水吸收氨填料塔課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄1、概述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(gè)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。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(duì)于人體健康和大氣環(huán)境都會(huì)造成破壞和污染，因此，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(duì)于工業(yè)尾氣中的氨氣進(jìn)行吸收，本次化工

2、原理課程設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用填料吸收塔吸收的方法來(lái)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(jì)采用填料塔進(jìn)行吸收操作是因?yàn)樘盍峡梢蕴峁┚薮蟮臍庖簜髻|(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過(guò)程易于進(jìn)行，而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)，從而可以使吸收操作過(guò)程節(jié)省大量人力和物力。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(shuō)是最常見(jiàn)的方法。就雜質(zhì)的濃度來(lái)說(shuō)，多數(shù)很底，但因?yàn)槲：Υ蠖砸蟾叩膬艋?。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。

3、（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(lái)，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(duì)人體和環(huán)境的危害甚大而必須進(jìn)行治理。這類環(huán)境保護(hù)問(wèn)題在我國(guó)已愈來(lái)愈受重視。選擇適當(dāng)?shù)墓に嚭腿軇┻M(jìn)行吸收，是廢

4、氣治理中應(yīng)用教廣的方法。 當(dāng)然，以上目的有時(shí)也難于截然分開(kāi)，如干燥廢氣中的有機(jī)溶劑，能回收下來(lái)就很有價(jià)值，任其排放則會(huì)然大氣。1、2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(dòng)。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(guò)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(dòng)時(shí)，

5、有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，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(shí)，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(jì)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)吸收后的混合氣體由塔頂排除，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。1.3設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)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，

6、即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是：傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。吸收劑的選擇： 吸收過(guò)程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解來(lái)實(shí)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(shí)應(yīng)著重考慮以下幾方面：(1)溶解度 吸收劑對(duì)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(duì)溶質(zhì)組分要有良好的吸收能力，而對(duì)混合氣體中其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實(shí)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(guò)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)

7、的流動(dòng)性越好，有助于傳質(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(wú)毒性、無(wú)腐蝕性，不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。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塔填料（簡(jiǎn)稱為填料）是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣、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(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

8、料和規(guī)整填料兩大類。本次采用散裝填料。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(kāi)孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。因此本次設(shè)計(jì)選用階梯環(huán)。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有Dn16Dn25Dn38 Dn76等幾種規(guī)格。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/d2030鞍環(huán)D/d15鮑爾環(huán)D/d1015階梯環(huán)D/d>8環(huán)矩鞍D/d>8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 空隙率：0.927填料因子：表2.1 國(guó)內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)材質(zhì)外徑d，mm25385076外徑×高×厚d×H&#

9、215;25×17.5×1.438×19×150×30×1.576×37×3比表面積at，m2/m3228132.5114.289.95空隙率，m3/m30.900.910.9270.929個(gè)數(shù)n，個(gè)/m3815002720099803420堆積密度p，kg/m397.857.576.868.4干填料因子at/3，m-1313175.6143.1112填料因子，m-12401208072塑料2、工藝計(jì)算2、1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)2.1.1液相數(shù)據(jù)水的密度： 表面張力：的微分溶解熱：34738J/mol2.1.2氣相數(shù)據(jù)1.

10、 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：2. 混合氣體密度：3.混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊(cè)得40空氣黏度：2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)已知20下氨在水中的溶解度系數(shù)亨利系數(shù) 相平衡常數(shù) E亨利系數(shù) H溶解度系數(shù) Ms相對(duì)摩爾質(zhì)量m相對(duì)平衡常數(shù)2.1.4物料衡算水吸收氨氣平衡關(guān)系 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下的比熱在30°C下的比熱：查表得 4.174kJ/(kg·k)=4.174*18=75.132kJ/kmol·k=75.132J/molK:氨氣

11、的微分溶解熱 =34738J/mol 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 T：k取值：0.005，也有固定值：=當(dāng)x=0，=0.005時(shí)，lgE=11.468-=4.9116 E=81588.61pa=0.8059atm0.8059 0 0 0當(dāng)x=0.005時(shí)，(20+273.15)+2.31246=295.46klgE=11.468-=4.9629 E=91812.12pa=0.9062atm0.9062 4.5309* 4.5515* 5.0226*當(dāng)x=0.01時(shí)，295.46+2.31246=297.77klgE=11.468-=5.01

12、34 E=.56pa=1.0179atm1.0179 0.0102 0.0103 0.0101當(dāng)x=0.015時(shí)，297.77+2.31246=300.0825klgE=11.468-=5.0631 E=.85pa=1.1412atm1.1414 0.0171 0.0174 0.0152當(dāng)x=0.02時(shí)，300.0825+2.31246=302.39496klgE=11.468-=5.1121 E=.88pa=1.27743atm1.27743 0. 0.0262 0.0205當(dāng)x=0.025時(shí)，302.39496+2.31246=304.7074klgE=11.468-=5.16031 E=

13、.99pa=1.4275atm1.4275 0.03569 0.03702 0.0259當(dāng)x=0.03時(shí)，304.7074+2.31246=307.0199klgE=11.468-=5.20782 E=.46pa=1.5925atm1.5925 0.0478 0.0502 0.03152當(dāng)x=0.035時(shí)，307.0199+2.31246=309.33236klgE=11.468-=5.25462 E=.092pa=1.7737atm1.7737 0.06208 0.0662 0.0373當(dāng)x=0.04時(shí)，309.33236+2.31246=311.645klgE=11.468-=5. E=.

14、21pa=1.97237atm1.97237 0. 0.0857 0.0434當(dāng)x=0.045時(shí)，311.645+2.31246=313.96klgE=11.468-=5.3462 E=.045pa=2.18985atm2.18985 0.0985 0.1093 0.0499當(dāng)x=0.05時(shí)，313.96+2.31246=316.27246klgE=11.468-=5.391 E=.7997pa=2.42792.4279 0.1214 0.1382 0.0569當(dāng)x=0.055時(shí)，316.27246+2.31246=318.585klgE=11.468-=5.4351 E=.05pa=2.68

15、7412.68741 0.14781 0.1734 0.0645當(dāng)x=0.06時(shí)，318.585+2.31246=320.897klgE=11.468-=5.47855 E=.04pa=2.9704atm2.9704 0.17822 0.2168 0.0730此時(shí)>，=0.1782，滿足條件。 計(jì)算結(jié)果列表xT/KE/atmmy*XY*0 293.15 0.80590.80590 0 0 0.005 295.4620.9062 0.90620. 0.0.0.010 297.774 1.01791.01790.01020.01010.01030.015 300.0861.14141.141

16、40.01710.01520.01740.020 302.398 1.27771.27770.025550.0205 0.02620.025 304.71 1.42771.4277 0.03570.02590.037020.030 307.022 1.59271.5927 0.047780.031520.05020.035 309.334 1.77391.77390.06210.0373 0.0662 0.040 311.464 1.97261.97260.07890.04340.08570.045 313.958 2.19002.19000.098550.04990.10930.050 31

17、6.27 2.42772.42770.12140.05690.13820.055 318.582 2.68722.68720.14780.06450.17340.060 320.8942.97012.97010.17820.07300.2168根據(jù)（X，Y*）繪出X-Y圖XY*000.0.0.01010.01030.01520.01740.02050.02620.02590.0370.03150.05020.03730.06220.04340.08570.04990.10930.05690.13820.06450.17040.0730.21681. 進(jìn)塔氣相摩爾比為 2. 出塔氣相摩爾比為 3

18、. 進(jìn)塔惰性氣體流量: 4. 由X-Y圖可知X與Y有如下函數(shù)關(guān)系：其中Y=0.1765將Y=0.1765帶入上述方程，解得符合條件的X值：即=0.06545. 最小吸收劑用量對(duì)純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為因?yàn)槲談┑膶?shí)際用量L=(1.12.0) ，取L=1.2 則L=1.2 =258.301kmol/h由全塔物料衡算有： 2.2填料塔的工藝尺寸的計(jì)算2.2.1塔徑的計(jì)算1. 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為;2.混合氣體密度：3. 采用埃克特泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度（1） 氣體質(zhì)量和流量（2） 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即：（3） 填料總比表面積：水的粘度：（4） 采用貝恩霍夫泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式=A

19、-K 泛點(diǎn)氣速，m/s; g 重力加速度，9.81m/s, 液相、氣相的密度WL=4654.58/h WV=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)0.1061.75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,;將已知數(shù)據(jù)帶入上述公式可得A-K=-0.6609所以：=-0.66094.計(jì)算塔徑：取泛點(diǎn)率為0.6，即則:其中：D-塔徑，mV-操作條件下混合氣體的體積流量，-空氣氣速，即按空塔截面積計(jì)算的混合氣體線速度，m/s圓

20、整后，D=0.6m=600mm2.2.2填料層高度計(jì)算1.基本數(shù)據(jù)：查表可知， 0，101.325下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)：由，則313.15，101.325下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)： =氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù)：=6.4802脫吸因數(shù)：S=mv/L=0.754*84.8549/258.301=0.24773.氣相總傳質(zhì)單元數(shù)： =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(jì)算：液體質(zhì)量通量為：氣體質(zhì)量通量為：查表知： =0.71234. 氣膜吸收系數(shù)： 注：混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊(cè)得40空氣黏度：5. 液膜吸收系數(shù)：=0.45568查表知：6. 以下公式為修正計(jì)算公式： 7.

21、 填料層高度計(jì)算： 2.2.3填料層壓降計(jì)算1.氣體通過(guò)填料層的壓降采用Eckert關(guān)聯(lián)計(jì)算，其中橫坐標(biāo)為：0.5967查表可知：縱坐標(biāo)為：=2. 根據(jù)橫縱坐標(biāo)值，查Eckert圖可知：全塔填料層壓降：2.2.4液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)液體在亂堆填料層內(nèi)向下流動(dòng)時(shí)，有偏向塔壁流動(dòng)的現(xiàn)象，偏流往往造成塔中心的填料不被潤(rùn)濕，降低表面利用率。根據(jù)再分布器各種規(guī)格的使用范圍，最簡(jiǎn)單的液體再分布裝置為截錐式再分布器。3.輔助設(shè)備的計(jì)算及選型3.1吸收塔的主要接管尺寸的計(jì)算1. 氣體進(jìn)料管：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查得選擇熱軋無(wú)

22、縫鋼管，則，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，故若取液體進(jìn)出口流速近似為2.4175m/s，則由公式可求得液體進(jìn)出口內(nèi)徑為采用直管進(jìn)料，由制藥化工原理 王志祥主編 化學(xué)工業(yè)出版社查得選擇熱軋無(wú)縫鋼管，則 （在符合范圍內(nèi)）3.2氣體進(jìn)出口壓降（1）進(jìn)口：（2）出口：3.3離心泵的選擇與計(jì)算1. 雷諾數(shù)：管內(nèi)液體流速： 則雷諾數(shù)2.3.局部阻力損失： 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)截止閥全開(kāi) ; 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90°彎頭 ；4.管路總壓頭損失 5. 填料塔壓降： 其它阻力壓強(qiáng)較小，可忽略。6.揚(yáng)程 ：7.流量：該泵揚(yáng)程12.5米，流量6.3立方米/小時(shí)，轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分鐘。4.設(shè)計(jì)一覽

23、表設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 設(shè)計(jì)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(diǎn)填料因子壓降填料因子空隙率比表面積聚丙烯階梯環(huán)Dn50127890.927114.2物性數(shù)據(jù)液相氣相液體密度998.2kg/ m³混合氣體的平均密度液體粘度混合氣體的粘度液體表面張力混合氣體平均摩爾質(zhì)量27.2kg/kmol擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(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/h215.25kmol/h3.044工藝數(shù)據(jù)填料類型塔速塔徑氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元高度填料層高度填料層壓降塑

24、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(hào)IS50-32-200泵合適，該泵揚(yáng)程12.5米，流量6.3立方米/小時(shí)，轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分鐘。5.總結(jié)課程設(shè)計(jì)使我充分理解到化工原理課程的重要性和實(shí)用性，首先培養(yǎng)了我們查閱資料，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(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，最后熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪圖的能力以及用簡(jiǎn)潔文字，圖表表達(dá)設(shè)計(jì)思想的能力。本次化工原理課程設(shè)計(jì)是水吸收氨過(guò)程填料塔的設(shè)計(jì)，這是關(guān)于吸收中填料塔的設(shè)計(jì)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我對(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),加深了我對(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。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，提高了我處理問(wèn)題分析