水吸收氨過程填料吸收塔設(shè)計(jì)

1、過程系統(tǒng)原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)者班級(jí)：設(shè)計(jì)者姓名：設(shè)計(jì)者學(xué)號(hào)：設(shè)計(jì)日期：指導(dǎo)教師：（簽名）設(shè)計(jì)成績：評(píng)定日期：水吸收氨過程填料吸收塔設(shè)計(jì)目錄1.概述 -第 1 頁1.1 設(shè)計(jì)題目 -第 1頁1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) -第 1頁2.設(shè)計(jì)計(jì)算過稱 -第 1 頁2.1吸收流程的確定 -第 1 頁2.2填料的選擇 -第 2 頁2.3基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)整理 -第 2 頁2.4物料衡算 -第 3 頁2.5吸收塔的工藝尺寸的計(jì)算 -第 4 頁2.6填料層壓降計(jì)算 -第 8 頁2.7填料塔塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)與選型 -第 8 頁3.設(shè)計(jì)結(jié)果 -第 9 頁4.心得體會(huì) -第 10頁1. 概述1.1 設(shè)計(jì)題目水吸收氨過程填料

2、吸收塔設(shè)計(jì)。1.2基礎(chǔ)數(shù)據(jù)1、混合氣體的處理量為：3600m3/h 。每年 300 天，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。2、原料氣組成：氨 5 ；空氣953、產(chǎn)品質(zhì)量：塔頂：氨含量不大于0.02 ，用清水吸收；（以上均為體積分?jǐn)?shù)）4、設(shè)計(jì)條件：操作壓力：常壓 ；操作溫度：20 ；吸收劑用量：最小用量的 1.5 倍；填料類型、尺寸：自選。廠址：天津地區(qū)。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H0.725kmol/(m 3 ·kPa) 。其它物性數(shù)據(jù)可查有關(guān)資料或手冊(cè)。2. 設(shè)計(jì)計(jì)算過程2.1 吸收流程的確定除了少數(shù)情況只需單獨(dú)進(jìn)行吸收外，一般需對(duì)吸收后的溶液繼以脫吸，使溶劑再生，循環(huán)使用

3、。因此，除了吸收塔以外，還需與其他設(shè)備一道組成一個(gè)完整的吸收 -脫吸流程。吸收塔過程的原則流程1-吸收塔； 2-富液泵； 3-貧液泵； 4-解吸塔2.2 填料的選擇長期的研究，開發(fā)出許多性能優(yōu)良的填料，如圖是幾種填料的形狀。對(duì)于水吸收NH3 的過程，操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中， 塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好， 故此選用 DN50 聚丙烯階梯環(huán)填料。2.3 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)整理對(duì)于低濃度吸收過程，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(cè)查得，20時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度：粘度：表面張力：L 998.2kg / m3L 0.01Pa s 3.6kg /

4、(m h)L72.6dyn / cm940896kg / h2NH3 在水中的擴(kuò)散系數(shù)：D L 2.04 10 9 m 2 / s 2.0410 9 3600m 2 / h7.34410- 6 m 2h混合氣體的平均摩爾質(zhì)量：M 0.05 17(10.05)2928.4(kg / kmol )混合氣體的平均密度：PM101.328.41.181kg / m3VmRT8.314293混合氣體的粘度可近似取空氣的粘度，查手冊(cè)得20空氣的粘度為：v 1.81 10 5 Pa s0.065kg /(m h)查手冊(cè)得 NH3 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為： DV 0.081m2 / h由手冊(cè)查得：常壓下20時(shí)

5、NH3 在水中的亨利系數(shù)： E 76.41kPa相平衡常數(shù)為： mE76.41P0.754101.3溶解度系數(shù)為：HL3)EM s0.725kmol /( kPa m2.4 物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為： Y1y10.05y10.052611 0.05出塔氣相摩爾比為：0.05(10.998)Y20.050.000105261進(jìn)塔惰性氣相流量為：3600273(1 0.05) 142.3 kmol/hV27322.420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LY1Y2V minY1 / mX 2對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：X 20L0.0526 0.0001052

6、63V min0.7520.0526 / 0.754 0取操作液氣比為：L L1.5V V m inL1.50.7521.128VL142.3 1.128160.51kmol/LV(Y 1Y2 )L(X 1X 2 )X 10.046542.5 吸收塔的工藝尺寸計(jì)算吸收塔塔徑的計(jì)算：填料塔的直徑 D 與操作空塔氣速 u 及氣體體積流量 Vs 之間存在以下關(guān)系D 4Vs u式中： D 塔徑， m;Vs氣體體積流量， m3/s;u 操作空塔氣速， m/s 采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速氣相質(zhì)量流量為：W V36001.1814251.6 kg/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即WL160.5

7、1 182889.2kg/h埃克特通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為：W L0.52889 .21.1810 .5V0.0234X4251 .6998.2W VL得YF FV0. 20.23gLL得F 82m 1液相為水其液體密度校正系數(shù)1 ， 20時(shí)水的粘度 1 mPa su F0.23gL0.239.81 998.24.854 m/s0 .2820.2FVL1 1.181 1取 u 0.7uF0.74.8543.4 m/s由4V S4 3600 / 3600D3.140.6121 mu3.4圓整塔徑取 D0.65 m泛點(diǎn)率校核3600/3600u3.42 m/s2u3.42100% 70.46u F4.

8、854填料規(guī)格校核D6501013d 50液體噴淋密度校核取最小潤濕速率為(L W )min0.08 m 3 / mh得at103 m 2/ m 3U min( L w )min at 0.08 103 8.24 m 3 / m 2 hU2889.2/998 .28.727 U min0.7850.65 2經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D650 mm 合理。填料層高度計(jì)算：采用傳質(zhì)單元數(shù)法計(jì)算，其基本公式為：Z H OG NOGH OG氣相總傳質(zhì)單元高度, mNOG氣相總傳質(zhì)單元數(shù),無因次Y1mX 10.754 0.0465 0.0351Y 2mX 20mv式中SS 為參數(shù)，為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)

9、，在L 為脫吸因數(shù)。為方便計(jì)算，以半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上標(biāo)繪上式的函數(shù)關(guān)系， 得到右圖所示的曲線。 此圖可方便地查出值吸脫因數(shù)為：mv0.754 142.3S0.6685L 160.51氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：N OG11ln (1S) Y1Y2SSY 2Y211ln (10.6685) 0.0526 0.0001050.6685 15.430.66850.0001050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：0.750.1U L2 a t0.05U L20.2aw1exp 1.45CU Latat LL2gL L atL查化工原理課程設(shè)計(jì)第143 頁表 5 13 得c 33 dyn/cm427680

10、kg/h 2液體質(zhì)量流量為：U L2889.28711 .3 kg/(m 2h)0.7850.6520.750.18711.320.05aw1 exp1.454276808711.3103aL9408961033.6998.2 2 1.27 10 88711.320.29978.29408961030.2365氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算0.31k GU VV3 at D V0.237V D VRTat V氣體質(zhì)量通量為：U V36001.18112819kg/(m 2h)0.7850.652128190. 70.06511030.081k G 0.23730.0651.1810.0818.3142

11、931030.1416 kmol/ (m 2hkpa)液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算211U L3L2L g3k L0.0095awL D LLL8711 .323.613.61.2710 810.00953230.23651033.6998.27.344106998.20.7088 m/h由 k G ak G a查化工原理課程設(shè)計(jì)第143 頁表 514 得1.45則 k G ak G a0.14160.23651031.451.15.1908 kmol/(m 3h kpa)k L ak L a0.40.70880.23651031.450.420.0327 l/hu70.46%50%u Fu1.42

12、.6 u2 .2由 k G' a19.50.5k G a和k L'a10.5k L a得u Fu Fk G' a19.5(0.70460.5)1 .45.190810.5392kmol /(m 3 h kpa)k 'L a12.6(0.70460.5)2 .220.032725.6818l/h則 k G a111118.1226 kmol/(m 3h kpa)1k G'aH k L' a10.539225.6818 0.725由HOGVV142.30.5214mk Y ak G ap8.1226101 .30.785 0.65 2由 ZHOGNO

13、G0.521415.438.05m得Z '1.258.0510.06 m設(shè)計(jì)取填料層高度為：Z '10.1m查化工原理課程設(shè)計(jì)第145 頁表 5 16 得h對(duì)于階梯環(huán)填料8 15 ，hmax6 mDh則8取 Dh10.16506565 mm計(jì)算得填料層高度為 10100 mm , 故需分兩段2.6 填料層壓降計(jì)算采用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降橫坐標(biāo)為：w L0 .5V0.0234w VL查化工原理課程設(shè)計(jì)第146 頁 圖 521 得P 1000 pa/mZ填料層壓降為P100010.110.1k pa2.7 填料塔塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)與選型液體分布器的選型：該吸收塔液相負(fù)荷較小，而

14、氣相負(fù)荷相對(duì)較低，所以選用篩孔型分布器分布點(diǎn)密度計(jì)算：按埃克特建議值， D=400 時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為300點(diǎn) / m 2 ，D=750 時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為 170點(diǎn) / m 2 因該塔液相負(fù)荷較小，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為230點(diǎn) / m 2 。布液點(diǎn)數(shù)為n0.7850.65 223076 .28點(diǎn)77點(diǎn)按分布點(diǎn)幾何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(jí)槽共設(shè)十一道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為80mm，槽高度為210mm，兩槽中心矩為120mm。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=77 點(diǎn)。填料支承及壓緊裝置：填料壓緊和限位裝置安裝在填料層頂部， 用于阻止填料的流化和松動(dòng)， 前者為直接

15、壓在填料之上的填料壓圈或壓板，后者為固定于塔壁的填料限位圈。選用柵板型， 它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單， 造價(jià)低；缺點(diǎn)是柵板間的開孔容易被散裝填料擋住，使有效開孔面積減小。3. 設(shè)計(jì)結(jié)果25時(shí)清水的密度20時(shí)清水的黏度20時(shí)清水的表面張力LLL998.2kg/m 31cp72.6dyn/cm混合氣體平均分子量 M vm28.4混合氣體平均密度vm1.181kg/m 3混合氣體黏度V1.181 10 5 Pa S30 081cm2/sNH 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù) DV20時(shí) NH3 在水中的亨利系數(shù)E76.41Pa相平衡常數(shù) m溶解度系數(shù) H0.7540.725kmol/kpa ·m3最小液氣比L0.752Vmin操作液氣比 LV出塔吸收劑中溶質(zhì)的摩爾比X 1填料塔的塔徑 D填料層高度 Z '填料層的壓力降P液體分布器布液點(diǎn)數(shù)n液體分布器槽寬度液體分布器槽高度液體分布器的孔徑d 01.1280.04650.65m10.1m10.1 kpa77 點(diǎn)80mm210mm3.7mm填料塔高度12m4. 心得體會(huì)歷時(shí)一個(gè)星期的化工原理課程設(shè)計(jì)結(jié)束了， 在這個(gè)課程設(shè)計(jì)過程當(dāng)中， 我們綜合地運(yùn)用了我們所學(xué)習(xí)過的流體力學(xué)， 吸收等方面的化工基礎(chǔ)知識(shí)， 設(shè)計(jì)了