吸收氨過程填料塔的設(shè)計(jì)、吸收塔設(shè)計(jì)(完整版)

1、24目 錄1. 設(shè)計(jì)任務(wù)書12. 設(shè)計(jì)方案簡介22.1 吸收流程的確定22.2 吸收劑的選擇22.3 操作溫度與壓力32.4 塔填料的選擇32.5 初步流程圖43. 工藝計(jì)算43.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)43.1.1 液相物性的數(shù)據(jù)43.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)53.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)53.1.4 物料衡算63.2 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算73.2.1 塔徑的計(jì)算73.2.2 填料層高度計(jì)算83.2.3 填料層壓降計(jì)算103.2.4 吸收塔接管尺寸的計(jì)算114. 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型124.1 除沫器124.2 液體分布裝置134.3 液體再分布器154.4 填料壓緊裝置164.5 填料支承裝置164.

2、6 氣體的進(jìn)出口裝置184.7封頭的選擇184.8人孔的選擇184.9 法蘭的選擇194.10 塔底液保持管高度214.11 塔附屬高度計(jì)算224.12 離心泵的選型224.13 風(fēng)機(jī)的選型235、設(shè)計(jì)一覽表246、對本實(shí)驗(yàn)的評述25參考文獻(xiàn)26主要符號說明271. 設(shè)計(jì)任務(wù)書1.設(shè)計(jì)題目：吸收氨過程填料塔的設(shè)計(jì)試設(shè)計(jì)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3.2萬nm3/h，其中含氨為7%（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)）。2操作條件 （1）操作壓力 常壓 （2）操作溫度 203工作日 每天24小時連續(xù)運(yùn)行。4廠址 寧波地區(qū)5設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）吸

3、收塔的物料衡算； （2）吸收塔的工藝尺寸計(jì)算； （3）填料層壓降的計(jì)算； （4）液體分布器簡要設(shè)計(jì)； （5）吸收塔接管尺寸的計(jì)算； （6）繪制生產(chǎn)工藝流程圖； （7）繪制吸收塔設(shè)計(jì)圖； （9）對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論。6設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)20下氨在水中的溶解度系數(shù)為h=0.725kmol/(m3.kpa)。2. 設(shè)計(jì)方案簡介2.1 吸收流程的確定 吸收流程主要有逆流操作、并流操作、吸收劑部分再循環(huán)操作、多塔串聯(lián)操作、串聯(lián)并聯(lián)混合操作五種。通過分析五種吸收流程的特點(diǎn)，確定本實(shí)驗(yàn)采用逆流操作。 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，逆流操作有利于提高傳質(zhì)效率，傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)

4、速率快，分離效率高，吸收劑的利用率高。2.2 吸收劑的選擇 吸收劑的選擇應(yīng)考慮以下幾方面:(1) 溶解度 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率減少吸收劑用量。(2) 選擇性 吸收劑對溶質(zhì)組分要有良好的吸收能力，對混合氣體的其他組分吸收甚微。(3) 揮發(fā)度 操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，以減小吸收和再生過程中吸收劑的會發(fā)損失。(4) 黏度 吸收劑在操作溫度下的黏度越低，在塔內(nèi)的流動性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。(5) 其他 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能滿足無毒性、無腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、廉價易得及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。對氨氣的吸收一般吸收劑選擇水或酸溶液。根據(jù)以上原則，本

5、設(shè)計(jì)采用水作為吸收劑。 氨氣易溶于水，且水對混合氣體的吸收選擇性較好，黏度低，在塔內(nèi)流動性好，不易揮發(fā)。與酸溶液相比，酸溶液易腐蝕設(shè)備且成本比水高，所以采用水作為吸收劑。2.3 操作溫度與壓力 操作溫度：20 操作壓力：常壓2.4 塔填料的選擇 填料的選擇包括填料類型、規(guī)格、材質(zhì)等選擇填料的類型有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、弧鞍填料、矩鞍填料、環(huán)矩鞍填料、球形填料，花環(huán)填料、金屬絲網(wǎng)波紋填料等。對比得階梯環(huán)綜合性能較好（可增加填料間的空隙，有利于傳質(zhì)效率的提高）。 填料的規(guī)格通常指填料的公稱直徑，一般應(yīng)滿足填料塔直徑上至少放置8塊以上的填料，即d/d8。尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小

6、，填料費(fèi)用也增加。 填料的材質(zhì)主要有陶瓷、金屬、塑料三種材質(zhì)。對比得塑料填料質(zhì)輕、價廉、耐腐蝕性較好。國內(nèi)一般采用聚丙烯材質(zhì)。 綜合以上結(jié)論，本設(shè)計(jì)采用聚丙烯階梯環(huán)填料。2.5 初步流程圖3. 工藝計(jì)算3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.1 液相物性的數(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，20時水的有關(guān)五行數(shù)據(jù)如下：密度為 l=998.2 kg/m3粘度為 l=0.001 pas=3.6 kg/(mh)表面張力為 l=72.6 dyn/cm =940896 kg/h2氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 混合氣體的平均密度為 混

7、合氣體的黏度可近似的取為空氣的黏度，查手冊得20空氣的黏度為 查手冊得氨氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 101.3kp,0時 d0=0.17cm2/s 3.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 由題得，20下氨在水中的溶解度系數(shù)為h=0.725kmol/(m3.kpa)。 常壓下20時氨氣在水中的亨利系數(shù)為 相平衡常數(shù)為 3.1.4 物料衡算 進(jìn)塔氣相摩爾比為 出塔氣相摩爾比為 混合氣體處理量換算，常溫，20時 進(jìn)塔惰性氣流量為 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(jì)算，即 對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為 取操作液氣比為 3.2 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算3.2.1 塔徑的計(jì)算 采用ecker

8、t通用關(guān)聯(lián)圖1計(jì)算泛點(diǎn)氣速。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 eckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為 查eckert通用關(guān)聯(lián)圖得 選用dn50塑料階梯環(huán) 查散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值表1得 取 由 圓整塔徑，取d=2.2m 泛點(diǎn)率校核： （在允許范圍內(nèi)） 填料規(guī)格校核： 查塔徑與填料公稱直徑的比值d/d的推薦值表1得 液體噴淋密度校核： 取最小潤濕速率為 查塑料階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)【1】得 經(jīng)以上校核計(jì)算可知，填料塔直徑d=2.2m，填料采用dn50聚丙烯階梯環(huán)填料合理3.2.2 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 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： 查常見材質(zhì)的臨

9、界便面張力值表1得液體質(zhì)量通量為 氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： 氣體質(zhì)量通量為 液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： 由 ，查常見填料的形狀系數(shù)表1得 由 ，得 則 由 由 得到填料層高度后，還應(yīng)留出一定的安全系數(shù) 設(shè)計(jì)取填料層高度為 查表得，對于階梯環(huán)填料，取 ，則 計(jì)算得填料層高度為6000mm，故不需分段。3.2.3 填料層壓降計(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 查散裝填料壓降填料因子平均值表得 縱坐標(biāo)為 查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖得 填料層壓降為 3.2.4 吸收塔接管尺寸的計(jì)算 液體進(jìn)管體積： 液體經(jīng)濟(jì)流速為0.53m/s，取2m/s 液體進(jìn)管橫截面： 進(jìn)液管口徑：根據(jù)hg/t 2059

10、2-2009選擇進(jìn)液鋼管內(nèi)徑為dnb為40mm，外徑為45mm。 氣體進(jìn)出管體積： 氣體經(jīng)濟(jì)流速取35m/s 氣體進(jìn)出管橫截面：氣體管口徑：按標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼管管徑規(guī)格選擇鋼管內(nèi)徑為dnb為600mm，外徑為630mm。進(jìn)口壓降：出口壓降：4. 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型填料塔操作性能的好壞，與塔內(nèi)輔助設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)緊密相關(guān)。合理的選型與設(shè)計(jì)，可保證塔的分離效率、生產(chǎn)能力及壓降要求。塔的輔助設(shè)備包括噴淋裝置、氣體分布器、液體分布器、填料支承裝置、填料壓緊裝置等。4.1 除沫器當(dāng)空塔氣速較大，塔頂濺液嚴(yán)重，以及工藝過程不允許出塔氣體夾帶霧滴的情況下，設(shè)置除沫器，從而減少液體的夾帶損失，確保氣體的純度，保證

11、后續(xù)設(shè)備的正常操作。 常用的除沫器裝置有折板除沫器、絲網(wǎng)除沫器、以及旋流板除沫器。除沫器型式一般是根據(jù)所分離液滴的直徑、要求的捕沫效率及給定的壓力降來確定。 次次設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器。絲網(wǎng)除沫器具有比表面積大，重量輕，空隙率大以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)。尤，其是它具有除沫效率高，壓力降小的特點(diǎn)，從而成為一種廣泛使用的除沫裝置。絲網(wǎng)除沫器不宜用于氣液中含有粘結(jié)物或固體物的場合，以免除沫器發(fā)生堵塞。 絲網(wǎng)規(guī)格選擇高效性網(wǎng)，效率高，網(wǎng)較密。選用上裝式絲網(wǎng)除沫器根據(jù)手冊參數(shù)【3】（1）通過除沫器的氣速：k一般取0.080.11，此處取0.11 （符合氣速要求）（2）除沫器直徑：（3）除沫器高度： 主要保證除沫器

12、有足夠的攔液表面和氣液停留時間。所以根據(jù)表4.12可知上裝式絲網(wǎng)除沫器，絲網(wǎng)厚度150mm，安裝厚度410mm，有效直徑2100mm。表4.1 上裝式絲網(wǎng)除沫器基本參數(shù)2塔徑mm主要外形尺寸，mm絲網(wǎng)厚度h安裝厚度h1除沫器有效直徑d質(zhì)量,kg220010036021002081504102424.2 液體分布裝置液體分布裝置的作用是為了能有效地分布液體，提高填料表面的有效利用率。當(dāng)液體分布裝置設(shè)計(jì)不合理時，將導(dǎo)致液體分布不均，減少填料潤濕 面積,增加液體溝流和壁流現(xiàn)象，直接影響填料的處理能力和分離效率。因此選擇液體噴淋裝量的原則是能使液體均勻地分散開來，使整個塔截面的填料表面很好地潤濕，結(jié)構(gòu)

13、簡單，制造和檢修方便。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。液體分布裝置設(shè)于填料層頂部，用于將塔頂液體均勻分布在填料表面上，液體的分布裝置性能對填料塔效率影響很大，特別是大直 徑、低填料層的填料塔，尤其需要性能良好的液體分布裝置。主要的分布裝置有多孔型和溢流型兩大類，以及沖擊式分布器，而目前常用的液體分布裝置有蓮蓬式、盤式、齒槽式及多孔式分布器等。其中溢流型分布器有溢流盤式和溢流槽式兩類。本設(shè)計(jì)選用溢流槽式分布器，其適合大流量操作且適合塔徑d1000mm的場合。（1）溢流槽式分布器選型 由查表4得，由于塔徑為2200 mm，所以，噴淋槽外徑為20 mm，數(shù)量為6根，

14、中心距為300 mm。分配槽數(shù)量為2根，即雙槽式，中心距為850 mm。（2）分布點(diǎn)密度計(jì)算 表4.2 eckert的散裝填料塔噴淋點(diǎn)密度推薦值塔徑，mm噴淋點(diǎn)密度，點(diǎn)/m2塔截面d=400330d=500285d=600246d=750170d120042按eckert建議值，d1200 mm時，噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)/m2，故噴淋點(diǎn)密度為42點(diǎn)/m2， 布液點(diǎn)數(shù)為： n=0.7852.2242=160點(diǎn)重力型液體分布器的送液能力依下式計(jì)算：式中，ls液體的體積流量，m3/s；n開孔數(shù)目（分布點(diǎn)數(shù)目）；孔流系數(shù)，多孔型分布器通?？扇?.600.62；d0孔徑，m；h開孔上方的液位高度，m。取=0

15、.60，h=160mm，則= 0.00866m = 8.66mm設(shè)計(jì)取d0 = 9mm。4.3 液體再分布器 實(shí)踐表明，當(dāng)噴淋液體沿填料層向下流動時，不能保持噴淋裝置所提供的原始均勻分布狀態(tài)，液體有向塔壁流動的趨勢。因而導(dǎo)致壁流增加、填料主體的流量減小、塔中心的填料不被潤濕，影響了流體沿塔橫截面分布的均勻性，降低傳質(zhì)效率。所以，設(shè)置再分布裝置是十分重要的。液體分布器分為截錐形再分布器、邊圈槽型再分布器、改進(jìn)截錐形再分布器:(1)截錐式再分布器 截錐式再分布器分為兩種，其中一個是將截錐體固定在塔壁上，其上下均可裝滿填料，錐體不占空間，是最簡單的一種。另一個是在截錐上方設(shè)支承板，截錐以下隔一段距離

16、再放填料，需分段卸出填料時可用此型。截錐體與塔壁的夾角一般取為35-40，截錐下口直徑d1=（0.70.8）d。截錐型再分布器適于直徑800mm以下的塔應(yīng)用。(2)邊圈槽形再分布器 壁流液匯集于邊圈槽中，再由溢流管引入填料層。邊槽寬度為50100mm，可依塔徑大小選取，溢流管直徑為1632mm，一般取34根溢流管。此型結(jié)構(gòu)簡單，氣體通過截面較大，可用于3001000mm直徑的塔中，其缺點(diǎn)是噴灑不夠均勻。(3) 改進(jìn)截錐形再分布器 此型既改善了液體分布情況，又有較大的自由截面積，適用于600mm以下塔徑。 此次設(shè)計(jì)吸收塔填料層不需分層，所以無需設(shè)計(jì)液體再分布器。4.4 填料壓緊裝置填料上方安裝壓

17、緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發(fā)生松動和跳動。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類，每類又有不同的型式。填料壓板自由放置于填料層上端，靠自身重量將填料壓緊。它適用于陶瓷、石墨等制成的易發(fā)生破碎的散裝填料。床層限制板用于金屬、塑料等制成的不易發(fā)生破碎的散裝填料及所有規(guī)整填料。床層限制板要固定在塔壁上，為不影響液體分布器的安裝和使用，不能采用連續(xù)的塔圈固定，對于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。本設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)壓板，用金屬絲編織成的大孔金屬網(wǎng)與扁鋼圈焊接而成的絲網(wǎng)壓板，在扁鋼圈外周下側(cè)，焊以限位臺肩，利用焊在塔壁上的限位板，來控制壓板的上限位置，但壓板不可固定在塔壁上。絲網(wǎng)壓板4

18、.5 填料支承裝置 對填料支承裝置的基本要求是：有足夠的強(qiáng)度以支承填料的重量；提供足夠大的自由截面，盡量減小氣液兩相的流動阻力；有利于液體的再分布；耐腐蝕性好；便于用各種材料制造；以及安裝拆卸方便等。 填料塔的液泛氣速主要取決于支承板與第一層填料之間的有效空隙率的大小。有效空率降低的原因，除與填料形式有關(guān)外，更取決于支承板的結(jié)構(gòu)。 常用的填料支承板大體可分為兩類，一類為氣液逆流通過的平板型支承板，板上有篩孔或?yàn)闁虐迨剑硪活悶闅怏w噴射型支承板。圖4.2 填料支撐板本設(shè)計(jì)選用梁式氣體噴射型支承板。其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，裝卸方便，可提供大于塔截面的自由截面，且允許氣液負(fù)荷較大，采用氣液分道，既有利于氣體的

19、均勻分配，又避免了液體在板上聚集 2 。4.8人孔的選擇孔是安裝或檢修人員進(jìn)出塔器的唯一通道。依照圖4.38，查表4.5得，其規(guī)格為：dws=630mm6mm，d=720mm，d1=685mm，b=300mm,b=16mm，b1=12mm，b2=14mm，h1=180mm，h=92mm。螺栓螺母數(shù)量24mm，螺栓規(guī)格m16mm55mm。圖4.3人孔型式表4.5人孔尺寸表4.11 塔附屬高度計(jì)算取塔上部空間高度2.5m,塔底液相停留時間按5min考慮,則塔釜所占空間高度為考慮到氣相接管及法蘭占用的空間高度,底部空間高度可取2.5m,所以塔的附屬高度可以取4m。填料層高度為6m。 所以塔高為： h

20、=4+6=10m h=1.2010=12m 4.13 風(fēng)機(jī)的選型設(shè)計(jì)任務(wù)中混合氣體處理量為32000nm3/h。換算為常壓常溫下，氣體流量為：因?yàn)樘盍纤航担簆=2648.7 pa全風(fēng)壓計(jì)算：考慮到運(yùn)送過程中的損失，取安全系數(shù)1.2 pt=1.23.365=4.038kpa參考通風(fēng)機(jī)選型實(shí)用手冊，風(fēng)機(jī)選擇型號為lgx75-12a，機(jī)號為no16，轉(zhuǎn)速1450r/min，序號為2，流量是35786m3/h，全壓15387pa，所需功率224.3kw，配用電機(jī)型號y355m-4,數(shù)量一臺，并貯備兩臺備用。5、設(shè)計(jì)一覽表名稱設(shè)計(jì)結(jié)果工作天數(shù)300天，每天24小時操作溫度20操作壓力常壓氣體處理量32

21、000nm3/h處理氣氨氣含量7%體積分?jǐn)?shù)排放氣中氨氣含量0.02%體積分?jǐn)?shù)吸收劑水填料塑料階梯環(huán)dn50流程逆流最小液氣比0.752吸收劑用量1998.171kmol/h吸收劑進(jìn)塔摩爾比0吸收劑出塔摩爾比0.0499塔徑d2200mm氣相總傳質(zhì)單元數(shù)nog10.5030氣相總傳質(zhì)單元高度hog0.4699m填料層高度z6m每段填料層高度6m填料層壓降p2648.7pa塔底液保持高度0.9m塔高13.2m氣體出口管徑630mm鋼管氣體進(jìn)口管徑630mm鋼管液體進(jìn)出口管徑40mm鋼管填料塔上部高度h12.5m填料塔下部高度好h2.5m布液孔數(shù)n160個泛點(diǎn)氣速uf3.629m/s6、對本實(shí)驗(yàn)的評

22、述通過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我從中體會到很多。課程設(shè)計(jì)是我們在校大學(xué)生必須經(jīng)過的一個過程，通過課程設(shè)計(jì)的鍛煉，可以為我們即將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！使我充分理解到化工原理課程的重要性和實(shí)用性，更特別是對各方面的了解和設(shè)計(jì)，對實(shí)際單元操作設(shè)計(jì)中所涉及的各個方面要注意問題都有所了解。 通過這次對填料吸收塔的設(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潔文字，圖表表達(dá)設(shè)計(jì)思想的能力。不僅讓我將所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)際中，而且對知識也是一種鞏固和提

23、升充實(shí)。在老師和同學(xué)的幫助下，及時的按要求完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，通過這次課程設(shè)計(jì)，使我獲得了很多重要的知識，同時也提高了自己的實(shí)際動手和知識的靈活運(yùn)用能力。在本次設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，遇到了很多問題，參考了許多例子，同時認(rèn)真向身邊的老師同學(xué)請教，不斷對設(shè)計(jì)計(jì)算過程進(jìn)行修改，得到更加合理的設(shè)計(jì)方案。本次課程設(shè)計(jì)中所用到的眾多直接或間接的知識與經(jīng)驗(yàn)使我受益匪淺，為我今后的學(xué)習(xí)與工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1賈紹義，柴誠敬.化工單元操作課程設(shè)計(jì)m.天津：天津大學(xué)出版社，2011.92路秀林，王者相.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書塔設(shè)備m.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20043鄒華生，鐘理，伍欽.傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計(jì)m.廣州：華南理工大學(xué)出版社，20074 孫研.通風(fēng)機(jī)選型實(shí)用手冊m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.20