化工吸收塔

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1、前 言 ：在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的 是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害 成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分， 以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分 在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健 康和大气环境都会造成破坏和污染，因此，为了避免化学工业产生的大量的含有 氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气 中的氨气进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求

2、采用填料吸收 塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。设计采用填料塔 进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好 的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、 填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物 力。设计任务书一、题目净化含氮2%的废气，气体处理量为 5150Nm3/h.二、原始设计数据1. 气体组成：气体名称NH3N2H2CO含量2%91%5%2%2. 净化要求：99.9%3. 操作条件：操作压力：常压(latm)(2)操作温度：30 C4. 吸收液：清水三、设计内容1. 吸收流程选定2.

3、 填料塔塔径、塔高等工艺尺寸的计算及输送机械的选型 四、设计要求1. 写出设计说明书2. 给出工艺流程3. 绘出填料塔的总装配图4. 输送机械选型内容摘要1 操作条件和工艺参数的计算2 塔设备和附件的选择3 塔设备的装配图工艺流程图及说明7T过程简化证明吸收过程是一复杂的物理化学过程，为使计算方便特作如下的简化1. 确定过程为单组分吸收气体各组分30C下的亨利系数：气体组分nh3H2CON2亨利系数E （Kpa）122.577.39X1066.28X1069.36X106由表格中各气体组份的亨利系数数据可知，在操作条件下（30C, latm）,H2 ,CO ,N2 的亨利系数均比nh3的亨利系

4、数大IO4倍以上，即h2 ,co ,n2在该条件下的溶解度小于 NH3溶解度的1/10000，因此，在工程计算过程中可以认为该操作只吸收NH32. 确定过程为低浓度吸收气体中被吸收组分含量 10%即可认为是低浓度吸收,根据任务条件，混合气中NH3 含量为 2%符合低浓度吸收，因此，该操作可视为低浓度吸收。3. 假定过程为恒温吸收，在后面计算过程中加以验证。二、塔的设计一）塔径的计算1气体物理性质及工艺参数：（1）气体平均分子量M （表一）ImV |气体组分mVnh3H2CON2气体含量2%5%2%91%分子量17.0312.01628.0128.013M =丫 xM 二2%X17.031 +

5、91%x28.013 + 5%x2.016 + 2%x28.01 二26.493KgmolmVi i(2) 气体流量GG=(Qv/22.4) x (T+273)/273=5150/22.4x (20 + 273)/273 =246.75 Kmolh(3) 混合气体密度PVW = M G =26.493X246.75 = 6536.41 Kg-hVmV/ p = = 1.82 kg -m3v Qvm/ PV = nRT = RTPMP1P2273P (300K) = p (273K) xvv303273=1.182 x303=1.0650Kg /m32液体物理性质及工艺参数（1）液体密度和粘度因

6、为吸收液中nh3的含量很低, p K = 995.7 Kg ；m32）液体流量近似认为PV卩水=0.8007mPa -S(LG)= miny y12-x xe12E 122.57m = 1.210P 101.325Ty1= 0.02y = 0.02 x 0.1% = 2 x 10 52xe1仝02 = 0.01651.210Sg )min= 1.21090.02 2 x 10 -50.0165 0（LG）=（1.12）（L：G）*查 化工原理（上）附表*min比例系数取2进行计算，喷淋密度U = 5.44m3 /（m2 - h）,U v U ，不符和设计要求。min因此，假定L的大小，经计算的

7、乙下数据：（表二）计算数据L( Kmoljh)140015001600170018001900U( m 3 /(m 2 - h)22.3717.6218.7919.9621.1422.311.1U (m 3 /(m 2 - h)min J丿16.72塔/ 径 (m)1.201.401.401.401.401.40u m/s 丿1.7991.7651.7311.6601.6241.517u = 0.60u (m/ s)1.0791.0591.0390.99620.97440.9102u / uf70.31%52.65%53.68%55.98%57.22%61.25%依据设计要求，U 1.1U ,

8、 u值0.2l.Om/s,u/u在50%80%范围内，塔径 minf只有1.40m的设计尺寸。根据以上设计要求，L =1900Kmol/h才能符合设计要求。本次设计计算，取 L = 1900 Kmol hW = ML = 1900 x 18 = 34200Kg / hLH 2O即当(L.；G )=竺竺=6.4(L G)时246.75 min(3)氨的含量：L(x - x ) = G(y y )1 2 1 2代入数据：1900 x (x 0) = 246.75 x (0.02 2 x 10-5) /. x = 0.0 0 2 6114）确定操作过程为等温吸收： 因为混合气中氨气含量很少，可以认为

9、溶解到液体中的 NH3 所放出的热量绝大部 分被液体吸收。NH3溶解的放热速率：30 C 时，p = 34900 KJ；Kmol C = 4.17 KJ ：（Kg C）p水（申为nh3在水中的熔解热，C沁C ）3PP水Q=（x x ）xLxp =0.0026x1900x34900=172406KJ /h12At =C x WPL1724064.17 x 34200= 1.209 C 4000g设 =0.3mm, =0.3二 0.00078 d 402 - 2 x 9管路损失：考虑局部阻力损失取当量长度 le=15m* h =X L -u2 = 0.019 x15x16192 = 97.27J

10、/ Kgf d 2(0.402 - 2 x 0.009)2孔板流量计阻力损失为4.0kPa全压：Au2A P* P = Azpg + p + EH pg + x 2.4 + 4000T2fz16.192=10 x 1.065 x 9.81 +x 1.066 + 97.27 x 1.0 6 + 3 9 &2.4 + 400 6.2 4 5k8P a2在测定条件下：*P1.26.2458 x 二 7.038kPa1.065*根据资料，选取型号为 918101No.6 的风机。参考资料1化学工程手册-3化学工业出版社 2化工容器及设备简明设计手册华东化工学院出版社 3化工设备机械基础化学工业出版社

11、4化工设备机械设计基础化学工业出版社 5化工设备机械基础课程设计指导书化学工业出版社 6化工设备设计基础化学工业出版社 7化工（含轻工）类毕业设计指导书中央广播大学出版社 8化学工程及设备设计华南理工大学出版社 9化学工艺设计手册化学工业出版社10化工机械及设备吉林科学技术出版社1112.13.化工原理（第二版）化学工业出版社化学工程手册第一版 化工原理（下册） 化学工程手册第二版（上卷）化学工业出版社 天津科学技术出版社化学工业出版社符号说明a 比表面积 m2/m3T计算温度（20C）B 校正系数T操作温度（30C）C 气相物性因数U 喷淋密度 m3/m2hC1 浓度校正系数U 最小喷淋密度

12、 m3/m2h minC2 压力校正系数u 空塔气速 m/sC3 温度校正系数（对气相影响）uF 泛点气速 m/sFC4 润湿率指数校正系数VL液体表面气速m/sC5 温度校正系数VG实际气速m/s GCL 液相物性因数WV气体质量流量kg/hCp 水的比热 pWL液体质量流量kg/hD 塔径x1液相出口摩尔分数DL 组分在液相中的扩散系数 cm2/sx2液相进口摩尔分数DG 组分在混合气体中的扩散系数 cm2/sy1 气相入口摩尔分数E 亨利系数 kpay2气相出口摩尔分数G 气相摩尔流率 koml/hym 平均推动力 mG 重力加速度 m2/sp v混合气密度kg/m3H 填料层高度 mp

13、 J清水密度kg/m3HG 气相传质单元高度 mGp 清水密度 kg/m3HL 液相传质单元高度 m持液量m3/m3HOG 总传质单元高度 mOG干填料空隙率m3/m3LW 液体润湿率 m3/mh W 湿填料空隙率m3/m3L 液相摩尔流率 koml/h6液膜厚度mMV 混合气体平均分子量 kg/kmoln回收率（）MS水的摩尔质量（18kg/kmol）M混合气体黏度GM 相平衡常数M L液体黏度（20C）NOG 气相传质单元数OGM J液体黏度（30C）P操作压强 1atm0填料因子QV 气体体积流量 m3/h0 熔解热KJ/KmolRg气膜填充系数G屮液体密度校正系数rl液膜填充系数结束语

14、：两个星期的课程设计很快就要结束了，我们的心情非常复杂。我 们有了一种成就感。在我们学生生涯的十几年中，我们终于知道我们 学习这些枯燥的知识应该用在哪里，将所学的知识和实际工作结合起 来。 这是一件多么让我们振奋的事情呀！在这次课程设计当中，我 们不及对我们的专业有了一次深刻的了解，而且对计算机知识也有了 进一步的掌握。像WORD和AUTO CAD我们都运用的非常熟了。然而，我们对我们又有一种危机感，我们拿到任务书时，几天过 去了，还是没有一点进展，这充分反映了我们所学的专业知识不系统、 不扎实，缺乏实践经验。在以后的学习中，这是我们着重应该改变的 地方。这给我们敲了一声警钟，我们应该时时记在心中，用来鞭策自 己。还有一份心情，相信老师和我们也有同感。就是在新年即将来临 之际，我们还在记访一夜一夜的为课设奋斗，您应该能体会到我们的 心情。最后，由于时间的原因，我们的设计还存在许多漏洞。比如进行 应力计算，到工厂中去亲自向工程师和工人们学习解决实际问题的方 法。