化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)水吸收氨氣填料塔

1、 華北水利水電大學(xué) North China University of Water Resources and Electric Power 課 程 設(shè) 計(jì)題目 水吸收氨過(guò)程的 填料吸收塔設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專 業(yè) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 教務(wù)處制化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱化工原理課程設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)（學(xué)生人數(shù)） 指導(dǎo)教師 本學(xué)期承擔(dān)相應(yīng)課程教學(xué)任務(wù)情況 課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù)化工原理課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問(wèn)題復(fù)雜性、學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)基本知識(shí)的初次嘗試。通過(guò)本課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計(jì)的程序和

2、方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，還可以使學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度責(zé)任感的工作作風(fēng)。本次設(shè)計(jì)任務(wù)：水吸收氨過(guò)程的填料吸收塔設(shè)計(jì)1、 處理能力 2000 m3/h的空氣-氨混合氣體2、 設(shè)備形式 填料吸收塔3、 操作條件 混合氣含氨量6%（體積分?jǐn)?shù)，下同），塔頂排放氣體中含氨量低于0.02%。 操作壓力-常壓 操作溫度-20 填料類型 填料選用聚丙烯階梯環(huán)，規(guī)格自選。4、 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 20時(shí)氨在水中的溶解度系數(shù)H=0.725 kmol/(m3kPa)課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)中需要學(xué)生自己做出決策，即自己定方案、選擇流程、查取資料、進(jìn)行過(guò)程和設(shè)備計(jì)算，并要求對(duì)

3、自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)要求具體如下： 吸收塔的物料衡算； 吸收塔的工藝尺寸計(jì)算； 填料層壓降的計(jì)算； 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)； 整理設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果列表； 對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論； 繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖。 課程設(shè)計(jì)目標(biāo) 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，學(xué)生應(yīng)在下列幾個(gè)方面得到較好的培養(yǎng)和訓(xùn)練：1、熟悉查閱文獻(xiàn)資料、收集有關(guān)數(shù)據(jù)，正確選用公式；2、在兼顧技術(shù)上先進(jìn)性、可行性，經(jīng)濟(jì)上合理性的前提下，綜合分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定化工工藝流程，進(jìn)行設(shè)備選型，并提出保證過(guò)程正常、安全運(yùn)行所需的檢測(cè)和計(jì)量參數(shù)，同時(shí)還需考慮到操作維修的方便和環(huán)境保護(hù)的要求；3

4、、準(zhǔn)確而迅速地進(jìn)行過(guò)程計(jì)算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；4、用精煉的語(yǔ)言、簡(jiǎn)潔的文字、清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和計(jì)算結(jié)果。參考文獻(xiàn)及資料1 王志魁. 化工原理 M, 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 20092 姚玉英, 化工原理下冊(cè) M, 天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社, 20053 唐盛偉. 化工原理課程設(shè)計(jì)參考資料-填料吸收塔 M, 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 20004 賈紹義, 柴誠(chéng)敬. 化工原理課程設(shè)計(jì) M, 天津：天津大學(xué)出版社, 2002 5 周軍, 張秋利. 化工AutoCAD制圖應(yīng)用基礎(chǔ) M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2008目錄中文摘要.1英文摘要.2第1章 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介.4第2章 工藝計(jì)

5、算及主體設(shè)備選型.4 2.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù).4 2.1.1液相物性數(shù)據(jù).4 2.1.2氣相物性數(shù)據(jù).4 2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù).5 2.1.4物料衡算.5 2.2填料塔工藝尺寸的計(jì)算.6 2.2.1塔徑的計(jì)算.6 2.2.2填料層高度的計(jì)算.82.2.3填料層壓降的計(jì)算.10第3章 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型.11 3.1液體分布器.11 3.1.1液體分布器選型.11 3.1.2布液計(jì)算.11 3.2填料支撐裝置.11 3.3填料塔緊裝置.12 3.4氣液體進(jìn)出口裝置.12附錄.14水吸收氨過(guò)程的填料吸收塔設(shè)計(jì)（中文）摘要在化工生產(chǎn)過(guò)程中，原料氣的凈化、氣體產(chǎn)品的精制、治理有害氣體、保護(hù)環(huán)境等方

6、面都廣泛應(yīng)用到了氣體吸收。本次化工原理課程設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用填料吸收塔的方法處理含有氨氣的空氣，采用填料吸收塔吸收操作是因?yàn)樘盍峡梢蕴峁┚薮蟮臍庖簜髻|(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收易于進(jìn)行；填料塔有通量大、阻力小、壓降低、操作彈性大、塔內(nèi)持液量小、耐腐蝕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，從而使吸收操作過(guò)程節(jié)省大量人力和物力。在設(shè)計(jì)中,以水吸收混合氣中的氨氣，在給定的操作條件下對(duì)填料吸收塔進(jìn)行物料衡算。本設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)方案的選取、主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算-物料衡算、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算、主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。關(guān)鍵詞：吸收、填料塔、氨氣Design of pa

7、cked absorption tower in the process of water absorption of ammoniaAbstractIn the chemical production process, raw material gas purification, gas products refined, harmful gas treatment, environmental protection, etc., are widely applied to gas absorption. The purpose of the course design of chemica

8、l engineering principle is according to the design requirements of the packed absorption tower by ammonia containing air handling, using packing absorption tower absorption operation because of packing can be provided with a huge gas-liquid mass transfer area and the filler surface has good turbulen

9、ce conditions, so that the absorption is easy; packed tower with high flux, small resistance, pressure drop, high operating flexibility tower to a small amount of liquid, corrosion resistance, simple structure, separation and high efficiency, so that absorption process Save a lot of manpower and mat

10、erial resources.In the design, mixed gas of ammonia water absorption, under the given operating conditions on the filler absorbing tower of material balance. This design includes selection of design scheme and main equipment of the process design calculation, material balance calculation, equipment,

11、 size of the structure design and process design and calculation, the process conditions of main equipment such as map content.Keywords: absorption, packed tower, ammonia第1章 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介用水吸收氨氣為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程；逆流操作氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出。逆流操作的特點(diǎn)是：傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。填料選擇的是聚丙烯階梯環(huán)，屬于塑料填料；塑料填料的耐腐蝕性

12、能較好，并且具有質(zhì)輕、價(jià)廉、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)。階梯環(huán)填料屬于散裝填料，規(guī)格選用聚丙烯階梯環(huán)填料。氨氣在水中溶解度較大，故吸收劑選用清水；溫度在填料的適宜溫度下選擇20。第2章 工藝計(jì)算及主體設(shè)備選型2.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)2.1.1液相物性數(shù)據(jù)對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查得，20時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度：；粘度：表面張力：；NH3在水中的擴(kuò)散系數(shù)：2.1.2氣相物性數(shù)據(jù)進(jìn)塔前混合氣體的流量2000 m3/h為標(biāo)況下，所以0時(shí)氣體有關(guān)物性數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得如下：混合氣體的平均摩爾量：；混合氣體的平均密度：； 進(jìn)塔后操作溫度為20，20時(shí)氣體有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：混

13、合氣體的平均密度：；NH3在20空氣中的擴(kuò)散系數(shù)：；混合氣體粘度可近似取為空氣的粘度；混合氣體的粘度：；2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)已知20時(shí)氨在水中的溶解度系數(shù)H=0.725 kmol/(m3kPa)常壓下20時(shí)氨在水中的亨利系數(shù)【1】為： MS為溶劑的摩爾質(zhì)量，kg/kmol; S為溶劑即水的密度，kg/m3相平衡常數(shù)為：2.1.4.物料衡算G惰性氣體的流量，；L純吸收劑的流量，；Y1，Y2進(jìn)出吸收塔氣體的摩爾比；X1，X2出塔及進(jìn)塔液體中溶質(zhì)物質(zhì)量的比進(jìn)塔氣體摩爾比：出塔氣體摩爾比：進(jìn)塔惰性氣體的流量：該吸收過(guò)程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式【1】計(jì)算，即；對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)

14、程，進(jìn)塔液相組成為： 代入數(shù)值，得：；取實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.8倍，即有： 得：由，求得吸收液出塔濃度為：2.2填料塔的工藝尺寸的計(jì)算2.2.1塔徑的計(jì)算氣相質(zhì)量流量為；液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即；填料的泛點(diǎn)氣速可用經(jīng)驗(yàn)方程式計(jì)算，即貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式【2】： 式中：泛點(diǎn)氣速，m/s；g重力加速度，9.8m/s2；填料總比表面積，m2/m3；填料層空隙率，%； A、K關(guān)聯(lián)常數(shù)； 常數(shù)A和B與填料的形狀及材質(zhì)有關(guān)，本次所選的塑料階梯環(huán)填料的A、K值經(jīng)查手冊(cè)得：A=0.204，K=1.75本次選用的是聚丙烯階梯環(huán)填料，所以，,，代入關(guān)聯(lián)式：解得：，空塔氣速一般取泛點(diǎn)氣速的50%80

15、%，??；由（注：Vs為操作條件下混合氣體流量，即20下氣體流量，m3/s）圓整塔徑，取 。泛點(diǎn)率校核：（在允許的范圍之內(nèi)）填料規(guī)格校核：液體噴淋密度校核：選擇填料直徑為50mm，小于75mm，取最小潤(rùn)濕速率為；液體噴淋計(jì)算式為；式中液體噴淋密度，；液體噴淋量，；塔填料直徑，；數(shù)據(jù)代入得：經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=500mm合理。2.2.2填料層高度計(jì)算；脫吸因數(shù)為:氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為【2】: 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式【2】計(jì)算：氣膜傳質(zhì)系數(shù)：氣膜傳質(zhì)系數(shù)：；其中式中氣體質(zhì)量通量：液體質(zhì)量通量：；(20)；(20)；填料材質(zhì)的臨界表面張力（查表得）：代入得： 因?yàn)?，所以需要

16、按下式進(jìn)行校正，即； 得則 塔截面積，；工藝計(jì)算得到的填料層高度：設(shè)計(jì)時(shí)的填料高度：設(shè)計(jì)取填料層高度為：；取，；計(jì)算得填料層高度為6000mm,需分成兩段，每段3米；2.2.3填料層壓降的計(jì)算采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖【1】計(jì)算填料層壓降；橫坐標(biāo)：；縱坐標(biāo)：；其中散裝填料壓降填料因子平均值：；水的密度與液體密度比值：；溶液粘度：；空塔氣速：；重力加速度：；根據(jù)橫縱坐標(biāo)查關(guān)聯(lián)圖得：第3章 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型3.1液體分布器3.1.1液體分布器選型該吸收塔塔徑較小D=500mm，而多孔直管式噴淋器適用于600mm以下的塔，因此在本次設(shè)計(jì)中我采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋裝置。分布點(diǎn)密度計(jì)算：按Ec

17、ket建議值，D=500mm時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為285點(diǎn)/m2；布液點(diǎn)數(shù)：點(diǎn)。按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：分布為11道環(huán)圓孔，每道孔分布5個(gè)孔，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為n=55點(diǎn)。3.1.2布液計(jì)算由 取 設(shè)計(jì)取3.2填料支承裝置 支承板是用以支承填料和塔內(nèi)持液的部件。常用的填料支承板有柵板型、孔管型、駝峰型等。對(duì)于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型支承板。設(shè)計(jì)中，為防止在填料支承裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生液泛，要求填料支承裝置的自由截面積應(yīng)大于75%。在本次設(shè)計(jì)中，選用的是孔管型支承裝置。3.3填料壓緊裝置 為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)或跳動(dòng)，需在填料層上方設(shè)置填料

18、壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網(wǎng)板、金屬壓緊器等不同類型。對(duì)于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板。設(shè)計(jì)中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于70%。在本次設(shè)計(jì)中，選用的是壓緊柵板。3.4氣液體進(jìn)出口裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對(duì)500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對(duì)1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b置。氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡(jiǎn)單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對(duì)除沫要求高時(shí)可采用旋流板除霧器。液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口氣速可取0.71. 5m/s（必要時(shí)可加大些）。選擇原料氣流速u(mài)=20m/s管線直徑 =根據(jù)管材規(guī)范，該直徑D應(yīng)選取的管材，其內(nèi)徑為0.2m，其實(shí)際流速為：（符合標(biāo)準(zhǔn)）氣體進(jìn)口直徑取：D=0.2m選擇吸收劑流速u(mài)=1.5m/s管線直徑 根據(jù)管材規(guī)范，該直徑D應(yīng)選取的管材，其內(nèi)徑為25mm，其實(shí)際流速為：（符合標(biāo)準(zhǔn)）液體進(jìn)口直