

1/41/8 )4(

2aF t

.

0.3346

F

132.51.1661.0040.2μ——泛点气速，m/sg——重力加速度，．81m/sa——填料总比表面积，2／m3ε——填料层空隙率，3／m3V μ——液体粘度，mPas;A,K关联常数。料类型鲍尔环094275料类型梯环10675鲍尔环阶梯环2047575矩鞍176062257575取泛点率为0.6，即u0.6uF0.63.99612.3997m/s

0.6872m/s圆整后取 D0.7mD——塔径，m;u——空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s.1400、16002000、2200率校核：u

32003600

uF

0.5783（对于散装填料，其泛点率的经验值为u/uF0.5~0.85）格校核：

18.428淋密度校核：取最小润湿速率为：(L

min

0.08m3/(mh)a132.5m2/m3

min

(L

min

a

0.08132.510.6m3/(m2h)

10.78m3/(m2h)U

2.2填料层高度的计算及分段查表知，0C o0.17cm2/s

D

P T3(o)( )2，PT则293k ，101.3kpa下，NH3 在空气中的扩散系数为

101.3293 101.3273

)20.189cm2/s液相扩散系数D1.80109m2/s液体质量通量为U气体质量通量为U

229.77180.7850.7232001.1660.7850.72

10752.27kg/(m2h)9700.25kg/(m2h)

0.7540.046130.03478

脱吸因数为SmV

0.754122.46229

.4019传质单元数为： YY

0.00040

0.4019]8.144总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：aa

c)0.75

at

)0.1(UL2at)0.052g

)0.2}VVD材质的б

值见表3.2不同材质的б

蜡的表面查表知， 33dyn/cm427680kg/h2c

aa

7552.27

)0.1(

1075.272132.5998.221.27108

0.05

10752.272

)0.2}0.064365吸收系数由下式计算：

0.237( )0.7(a

aD )3(t V) 9700.25

.06228(1.1660.1891043600 )3(

4

0.1141kmol/(m2hkpa)吸收系数由下式计算：

a

)3(

)2(

27)3(998.21.801093600)2(

3.61.271088.2

表3.3各类填料的形状系数查表得：1.4572751945GaLa

aa

1.10.11410.064365132.51.451.11.464kmol/(m3hkpa)0.41.540.064365132.51.450.415.38391huF

0.57830.5

FF

GaLa

a[19.5(0.0.57830.5)1.4]1.4641.857kmol/(m3hkpa)a[12.6(0.57830.5)2.2]15.23815.38391 则Ga

a

H

La

1.857

0.72515.3839

1.5919kmol/(m3hkpa)

GaP

122.461.5919101.30.7850.7

.m由ZH 1.97438.14416.0787m 设计取填料层高度为：Z12m查表：对于阶梯环填料，h8~15,hmax6m将填料层分为两段设置，每段6m，两段间设置一个液体再分布器。

V)0.5

229.771832001.166

1.166(998.2

0.5

0.03788 查表得：116m1P标为：

P V

2.311211611.1669.81

1.0040.20.07383查图得，P451.26pa/m填料层压降为：P451.2612pa5.415kpa3.1液体分布装置的填料塔，尤其需要性能良好的液体分布装置。止塔内壁流和沟流现象.的液体分布装置有莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔管式分布器等。莲蓬式喷淋器:液体经半球形喷头的小孔喷出。小孔直径为3~10m，做同心圆排列，喷洒角不超过80。这种喷淋器结构简单，但只适用于直径小于600mm中，且小孔易堵塞。盘式分布器:盘低开有筛孔的称为塞孔式，盘底装有垂直短管的称为溢流管式。液体加至分布盘上，经筛孔或溢流短管流下。筛孔式的液体分布效果好，较大，且不易堵塞。盘式分布器常用于直径较大的塔中，可保证液体分布均匀，但其制造较麻烦。齿槽式分布器:液体先经过主干齿槽向其下个条形做第一级分布，然后再向多孔环管式分布器:由多孔圆形盘管、联接管及中央进料管组成。这种分布体阻力小，特别使用于液量小而气量大的填料吸收塔。在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。近年来的实践表明，大直径填料塔的放大问题主要是保证液体初始分布均于小型塔。液体分布装置的安装位置，须高于填料层表面200mm,以提供足够的自由空段可拆结构。填料层喷淋。式喷淋器采用塑料制造。点密度计算：ddon2gH每60cm2塔截面设一个喷淋点。则总布液孔数为：

0.7850.72

64.1164计算：

229.77183200998.2

m3/s0.00129m3/s取0.60，H160mm

n2gH接流入升气管，应在升气管上设帽盖。它的设计数据如下：分布盘外径-785mm，升气管数量---6.设支承板，截锥以下隔一段距离再放填料，需分段卸出填料时可用此型。0截锥型再分布器适于直径800mm以下的塔应用。填料层。边槽宽度为50～100mm，可依塔径大小选取，溢流管直径为16～32mm，一般取3～4根溢流管。此型结构简单，气体通过截面较大，可用于300～1000mm的塔中，其缺点是喷洒不够均匀。截面积，适用于600