水吸收氨過程填料吸收塔的設(shè)計(課程設(shè)計)

化工原理課程設(shè)計說明書目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument".設(shè)計方案簡介 1\o"CurrentDocument".設(shè)計計算 2（一）設(shè)計方案的確定 2（二）填料的選擇 2（三）基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 2.液相物性數(shù)據(jù) 2.氣相物性數(shù)據(jù) 2.氣液相平衡數(shù)據(jù) 2（四）物料衡算 3（五）填料塔的工藝尺寸的衡算 3.塔徑計算 3.填料層高度計算 4（六）填料層壓降計算 6（七）液體分布器簡要設(shè)計 6.液體分布器的選型 6.分布點密度計算 7.布液計算 7（八）計算結(jié)果列表 8\o"CurrentDocument".設(shè)計體會 8\o"CurrentDocument".參考文獻(xiàn) 8---一、設(shè)計方案簡介：塔設(shè)備是化工、石油化工、生物化工、制藥等生產(chǎn)過程中廣泛采用的氣液傳質(zhì)設(shè)備，根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式，可分為板式塔和填料塔兩大類。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡或噴射形式穿過板上的液層，進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱。在正常操作下，氣相為分散相，液相為連續(xù)相，氣相組成呈階梯變化，屬逐級接觸逆流操作過程。填料塔內(nèi)裝有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流向上流動，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱。在正常操作下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相，氣相組成呈連續(xù)變化，屬微分接觸逆流操作過程。工業(yè)上，塔設(shè)備主要用于蒸儲和吸收傳質(zhì)單元操作過程。蒸儲過程多選用板式塔，而吸收過程多選用填料塔。本次題目要求設(shè)計一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量為341300m3/h,其中含氨為5%（體積分?jǐn)?shù)），要求塔頂排放氣體中含氨低于0.02%（體積分?jǐn)?shù)）。采用清水進(jìn)行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。⑴操作條件：①操作壓力：常壓②操作溫度：20c③填料類型：選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選。④每年按300天計，每天24小時連續(xù)運行。⑤廠址：天津地區(qū)。⑵設(shè)計要求：①吸收塔的物料衡算；②吸收塔的工藝尺寸設(shè)計；③填料層壓降的計算；④液體分布器簡要設(shè)計；⑤繪制吸收塔繪制吸收塔計算結(jié)果列表；⑥對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論。⑶設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)20c下氨在水中的溶解度系數(shù)為H=0.725kmol/（m2kPa）。

二、設(shè)計計算:(一)設(shè)計方案的確定用水吸收NH3屬中等溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且NH3不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?二)填料的選擇對于水吸收NH3的過程，操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用DN38聚丙烯階梯環(huán)填料。(三)基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù).液相物性數(shù)據(jù)對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得， 20c時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為：L-998.2kg/m3粘度為」L=0.001Pas=3.6kg/(mh)表面張力為 cL=72.6dyn/cm=940896kg/h2NH3在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 Dl=1.76M10”m2/s=6.336x10"m2/h.氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為MV「yiMi=0.0517.0310.9529=28.4混合氣體的平均密度為PMvmRT101.32528.48.314PMvmRT101.32528.48.314293=1.181kg/m3混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得 20c空氣的粘度為，=1.8110,Pas=0.065kg/(mh)查手冊并計算得NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為4.36父10中2(，+，)12DV: 1MAMB=1.79510qm2；s=0.0646m2/hP(Va3vB3)2.氣液相平衡數(shù)據(jù)由題目已經(jīng)20c下氨在水中溶解度系數(shù)為H=0.725kmol/(kPam3)則常壓下20c時NH3在水中的亨利系數(shù)為E」HMsE」HMs相平衡常數(shù)為Em=—P101.325(四)物料衡算2=0.754進(jìn)塔氣相摩爾比為1-y1 11-y1 1-0.05出塔氣相摩爾比為0.05 =0.05261-y2 1-0.00020.0002 二0.0002LVmin0.754LVmin0.754由題意知，操作液氣比為V=1.5Vmin=1.50.742167=1.113進(jìn)塔惰性氣體流量為341300 273V= (1—0.05)=13486.7kmol/h22.4 27320該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算，即Y—Y2WJmin 丫/m—X2對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為X2=0=0.0526一0.0002=0.7421670.0526八 -0L=1.11313486.737—15014.1mol/hV(Y-Y2)=L(X1-X2)? 13486.737(0.0526-0.0002)X1二 二0.052415014.1(五)填料塔的工藝尺寸的計算.塔徑計算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速。氣相質(zhì)量流量為wV=3413001.181=403075.3kg/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即wL=15014.12黑18.02=243031kg/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為

WlTOC\o"1-5"\h\z0.5 0.5Wl=0.0207_243031 1.181=0.0207―403075.3 998.2查通用關(guān)聯(lián)圖得等髀田3查散裝填料泛點填料因子平均值表得f=170m，Uf0.23g'f'-?V」0.20.239.81998.2■,1700.02071.18110.2=58.19m/s取u=0.8Ufu0.858.19=46.55m/s4V1 4341300/3600d?由D=.s 1.61m.二u一3.1446.552圓整塔徑，取D=1.8m泛點率校核:341300/36000.7851.82341300/36000.7851.82=37.275m/s?=37.275m100%=64.3%(在允許范圍內(nèi))uF 58.19填料規(guī)格校核:D1800D1800d一38=47.368液體噴淋密度校核:取最小潤濕速率為(LW)min=0.08m3/mh查常用散裝填料的特性參數(shù)表得at=132.5m2/m3Umin=(LW)minat=0.08132.5=10.6m3/m2h=95.7Umin243031/998.2=95.7Umin20.7851.82經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1800mm合理。.填料層高度計算*Y*Y1=mX1*Y2=mX2=0.7540.0524=0.0395脫吸因數(shù)為cmVS二-LcmVS二-L0.75413486.7415014.12=0.677氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為S-1—(rL——1—ln(1-0.677)0.01310.6771-0.677 _ 0.0002=9.518氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算:%=1-exp-1.45(—)075(at收)0.1(aMU2at)-0.05(UL)0.2

：L二LA查常見材質(zhì)的臨界便面張力值表得二c=33dyncm=427680kgh2液體質(zhì)量通量為243031 2UL 2=95553.5Skg/(m2h)0.7851.82aw.r一匚/427680*7：(95553.59)=1-exp{-1.45xq 1940896J 1132.5父3.61 、I 2 -0.0595553.59^132.5998.22x1.27x108，J95553.5921998.2m940896M132.5j氣膜吸收系數(shù)由下式計算：P2}=0.632kG=0.230.7113居V^DV—氣體質(zhì)量通量為h)3413001.181 2h)UV= 2 158478.92kg/(m0.7851.8kG=0.2371,5847^920.065132.50.0635v , ) (1.1810.0646132.8r646293=0.7Q3nolAfikPa液膜吸收系數(shù)由下式計算:kL=0.0095(.盧(一心

-L95553.59 )%0.653132.53.6 998.26.33610aw」L=0.0095(3.6J2(3.61.2710998.2=1.396mh由 kGa=除a里=1.45則％a=(a1 1 .一 一,查常見填料的形狀系數(shù)表得1.1=0.7630.653132.5.11.45299.34kmol/(mkLa=K瑞°.4=.3960.6^53132.5.41=45%140.由由則由由u——=64.3% 50%UfkGa=[1+9.5-(- 01..5G)a,]k；a=[1+2.6(—-0.5)2.2]kLa得Uf UfkGa=1+9.5x(0.643—0.5；Tx99.34=161.33kmol/(m3hkPa)k；a=°+2.60.643(根5 140.久145.2KGa-111 - 1 1 1 -63.65kmol.(m3Lh_kPa)+—^——+--:——:——-kGaHkLa161.330.725145.2=0.822mVV 13486.74 =0.822mKYa11"KGaP'1-63.650.7851.82101.325Z=HOGNOG=0.8229.518=7.82mZ=1.257.82=9.78m設(shè)計取填料層高度為Z'=10m查表得，對于階梯環(huán)填料，/8~15%￡6mm取n=8則Dh=8180*14m0i0計算得填料層高度為10000mm,故不需分段。（六）填料層壓降計算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降橫坐標(biāo)為Wl(1v)0.5四：L=0.0207查散裝填料壓降填料因子平均值表得p-116m4縱坐標(biāo)為UU」0.2:46Y5 116 0.511.01的665g1 9.81 998.2查埃克特通用關(guān)聯(lián)圖得P/Z=392Pa/m填料層壓降為滬=392410=39240Pa（七）液體分布器簡要設(shè)計.液體分布器的選型

該吸收塔液相負(fù)荷較小，而氣相負(fù)荷相對較大，故選用槽式液體分布器.分布點密度計算按Eckert建議值，D至1200mm時，噴淋點密度為42點/m2,因該塔液相負(fù)荷較小，設(shè)計取噴淋點密度為2000點/m2布液點數(shù)為.n=0.7851.8 2000=5086點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點設(shè)計。設(shè)計結(jié)果為：二級槽共設(shè)七道，在槽面開孔，槽寬度為80mm,槽高度為210mm,兩槽中心矩為340mm。分布點采用三角形排列，實際設(shè)計布點數(shù)為n=5086點示意圖如下圖所示「AY--A-A一務(wù)-V*一Y--A-V-Y--A?A?A80-A*-F-?A->34。340340340340-A-A一務(wù)-V*一Y--A-V-Y--A?A?A80-A*-F-?A->34。340340340340340槽式液體分布器二級槽的布液點示意圖.布液計算

由 Ls=4d2n\2gTH取=0.60H=34n0ndo4243031/998.2do4243031/998.23600[nej2gAH,-^3.14x5086x0.672x9.81x0.34_4Ls=0.033設(shè)計取d0=33mm（八）計算結(jié)果列表操作壓力常壓Y10.0526操作溫度20C丫20.0002工作介質(zhì)變換氣，水X10.0524填料形式階梯環(huán)X20.0000塔徑1800mm填料層壓降39240Pa填料高度10000mm布液點數(shù)5086d033mm三、設(shè)計體會經(jīng)過了一周多時間的課程設(shè)計，現(xiàn)在終于完成了這次的課程設(shè)計要求，現(xiàn)在終于有了一點的心得。在本學(xué)期，我們學(xué)習(xí)了《化工原理》這一課程，《化工原理》是化學(xué)工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它的內(nèi)容是講述化工單元操作的基本原理、典型設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、操作性能和設(shè)計計算?；卧僮魇墙M成各種化工