水吸收氨氣過(guò)程填料吸收塔的設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目： 水吸收氨氣過(guò)程填料吸收塔的設(shè)計(jì)；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。 混合氣體的處理 量為2600m3/h,其中含氨為7% (體積分?jǐn)?shù))，混合氣體的進(jìn)料溫度為 25C。要 求：氨氣的回收率達(dá)到98% ( 20C氨在水中的溶解度系數(shù)為H = 0.725kmol/( m3.kPa)、工藝操作條件 ：1)操作平均壓力常壓(2)操作溫度：t=20 C3) 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(shè)計(jì)內(nèi)容( 1)設(shè)計(jì)方案的確定和說(shuō)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

2、器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)；( 6)繪制液體分布器施工圖( 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( A4 號(hào)圖紙)；( 10)繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖( A4 號(hào)圖紙)；( 11)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。目錄1. 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)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 12.1 基礎(chǔ)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(jì)算 22.2.1 塔徑的計(jì)算 22.2.2填料層高度計(jì)算32.2.3 填料層壓降計(jì)算 62.2.4 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì) 73.

3、 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 83.1 填料支承設(shè)備83.2填料壓緊裝置 83.3液體再分布裝置 84. 設(shè)計(jì)一覽表 95. 后記 96. 參考文獻(xiàn) 97. 主要符號(hào)說(shuō)明 108. 附圖（工藝流程簡(jiǎn)圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）1.設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1.1設(shè)計(jì)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(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at: 74.9 m2/m3濕填料因子：84m 12.工藝計(jì)算2.1基

4、礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)2.1.1液相物性的數(shù)據(jù)3L 998.2(kg/m )2L 72.6(dyn /cm) 940896(kg /h )空隙率 ：0.96填料常數(shù) A:0.06225 K : 1.756L 1004 10 (Pa s) 3.6(kg/mgh)93Dl 1.76 10 (m /s)2.1.2氣相物性的數(shù)據(jù)混合氣體平均密度：vm 1.151kg/m32 c =427680( kg / h )空氣黏度： v 1.81 10 5(Pa s) 0.065(kg /mgh)2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)273K，101.3Kpa.氨氣在空氣中擴(kuò)散系數(shù)：D。0.17(m2/s)2.1.4物料衡算20

5、76;C，101.3Kpa下氨氣在水中的溶解度系數(shù)H0.725kmol / m3$pasHM SP998.20.725 18 101.30.754進(jìn)塔氣相摩爾比：Y1 1°007 °.0753出塔氣相摩爾比:丫2¥(1)0.0753 (10.98)0.00151混合氣體流量：V11000 273293 22.4.kmol/h進(jìn)塔惰性氣體流量：V2600 273“224298(1 0.07)98.891 kmol/h對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成：X2 0吸收過(guò)程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算:min丫1 丫2X* X2丫1 丫2X20.0

6、753 0.001510.075300.7540.739取操作液氣比為最小液氣比的1.5倍，可得吸收劑用量為:L 1.5 0.739 98.891109.620Kmol/h根據(jù)全塔物料衡算式V(Y1-Y2)=L(X 1-X2)X1V(Y1 Y2)LLX20.0753 0.001510.739 1.50.0666kmol/h液氣比WL109.620 18.02WV2600 1.1512.2填料塔的工藝尺寸的計(jì)算2.2.1塔徑的計(jì)算采用貝恩-霍夫泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式：lg2Ufatv0.2LK W 4Wv2UFiggat飛0.062251.75(0.661)4 (9-81-)"998.20.0.6

7、152UF at G3g l0.2L 0.24330.243 9.81 0.96998.2UF74.9 1.151 1.004024.940m/ s取泛點(diǎn)率為0.6，即u 0.6uf0.6 4.942.964m/s4Vs4 26000.557 m3.14 1.285 3600圓整后取D 0.6m泛點(diǎn)率校核:260007點(diǎn) 2556m/sUF空西0.5174.94（在允許的范圍內(nèi)）填料規(guī)格校核:D 600d 5012 8液體噴淋密度校核:取最小潤(rùn)濕速率為:(LW ) min0.08m3/(m h)at74.9m2/m3所以U min ( LW)minat0.08110 5.992m3/(m2 h

8、)Lh20.785 D109.62 18.02 998.23 2,0.785 0.627.002m /(m h) U min經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 D 0.6m合理。2.2.2填料層高度計(jì)算查表知，0 C ，101.3 kpa下，NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)Do 0.17cm2/s由Dg。（軌右）2，P ToPo則 293 k ，101.3kpa下，NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為3101.3 293 2Dg Do()()2101.3 27320.189cm / s液相擴(kuò)散系數(shù)Dl 1.8010 9m2/s液體質(zhì)量通量為Ul109.62 18°2698992kg/(m2 h)氣體質(zhì)量通

9、量為Uv0.785 0.622600 1.1512210589.53kg/(m0.785 0.62h)Y1 mX10.754 0.07530.0568Y2 mX2mV S - L氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為:脫吸因數(shù)為0.7540.68020.739 1.51Nog仁皿S)丫1 丫2丫2 丫2S0.07530Ln(10.6802) 0.680210.68020.0015108.790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:電 1 expat21.45 ()°.75( Ul w 從 atLatL2g)0.05(丄)0.2L Lat查表知,75dyn/cm972000kg/h2awexp 1.

10、45所以,at(972000 )0.75(940896)6989.92 )0.1(74.9 3.6(6989.92274.9 ) 0.05( 2 8 )998.21.27 106989.922(998.2 940896 74.90 2).0.5552氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算:g 0.237(出)0.7 (at vat DVVDV10589.53 070.237 ()0.774.9 0.0650.1011kmol/(m2 h kpa)液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：2U L El 0.0095 ()3 (a w L(1.1510.0650.189 10 413600)(74.9 0.189 3600 10

11、)8.314 293Ul1L )20.0095L DL“6989.92 J( )30.5552 74.9 3.63.6(998.2 1.80 10 9136008 13.6 1.27 10、弓( )3998.278.1056查表得:1.45Gai.i1 10.1011 0.5552 74.9 1.45UfLaaw0.478.1056 0.5552 74.9 1.450.46.3269kmol /(m3 h kpa)3764.089 1 h0.5170.5Ga19.5(Uf0.5)1.4Ga得,La12.6Uf0.5)2.2LaGa19.5 (0.517La12.6 (0.5170.5)1.40

12、.5)2.26.3269 6.5271kmol/(m3 h kpa)3764.089 3765.341hGa11 1Ga H La16.52710.725 3765.3436.5115kmol /(m h kpa)H OGKYaVGa P98.89120.5305m6.5115 101.3 0.785 0.62Z H OG N OG0.531 8.7904.663mV1PPVgLRo0.2L2 uL( V)0.5LP查圖，得 34.6pa/m填料層壓降為：P 34.6 6 207.6pa2.2.4液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)2.2.4.1液體分布器簡(jiǎn)的類型該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用

13、槽式液體分布器Z 1.20 4.663 5.596m設(shè)計(jì)取填料層高度為：Z 6m查表：對(duì)于環(huán)矩鞍填料，h 815,hmax 6m計(jì)算得填料高度為6000mm，故不需分段。 2.2.3填料層壓降計(jì)算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降查表得:71m縱坐標(biāo)為:9.812.5562 711 11551 1.0040.20.0546998.2橫坐標(biāo)為:Ml Qjaa 044 Q.-OA O 10.660(1.151 )0.5(998.2，0.0224OOM OB-0 91 OPO*0 00244 04 I JOdo3.14 48 0.6v 2 9.81 0.2槽式液體分布器224.2 分布密度的計(jì)

14、算為了使液體初始分布均勻，原則上應(yīng)增加單位面積上的噴淋點(diǎn)數(shù)。但是，由于結(jié) 構(gòu)的限制，不可能將噴淋點(diǎn)設(shè)計(jì)得很多。根據(jù)Eckert建議，當(dāng)D 750mm時(shí)，分布點(diǎn)密度為170點(diǎn)/m2時(shí)。則總布液孔數(shù)為:n 0.785D20.6217048.04取補(bǔ)液孔數(shù)為：48點(diǎn)布液計(jì)算：9-do n . 2g H4109.62 1834 3/m /s 5.49 10 m /s3600 998.20.60， H 2000mm4Ls0.0035m取 d 4mm0有計(jì)算得，設(shè)計(jì)布液點(diǎn)數(shù)為 48點(diǎn)，直徑為4mm3. 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型3.1 填料支承設(shè)備填料支承結(jié)構(gòu)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。

15、對(duì)填料的基本要求是：有足夠的強(qiáng)度以支承填料的重量；提供足夠的自由截面以使氣液兩相流體順利通過(guò)，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(jié)構(gòu)。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(shí)負(fù)荷波動(dòng)等情況下填料床層發(fā)生松動(dòng)和跳動(dòng)。填料床層限位器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(shè)計(jì)的填料是金屬環(huán)矩鞍，所以選擇填料床層限位器。KHItl駝峰支撐3.3 液體再分

16、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(rùn)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(shè)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(shè)計(jì)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（mi/h）2600塔徑D（ m）0.6填料層高度Z（ m）6氣相總傳質(zhì)單元高度（m0.5305氣相總傳質(zhì)單兀數(shù)8.790泛點(diǎn)氣速（m/s）4.940泛點(diǎn)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（mrj）25孔隙率&0

17、.96填料比表面積a（ m2 /m）74.9填料常數(shù)A0.06225填料常數(shù)K1.755. 后記在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我加深了對(duì)課本知識(shí)的認(rèn)識(shí)，也鞏固了所學(xué)到的知識(shí)。此次 課程設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)任務(wù)書、指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通 過(guò)跟同學(xué)之間相互討論與向老師提問(wèn)，整體設(shè)計(jì)基本滿足使用要求，但是在設(shè)計(jì)指導(dǎo)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)自己基礎(chǔ)知識(shí)不牢固，需加強(qiáng)學(xué)習(xí)，擴(kuò)大知識(shí) 面的廣度。另外，我通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)從填料塔設(shè)計(jì)方案到填料塔設(shè)計(jì) 的基本過(guò)程的設(shè)計(jì)方法、步驟、思路、有一定的了解與認(rèn)識(shí)。6. 參考文獻(xiàn)1 大連理工大學(xué)等.化工容器與設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989*2 陳

18、敏恒等.化工原理.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20043 匡國(guó)柱，史啟才等化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)北京：化學(xué)工業(yè)出社，20024 華南理工大學(xué)化工原理教研室著.化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)M.廣州：華南理工大學(xué)出版社1986.賈紹義，柴誠(chéng)敬.化工原理課程設(shè)計(jì)M.天津:天津大學(xué)出版社，2002.7. 主要符號(hào)說(shuō)明a填料層的有效傳質(zhì)比表面積(m2/m3)aw填料層的潤(rùn)滑比表面積n2/m3A吸收因數(shù)；無(wú)因次d填料直徑，mmdp 填料當(dāng)量直徑，mmD 擴(kuò)散系數(shù)，m2/s ;塔徑E 亨利系數(shù)，KPag重力加速度，kg/(m2.h)H溶解度系數(shù)，kmol /(m 3.KPa)H og氣相總傳質(zhì)單元咼度，mkG氣膜吸收系數(shù)，kmol /(