氨氣吸收(清水)化工原理課程設計

1、設計任務書（一） 設計題目試設計一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量為2200m3/h，其中含氨為8%（體積分數(shù)），混合氣體的進料溫度為25。要求： 氨氣的回收率達到97% 。（二） 操作條件（1）操作壓力： 常壓 （2）操作溫度：20（3）采用清水進行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。（20c氨在水中的溶解度系數(shù)為h0.725kmol/m3.kpa）（三） 填料類型采用散裝聚丙烯dn50階梯環(huán)填料。（四） 設計內容（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

2、體分布器施工圖（7）吸收塔接管尺寸計算； （8）設計參數(shù)一覽表；（9）繪制生產工藝流程圖（a3號圖紙）； （10）繪制吸收塔設計條件圖（a3號圖紙）； （11）對設計過程的評述和有關問題的討論。目 錄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 22.1 基礎物性數(shù)據(jù)22.1.1液相物性的數(shù)據(jù) 22.1.2氣相物性的數(shù)據(jù) 22.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù) 22.1.4 物料衡算 32.2 填料塔的工藝尺寸的計算42.2.1 塔徑的計算 42.2.2 填料層高度計算 52.2.3 填料層壓降計算 82.2.4 液體分布器簡要設計 8 3. 輔助設備的計算及選型 9 3.

3、1 填料支承設備 93.2填料壓緊裝置103.3液體再分布裝置104. 設計一覽表105. 后記116. 參考文獻117. 主要符號說明12 8. 附圖（工藝流程簡圖、主體設備設計條件圖）131. 設計方案簡介1.1設計方案的確定本設計任務為吸收空氣中的氨氣。用水吸收氨氣屬易溶解的吸收過程，所以本次設計的吸收劑為清水。為提高傳質效率，選用逆流吸收流程，對于水吸收氨氣的過程，操作溫度及操作壓力較低，故此采用散裝聚丙烯dn50階梯環(huán)填料在該填料塔中，氨氣-空氣混合氣體經(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出，吸收了氨氣的水由

4、填料塔的下端流出。（如右圖所示）1.2填料的選擇塔填料(簡稱為填料)是填料塔中氣液接觸的基本構件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設計的重要環(huán)節(jié)。填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料根據(jù)結構特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。工業(yè)上，填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類。工業(yè)生產對填料的基本要求如下：（1）傳質分離效率高填料的比表面積a大，及單位體積填料具有表面積要大，因為它是汽液兩相接觸傳質的基礎。填料表面的安排合理，以防止填料表面的疊合和出現(xiàn)干區(qū)，同時有利于汽液兩相在填料層中的均勻流動并

5、能促進汽液兩相的湍動和表面更新，從而使填料表面真正用于傳質的有效面積增大，總體平均的傳質系數(shù)和推動力增高。填料表面對于液相潤濕性好，潤濕性好易使液體分布成膜，增大有效比表面積。潤濕性取決于填料的材質，尤其是表面狀況。塑料的潤濕性比較差，往往需要進行適當?shù)谋砻嫣幚恚饘俦砻嬲持募庸び糜椭杞?jīng)過酸洗或堿洗清除。(2)壓降小，氣液通量大填料的孔隙率大壓降就小，通量大。一般孔隙率大，則填料的比表面積小。分離效率將變差。散裝填料的尺寸大，孔隙率大，比表面積小，規(guī)整填料波紋片的峰高增大，孔隙率大，比表面積也大。如果填料的表面積安排合理，可以緩解a和的矛盾，達到最佳性能。減少流道的截面變化，可減少流體的流

6、動阻力。具有足夠的機械強度，陶瓷填料容易破碎，只有在強腐蝕性場合才采用。重量輕，價格低具有適當?shù)哪臀g性能。不被固體雜物堵塞其表面不會結垢。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有dn16、dn25、dn38、dn50、dn76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中，又會產生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值d/d的推薦值列于表1。 表1 塔徑與填料公稱直徑的比值d/d的推薦值填 料 種 類d/d的推薦值拉西環(huán) d/d2030鞍環(huán) d/d15鮑爾環(huán)

7、 d/d1015階梯環(huán) d/d8環(huán)矩鞍 d/d8對于水吸收氨氣的過程，操作溫度及操作壓力較低，故此采用散裝聚丙烯dn50階梯環(huán)填料2. 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)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)。由手冊查的，20水的有關物性數(shù)據(jù)如下： 密度為：1 =998.2kgm3 粘度為：l=0.001pas=3.6kg（mh） 表面張力為： l =72.6dyncm=940 896kgh2 氨氣在水中的擴散系數(shù)為： dl=1.8010-9 m2/s=1.8010-93600 m2/h=6.480 10-6m2/h2.1.2氣相物性的數(shù)據(jù) 混合氣體平均摩爾

8、質量為 混合氣體的平均密度為 =0.98kgm3 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊的20空氣的粘度為 v=1.81105pas=0.065kg（mh）查手冊得氨氣在20空氣中擴散系數(shù)為 dv= 0.189 cm2/s=0.068 m2/2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù) 20時nh3在水中的溶解度系數(shù)為 h=0.725 kmol/(m3kpa),常壓下20時nh3在水中的亨利系數(shù)為e=76.6kpa相平衡常數(shù)為m=0.762.1.4 物料衡算 進塔氣相摩爾比為y1=0.148出塔氣相摩爾比為y2=y1（1）=0.148（10.97）=0.00444進塔惰性氣相流量為v=（10.129）=79.

9、7kmolh該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算，即：（）min=對純溶劑吸收過程，進塔液相組成為 x2=0，則（）min=0.737取操作液氣比為最小液氣比2倍 =20.737=1.474 l=1.47479.7=117.48kmolh由全塔物料衡算得 v（y1y2）=l（x1x2） x1=0.09742.2 填料塔的工藝尺寸的計算2.2.1 塔徑的計算 塔徑氣相質量流量為: =22000.98=2156kgh液相質量流量可近似按純水的流量計算，即: =117.4818.02=2138.136/h塑料階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)據(jù)如下用貝恩霍根關聯(lián)式計算泛點氣速： =查表得比表面

10、積 =114.2m2/m3 ,a=0.204,k=1.75，=0.927 因此計算得 = 4.36m/s取u =0.8uf=0.84.36m/s =3.488m/s由 d=0.4724m 圓整塔徑，取 d=0.5m泛點率校核: u=3.11ms 100=71.42（在允許范圍內）填料規(guī)格校核： 8液體噴淋密度校核： 因填料為50mm25mm1.5mm,塔徑與填料尺寸之比大于8，固取最小潤濕速度為（lw）min=0.08 m3/(mh)，查常用散裝填料的特性參數(shù)表，得at=114.2m2/m3 umin=（lw）min at =0.08114.2=9.136m3m2h u=umin經(jīng)以上校核可知

11、，填料塔直徑選用d= 500mm是合理的。2.2.2 填料層高度計算 y1*=mx1=0.760.0974=0.074 y2*=mx2=0脫吸因數(shù)為 氣相總傳質單元數(shù)為： =5.81氣相總傳單元高度采用修正的思田關聯(lián)式計算： 液體質量通量為ul=10787.2kgm2h氣體質量通量為uv=kgm2h查表知，所以，氣膜吸收系數(shù)由下式計算：液膜吸收系數(shù)由下式計算：查表得： 100=71.4250 由 得kmol（m3hkpa）由hog=由設計取填料層高度為 查表，對于階梯環(huán)填料，h/d=2.5,hmax4m ，故分為兩段，每段2m。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

12、降橫坐標為：查表得：縱坐標為：查圖得，填料層壓降為：2.2.4 液體分布器簡要設計液體分布器的選型該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低。故選用槽式分布器。 分布點密度計算按eckert建議值，d=750時，噴淋點的密度為170點m2，設計取噴淋密度為200點m2。 布液點數(shù)為：n=0.785按分布點集合均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為二級槽共設五道，在槽側面開孔，槽寬度為50 mm，槽高度為210 mm，兩槽中心距為100 mm。分布點采用三角形排列，實際設計布點數(shù)為n=40點。 3. 輔助設備的計算及選型 3.1 填料支承設備支持板對于支撐支持圈，同時為支撐填料起著至關重要

13、的作用。同時需考慮通量大，阻力要小，安裝要方便，最好具有一定的氣液均一功能。結構形式有孔管型、波紋型、柵板型、駝峰形。本設計中選用柵板型支持板，為了方便安裝，將柵板分為兩塊，柵條間距為填料直徑的0.60.8倍。公稱直徑dl0rlhs500mm480mm239mm240mm479mm508mm塔徑d=500mm，可以采用整體柵板，柵板直徑d=480mm,柵板間距t=45mm，需要將其擱置在焊接于塔壁的支持圈或支持塊上。支持圈采用碳鋼，厚度為8mm,重量為63.5kg。 3.2填料壓緊裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動，保持操作中填料床層為一恒定的固定床，從而必須保持均勻一致的空隙

14、結構，使操作正常、穩(wěn)定，故需在填料層上方設置填料壓緊裝置。 填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。對于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定；對于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設計中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應大于70。本次設計的填料塔采用押緊網(wǎng)板，設置自由截面積為85%。采用支耳固定。3.3液體再分布裝置本設計采用的是分配錐形的再分布器，其最簡單沿壁流下的液體用分配錐再將它導入中央截錐小頭的直徑一般為 ,本設計取5000.8=400mm，為了增加氣體流過是的自由截面積，在分配

15、錐上開設4個管孔，錐體與塔壁夾角取在，取h=80mm。4. 設計一覽表吸收塔類型：聚丙烯拉西環(huán)吸收填料塔混合氣處理量：2200m3/h混合氣體氨為8%（體積分數(shù)），氨氣的回收率達到97%名 稱物料名稱清水氨氣操作壓力，kpa1013101.3操作溫度，2020流速，m/s液體密度，kg/m3998.20.991塔徑，mm500填料層高度，mm4000壓降，kpa3.6297分布點數(shù)39黏度，kg/(m*h)3.60.0656表面張力，kg/h9408965. 后記過本次的課程設計，我受到一次化工設計專業(yè)技術方面的基本訓練，從而了解和掌握化工計算的基本知識、基本方法，培養(yǎng)我獨立分析和解決化工技術

16、問題的能力。作為整個學習體系的有機組成部分，它的一個重要功能，在于運用學習成果，檢驗學習成果。運用學習成果，是把課堂上學到的系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應用于實際設計工作中，并從理論的高度對設計工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和設想。檢驗學習成果，明白了課堂學習與實際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學習中存在的不足，以便為完善學習計劃，改變學習內容與方法提供實踐依據(jù)。通過課程設計，培養(yǎng)了我的能力：首先培養(yǎng)了我查閱資料，選用公式和數(shù)據(jù)的能力，其次還可以從技術上的可行性與經(jīng)濟上的合理性兩方面樹立正確的設計思想，分析和解決工程實際問題的能力，圖表表達設計思想的能力。6. 參考文獻1賈紹義，柴

17、誠敬 編.化工原理課程設計.天津: 天津大學出版社，20022楊祖榮 編.化工原理.北京: 化學工業(yè)出版社，20093鄭津澤,榮其伍,桑芝富 編.過程設備設計.北京: 化學工業(yè)出版社，20047. 主要符號說明 填料層的有效傳質比表面積（m/m）填料層的潤滑比表面積m/m吸收因數(shù);無因次填料直徑，mm；填料當量直徑，mm擴散系數(shù)，m/s； 塔徑;亨利系數(shù)，kpa重力加速度，kg/(m.h)溶解度系數(shù)，kmol /(m.kpa)氣相傳質單元高度 ，m液相傳質單元高度，m氣相總傳質單元高度，m液相總傳質單元高度，m氣膜吸收系數(shù), kmol /(m.s.kpa);相平衡常數(shù)，無因次氣相傳質單元數(shù)，無因次液相傳質單元數(shù)，無因次氣相總傳質系數(shù)，無因次 液相總傳質系數(shù)，無因次總壓，kpa分壓，kpa氣體通用常數(shù)，kj/(k