水吸收氨過程填料吸收塔設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目 3000Nm3/h 含氨 5%填料吸收塔的設(shè)計(jì)試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫出混于空氣中的氨氣。混合氣體的處理量為 3000Nm3/h，其中含氨為 5%（體積分?jǐn)?shù)） ，采用清水進(jìn)行吸收。要求塔頂排放氣體中含氨低于 0.02%（體積分?jǐn)?shù)） 。操作條件操作條件（1）操作壓力 101.33 kPa（常壓） ；（2）操作溫度 20；（3）吸收劑用量為最小用量的 1.9 倍填料類型：選用聚丙烯階梯環(huán)填料。工作日：每年 300 天，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行廠址：合肥設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)方案的說明及流程說明；（2）吸收塔的物料衡算；吸收塔的工藝尺寸計(jì)算；（3）填料層壓降的計(jì)算；（4）液

2、體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)；（5）吸收塔接管尺寸計(jì)算；（6）繪制生產(chǎn)工藝流程圖；（7）繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖；（8）繪制液體分布器施工圖；（9）對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有關(guān)問題的討論。目 錄第第 1 章章 設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)介.11.1 選定塔型.11.2 確定填料吸收塔的具體方案.21.2.1 裝置流程的確定.21.2 選擇吸收劑.31.3 操作溫度與壓力的確定.31.3.1 操作溫度的確定.31.3.2 操作壓力的確定.3第第 2 章章 填料的類型與選擇填料的類型與選擇.42.1 填料的類型.42.1.1 散裝填料.42.1.2 規(guī)整填料.42.2 填料的選擇.52.2.1 填料種類的選擇.52.2

3、.2 填料規(guī)格的選擇.62.2.3 填料材質(zhì)的選擇.7第第 3 章章 填料塔工藝尺寸填料塔工藝尺寸.93.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù).93.1.1 液相物性數(shù)據(jù).93.1.2 氣相物性數(shù)據(jù).93.2.3 氣液相平衡數(shù)據(jù).93.2.4 物料衡算.10第第 4 章章 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算填料塔的工藝尺寸的計(jì)算.114.1 塔徑的計(jì)算.114.2 填料層高度計(jì)算.124.3 填料塔壓降的計(jì)算.14第第 5 章章 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì).165.1 液體分布器.165.2 液體再分布器.175.3 塔底液體保持管高度.18第第 6 章章 吸收塔接管尺寸計(jì)算吸收塔接管尺寸計(jì)算.196.1 氣體進(jìn)料

4、管.196.2 液體進(jìn)料管.196.3 離心泵的選型.196.4 風(fēng)機(jī)的選型.20第第 7 章章 塔體附件設(shè)計(jì)塔體附件設(shè)計(jì).227.1 塔的支座.227.2 其他附件.22附圖附圖 1 填料塔工藝圖填料塔工藝圖.23附圖附圖 2 工藝流程圖工藝流程圖.24附錄附錄 1 吸收塔設(shè)計(jì)條件圖吸收塔設(shè)計(jì)條件圖.25附錄附錄 2 符號(hào)說明符號(hào)說明.26附錄附錄 3 設(shè)計(jì)一覽表設(shè)計(jì)一覽表.27附錄附錄 4 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖通用關(guān)聯(lián)圖.28參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).29水吸收氨過程填料吸收塔1第第 1 章章 設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)介1.1 選定塔型選定塔型塔器是關(guān)鍵設(shè)備，例如在氣體吸收、液體精餾（蒸餾）

5、 、萃取、吸附、增濕中、離子交換等過程中都有體現(xiàn)。通常我們將塔分為板式塔和填料塔兩大類。其中填料塔是一個(gè)圓筒塔體，塔內(nèi)裝載一層或多層填料，氣相由下而上，液相由上而下接觸，傳熱和傳質(zhì)主要在填料表面進(jìn)行，填料的選擇是填料塔的關(guān)鍵。填料塔制造方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用材料可是耐腐蝕的材料或者金屬以及塑料，在塔徑較小的情況較有效，使用金屬材料省，一次投料較少，塔高較低。表 1-1 板式塔與填料塔對(duì)比序號(hào)填料塔板式塔800 mm 以下，造價(jià)低，直徑大則價(jià)高600 mm 以下時(shí)，安裝困難用小填料時(shí)，小塔的效率高，塔徑增大，效率下降，所需高度急增效率較穩(wěn)定。大塔板效率比小塔板有所提高空塔速度（生產(chǎn)能力）低空塔速度

6、高大塔檢修費(fèi)用高，勞動(dòng)量大檢修清理比填料塔容易壓降小，對(duì)阻力要求小的場(chǎng)合較適用（如：真空操作）壓降比填料塔大對(duì)液相噴淋量有一定要求氣液比的適應(yīng)范圍大內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于非金屬材料制作，可用于腐蝕較嚴(yán)重的場(chǎng)合多數(shù)不便于非金屬材料的制作持液量小持液量大吸收塔設(shè)計(jì)基本原則是：吸收塔設(shè)計(jì)基本原則是：生產(chǎn)能力大，有足夠的彈性；滿足工藝要求，分離效率高；運(yùn)行可靠性高，操作、維修方便，少出故障；水吸收氨過程填料吸收塔2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，造價(jià)較低；塔壓降小。綜上考慮，吸收 3000 Nm3/h 含 5%的氨的生產(chǎn)任務(wù)較小，我們采用填料吸收塔完成該項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，便于采用耐蝕材料使得壽命較長(zhǎng)。

7、1.2 確定填料吸收塔的具體方案確定填料吸收塔的具體方案1.2.1 裝置流程的確定裝置流程的確定裝置流程主要有以下幾種：裝置流程主要有以下幾種：（1）逆流操作 氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相由塔頂流入由塔底流出，其傳質(zhì)速率快，分離效率、吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用此操作。（2）并流操作 氣液兩相均由塔頂流向塔底，其系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。通常用于以下情況：當(dāng)吸收過程的平衡曲線較平坦時(shí)，液流對(duì)推動(dòng)力影響不大；易溶氣體的吸收或吸收的氣體不需吸收很完全；吸收劑用量很大，逆流操作易引起液泛。（3）吸收劑部分循環(huán)操作 在逆流操作過程中，用泵將吸收塔排除的一部分冷卻后與補(bǔ)充的

8、新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，通常以下情況使用：當(dāng)吸收劑用量較少，為提高塔的噴淋密度，對(duì)于非等溫吸收過程，為控制塔內(nèi)的溫度升高，需取出一部分熱量。該流程特別適用于相平衡常數(shù) m 較小的情況，通過吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的利用率。需注意吸收劑的部分再循環(huán)較逆流操作費(fèi)用的平均推動(dòng)力較小，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費(fèi)用提高。由于氨在水中的溶解度很大。逆流操作時(shí)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。逆流操作是完成該項(xiàng)任務(wù)的最佳選擇。在生產(chǎn)工藝流程圖中，吸收劑水由離心泵輸送至填料塔的塔頂，經(jīng)液體分布器均勻的分布在填料上，使填料整個(gè)的充分潤(rùn)濕。氣體由風(fēng)機(jī)從塔底送入，含少量氨氣的空氣經(jīng)過填料時(shí)，與

9、填料上的吸收劑水相接觸，此時(shí)在填料的表面發(fā)生傳質(zhì)過程實(shí)現(xiàn)氨的吸收。吸收劑水通過填料吸收氨后由塔底排除，而帶有少量氨的空氣完成吸收后氨的含量已在 0.02%以下由塔頂放空。水吸收氨過程填料吸收塔31.2 選擇吸收劑選擇吸收劑吸收過程是依靠氣體溶質(zhì)在溶劑中的溶解來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，吸收劑的性能的和優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇時(shí)有以下考慮方面：溶解度溶解度吸收劑對(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。選擇性選擇性吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分要有良好的選擇吸收能力，而對(duì)混合氣體中的其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實(shí)現(xiàn)有效的分離。揮發(fā)度要低揮發(fā)度要低操作溫度下吸收劑的蒸汽壓要低，要減

10、少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)和損失。粘度粘度吸收劑在操作溫度下的粘度越低，其在塔內(nèi)的流動(dòng)性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。其他其他所選的吸收劑盡量的滿足無(wú)毒性、無(wú)腐蝕性、不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點(diǎn)低、廉價(jià)易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。在吸收空氣中少量的氨時(shí)，水是最理想的溶劑，由于氨在水中的溶解度很大。常溫常壓下，水的揮發(fā)度很小、粘度較小、價(jià)格低廉等。1.3 操作溫度與壓力的確定操作溫度與壓力的確定1.3.1 操作溫度的確定操作溫度的確定由于吸收過程的氣液平衡關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度。即低溫有利于吸收，當(dāng)操作溫度的低限應(yīng)由吸收系統(tǒng)的具體情況決定。1.3.2 操作壓力的確定操作

11、壓力的確定由吸收過程的氣液平衡關(guān)系可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即加壓有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對(duì)設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加因此需結(jié)合具體工藝的條件綜合考慮，以確定操作壓力。在該任務(wù)中，由于在常溫常壓下操作且在此條件下氨的溶解度很大，且受溫度與壓力的影響不大，在此不做過多的考慮。水吸收氨過程填料吸收塔4第第 2 章章 填料的類型與選擇填料的類型與選擇2.1 填料的類型填料的類型填料種類很多，根據(jù)裝填方式不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。2.1.1 散裝填料散裝填料散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定集合形狀和尺寸的顆粒體一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)的，又稱為亂堆填料和顆粒填料。散

12、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、和環(huán)鞍的填料等。以下是典型的散裝填料：拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料是最早提出的工業(yè)填料，其結(jié)構(gòu)為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制成。拉西環(huán)填料的氣液分布較差、傳質(zhì)效率低、阻力大、通量小，目前工業(yè)上用得較少。鮑爾環(huán)填料鮑爾環(huán)填料鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得。其結(jié)構(gòu)為在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長(zhǎng)方形的窗口，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉諸舌葉的側(cè)邊與環(huán)中間相搭，可用陶瓷、塑料、金屬制造鮑耳環(huán)由于環(huán)內(nèi)開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比通量可提高 5

13、0%以上，傳質(zhì)效率提高 30%左右。鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一。階梯環(huán)填料階梯環(huán)填料階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)。鮑爾環(huán)相比階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個(gè)錐形的翻邊由于高徑比減少，使得氣體繞填料外外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅提高了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變?yōu)辄c(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料層之間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新。有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。2.1.2 規(guī)整填料規(guī)整填料規(guī)整填料是按一定的的幾何圖形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種

14、類很水吸收氨過程填料吸收塔5多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料。工業(yè)上使用的絕大多數(shù)規(guī)整填料為波紋填料。波紋填料按結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料可用陶瓷、塑料、金屬制造。金屬絲波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，是由金屬絲制成。其特點(diǎn)是壓降低、分離效率高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性的精餾提供了有效的手段。盡管造價(jià)高，但性能優(yōu)越仍得到了廣泛應(yīng)用。金屬板波紋填料是板填料的主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多4mm6mm 的小孔，可起到粗分配板片上的液體、加強(qiáng)橫向混合的作用。波紋板片上扎成細(xì)小溝紋，可起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用。金屬孔板波

15、紋填料強(qiáng)度高，耐腐蝕性強(qiáng)，特別適用于大直徑塔及氣液負(fù)荷較大的場(chǎng)合。波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大。其缺點(diǎn)是不適用于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清洗困難、造價(jià)高。2.2 填料的選擇填料的選擇填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選的填料既要滿足工藝的要求，又要設(shè)備投資和操作費(fèi)用低。2.2.1 填料種類的選擇填料種類的選擇填料種類的選擇要考慮到分離工藝的要求，有以下幾方面：傳質(zhì)效率傳質(zhì)效率傳質(zhì)效率即分離效率。它的表示方法有兩種：一是每個(gè)理論級(jí)當(dāng)量的填料層高度，即 HETP 值；二是每個(gè)單元相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨燃?HTU 值。在滿足工藝要求的

16、條件下，應(yīng)選用傳質(zhì)效率高，即 HETP(HTU)值低的填料。通常在相同的液體負(fù)荷下，填料的泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子愈大，則通量愈大，塔的處理能力愈大。因此，在選擇填料種類的時(shí)，在保證具有較高的傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料。填料層的壓降填料層的壓降填料層的壓降是填料的主要應(yīng)用性能，填料層的壓降愈低，動(dòng)力消耗愈低，操作費(fèi)用愈小。選擇低壓降的填料對(duì)熱敏系的分離尤為重要。水吸收氨過程填料吸收塔6比較填料的壓降有兩種方法，一是比較填料層單位高度的壓降 ；另一是比較填料層單位傳質(zhì)效率的比壓降 。填料的操作性能填料的操作性能填料的操作性能主要是指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等。

17、所選填料應(yīng)具有較大的操作彈性，以保證塔內(nèi)氣液負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn)定。同時(shí)，還應(yīng)有一定的抗堵、抗熱敏能力，以適應(yīng)物料的變化及塔內(nèi)溫度的變化。此外，所選的要便于安裝、拆卸和檢修。2.2.2 填料規(guī)格的選擇填料規(guī)格的選擇通常，散裝填料與規(guī)整填料的規(guī)格表示方法不同，選擇方法也有所不同，選擇的方法亦不盡相同，現(xiàn)在分別加以介紹。散裝調(diào)料規(guī)格的選擇散裝調(diào)料規(guī)格的選擇散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公稱直徑。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(huì)產(chǎn)

18、生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率低。因此對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，采用填料的塔徑與填料公稱直徑比值 D/d 的推薦值列如下表：表 2-1 填料的塔徑與填料公稱直徑比值填料種類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/d8環(huán)矩鞍D/d8規(guī)整填料規(guī)則的選擇規(guī)整填料規(guī)則的選擇工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格表示方法有多種，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有 125、150、250、350、500、700 等幾種規(guī)格，同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也明顯的增加。選用時(shí)應(yīng)分離要求、通量要求、場(chǎng)地的條件、物

19、水吸收氨過程填料吸收塔7料的性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面考慮，使所選填料既能滿足工藝的要求，又具有經(jīng)濟(jì)合理性。應(yīng)予指出，一座填料塔可以選用同種類型、同一規(guī)格的填料，也可選用不同種類型、不同規(guī)格的填料，設(shè)計(jì)時(shí)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原則來(lái)選擇填料的規(guī)格。2.2.3 填料材質(zhì)的選擇填料材質(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：陶瓷填料陶瓷填料陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的常見的各種無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸的腐蝕，對(duì)強(qiáng)酸堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制成的耐堿陶瓷填料。陶瓷填料因其質(zhì)脆、易碎，不宜在高沖擊強(qiáng)度下使用。陶瓷填料價(jià)錢便宜，具有很好的表面潤(rùn)濕性能，工業(yè)上，主

20、要用于氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程。金屬填料金屬填料金屬填料可用多種材質(zhì)制成，金屬材質(zhì)的選擇主要根據(jù)物系的腐蝕性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性綜合考慮。碳鋼填料的造價(jià)低，且具有良好的表面潤(rùn)濕的性能，對(duì)無(wú)腐蝕或低腐蝕性的物系要優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般除了 Cl-以外的常見物系應(yīng)優(yōu)先的腐蝕，但其造價(jià)較高，鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價(jià)極高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用。金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)（0.21.0mm） ，與同種類型、同種規(guī)格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大，氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性強(qiáng)，能在高溫、高壓高沖擊強(qiáng)度下使用，工業(yè)上主要以金屬填料為主。塑料填料塑料填

21、料塑料填料的材質(zhì)只要包括聚丙烯（PP） 、聚乙烯（PE） 、聚氯乙烯（PVC）等，國(guó)內(nèi)一般都采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性較好，可耐無(wú)機(jī)酸，堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，好長(zhǎng)期在 100以下使用。聚丙烯在低溫（低于）時(shí)具有冷脆性，在低于時(shí)條件下慎用，可選用耐低溫好的聚氯乙烯填料。塑料填料具有質(zhì)輕、價(jià)廉、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性差，在某些場(chǎng)合，需要對(duì)其表面進(jìn)行處理，以提高表面的潤(rùn)濕性能。綜上對(duì)各種類型、各種規(guī)格填料的分析，對(duì)于在 20，101.3 KPa 下吸收3000 Nm3/h 空氣含 5%的氨，由于操作溫度及操作壓力較低，工

22、業(yè)上常用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料性能較好，故選用 DN38 聚丙水吸收氨過程填料吸收塔8烯階梯環(huán)填料。水吸收氨過程填料吸收塔9第第 3 章章 填料塔工藝尺寸填料塔工藝尺寸3.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3.1.1 液相物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)20時(shí)水的有感物性數(shù)據(jù)如下：密度3998.2 kg/mL黏度5=1.005 10 Pa s=3.6 kg/ m h)L(表面張力272.6 dyn/cm=940896 kg/hLNH3在水中的擴(kuò)散系數(shù)為.7610-92/s6.33610-6 m2/h。3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)氣相物性數(shù)據(jù)20氨在水中的溶解度系數(shù)為 H=0.725 kmol

23、/(m3kPa)。混合氣體的平均摩爾質(zhì)量：。iiMy M0.05 170.95 2928.4y混合氣體的平均密度：v=PMV/RT=101.32528.4(8.314293)=1.181 kg/m3混合氣體的黏度：v=1.7310-5 Pa.s=0.062 kg/m.h查物性數(shù)據(jù)手冊(cè) NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為： DV=4.3610-5T3/2（1/MA+1/MB）1/2/P(VA1/3+VB1/3)2=1.79510-5 m2/s=0.0646 m2/h。3.2.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)氣液相平衡數(shù)據(jù)已知在 20下氨在水中溶解度系數(shù)： H=0.725kmol/kPam3則在常壓下氨在水中的亨利系數(shù)

24、：水吸收氨過程填料吸收塔10998.2=76.48kPa0.725 18LSEHM相平衡常數(shù)：。998.20.754HM0.725 18 101.3sSEmPP3.2.4 物料衡算物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比：10.050.05261 0.05Y 出塔氣相摩爾比： 20.00020.00021 0.0002Y 進(jìn)塔氣體流量為：3000273(1 0.05)118.55 kmol/ h22.427320V 該過程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算：(L/V)min=(Y1-Y2)/(Y1/m-X2) 因?yàn)槭羌內(nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成 X2=0所以 12min120.05260.0

25、0020.751(0.0526/0.754)0YYLVXX則操作液氣比：取操作液氣比為最小液氣比的 1.9 倍，可得吸收劑用量為：L/V=1.9(L/V)min=1.90.752=1.427 則 L=1.427118.55=169.17 kmol/h1212V YYL XX12120.05260.000200.036169.17V YYXXL118. 55（）水吸收氨過程填料吸收塔11第第 4 章章 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算填料塔的工藝尺寸的計(jì)算4.1 塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速。氣相質(zhì)量流量為： V=30001.181=3543 kg/h液相質(zhì)量流量可近似按

26、純水的流量計(jì)算，即：L=169.1718.02=3048.44 kg/hEckert 通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為：0.50.53048.441.1810.02963543998.2VLVL查 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖得： 20.230.2ftvLLuag查散裝填料泛點(diǎn)填料因子平均值表得 F=170 m-1F0.20.20.2g0.2 9.81 998.2u3.1 m/s170 1 1.205 1LFVL 取 u=0.7uF=0.73.1m/s=2.17m/s 由 44 30000.703.14 2.17 3600sVDmu圓整塔徑 ：D=0.7m泛點(diǎn)率校核：23000u2.17 m/s0.785 0

27、.73600（在合理范圍內(nèi)）u2.1770%u3.1F填料規(guī)格矯正：D/d=70038=18.428水吸收氨過程填料吸收塔12取最小潤(rùn)濕速率為：LW=0.08 m3/mh at=72 m2/m3Umin=(LW)min at=0.0872=5.76 m3/m2h32223048.447.94/()0.7850.785 0.7998.2hLUmmhD經(jīng)上可知，填料塔徑合適。4.2 填料層高度計(jì)算填料層高度計(jì)算 已知：Y1* = mX1 = 0.7540.036=0.027 *220YmX脫吸因數(shù)為： 0.7540.5281.427mVSL273K，101.3kPa 下，氨氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。2

28、0.17(/ )oDcms由3/2000VpTDDpT則：293 K，101.3 kPa 下，氨氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù):20.189(/ )vDcms293 K，101.3 kPa 下，氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù): 921.76 10/LDms氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：*12*221ln11OGYYNSSSYY 10.05260=ln1 0.5280.5281 0.5280.0002000=10.225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：水吸收氨過程填料吸收塔13 0.050.20.10.752221exp1.45wcLtLLtLtLLLtLaUaUUaaag 液體質(zhì)量通量為：2223048.447

29、925.23 k /()0.7850.785 0.7LLUgmhD氣體質(zhì)量通量為：22235439210.97 k /()0.7850.785 0.7vvUgmhD故：0.750.1220.050.2284276807925.231exp 1.45 ()()94089672 3.67925.23727925.23 ()()998.21.27 10998.2 94089672 0.3719wtaa 氣膜吸收系數(shù)： 10.7310.7320.2379210.970.06272 0.0646 0.23772 0.0621.81 0.06468.314 293 =0.0882 kmol/ mh kPa

30、VVtVGtVVVUa DkaDRT 液膜吸收系數(shù):211323213291830.00957925.233.60.009572 0.3719 3.6998.2 1.76 1036003.6 1.27 10 998.20.5802(m/h)LLLLwLLLLUgkaD 查表得=1.45 故=0.0882 720.3719 1.451.1=3.5541.1GGWK aK a3kmol/ mh kPa =0.5802720.3719 1.450.4=18.0250.4LLWK aK a3kmol/ m h kPa 水吸收氨過程填料吸收塔14f =0.70.5Fuu以下公式為修正計(jì)算公式： =7.1

31、011.41 9.50.5GGfuK aK au3kmol/(mh kPa) =22.9892.21 9.50.5LLfuK aK au 3kmol/(mh kPa) 則 （H 為溶解度系數(shù)） ；111GGLK aK aHK a =4.9791117.1010.725 22.9893kmol/(mh kPa) 由 2118.550.611m4.979 101.3 0.785 0.7OGYGVVHK aK aP得 Z = HOGNOG = 0.61110.225 = 6.25 m取上下活動(dòng)系數(shù)為 1.25故 Z= 1.25Z = 1.256.25= 7.81 m取填料層高度為 8 m。查散裝填料

32、分段高度推薦值查得塑料階梯環(huán)，h815Dmax6hm取 h/D=10 得 h=10 0.7=7m填料層需要分為兩段，高度分別為 4 m，兩段間設(shè)置一個(gè)液體再分布器。4.3 填料塔壓降的計(jì)算填料塔壓降的計(jì)算采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降橫坐標(biāo)為：水吸收氨過程填料吸收塔150.50.0296VLVL查表得：1116Pm 縱坐標(biāo)為： 220.20.22.17116 11.1811.0050.06599.81998.2VPLLug查 Eckert 圖得： 40 9.81392.4/PPa mZ填料層壓降為： P =392.48= 3.1392 kPa。水吸收氨過程填料吸收塔16第第 5

33、章章 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)5.1 液體分布器液體分布器液體分布器可分為初始分布器和再分布器，初始分布器設(shè)置于填料塔內(nèi)，用于將塔頂液體均勻的分布在填料表面上，初始分布器的好壞對(duì)填料塔效率影響很大，分布器的設(shè)計(jì)不當(dāng)，液體預(yù)分布不均，填料層的有效濕面積減小而偏流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象增加，即使填料性能再好也很難得到意的分離效果。因而液體分布器的設(shè)計(jì)十分重要。特別對(duì)于大直徑低填料層的填料塔，特別需要性能良好的液體分布器。液體分布器的性能主要由分布器的布液點(diǎn)密度（即單位面積上的布液點(diǎn)數(shù)） ，各布液點(diǎn)均勻性，各布液點(diǎn)上液相組成的均勻性決定，設(shè)計(jì)液體分布器主要是決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)液體分布器的

34、選型和設(shè)計(jì)，一般要求：液體分布要均勻；自由截面率要大；操作彈性大；不易堵塞，不易引起霧沫夾帶及起泡等；可用多種材料制作，且操作安裝方便，容易調(diào)整水平。根據(jù)本吸收的要求和物系的性質(zhì)可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數(shù)應(yīng)依據(jù)所用填料所需的質(zhì)量分布要求決定，噴淋點(diǎn)密度應(yīng)遵循填料的效率越高所需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律。分布點(diǎn)密度計(jì)算：表 5.1 Eckert 的散裝填料塔噴淋點(diǎn)密度推薦值塔徑，mm噴淋點(diǎn)密度，點(diǎn)/m2塔截面D=400D=500D=600D=750D120033028524617042按 Eckert 建議值，D=700600 時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為 246 點(diǎn)m2，塔液相對(duì)負(fù)荷較小，所以設(shè)

35、計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為 246 點(diǎn)m2。水吸收氨過程填料吸收塔17總布液孔數(shù) n = 0.7850.72246=94.624取布液點(diǎn)數(shù)為 90 點(diǎn)布液計(jì)算，取 =0.6 H=0.2 m由2024SLd ng H1122044 3048/998.2 36000.0018m23.14 0.6 902 9.81 0.2SLdNg H設(shè)計(jì)取 d0=0.002m=2 mm設(shè)計(jì)布液點(diǎn)數(shù) 90，直徑 2 mm。5.2 液體再分布器液體再分布器 液體在亂堆填料層內(nèi)向下流動(dòng)時(shí)，有一種逐漸向塔壁流動(dòng)的趨勢(shì)，即壁流現(xiàn)象。為提高塔的傳質(zhì)效果，當(dāng)填料層高度與塔徑之比超過某一數(shù)值時(shí)，填料層需分段。為改善壁流造成的液體分布不均，

36、在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集來(lái)自上一填料層來(lái)的液體，為下一填料層提供均勻的液體分布。在填料層中每隔一定高度應(yīng)設(shè)置一液體再分布器。在通常情況下，一般將液體收集器與液體分布器同時(shí)使用，構(gòu)成液體收集及再分布裝置。液體收集器的作用是將上層填料流下的液體收集，然后送至液體分布器進(jìn)行液體再分布。液體收集再分布器的種類很多，大體上可分為兩類：一類是液體收集器與液體再分布器各自獨(dú)立，分別承擔(dān)液體收集和再分布的任務(wù)。另一類是集液體收集和再分布功能于一體而制成的液體收集和再分布器。液體再分布器有與百葉窗式集液器配合使用的管式或槽盤式液體再分布器、多孔盤式再分布器和截錐式液體再分布器。最簡(jiǎn)單的液體再分布

37、裝置為截錐式再分布器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，一般多用于直徑小于 0.6m 的填料塔中，以克服壁流作用對(duì)傳質(zhì)效率的影響。此次設(shè)計(jì)填料層高度為 8 m 需分段，根據(jù)實(shí)際情況選取多孔盤式液體再分布器。為防止上一填料層來(lái)的液體直接流入升氣管，應(yīng)于升氣管上設(shè)蓋帽。水吸收氨過程填料吸收塔18液體分布器有截錐形再分布器、邊圈槽型再分布器、改進(jìn)截錐形再分布器。(1)截錐式再分布器截錐式再分布器 截錐式再分布器分為兩種，其中一個(gè)是將截錐體固定在塔壁上，其上下均可裝滿填料，錐體不占空間，是最簡(jiǎn)單的一種。另一個(gè)是在截錐上方設(shè)支承板，截錐以下隔一段距離再放填料，需分段卸出填料時(shí)可用此型。截錐體與塔壁的夾角一般取為 3

38、540，截錐下口直徑 D1=(0.70.8)D。截錐型再分布器適于直徑 800 mm 以下的塔應(yīng)用。(2)邊圈槽形再分布器邊圈槽形再分布器 壁流液匯集于邊圈槽中，再由溢流管引入填料層。邊槽寬度為 50100 mm，可依塔徑大小選取，溢流管直徑為 1632 mm，一般取 34 根溢流管。此型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣體通過截面較大，可用于 3001000 mm 直徑的塔中，其缺點(diǎn)是噴灑不夠均勻。(3) 改進(jìn)截錐形再分布器改進(jìn)截錐形再分布器 此型既改善了液體分布情況，又有較大的自由截面積，適用于 600 mm 以下塔徑。此次設(shè)計(jì)吸收塔填料層分層，所以需設(shè)計(jì)液體再分布器。選用液體再分布器為截錐式再分布器5.3 塔

39、底液體保持管高度塔底液體保持管高度塔底液體保持管高度可以根據(jù)液體的流率及布液孔的直徑選定。塔底液位保持管高度與所需的布液孔直徑兩者之間的關(guān)系如下：224Vd nkgkk 為孔流系數(shù)，其值由小孔液體流動(dòng)雷諾數(shù)決定，在雷諾數(shù)大于 1000 的情況下，可取 0.60-0.62。液位高度的確定應(yīng)和布液孔徑協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，使各項(xiàng)參數(shù)均在一定范圍。對(duì)于重力式排管液體分布器，液位保持管的高度由液體最大流率下的最高液位決定，一般取最高液位的 1.12-1.15 倍。水吸收氨過程填料吸收塔19第第 6 章章 吸收塔接管尺寸計(jì)算吸收塔接管尺寸計(jì)算6.1 氣體進(jìn)料管氣體進(jìn)料管由于常壓下塔氣體進(jìn)出口管氣速可取 1220，故

40、若取氣體進(jìn)出口流速m/s近似為 19m/s，則由公式可求得氣體進(jìn)出口內(nèi)徑為：24Vqd u 43543/3600246.78 mm0.785 19Vqdu選擇直徑 270 mm10 mm 熱軋無(wú)縫鋼管，則： 2243543/360020.06m/s0.785 (0.2700.010 2)Vqud氣體進(jìn)出口壓降：進(jìn)口：221111.181 19213.17 22puPa出口：222110.50.51.181 19106.59 22puPa6.2 液體進(jìn)料管液體進(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13 m/s為 2.4 m/s，則由公式可求得液體進(jìn)出口內(nèi)徑為：24Vqd

41、 u44589.570.023 m998.2 3600 0.785 2.4Vqdu選擇熱軋無(wú)縫鋼管，則：34 mm4 mm2243545/(998.2 3600)1.86 m/s0.785 (0.0340.004 2)Vqud在合理范圍內(nèi)。6.3 離心泵的選型離心泵的選型管內(nèi)液體流速：u=2.40 m/s 水吸收氨過程填料吸收塔20則雷諾數(shù)；640.1 2.40 998Re2.383 101.005 10Ldu根據(jù)柏拉休斯（Blasius）式，直管阻力系數(shù)：0.3260.320.5000.5000.00560.00560.0102Re(2.383 10 )查彎頭管和閥件阻力系數(shù)數(shù)據(jù)得：（全開標(biāo)

42、準(zhǔn)閥）=6.0；（標(biāo)準(zhǔn) 90，彎頭）=0.75若取彎頭為三個(gè)，則局部阻力損失：=6.0+0.753=8.25管路總壓頭損失：22202.40()0.01028.253.02 m20.12 9.81fluHdg填料塔壓降為：122648.7717.23358.623545.25 ppppPa 揚(yáng)程： 1020010.553.0214.63 m998 9.81efpHzHg 流量：335453.55 m /h998.2LLLQ綜上所述，選型號(hào) IS50-32-125 泵合適，選該泵揚(yáng)程 15 m，流量 3.47 m3/h，轉(zhuǎn)速 2900 r/min，效率為 0.6。 6.4 風(fēng)機(jī)的選型風(fēng)機(jī)的選型設(shè)

43、計(jì)任務(wù)中混合氣體處理量為 3000 Nm3/h。換算為常壓常溫下，氣體流量為：33.479 km /hGQ 水吸收氨過程填料吸收塔21因?yàn)樘盍纤航担篜=10200 Pa全風(fēng)壓計(jì)算：221.181 1910.210.4122 1000vtuppkPa 考慮到運(yùn)送過程中的損失，取安全系數(shù) 1.2： Pt=1.210.4=12.48 kPa選用 9-19 型離心通風(fēng)機(jī)，其性能如下：表 6-1 9-19 型通用風(fēng)機(jī)性能參數(shù)機(jī)號(hào)轉(zhuǎn)速 r.p.m全壓 mmH2O流量 m3/h軸功率 kw電動(dòng)機(jī)功率kw14D96052714441926.237水吸收氨過程填料吸收塔22第第 7 章章 塔體附件設(shè)計(jì)塔體附件設(shè)計(jì)7.1 塔的支座塔的支座選用裙座為塔的支座，其座體為圓筒，上端與塔體的封頭焊接，下端與基礎(chǔ)環(huán)，肋板焊接?；A(chǔ)肋板間還組成螺栓座的結(jié)構(gòu)，用以安裝地腳螺栓，以將塔設(shè)備固定于基礎(chǔ)上。它具有足夠的強(qiáng)度和剛度，承受塔體操作重量、風(fēng)力、地震等引力的載荷。裙座可選用碳素鋼，也可選用鑄鐵。7.2 其他附件其他附件（1）接管 接管采用標(biāo)準(zhǔn)的法蘭連接。（2）人孔 人孔的直徑選用 400 mm。（3）吊耳、吊柱、平臺(tái)和爬梯等按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。