水吸收氨過程填料塔的設(shè)計(jì)

1、15淮陰工學(xué)院化工原理課程設(shè)計(jì)說明書淮 陰 工 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)說明書作 者:學(xué) 號(hào)：系 (院):生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院專 業(yè):化學(xué)工程與工藝題 目:水吸收氨過程填料塔的設(shè)計(jì)指導(dǎo)者： 2014年6月淮 陰 工 學(xué) 院化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 （III）專業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班級(jí)： 化工 姓名： 學(xué)號(hào)： 設(shè)計(jì)日期： 2014 年 6 月 16 日 至 2014 年 6 月 27 日設(shè)計(jì)題目：水吸收氨過程填料塔的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件：混合氣處理量 570 m3/h，其中含氨為8%（體積分?jǐn)?shù)），要求塔頂排放氣體中含氨低于0.08%（體積分?jǐn)?shù)），采用清水進(jìn)行吸收，操作壓力為常壓，操作溫度為2

2、0，該溫度下氨在水中的溶解度系數(shù)為 H=0.725 kmol/(m3kPa)。設(shè)計(jì)內(nèi)容:1、吸收塔的物料衡算；2、吸收塔填料層壓降的計(jì)算；3、吸收塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算；4、吸收塔的相關(guān)工藝尺寸計(jì)算；5、繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖。 指導(dǎo)教師： 2014年 6 月 6 日目錄1引言 41.1目的要求 41.2填料塔結(jié)構(gòu)及原理42塔設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容 43確定設(shè)計(jì)方案 53.1流程圖及流程說明53.2填料及吸收劑的選擇54工藝計(jì)算 541吸收塔物料橫算 642塔徑的計(jì)算 643填料層的計(jì)算 75填料塔壓降的計(jì)算106液體分布器設(shè)計(jì)117填料支撐裝置118氣體的入塔分布119設(shè)計(jì)一覽表1110設(shè)計(jì)

3、小結(jié)1311參考文獻(xiàn)12 CAD工程制圖1 引言1.1 目的要求1、化工原理課程設(shè)計(jì)涉及本門課程的主要內(nèi)容，通過課程設(shè)計(jì)學(xué)生不僅鞏固和深化了有關(guān)化工過程及設(shè)備方面的知識(shí)，而且可用它們?nèi)シ治龊徒鉀Q化工設(shè)備在操作、安裝、檢修等方面的實(shí)際問題，以增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)。2、通過化工原理課程設(shè)計(jì)使學(xué)生建立工程觀點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，使學(xué)生具有辨證的科學(xué)思維方法。3、通過查閱技術(shù)資料、選用公式、搜集數(shù)據(jù)、討論工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的相互影響等，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。4、提高學(xué)生文字表達(dá)能力及掌握撰寫技術(shù)文件的能力。1.2 填料塔結(jié)構(gòu)及原理塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、塑料或陶瓷制成，金屬筒體內(nèi)壁

4、常襯以防腐材料。 填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類，是傳熱和傳質(zhì)的場(chǎng)所。塔內(nèi)件：包括填料支承與壓緊裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。操作原理：液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流動(dòng)，并與在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。 2 填料塔設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容混合氣處理量 570 m3/h，其中含氨為8%（體積分?jǐn)?shù)），要求塔頂排放氣體中含氨低于0.08%（體積分?jǐn)?shù)），采用清水進(jìn)行吸收。操作壓力為常壓，操作溫度為20，該溫度下氨在水中的溶解度系數(shù)為 H=0.725 kmol/(m3kPa)。設(shè)計(jì)內(nèi)容:1、吸收塔的物料衡算；2、

5、吸收塔填料層壓降的計(jì)算；3、吸收塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算；4、吸收塔的相關(guān)工藝尺寸計(jì)算；5、繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖。 3 確定設(shè)計(jì)方案3.1流程圖及流程說明該填料塔中，氨氣和空氣混合后，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進(jìn)入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進(jìn)行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排除，吸收了氨氣的水 由填料塔的下端流出。（如右圖所示）3.2填料及吸收劑的選擇 該過程處理量不大，所用的塔直徑不會(huì)太大，可選用16*8.9*1.0聚丙烯階梯環(huán)塔填料，其主要性能參數(shù)如下：比表面積at：370 空隙率：0.85干填料因子：根據(jù)所要處理的混合氣體，可采用水為吸收劑，其廉價(jià)易得，物理化

6、學(xué)性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對(duì)吸收劑的基本要求。4 工藝計(jì)算對(duì)低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)?；旌蠚怏w的黏度可近似取為空氣的黏度?？諝夂退奈镄猿?shù)如下：空氣：水：41吸收塔物料橫算查表知，20下氨在水中的溶解度系數(shù)亨利系數(shù) 相平衡常數(shù)進(jìn)塔氣相摩爾比為：出塔氣相摩爾比為：對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：(清水)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為： 混合氣體流量：混合氣體流量：最小液氣比：取實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.5倍，則可得吸收劑用量為：液氣比 42塔徑的計(jì)算混合氣體的密度 采用貝恩-霍根泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度：取泛點(diǎn)率為0.6，即圓整后取 泛點(diǎn)率校核：（在0.5到0

7、.8范圍之間）填料規(guī)格校核： 液體噴淋密度校核：取最小潤(rùn)濕速率為： 所以得，故滿足最小噴淋密度的要求.43填料層的計(jì)算查表知， 0，101.3 下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)由，則293，101.3下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為液相擴(kuò)散系數(shù)液體質(zhì)量通量為氣體質(zhì)量通量為脫吸因數(shù)為所以氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：查表知，所以，氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：查表得：則所以可以由得到所以由 由 取上下活動(dòng)系數(shù)為1.5設(shè)計(jì)取填料層高度為：6m.5 填料塔壓降的計(jì)算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降橫坐標(biāo)為：查表得：縱坐標(biāo)為：Eckert圖查圖得，填料層壓降為

8、：6 液體分布器設(shè)計(jì)液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達(dá)到預(yù)期分離效果的重要條件。液體分布裝置的安裝位置，須高于填料層表面200mm,以提供足夠的自由空間，讓上升氣流不受約束地穿過分布器。根據(jù)該物系性質(zhì)，可選用目前應(yīng)用較為廣泛的多孔型布液裝置中的排管式噴淋器。多孔型布液裝置能提供足夠均勻的液體分布和空出足夠大的氣體通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆結(jié)構(gòu)。液體引入排管噴淋器的方式采用液體由水平主管一側(cè)引入，通過支管上的小孔向填料層噴淋。由于液體的最大負(fù)荷低于，按照設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)可提供良好的液體分布：主管直徑-50mm,支管排數(shù)-5,排管外緣直徑-160mm，最大體積流量-12

9、.57 填料支撐裝置填料支撐裝置對(duì)于保證填料塔的操作性能具有重大作用。采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自由截面較大、金屬耗用量較小的柵板作為支撐板。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支撐，以取得較大的孔隙率。由于采用的是的填料，所以可用的十字環(huán)。8 氣體的入塔分布設(shè)計(jì)位于塔底的進(jìn)氣管時(shí)，主要考慮兩個(gè)要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動(dòng)的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時(shí)，本裝置由于直徑較小，可采用簡(jiǎn)單的進(jìn)氣分布裝置。由于對(duì)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴(yán)，可不設(shè)除液沫裝置。9 設(shè)計(jì)一覽表1填料塔設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表塔徑0.4m

10、填料層高度6m 填料規(guī)格16*8.9*1.0聚丙烯階梯環(huán)塔填料操作液氣比0.662 1.5倍最小液氣比壓降981 Pa2 填料塔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一覽E亨利系數(shù)， 氣體的粘度，1.73=6228 平衡常數(shù) 0.7532 水的密度和液體的密度之比 1 重力加速度， 9.81 =1.27 分別為氣體和液體的密度，1.1836；998.2； =5358.89572/h =7056.6kg/h分別為氣體和液體的質(zhì)量流量氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)， 填料層高度， 塔截面積，氣相總傳質(zhì)單元高度， 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)以分壓差表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，單位體積填料的潤(rùn)濕面積 100 91.7%以分壓差表示推動(dòng)力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)，溶解

11、度系數(shù)，0.725以摩爾濃度差表示推動(dòng)力的液摩爾傳質(zhì)系數(shù)，氣體常數(shù)，氨氣在空氣中中的擴(kuò)散系數(shù)及氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù); 液體質(zhì)量通量為： =WL/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(h)氣體質(zhì)量通量為： =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(h)10 設(shè)計(jì)小結(jié)通過本次的課程設(shè)計(jì)，我們受到一次化工設(shè)計(jì)專業(yè)技術(shù)方面的基本訓(xùn)練，從而了解和掌握化工計(jì)算的基本知識(shí)、基本方法，培養(yǎng)我們獨(dú)立分析和解決化工技術(shù)問題的能力。作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，是把課堂上學(xué)到的

12、系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。通過課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們的能力：首先培養(yǎng)了我們查閱資料，選用公式和數(shù)據(jù)的能力，其次還可以從技術(shù)上的可行性與經(jīng)濟(jì)上的合理性兩方面樹立正確的設(shè)計(jì)思想，分析和解決工程實(shí)際問題的能力，最后熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖的能力以及用簡(jiǎn)潔文字，圖表表達(dá)設(shè)計(jì)思想的能力。參考文獻(xiàn)1.化學(xué)工程手冊(cè)編輯委員會(huì).化學(xué)工程手冊(cè)汽液傳質(zhì)設(shè)備.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19892.徐崇嗣等.塔填料產(chǎn)品及技術(shù)手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19953.匡國(guó)柱，史啟才等.化工單元過程及設(shè)備課