水吸收氨氣過程填料吸收塔的設計

1、課程設計任務書一、設計題目：水吸收氨氣過程填料吸收塔的設計；試設計一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空氣中的氨氣。混合氣體的處理量為2600m3/h,其中含氨為7%(體積分數(shù))，混合氣體的進料溫度為25C。要求：氨氣的回收率達到98%。(20C氨在水中的溶解度系數(shù)為H=0.725kmol/(m3.kPaj)二、工藝操作條件：(1)操作平均壓力常壓(2)操作溫度：t=20C(3)吸收劑用量為最小用量的倍數(shù)自己確定(4)選用填料類型及規(guī)格自選。三、設計內(nèi)容(1)設計方案的確定和說明(2)吸收塔的物料衡算；(3)吸收塔的工藝尺寸計算；(4)填料層壓降的計算；(5)液體分布器簡要設計；(6)繪制液體分布

2、器施工圖(7)吸收塔接管尺寸計算；(8)設計參數(shù)一覽表；(9)繪制生產(chǎn)工藝流程圖(A4號圖紙)；(10)繪制吸收塔設計條件圖(A4號圖紙)；(11)對設計過程的評述和有關問題的討論。1 .設計方案簡介11.1 設計方案的確定11.2 填料的選擇12 .工藝計算12.1 基礎物性數(shù)據(jù)12.1.1 液相物性的數(shù)據(jù)12.1.2 氣相物性的數(shù)據(jù)12.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)12.1.4 物料衡算12.2 填料塔的工藝尺寸的計算22.2.1 塔徑的計算22.2.2 填料層高度計算32.2.3 填料層壓降計算62.2.4 液體分布器簡要設計73 .輔助設備的計算及選型83.1 填料支承設備83.2 填料壓緊

3、裝置83.3 液體再分布裝置84 .設計一覽表95 .后記96 .參考文獻97 .主要符號說明108 .附圖（工藝流程簡圖、主體設備設計條件圖）1 .設計方案簡介1.1 設計方案的確定該填料塔中，氨氣和空氣混合后，經(jīng)由填料塔的下側進入填料塔中，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。1.2 填料的選擇金屬環(huán)矩鞍選用50X40X1.0的金屬環(huán)矩鞍填料，其主要參數(shù)如下:比表面積a：74.9m2/m3濕填料因子：84m12.工藝計算2.1 基礎物性數(shù)據(jù)2.1.1 液相物性的數(shù)據(jù)3L998.2(kg/m)2L72.6(dy

4、n/cm)940896(kg/h2)空隙率：0.96填料常數(shù)A:0.06225K:1.75L1004106(Pas)3.6(kg/1h)93Dl1.76109(m3/s)2.1.2氣相物性的數(shù)據(jù)混合氣體平均密度：vm1.151kg/m32c=427680(kg/h)空氣黏度:v1.81105(Pas)0.065(kg/m|h)2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)273K,101.3Kpa氨氣在空氣中擴散系數(shù):D00.17(m2/s)2.1.4物料衡算20C,101.3Kpa下氨氣在水中的溶解度系數(shù)0.725kmol/mkpasHMSPS0.725998.20.75418101.3進塔氣相摩爾比:Y10.0

5、70.075310.07出塔氣相摩爾比:丫2X(1)0.0753(10.98)0.00151對于純?nèi)軇┪者^程,進塔液相組成：X2kmol/h98.891kmol/h混合氣體流量：V1進塔惰性氣體流量：V100027341.59629322.42600273%(10.07)22.4298吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算:L丫1丫2丫1丫2VminX1X2丫LX2m取操作液氣比為最小液氣比的0.07530.00151八0.7390.075300.7541.5倍，可得吸收劑用量為:L1.50.73998.891109.620Kmol/h根據(jù)全塔物料衡算式：V(Y1-Y

6、2)=L(X1-X2)vV(Y1丫2)0.07530.00151X1-lLX20.0666kmol/hL0.7391.5液氣比：%109.62018.020.660WV26001.1512.2填料塔的工藝尺寸的計算2.2.1 塔徑的計算采用貝恩-霍夫泛點關聯(lián)式：ig2Ufatvig2Ufat0.062250.2L0.2WL1.751(0.661)4Wv1.151(998.2)0.0.6152UFatG3gl0.2L0.243_3Uf0.2439.810.96998.2c，4.940m/s74.91.1511.004取泛點率為0.6,即u0.6uf0.64.942.964m/s426001-3.

7、141.28536000.557m圓整后取D0.6m泛點率校核:260036002.556m/suUf2.5564.940.517（在允許的范圍內(nèi)）填料規(guī)格校核：D空0128d50液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：（Lw）min0.08m0.7850.62/（mh）at74.9m2/m3所以Umin(Lw)minat0.081105.992m3/(m2h)LhIZ"20.785D109.6218.02998.20.7850.62327.002m/(mh)Umin經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D0.6m合理。2.2.2 填料層高度計算查表知，0C,101.3kpa下,NH3在空氣中的

8、擴散系數(shù)Do0.17cm2/s由Dgc/Po、/T、2Do()()PTo則293k,101.3kpa下，NH3在空氣中的擴散系數(shù)為DgDo(3101.3)(293)2101.3)(273)2.0.189cm/s液相擴散系數(shù)Dl1.80109m2/s液體質(zhì)量通量為UL氣體質(zhì)量通量為UV109.6218.020.7850.6226989.92kg/(m2h)26001.15120.7850.6210589.53kg/(m2h)YimX10.7540.07530.0568Y2mX20脫吸因數(shù)為SmV0.7540.6802L0.7391.5氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：1c丫1Y2cNogLn(1S)-S1SY

9、2y21Ln(10.6802)0.075300.68028.79010.68020.001510氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算:2.2acx0.75/Ul0.1/Ulat、0.05/UL0.21exp1.45()()(一2)()atlatllgLLa查表知，c75dyn/cm972000kg/h2所以,aw972000n.75,6989.921exp1.45()(-at94089674.93.66989.92274.9(Z-2Z8)998.21.27100.052(6989.9)020.5552998.294089674.9氣膜吸收系數(shù)由下式計算：10.2373產(chǎn)(一)3(警)at

10、vvDvRT10589.530.70.065174.90237()(4)(74.90.0651.1510314293_20.1011kmol/(mhkpa)液膜吸收系數(shù)由下式計算：l0.0095(Ulaw2-)3(LLDl1)3L0.00956989.920.555274.93.62)33.63.61.2710878.1056查表得：1.45uUf_9998.21.80103600998.211_113GaGaw0.10110.555274.91.456.3269kmol/(m3hkpa)Lalaw0.478.10560.555274.91.

11、45043764.0891h0.5170.5Ga由La19.5Uf12.6(-Uf0.5)1.4Ga0.5)2.2LaGa1La19.5(0.5170.5)1.46.32696.5271kmol/(m3hkpa)2.6(0.5170.5)2.23764.0893765.34查表得:hGa111gaHLa_.一3.、6.5115kmol/(mhkpa)6.52710.7253765.34HOGKya0.5305mV98.891Z1-2GaP6.5115101.30.7850.62由ZHogNog0.5318.7904.663mZ1.204.6635.596m設計取填料層高度為：Z6m6m查表：對

12、于環(huán)矩鞍填料，£815,hmax計算得填料高度為6000mm,故不需分段。2.2.3 填料層壓降計算采用Eckert通用關聯(lián)圖計算填料層壓降橫坐標為:-(V上)0.5L0.6601.151)0.5(998.20.022471m縱坐標為:0.2L2.5562719.81黑1.0040.20.0546o<u*iCM11上!111F0Lt»CJ0QC.-QAOJ44DAOKIjOc.o«C-Me04091OOM040214«10P查圖，得34.6pa/m填料層壓降為：P34.66207.6pa2.2.4 液體分布器簡要設計2.2.4.1 液體分布器簡的類

13、型該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器。槽式液體分布器2.2.4.2 分布密度的計算為了使液體初始分布均勻，原則上應增加單位面積上的噴淋點數(shù)。但是，由于結構的限制，不可能將噴淋點設計得很多根據(jù)Eckert建議，當D750mm時，分布點密度為170點/m2時。則總布液孔數(shù)為:_2，一n0.785D0.617048.04取補液孔數(shù)為：48點布液計算:由LS5.49104m3/sLs/On.2gH109.62183,m/s3600998.2取0.60,H2000mmdo4LSn,2gH一一445.49104,3.14480.629.810.20.0035m取d04mm有計算

14、得，設計布液點數(shù)為48點，直徑為4mm3.輔助設備的計算及選型3.1 填料支承設備填料支承結構用于支承塔內(nèi)填料及其所持有的氣體和液體的重量之裝置。對填料的基本要求是：有足夠的強度以支承填料的重量；提供足夠的自由截面以使氣液兩相流體順利通過，防止在此產(chǎn)生液泛；有利于液體的再分布；耐腐蝕，易制造，易裝卸等。常用填料支承板有柵板式和氣體噴射式。這里選用分塊梁式支承板。駝峰支撐3.2 填料壓緊裝置為保持操作中填料床層為一高度恒定的固定床，從而保持均勻一致的空隙結構。使操作正常，穩(wěn)定，在填料安裝后在其上方要安裝填料壓緊裝置。這樣可以防止在高壓降，瞬時負荷波動等情況下填料床層發(fā)生松動和跳動。填料床層限位器

15、適用于除脆性易碎材質(zhì)填料以外的填料（如金屬、塑料填料）。本次設計的填料是金屬環(huán)矩鞍，所以選擇填料床層限位器。I3.3 液體再分布裝置在離填料頂面一定距離處，噴淋的液體便開始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔中心處填料的不到好的潤濕，形成所謂的“干錐體”的不正?，F(xiàn)象，減少了氣液兩相的有效接觸面積。因此每隔一定的距離設置液體再分布裝置，以克服此現(xiàn)象。由于填料塔層高度為6米，所以不需要液體再分布器4.設計一覽表吸收塔類型金屬環(huán)矩鞍吸收填料塔混合氣體處理量(m3/h)2600塔彳全D(m)0.6填料層圖度Z(m)6氣相總傳質(zhì)單元高度(m)0.5305氣相總傳質(zhì)單元數(shù)8.790泛點氣速(m/s)4.940泛

16、點率0.6壓降(pa)207.6操作壓力(kpa)101.3操作溫度(C)20填料直徑(mm)25孔隙率s0.96填料比表卸積a(m7m3)74.9填料常數(shù)A0.06225填料常數(shù)K1.755 .后記在課程設計過程中，我加深了對課本知識的認識，也鞏固了所學到的知識。此次課程設計按照設計任務書、指導書、技術條件的要求進行。在設計過程中，我通過跟同學之間相互討論與向老師提問，整體設計基本滿足使用要求，但是在設計指導過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題，發(fā)現(xiàn)自己基礎知識不牢固，需加強學習，擴大知識面的廣度。另外，我通過這次的課程設計，我對從填料塔設計方案到填料塔設計的基本過程的設計方法、步驟、思路、有一定的了解與認

17、識。6 .參考文獻1大連理工大學等.化工容器與設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，1989*2陳敏恒等.化工原理.北京：化學工業(yè)出版社，20043匡國柱，史啟才等.化工單元過程及設備課程設計.北京：化學工業(yè)出社，20024華南理工大學化工原理教研室著.化工過程及設備設計M,廣州：華南理工大學出版社1986.5賈紹義，柴誠敬.化工原理課程設計M.天津:天津大學出版社，2002.7 .主要符號說明a填料層的有效傳質(zhì)比表向積(mZm3)aw填料層的潤滑比表向積m2m3A吸收因數(shù)；無因次d填料直徑，mm;dp填料當量直徑，mmD-擴散系數(shù)，m2/s;塔徑E一亨利系數(shù)，KPag重力加速度,kg/(m2.h)

18、H溶解度系數(shù)，kmol/(m3KPa)HOG氣相總傳質(zhì)單兀局度，mkG一氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m3s.KPa)NOG氣相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次Kl一氣膜吸收系數(shù)，kmol/(m3.s.KPa)R-氣體通用常數(shù)，8.314kJ/(kmol.K)S-解吸因子T-溫度，0cu空塔速度，m/sUf液泛速度，m/sV一惰性氣體流量，kmol/hVS混合氣體體積流量，m3/hVi-混合氣體流量，kmol/hL是吸收液重kmol/h一填料因子，m-LS吸收劑用事kmol/h;kmol/sp壓降填料因子，-1m-液體密度校正系數(shù)x-溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率無因次y-溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率無因次Z一-填料層高度mmin取小的max-最大的枯皮Pa.s、3密度kg/m表向張力N/m