氨氣吸收(清水)化工原理課程設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)任務(wù)書（一） 設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)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?jǐn)?shù)），混合氣體的進(jìn)料溫度為25。要求： 氨氣的回收率達(dá)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(jìn)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(shè)計(jì)內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)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(jì)算； （4）填料層壓降的計(jì)算； （5）液體分布器簡要設(shè)計(jì)； （6）繪制液

2、體分布器施工圖（7）吸收塔接管尺寸計(jì)算； （8）設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表；（9）繪制生產(chǎn)工藝流程圖（a3號圖紙）； （10）繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖（a3號圖紙）； （11）對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論。目 錄1. 設(shè)計(jì)方案簡介 11.1設(shè)計(jì)方案的確定11.2填料的選擇12. 工藝計(jì)算 22.1 基礎(chǔ)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(jì)算42.2.1 塔徑的計(jì)算 42.2.2 填料層高度計(jì)算 52.2.3 填料層壓降計(jì)算 82.2.4 液體分布器簡要設(shè)計(jì) 8 3. 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 9 3.

3、1 填料支承設(shè)備 93.2填料壓緊裝置103.3液體再分布裝置104. 設(shè)計(jì)一覽表105. 后記116. 參考文獻(xiàn)117. 主要符號說明12 8. 附圖（工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）131. 設(shè)計(jì)方案簡介1.1設(shè)計(jì)方案的確定本設(shè)計(jì)任務(wù)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(shè)計(jì)的吸收劑為清水。為提高傳質(zhì)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(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(gòu)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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。工業(yè)生產(chǎn)對填料的基本要求如下：（1）傳質(zhì)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?yàn)樗瞧簝上嘟佑|傳質(zhì)的基礎(chǔ)。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(jìn)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(zhì)的有效面積增大，總體平均的傳質(zhì)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(zhì)，尤其是表面狀況。塑料的潤濕性比較差，往往需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，金屬表面粘著的加工用油脂需?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(dá)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(jī)械強(qiáng)度，陶瓷填料容易破碎，只有在強(qiáng)腐蝕性場合才采用。重量輕，價(jià)格低具有適當(dāng)?shù)哪臀g性能。不被固體雜物堵塞其表面不會結(jié)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(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)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(jì)算 2.1 基礎(chǔ)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(guān)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(kuò)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(zhì)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(kuò)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(jìn)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(jìn)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(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算，即：（）min=對純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)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(jì)算2.2.1 塔徑的計(jì)算 塔徑氣相質(zhì)量流量為: =22000.98=2156kgh液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)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(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)氣速： =查表得比表面

10、積 =114.2m2/m3 ,a=0.204,k=1.75，=0.927 因此計(jì)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(diǎn)率校核: u=3.11ms 100=71.42（在允許范圍內(nèi)）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(jì)算 y1*=mx1=0.760.0974=0.074 y2*=mx2=0脫吸因數(shù)為 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為： =5.81氣相總傳單元高度采用修正的思田關(guān)聯(lián)式計(jì)算： 液體質(zhì)量通量為ul=10787.2kgm2h氣體質(zhì)量通量為uv=kgm2h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： 100=71.4250 由 得kmol（m3hkpa）由hog=由設(shè)計(jì)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(jì)算 采用eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓

12、降橫坐標(biāo)為：查表得：縱坐標(biāo)為：查圖得，填料層壓降為：2.2.4 液體分布器簡要設(shè)計(jì)液體分布器的選型該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對較低。故選用槽式分布器。 分布點(diǎn)密度計(jì)算按eckert建議值，d=750時，噴淋點(diǎn)的密度為170點(diǎn)m2，設(shè)計(jì)取噴淋密度為200點(diǎn)m2。 布液點(diǎn)數(shù)為：n=0.785按分布點(diǎn)集合均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為二級槽共設(shè)五道，在槽側(cè)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(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為n=40點(diǎn)。 3. 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 3.1 填料支承設(shè)備支持板對于支撐支持圈，同時為支撐填料起著至關(guān)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(jié)構(gòu)形式有孔管型、波紋型、柵板型、駝峰形。本設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，使操作正常、穩(wěn)定，故需在填料層上方設(shè)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(shè)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(shè)計(jì)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(yīng)大于70。本次設(shè)計(jì)的填料塔采用押緊網(wǎng)板，設(shè)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(shè)計(jì)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(dǎo)入中央截錐小頭的直徑一般為 ,本設(shè)計(jì)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(shè)4個管孔，錐體與塔壁夾角取在，取h=80mm。4. 設(shè)計(jì)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?jǐn)?shù)），氨氣的回收率達(dá)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(diǎn)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(shè)計(jì)，我受到一次化工設(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、基本方法，培養(yǎng)我獨(dú)立分析和解決化工技術(shù)

16、問題的能力。作為整個學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，它的一個重要功能，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)到的系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，并從理論的高度對設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，明白了課堂學(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(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，圖表表達(dá)設(shè)計(jì)思想的能力。6. 參考文獻(xiàn)1賈紹義，柴

17、誠敬 編.化工原理課程設(shè)計(jì).天津: 天津大學(xué)出版社，20022楊祖榮 編.化工原理.北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，20093鄭津澤,榮其伍,桑芝富 編.過程設(shè)備設(shè)計(jì).北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，20047. 主要符號說明 填料層的有效傳質(zhì)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(dāng)量直徑，mm擴(kuò)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(zhì)單元高度 ，m液相傳質(zhì)單元高度，m氣相總傳質(zhì)單元高度，m液相總傳質(zhì)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(zhì)單元數(shù)，無因次液相傳質(zhì)單元數(shù)，無因次氣相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次 液相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次總壓，kpa分壓，kpa氣體通用常數(shù)，kj/(kmo