水吸收氨氣填料塔設(shè)計樣本要點

1、成績東南大學(xué)成賢學(xué)院課程設(shè)計報告題目填料吸收塔的設(shè)計課程名稱化工原理課程設(shè)計專業(yè)制藥工程班級學(xué)生姓名學(xué)號設(shè)計地占八、東南大學(xué)成賢學(xué)院指導(dǎo)教師設(shè)計起止時間:2012年8月28日至2012年9月14日目錄課程任務(wù)設(shè)計書 3第一節(jié) 吸收塔簡介 41.1 吸收技術(shù)概況 41.2 吸收設(shè)備- 填料塔概況 41.3 典型的吸收過程 5第二節(jié) 填料塔主體設(shè)計方案的確定 . 62.1 裝置流程的確定 62.2 吸收劑的選擇 62.3 填料的類型與選擇 72.3.1 填料種類的選擇 72.3.2 填料規(guī)格的選擇 82.3.3 填料材質(zhì)的選擇 8第三節(jié) 填料塔工藝尺寸的計算 103.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 103.1.

2、1 液相物性數(shù)據(jù) 103.1.2 氣相物性數(shù)據(jù) 103.1.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 103.2 物料衡算及校核 113.2.1 水吸收氨氣平衡關(guān)系 113.2.2 繪制 X-Y 圖113.2.3 物料衡算 163.3 塔徑的計算及校核 183.3.1 塔徑的計算 183.3.2 塔徑的校核 203.4 填料層高度的計算及分段 203.4.1 填料層高度的計算 203.4.2 填料層的分段23483.5 填料層壓降的計算 23第四節(jié)其他輔助設(shè)備的計算與選擇 244.1 吸收塔的主要接管尺寸計算 244.2 氣體進(jìn)出口的壓降計算244.3 離心泵的選擇與計算24附件一：1. 計算結(jié)果匯總 262. 主

3、要符號及說明 273. 參考文獻(xiàn) 284. 個人小結(jié) 28附件二：1. 填料塔設(shè)備圖 302. 塔設(shè)備流程圖 313. ?？颂赝ㄓ脡航店P(guān)聯(lián)圖 324. X-Y 關(guān)系圖（見計算過程）化工原理課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計項目水吸收氨氣的填料吸收塔二、設(shè)計條件31、混合氣體流量 2400 m （標(biāo)）/h.2、 混合氣體組分含氨15 %，空氣 85 % （體積比）3、 混合氣體溫度40 C4、吸收率94%5、 吸收劑溫度20C6、 操作壓強(qiáng)1atm三、設(shè)計內(nèi)容1、確定操作流程，繪制流程圖2、選擇吸收劑、填料3、 確定吸收平衡關(guān)系，繪制X-Y圖、進(jìn)行物料衡算4、計算塔徑、填料層高度5、填料層壓降核算、噴淋密度

4、計算6、附屬設(shè)備選型和計算7、繪制設(shè)備圖第一節(jié) 吸收技術(shù)簡介1.1 吸收技術(shù)概況在化學(xué)工業(yè)中， 經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個組分加以分離， 其主要目的是回收氣體混合物 中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理， 或除去工業(yè)放空尾氣中的有害成分， 以免污染空氣。吸收操作是氣體混合物分離方法之一， 它是根 據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度不同而達(dá)到分離的目的。吸收操作廣泛地用于氣體混合物的分離， 其在工業(yè)上的具體應(yīng)用大致有以下幾種：（1）原料氣的凈化。為出去原料氣中所含的雜質(zhì)，吸收可說是最常見的方法。就雜質(zhì) 的濃度來說，多數(shù)很底，但因為危害大而仍要求

5、高的凈化率。例如用水或堿液脫除合 成氨原料氣中的二氧化碳，用丙酮脫除裂解氣中的乙炔等。（2）有用組分的回收。如從合成氨廠的放空氣中用水回收氨；從焦?fàn)t煤氣中以洗油回 收粗苯（包括苯、甲苯、二甲苯等）蒸氣和從某寫干燥廢氣中回收有機(jī)溶劑蒸氣等。（3）某些產(chǎn)品的制取。將氣體中需用的成分以指定的溶劑吸收出來，成為溶液態(tài)的產(chǎn) 或半成品。如制酸工業(yè)中從含鹽酸、氮氧化物、三氧化硫的氣體制取鹽酸、硝酸、硫 酸；在甲醇 | （乙醇）蒸氣經(jīng)氧化后，用水吸收以制成甲醛（乙醛）半成品等。（4）廢氣的治理。很多工業(yè)廢氣中含有二氧化硫、氮氧化物（主要是一氧化氮及二氧 化氮）、汞蒸氣等有害成分雖然濃度一般很底，但對人體和環(huán)境

6、的危害甚大而必須進(jìn)行 治理。這類環(huán)境保護(hù)問題在我國已愈來愈受重視。選擇適當(dāng)?shù)墓に嚭腿軇┻M(jìn)行吸收， 是廢氣治理中應(yīng)用教廣的方法。當(dāng)然，以上目的有時也難于截然分開，如干燥廢氣中的有機(jī)溶劑，能回收下來 就很有價值，任其排放則會然大氣。1.2 吸收設(shè)備- 填料塔概況填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放 置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填 料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣 體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩 相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔

7、屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變 化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。當(dāng)液體沿填料層向下流動時， 有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁 流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較 高時，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體 再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng) 重新分布后噴淋到下層填料上。該設(shè)計填料塔中，氨氣和空氣混合氣體，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

8、由塔頂 排除，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。填料塔的設(shè)備圖見附錄二1.3典型的吸收過程一個完整的吸收分離過程，包括吸收和解吸兩個部分。典型過程有單塔和多塔、 逆流和并流、加壓和減壓等。以煤氣脫苯為例：在煉焦及制取城市煤氣的生產(chǎn)過程中，焦?fàn)t煤氣內(nèi)含有少量的 苯、甲苯類低碳?xì)浠衔锏恼羝s35g/m3 ）應(yīng)予以分離回收，所用的吸收溶劑為該 工業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，即焦煤油的精制品稱為洗油。回收苯系物質(zhì)的流程包括吸收和解吸兩個大部分。含苯煤氣在常溫下由底部進(jìn)入 吸收塔，洗油從塔頂淋入，塔內(nèi)裝有木柵等填充物。在煤氣與洗油接觸過程中，煤氣 中的苯蒸汽溶解于洗油，使塔頂離去的煤氣苯含量降至某允許值（

9、2g/m3），而溶有較 多苯系物質(zhì)的洗油（稱富油）由吸收塔底排出。為取出富油中的苯并使洗油能夠再次使 用（稱溶劑的再生），在另一個稱為解吸塔的設(shè)備中進(jìn)行與吸收相反的操作-解吸。為此，可先將富油預(yù)熱到170 C左右由解吸塔頂淋下，塔底通入過熱水蒸氣。洗油中 的苯在高溫下逸出而被水蒸氣帶走，經(jīng)冷凝分層將水除去，最終可得苯類液體（粗苯）， 而脫除溶質(zhì)的洗油（稱貧油）經(jīng)冷卻后可作為吸收溶劑再次送入吸收塔循環(huán)使用第二節(jié) 填料塔的主體設(shè)計方案的確定2.1 流程說明本次設(shè)計采用逆流操作：氣相自塔低進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排 出，即逆流操作。逆流操作的特點是：傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率

10、高，吸收劑利用 率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。填料塔的工藝流程圖見附錄二2.2 吸收劑的選擇吸收過程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解來實現(xiàn)的， 因此，吸收劑性能的優(yōu)劣， 是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇吸收劑時應(yīng)著重考慮以下幾方面：(1) 溶解度 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的用量。(2) 選擇性 吸收劑對溶質(zhì)組分要有良好的吸收能力， 而對混合氣體中其他組分不吸收 或吸收甚微，否則不能直接實現(xiàn)有效分離。(3) 揮發(fā)度要低 操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低， 以減少吸收和再生過程中吸收劑的 揮發(fā)損失。(4) 黏度 吸收劑在操作溫度下的黏度越低，其在塔內(nèi)的流動性越好，有助

11、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 點低、價廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。氨是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，但是其強(qiáng)烈的刺激性氣味對于人體健康和 大氣環(huán)境都會造成破壞和污染，因此吸收空氣中的氨，防止氨超標(biāo)具有重要意義。 為了避免化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染， 需要采用一定方法對于工業(yè)尾氣中的氨氣進(jìn)行吸收，本次課程設(shè)計的目的是根據(jù)設(shè)計 要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有氨氣的工業(yè)尾氣 ,使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)計 采填料塔進(jìn)行吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液傳質(zhì)面積而且填料表面具

12、有良 好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進(jìn)行 , 而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、填 料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，從而可以使吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。吸收 劑對溶質(zhì)的組分要有良好地吸收能力，而對混合氣體中的其他組分不吸收，且揮發(fā)度 要低。所以本課程設(shè)計選擇用清水作吸收劑，氨氣為吸收質(zhì)。水廉價易得，物理化學(xué)性 能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對吸收劑的基本要求。且氨氣不作為產(chǎn)品，故采用 純?nèi)軇?。工業(yè)常用吸收劑溶質(zhì)溶劑溶質(zhì)溶劑氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氫水二氧化碳水、堿液二氧化硫水硫化氫堿液、有機(jī)溶劑苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳銅氨液2.3填料的類型與選擇塔填料（簡稱為填料）是填料塔的核心構(gòu)件，它

13、提供了氣、液兩相相接觸傳質(zhì)與 傳熱的表面，其性能優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面積越大， 氣液分布也就越均勻，傳質(zhì)效率也越高，它與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。因此, 填料的選擇是填料塔設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。231填料種類的選擇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。本次采用散裝填料。散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般 以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)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。拉西環(huán) 鮑爾環(huán)階梯環(huán)弧鞍形填料矩鞍形填料填料的階梯環(huán)結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長方形小孔

14、，環(huán)內(nèi)有兩層交錯45 的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。這樣的結(jié)構(gòu) 使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填料，因此獲得廣 泛的應(yīng)用。因此本次設(shè)計選用階梯環(huán)。232填料規(guī)格的選擇工業(yè)塔常用的散裝填料主要有 Dn 16D n25D n38 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

15、，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。填料種類D/d的推薦值拉西環(huán)D/d X 2030鞍環(huán)D/d A 15鮑爾環(huán)D/d 王 1015階梯環(huán)D/d8環(huán)矩鞍D/d82.3.3填料材質(zhì)的選擇工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。塑料填料的材質(zhì)主要包括聚臺匕丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，國內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料好，可耐一般的無機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在嚴(yán)100C以綜合以上：選用50mm聚丙烯階梯環(huán)塔填料。其主要性能參數(shù)查表得:比表面積a： 114.2 m2 /m3空隙率；:0.927填料因子

16、門：89m J國內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)見表2.1表2.1國內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)材外徑外徑x高X厚比表面積空隙率個數(shù)堆積密度干填料因子填料因子質(zhì)d, mmd x Hx 3at， m/m3e, mwn,個 /m33P p, kg/mat / e 3, m1-1,m塑2525 x 17.5 x 1.42280.908150097.83132403838 x 19 x 1132.50.912720057.5175.6120料5050 x 30 x 1.5114.20.927998076.8143.1807676 x 37 x 389.950.929342068.411272第三節(jié)填料塔工藝尺寸的計算3.1基礎(chǔ)物

17、性數(shù)據(jù)3.1.1液相數(shù)據(jù)1) .水的密度:一 =998.2kg/m32) 黏度：片=0.001pa.s = 3.6kg/m.h3) .表面張力：；： =72.6dyn/ cm = 940896kg / h234) .20CNH3：H =0.725kmol/m kpa5) . 20 CNH3: D7.34 10”m2/h6) . 20 CNH3: Dv = 0.225cm2/s 二 m2/h7) . NH3的微分溶解熱：34738J/mol3.1.2氣相數(shù)據(jù)1. 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：Mvm 八 wm =0.15 0.17 0.85 29 = 27.2kg/kmol2. 混合氣體密度:3_3

18、3= 1.0586kg/mPM 101.325 1027.2 10RT8.314 313.153. 混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊得 40 C 空氣黏度： =19.1 10J3paLs = 0.0688kg/m_h3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)已知20 C下氨在水中的溶解度系數(shù) H = 0.725kmol/(m3 kpa)p亨利系數(shù)E HM s相平衡常數(shù)Em = 一PlHM sP998.20.725 18.02 101.3二 0.754E 亨利系數(shù)H 溶解度系數(shù)M s相對摩爾質(zhì)量m相對平衡常數(shù)3.2物料衡算及校核321水吸收氨氣平衡關(guān)系(xn -人丄)=CL(tn -匚二)t n = t n

19、 J(xnClC ：X =0.003 u 0.005)cl 水在塔溫度tm=（塔頂+塔底）/2下的比熱=(20+273.15+40+273.15)/2 下的比熱=303.15k = 30 C下的比熱Cl30-k=75.132J/mol K4.174kJ/(kg k)=4.174*18=75.132kJ/kmol-:氨氣的微分溶解熱- 水溶液的亨利系數(shù)-溫度關(guān)聯(lián)式lgE=11.468-1922/T單位E: Pa TE *m , y* = mxPY* 1 - y*CL=t= E= m=x* 、zy = Yx 取值：0.005 ,申 34748也有固定值：* 応*。005汽“246Cl3.2.2 繪

20、制X-Y圖當(dāng) x=0, X =0.005 時,lgE=11.468-1922=4.9116273.15 +20E=81588.61pa=0.8059atm卄”059J當(dāng) x=0.005 時t2 J X =(20+273.15)+2.31246=295.46kCL1922lgE=11.468-=4.9629E=91812.12pa=0.9062atm295.46ZB9062八* 4.5309* 仿八乙 皿515* 心Y3X5.0226* 10m當(dāng)x=0.01時t3 =t2x =295.46+2.31246=297.77k32 CL1922lgE=11.468-=5.0134E=103133.56

21、pa=1.0179atm297.77Evm 1.0179y=mx= 0.0102Y0.0103P1 - yY X0.0101m當(dāng) x=0.015 時t4 二t3x =297.77+2.31246=300.0825k43 CLlgE=11.468-1922 =5.0631300.0825E=115637.85pa=1.1412atmE中m=1.1414 y 二 mx =0.0171Y =0.0174P1 - yYX0.0152m當(dāng)x=0.02時t5 “4x =300.0825+2.31246=302.39496kCL1922lgE=11.468-=5.1121E=129441.88pa=1.27

22、743atm302.395Eym1.27743y 二 mx 二 0.0255486Y0.0262P1 - yY段X0.0205m當(dāng) x=0.025 時*t6 M5x =302.39496+2.31246=304.7074k65 ClE=144646.99pa=1.4275atm1922lgE=11.468-=5.16031304.7074Y y 0.037021 - ym = E = 1.4275y 二 mx 二 0.03569PY州X = 0.0259m當(dāng)x=0.03時*t7 -t6x =304.7074+2.31246=307.0199kCl1922lgE=11.468=5.20782E=

23、161368.46pa=1.5925atm307.0199心茜 1.5925y O.。478占二 0.。502Y_X0.03152m當(dāng) x=0.035 時tt7 CL x307-0199+2-31246=309-33236klgE=11.468-1922309.33236=5.25462E=179729.092pa=1.7737atmm=P“7737 O.。62。8總亦662YX0.0373m當(dāng)x=0.04時* At9 =t8x =309.33236+2.31246=311.645kCllgE=11.468-311.645匹生=5.300726E=199860.21pa=1.97237atm1

24、.97237y =mx 二 0.078895Y =1-y0.0857CllgE=11.468-313.96陛=5.3462E=221897.045pa=2.18985atm詳=2.18985y = mx = 0.09850.10931yYX0.0434m當(dāng) x=0.045 時t10 =t9x =311.645+2.31246=313.96kYx 二 0.0499m當(dāng)x=0.05時Clt11 *0X =313.96+2.31246=316.27246kE=246014.7997pa=2.42791922lgE=11.468-=5.391316.27246y 二 mx= 0.12140.13821

25、-yYX0.0569m當(dāng) x=0.055 時Clt12 二切 x =316.27246+2.31246=318.585klgE=11.468-318.585咤=5.4351E=272315.05pa=2.687410.17341-yYX0.0645m當(dāng)x=0.06時*t13 =t12x =318.585+2.31246=320.897kCl1922lgE=11.468-1922 =5.47855E=300987.04pa=2.9704atm320.897Eym2.9704y=mx= 0.17822Y0.2168P1 - yY “X0.0730m此時y y1, y =0.1782，滿足條件。計算

26、結(jié)果列表xT/KE/atmm*yX*Y0293.150.80590.80590000.005295.4620.90620.90620.00453090.00502260.00455150.010297.7741.01791.01790.01020.01010.01030.015300.0861.14141.14140.01710.01520.01740.020302.3981.27771.27770.025550.02050.02620.025304.711.42771.42770.03570.02590.037020.030307.0221.59271.59270.047780.031520

27、.05020.035309.3341.77391.77390.06210.03730.06620.040311.4641.97261.97260.07890.04340.08570.045313.9582.19002.19000.098550.04990.10930.050316.272.42772.42770.12140.05690.13820.055318.5822.68722.68720.14780.06450.17340.060320.8942.97012.97010.17820.07300.2168根據(jù)（X, Y*）繪出X-Y圖X00.00502260.01010.01520.020

28、50.02590.03150.03730.04340.04990.05690.06450.073*Y00.00455150.01030.01740.02620.0370.05020.06220.08570.10930.13820.17040.2168X-Y圖y 二 33. 805x2+0. 4665k+0. 00143.2.3物料衡算1. 進(jìn)塔氣相摩爾比為丫1心0. 1 50. 176 51- 0. 1 52. 出塔氣相摩爾比為丫2=Y(1a)=0.173. 進(jìn)塔惰性氣體流量：273V =2400 “22.4(1-0.15) =84.8549kmol /h(273 +20)4. 由X-Y圖可知

29、X與Y有如下函數(shù)關(guān)系：33.805X20.4665X -0.1751 =0其中 Y=0.1765將丫=0.1765帶入上述方程，解得符合條件的 X值：_bJb2_4acccg 屮X2ax-O.。654 即 X1=0.06545. 最小吸收劑用量Lmin對純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為X2丫1-丫2*XX2V（Y-丫2）*X1 X2二 215.25kmol /h因為吸收劑的實際用量 L=(1.12.0) Lmin，取L=1.2 Lmin則 L=1.2 Lmin =258.301kmol/h由全塔物料衡算有：V -Y) =L(X 1-X )2二V -Y)X112X2 =0.0545Lx1X 0.0

30、51681 X16. 校核t底=t頂 + x = 20347480.01568 =44 CCL75.132t 底=320.894k=47.74 Ct底-t底=3.74込5,故符合設(shè)計要求填料塔工藝尺寸的計算包括塔徑的計算、填料能高度的計算3.3塔徑的計算及校核3.3.1塔徑的計算1混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為；Mvm 八 wm =0.15 0.17 0.85 29 = 27.2kg/kmol2混合氣體密度：二 PM101.321027.103；-v1.0586 kg / mRT8.314 313.153.采用?？颂胤狐c關(guān)聯(lián)式計算泛點速度(1) 氣體質(zhì)量和流量WV =2400 1.0586 = 25

31、40.59kg/h(2) 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即:Wl =258.301 18.02 = 4654.58kg/h(3) 填料總比表面積：=114.2m /m水的粘度：L .005mpa_S(4) 采用貝恩一一霍夫泛點關(guān)聯(lián)式lg=A-KWLUf泛點氣速，m/s;g重力加速度，9.81m/s 2-填料總比表面積，m/m；-填料層空隙率m/ m3Pl = 998.2kg/m , = 1.0586kg/m ,液相、氣相的密度W=4654.58 kg/h W V=2540.59kg/h不同類型填料的A K值散裝填料類型AK規(guī)整填料類型AK塑料鮑爾環(huán)0.09421.75金屬階梯環(huán)0.106

32、1.75金屬鮑爾環(huán)0.11.75瓷矩鞍0.1761.75塑料階梯環(huán)0.2041.75金屬環(huán)矩鞍0.062251.75A=0.204; K=1.75, ;= 0.927；將已知數(shù)據(jù)帶入上述公式可得/-4f O 、A-KwL丿申丿=-0.6609所以：lg |生烏 | 12 =-0.6609,匕八丿一4. 計算塔徑:取泛點率為0.6，即一 6、-2.4175m/s424003.14 2.4175 36000.5927m其中：D-塔徑，mV-操作條件下混合氣體的體積流量，m3/sJ-空氣氣速，即按空塔截面積計算的混合氣體線速度，m/s 圓整后，D=0.6m=600mm3.3.2塔徑的校核:1)4Vs

33、4 2400- 36003.14 0.62=2.3590m/s2.3590=0.586：=05,0.84.0290故符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)D = 600mm2）填料規(guī)格校核D/d=600/50=12 一8,符合設(shè)計條件3）校核潤濕率Lw 二U /、 要求滿足 Lw _0.08m3（ mjn）u 噴淋密度，m3（m2Lh）-1， U = Lh口 D24-填料的比表面積，m2加3Lh -以m /h表示的吸收劑的用量Lh =258.301 18=4649.418 kgLh-1 =4649.418 一：一 998.2 m/h =406578 m3/hU = Lh =16.48 m3（ m2|_h）-1d24、=

34、t =114.2m2L_m LW =U /、=16.48/114.2=0.1443 _ 0.08m3/（ mUh），故符合設(shè)計要求綜上所述，塔徑為 D=0.6m=600mm符合設(shè)計要求3.4填料層高度的計算及分段3.4.1填料層高度的計算1. 基本數(shù)據(jù)：由Dg，則 313.15k，101.325kpa 下,NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù):Dg訕訳）2 = 0.17（101.325101.325（313.15273.1532 = 0.2087cm 2/s查表可知，0 C ，101.325kpa下，NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)：D=0.17cm2/s氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù)：Dl =1.80 10*m2/s=6

35、.480 10m2/h 丫 1=mX1=0.754 0.05168=0.0390*Y 2=mX2=02 脫吸因數(shù)：S=mv/L=0.754*84.8549/258.301=0.2477 3.氣相總傳質(zhì)單元數(shù)-Y1-y；1NoG=m(1S)1 丫 2 +s-丫2-丫2j0.17650In (1-0.2477+0.24771-0.2477 f0.0106-0=3.7184.氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算a =1 - exp-1.45c)0.75at二 lUl仃 Ll)0.12 2U L at -0.05U L(r2)( r_aL gLLat)0.2查表知：26 二 33dyn = 42

36、7680kg/h氣體質(zhì)量通量為:-05芽尹需豐2=8990.057kg/（心）0.75.-0.05:w= 1-exp -1.45( 410890) :t940896白6470.559 丫16470.5592x114.2114.2 3.6998.2 1.27 108kG37(+)0.7v1DV 3 . RTi 8990.057=0.237 .1114.2 90688 丿二 0.10269kmol/ m2|_h_kpa注：混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。0.06881.0586 0.0287 10*3 114.2 漢 0.0287 03600 3600 丿、8.314 313.15液體質(zhì)量通量為：

37、ULWl一24654.58 2 =16470.559kg/( mlh)0.785XD20.785X0.6216470.5592998.2 940896 114.2=0.7123:w = 0.7123 t =81.345 4.氣膜吸收系數(shù):查手冊得 40 C 空氣黏度： = 19.1 10 pO = 0.0688kg/mh5. 液膜吸收系數(shù):3r叫、2仏g祜gw出丿“Dl丿I Pl丿211=0.45568Kl =0.0095查表知：* =1.451.1= 0.10269 0.71227 114.2 1.45=12.5702kmol /(m3|_hLpa)二 Kw ；：0.40.4-0.45568

38、 0.71227 114.2 1.45-43.005/h卩 2 3590100% =58.6% _ 50%JF 4.02906. 以下公式為修正計算公式：，-”1.4U -0.5UfKg：H OG-J1 9.5 0.0861.412.5702= 16.4193kmol/ mLh_kpa-=1+2.6U -0.5Uf1 L=1 2.6 0.0862.243.005= 43.5112/h1二1Kg： HKl：11116.1493 0.725 43.5112= 10.7987kmol / m3Lh_kpaKy：“ Kg：84.85510.7987 101.325 0.785 0.60.27817.

39、填料層高度計算:kG 乞=1 +9.5Z = Hog Nog= 0.2781 3.7180 =1.032取上下活動系數(shù)為1.5Z =1.5Z L 2.0m3.4.2填料層的分段Z 2=3 33 3 0D 0.6，需要分層，兩段之間加一個液體再分布裝置。3.5填料層壓降計算1.氣體通過填料層的壓降采用 Eckert關(guān)聯(lián)計算，其中橫坐標(biāo)為：0.5%丿WLW查表可知:= 0.59671p=89m縱坐標(biāo)為：u2 匚g、2叮2 = 2.4175 89 佃861.0052 =0.05689.81 998.22. 根據(jù)橫縱坐標(biāo)值，查Eckert圖可知：P/Z=40 9.81=392.4pa/m （填料）全塔

40、填料層壓降：P=392.4 z=392.4 2、785pa第四節(jié) 其他輔助設(shè)備的計算與選擇4.1吸收塔的主要接管尺寸的計算1.氣體進(jìn)料管:d=4 24003.14 15 3600=0.2379m = 237.9mm注：u 在 1030m/s 之間，取 u=15m/s采用直管進(jìn)料，由制藥化工原理王志祥主編化學(xué)工業(yè)出版社P404查得選擇汙245mm 6.5mm熱軋無縫鋼管,4 2400/3600U如-兀d23.14 x(0.245 0.0065 x2)2= 15.778m/s，在符合范圍內(nèi)。2.液體進(jìn)料管:由于常壓下塔液體進(jìn)出口管速可取1 L 3m /s，故若取液體進(jìn)出口流速近似為2.4175m/

41、s，則由公式 中d2u可求得液體進(jìn)出口內(nèi)徑為4654.58 44d 二 二u998.2 3600 3.14 2.4170.02613m = 26.13mm 采用直管進(jìn)料，由制藥化工原理王志祥主編 化學(xué)工業(yè)出版社查得 選擇:，32mm 2.5mm熱軋無縫鋼管，則u牛4 465458/(998.2 36002= 2.26m/s (在符合范圍內(nèi)) 兀d 3.14 x(0.032 0.0025匯2)4.2氣體進(jìn)出口壓降剛=1九2(1)進(jìn)口：21 1.0586 15.778131.77 Pa2AA(2)出口： 邛2 =0.6 m2 =0.6 - 1.0586 15.77879.062 Pa224.3離心

42、泵的選擇與計算1.雷諾數(shù):管內(nèi)液體流速：u = 2.26m/s則雷諾數(shù)“(l如，.26 226 99&2 =5.842 1051.004 10 2Z=0.3164ReJ0.253.局部阻力損失：= 0.0114三個標(biāo)準(zhǔn)截止閥全開 =3漢6.4=19.2 ;三個標(biāo)準(zhǔn)90彎頭3 0.75=2.25 ； Hf =(丄 ；)d2g4.管路總壓頭損失= (0.0114 21.45) -266.9537m0.0262x9.815 填料塔壓降：p=Ap 中也口十也P2785十 131.77+79.062 =995.8(pa)其它阻力壓強(qiáng)較小，可忽略。6.揚(yáng)程:He=Lz 丄 Hf=299586.954 70

43、56mPg998.2x9.817.流量：Q =叫= 4654.58 = 4.663m2/hPl998.2查王志祥編制藥化工原理P407附錄21，選型號IS50-32-200泵合適，該泵揚(yáng) 程12.5米，流量6.3立方米/小時，轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分鐘附件一1. 設(shè)計結(jié)果匯總設(shè)計名稱水吸收氨氣的填料吸收塔操作壓強(qiáng)1atm填料數(shù)據(jù)種類填料尺寸泛點填料因子壓降填料因子空隙率比表面積聚丙烯階梯環(huán)Dn 50127 m -89m，0.927114.22 .3m / m物性數(shù)據(jù)液相氣相液體密度998.2kg/m 3混合氣體的平均密度1.0586kg/m3液體粘度1.005mpaLJs混合氣體的粘度0.0688

44、kg/mjh液體表面張力2940896kg/h混合氣體平均摩爾質(zhì)量27.2kg/kmol擴(kuò)散系數(shù)1.810_9m2/s擴(kuò)散系數(shù)2.V10m2/s填充系數(shù)填充系數(shù)物料衡算數(shù)據(jù)Y1Y2X1X2氣相流量G液相流量L最小液氣比操作液氣比0.17650.01060.054502540.59kg/h4654.58kg/h215.25 kmol/h3.044工藝數(shù)據(jù)填料類型塔速塔徑氣相總傳質(zhì)單兀數(shù)氣相總傳質(zhì)單元高度填料層咼度填料層壓降塑料階梯環(huán)2.4175m/s0.6m3.7180.2781m2.0m785pa填料塔附件氣體進(jìn)口管徑238mm氣體出口管徑238mm風(fēng)機(jī)離心泵選型號IS50-32-200泵合適，該泵揚(yáng)程12.5米，流量6.3立方 米/小時，轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分鐘。2. 主要符號及其說明(1)英文字母a填料層的有效傳質(zhì)比表面積(m2/m3)aw填料層的潤滑比表面積m2/m3A 吸收因數(shù)；無因次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)Hg -氣相傳質(zhì)單元咼度，mHl-液相傳質(zhì)單兀咼度，mH og氣相總傳質(zhì)單兀咼度，mHol液相總傳質(zhì)單元咼度，mkG氣膜吸收系數(shù)，kmol /(m 3.s.KPa);lg-一吸收