(整理)化工吸收塔

1、前言：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

2、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。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、題目?jī)艋?%的廢氣，氣體處理量為5150Nm3/h.二、原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)1.氣體組成：氣體名稱(chēng)NH3N2H2CO含量2%91%5%2%2.凈化要求：99.9%3.操作條件：操作壓力：常壓(latm)(2)操作溫度：30C4.吸收液：清水三、設(shè)計(jì)內(nèi)容吸收流程選定填料塔塔徑、塔高等工藝尺寸的計(jì)算及輸送機(jī)械的選型四

3、、設(shè)計(jì)要求寫(xiě)出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)給出工藝流程繪出填料塔的總裝配圖輸送機(jī)械選型內(nèi)容摘要1操作條件和工藝參數(shù)的計(jì)算2塔設(shè)備和附件的選擇3塔設(shè)備的裝配圖工藝流程圖及說(shuō)明7T過(guò)程簡(jiǎn)化證明吸收過(guò)程是一復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，為使計(jì)算方便特作如下的簡(jiǎn)化確定過(guò)程為單組分吸收氣體各組分30C下的亨利系數(shù)：氣體組分nh3H2CON2亨利系數(shù)E（Kpa）122.577.39X1066.28X1069.36X106由表格中各氣體組份的亨利系數(shù)數(shù)據(jù)可知，在操作條件下（30C,latm）,H2,CO,N2的亨利系數(shù)均比nh3的亨利系數(shù)大IO4倍以上，即h2,co,n2在該條件下的溶解度小于NH3溶解度的1/10000，因此，在工程

4、計(jì)算過(guò)程中可以認(rèn)為該操作只吸收NH3確定過(guò)程為低濃度吸收氣體中被吸收組分含量10%即可認(rèn)為是低濃度吸收,根據(jù)任務(wù)條件，混合氣中NH3含量為2%符合低濃度吸收，因此，該操作可視為低濃度吸收。假定過(guò)程為恒溫吸收，在后面計(jì)算過(guò)程中加以驗(yàn)證。二、塔的設(shè)計(jì)一）塔徑的計(jì)算1氣體物理性質(zhì)及工藝參數(shù)：（1）氣體平均分子量M“（表一）1_mV|氣體組分mVnh3H2CON2氣體含量2%5%2%91%分子量17.0312.01628.0128.013M=丫xM二2%x17.031+91%x28.013+5%x2.016+2%x28.01二26.493Kg；molmVii氣體流量GG=(Qv/22.4)x(T+27

5、3)/273=5150/22.4x(20+273)/273=246.75Kmolh混合氣體密度PVW=MG=26.493X246.75=6536.41Kg；hVmV/p=-=1.82kgm3vQvmPV=nRT=RTMmRT=pRTVp(300K)=vp(273K)xv273303=1.182x273303=1.0650Kg/m32液體物理性質(zhì)及工藝參數(shù)：（1）液體密度和粘度因?yàn)槲找褐蠳H3的含量很低，近似認(rèn)為p廠p水卩L卩水p=995.7Kg；m3卩=0.8007mPa-s水，水（2）液體流量(L：G)=minyy12-x-xe12E122.57m=1.210P101.325Ty1=0.0

6、2y=0.02x0.1%=2x10-52xe1100=0-0165Sg)min=1.21090.02-2x10-50.0165-0Sg）=G.l2）（L；G）*查化工原理（上）附表*min比例系數(shù)取2進(jìn)行計(jì)算，噴淋密度U=5.44m3/（m2-h）,UVU，不符和設(shè)計(jì)要求。min因此，假定L的大小，經(jīng)計(jì)算的乙下數(shù)據(jù)：（表二）計(jì)算數(shù)據(jù)L(Kmolih)140015001600170018001900U(m3/(m2-h)22.3717.6218.7919.9621.1422.311.1U(m3/(m2-h)16.72塔,徑(m)1.201.401.401.401.401.40umjs丿f1.79

7、91.7651.7311.6601.6241.517u=0.60uf(m/s)1.0791.0591.0390.99620.97440.9102u/uf70.31%52.65%53.68%55.98%57.22%61.25%依據(jù)設(shè)計(jì)要求，U1.1U,u值0.2l.Om/s,U/u在50%80%范圍內(nèi)，塔徑minf只有1.40m的設(shè)計(jì)尺寸。根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，L=1900Kmol/h才能符合設(shè)計(jì)要求。本次設(shè)計(jì)計(jì)算，取L二1900KmoUhW二ML二1900 x18二34200Kg/h即當(dāng)（L/G）=竺竺=6.4（L/G）時(shí)為246.75min(3)氨的含量：L(x-x)=G(y-y)1212代入數(shù)

8、據(jù)：1900 x(x0)二246.75x(0.022x10-5)x=0.0026114）確定操作過(guò)程為等溫吸收：因?yàn)榛旌蠚庵邪睔夂亢苌?，可以認(rèn)為溶解到液體中的NH3所放出的熱量絕大部分被液體吸收。NH3溶解的放熱速率：30C時(shí)，申二34900KJ-KmolC二4.17KJ,（KgC）p水（9為nh3在水中的熔解熱，C沁C）3PP水Q=（x-x）xLxp=0.0026x1900 x34900=172406KJ/h12At二CxWPL1724064.17x34200二1.209C40000.8007相對(duì)粗糙度：在圖中查找，0.2=2.6667x10-3d832x4可知九=0.02615*h二九L

9、u2二0.025x15x2.28182二13.016mfd2(0.083-2x0.004)2*H丄+型+YH二10+2+二11.86me2gf2X9.819.81型號(hào)轉(zhuǎn)速流量揚(yáng)程Hm效率n功率必須氣蝕余量m3hL/s軸功率電機(jī)功率IS100-65-20014505013.912.573%2.3342.0*根據(jù)資料，選取型號(hào)為IS10060200的泵。八、風(fēng)機(jī)的選取AP每米填料層壓降為=390Pa/m，填料層高2.527米。z*氣體體積流量：Q=1.857m3/sv3600輸氣管截面積：輸氣管規(guī)格0402X9mma丄d2=(.402一2%0.2)“=o.gm241.857氣體流速：u=16.19

10、m/s0.1158雷諾數(shù)：R=dU4000e卩設(shè)=03mm,03一=0.00078d402-2x9查表可知入=0.019管路損失：考慮局部阻力損失取當(dāng)量長(zhǎng)度le=15m*hl=九ed二0.019x1516.192x(0.402-2x0.009)2二97.27J/Kg孔板流量計(jì)阻力損失為4.0kPa全壓：Au2AP*P=Azpg+p+EHpg+x2.4+4000T2fz16.192=10 x1.065x9.81+x1.066+97.27x1.066+390 x2.4+4000=6.2458Pa2在測(cè)定條件下：/1PH12*P=P=6.2458x二7.038kPatt(p丿1.065*根據(jù)資料，選

11、取型號(hào)為918101No.6的風(fēng)機(jī)。參考資料化學(xué)工業(yè)出版社華東化工學(xué)院出版社1化學(xué)工程手冊(cè)-32化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)3化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)出版社4化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)出版社5化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)化學(xué)工業(yè)出版社6化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)出版社7化工（含輕工）類(lèi)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)中央廣播大學(xué)出版社8化學(xué)工程及設(shè)備設(shè)計(jì)華南理工大學(xué)出版社9化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)化學(xué)工業(yè)出版社10化工機(jī)械及設(shè)備吉林科學(xué)技術(shù)出版社1112.13.14.化工原理（第二版）化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工程手冊(cè)第一版化工原理（下冊(cè)）化學(xué)工程手冊(cè)第二版（上卷）化學(xué)工業(yè)出版社天津科學(xué)技術(shù)出版社化學(xué)工業(yè)出版社符號(hào)說(shuō)明a比表面

12、積m2/m3T計(jì)算溫度（20C）B校正系數(shù)T操作溫度（30C）C氣相物性因數(shù)U噴淋密度m3/m2hC1濃度校正系數(shù)U最小噴淋密度m3/m2hminC2壓力校正系數(shù)u空塔氣速m/sC3溫度校正系數(shù)（對(duì)氣相影響）uF泛點(diǎn)氣速m/sFC4潤(rùn)濕率指數(shù)校正系數(shù)VL液體表面氣速m/sC5溫度校正系數(shù)VG實(shí)際氣速m/sGCL液相物性因數(shù)WV氣體質(zhì)量流量kg/hCp水的比熱pWL液體質(zhì)量流量kg/hD塔徑X液相出口摩爾分?jǐn)?shù)DL組分在液相中的擴(kuò)散系數(shù)cm2/sx2液相進(jìn)口摩爾分?jǐn)?shù)DG組分在混合氣體中的擴(kuò)散系數(shù)cm2/sy1氣相入口摩爾分?jǐn)?shù)E亨利系數(shù)kpay2氣相出口摩爾分?jǐn)?shù)G氣相摩爾流率koml/hym平均推動(dòng)

13、力mG重力加速度m2/spv混合氣密度kg/m3H填料層高度mpJ清水密度kg/m3HG氣相傳質(zhì)單元高度mGp清水密度kg/m3HL液相傳質(zhì)單元高度m持液量m3/m3HOG總傳質(zhì)單元高度mOG干填料空隙率m3/m3LW液體潤(rùn)濕率m3/mhW濕填料空隙率m3/m36液膜厚度mn回收率()m混合氣體黏度GMl液體黏度(20C)Ml液體黏度(30C)0填料因子0熔解熱KJ/Kmol屮液體密度校正系數(shù)L液相摩爾流率koml/hMV混合氣體平均分子量kg/kmolMS水的摩爾質(zhì)量(18kg/kmol)SM相平衡常數(shù)NOG氣相傳質(zhì)單元數(shù)OGP操作壓強(qiáng)1atmQV氣體體積流量m3/hRg氣膜填充系數(shù)Grl液膜填充系數(shù)結(jié)束語(yǔ)：兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)很快就要結(jié)束了，我們的心情非常復(fù)雜。我們有了一種成就感。在我們學(xué)生生涯的十幾年中，我們終于知道我們學(xué)習(xí)這些枯燥的知識(shí)應(yīng)該用在哪里，將所學(xué)的知識(shí)和實(shí)際工作結(jié)合起來(lái)。這是一件多么讓我們振奮的事情呀！在這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們不及對(duì)我們的專(zhuān)業(yè)有了一次深刻的了解，而且對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)也有了進(jìn)一步的掌握。像WORD和AUTOCAD我們都運(yùn)用的非常熟了。然而，我們對(duì)我們又有一種危機(jī)感，我們拿到任務(wù)書(shū)時(shí)，幾