水吸收氨填料吸收塔设计

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1、化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔的设计专 业：姓名：指导老师：xxxx 大学 xx 年 xx 月目录前言 -3任务 -4设计方案 -5一、理论依据 -5二、吸收塔的工艺计算-6三、 填料塔的工艺尺寸的计算-8四、填料层压降的计算-15五、液体分布器简要设计-16六、绘制吸收塔设计条件图-18七、设计总结 -19八、参考文献 -21前言此次设计的要求是设计水吸收氨填料吸收塔的设计，在xx 老师的指导下进行的。其目的是针对我们在化工原理课程中设计、作图能力相对薄弱的情况下， 利用学过的基础知识、 锻炼自己的设计生产设备、制图的能力。通过课程设计，我们锻炼了我们阅读化工原理文献及搜集资料的能力，

2、同时液培养了我们独立思考问题、 分析问题、解决问题的能力， 也培养了我们相互协作的能力， 为今后的实际工作打下基础。课程设计注重理论联系实际， 即要考虑到符合设备要求的各种参数、性能，又要符合实际的应用要求。在经过组员的讨论及方案的比较之后，选定此方案为最后的设计方案。此方案具有高效、低阻、大通量、操作稳定等优点 , 广泛应用于化工、石化、炼油及其它工业部门的各类物系分离。由于设计者的水平有限， 方案中难免又不妥和错误之处， 希望老师批评指正。任务书一 、题目与专题1. 题目 : 吸收塔的设计2. 专题 : 水吸收氨填料吸收塔的设计二 、设计依据、条件设计一座填料吸收塔， 用于脱除混于空气中的

3、氨气。混合气体的处理量为 3600kg/h, 其中含空气为 95%，氨气为 5%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%（体积分数），采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5 倍。已知 20下氨在水中的溶解度系数为 H=0.725kmol/(m 3.kpa) 。三、设计工艺操作条件（1） 操作平均压力常压（2）操作温度t=20 (3)每年生产时间：7200h(4) 选用填料类型及规格自选四、设计任务完成干燥器的工艺设计与计算， 有关附属设备的设计和选型， 绘制吸收系统的工艺流程图和吸收塔的工艺条件图，编写设计说明书。班级 :组长 :组员 :日期 :指导老师 :设计方案一、理论

4、依据1、吸收剂的选择吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力， 而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。根据本设计要求，选择用清水作吸收剂，且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。2、吸收流程地选择用水吸收 NH3 属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以，本实验选用逆流吸收流程。3、吸收塔设备及填料的选择填料塔，散装。填料的选择包括确定填料的种类，规格及材料。填料的种类主要从传质效率，通量，填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值 D/d。填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。根据本设计的要求，选择用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能

5、较好，故选用 DN50 聚丙烯阶梯环填料。4、吸收剂再生方法的选择含氨的吸收剂通过解析得到水，使得吸收剂再生。5、操作参数的选择操作平均压力常压操作温度t=20 二、吸收塔的工艺计算1、基础物性数据1.1 液相物性数据对低浓度吸收过程， 溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据， 由手册查得， 20 水的有关物性密度为 Pl =998.2kg/m3粘度为 u l表面张力为 L =72.6 dyn/cm=940896 kg/h 2NH 3 在水中的扩散系数为DL =2.04x 10 9 m2 /s=2.04x 10 9 x3600m2 / h2 =7.34410 6 m 2 h1.2 气相物性数据混

6、合气体的平均摩尔质量为Mvm= yi M i混合气体的平均密度为混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得 20 空气的粘度为：u u =1.81x10-5pa.s=0.065kg/(m.h)查手册得在空气中的扩散系数为Dv=0.225cm2/s=0.081 m2/h1.3 气液相平衡数据常压下 20 时 NH3在水中的亨利系数为E=76.41kpa相平衡常数为 m=E/P=76.41/101.3=0.754常压下 20 在水中的溶解度系数为H= Plm3 kpa)2、物料衡算进塔气相摩尔比为： Y1 = y 1 /(1- y1 )=0.05/(1-0.05)=0.0526出塔气相摩尔比为：

7、 Y2 = Y 1 (1- A)=0.0526(1-0.996)=0.0002进出惰性气相流量：36002731 0.05） 144.23 kmol hV273（22.420该吸收过程属低浓度吸收， 平衡关系为直线， 最小液气比可按下式计算，即：(L/V)min=( Y1- Y 2 )/( Y1/m-X 2 )对纯溶剂吸收过程，该塔液相组成为X2=0，LY1Y20.0526 0.0002VY1 mX20.751min0.0526 0.754 0L/V=1.5 x 0.751=1.127取操作液气的为：因此有：所以由全塔物料衡算式V(Y 1 - Y 2 )=L(X 1 - X 2 ) 可得：14

8、4.230.05260.0002X1162.500.0465三、填料塔的工艺尺寸的计算3.1 塔径的计算图 1填料塔泛点和压降的通用关联图图中u0空塔气速， m /s；湿填料因子，简称填料因子，1 /m；水的密度和液体的密度之比；g重力加速度， m /s2；V、 L分别为气体和液体的密度，kg/m3；wV、 wL分别为气体和液体的质量流量，kg/s。采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速气相质量流速为w v=qv V=36501.181=4310.65kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即wL=L M 水 =162.5018.02=2928.25 kg/h用贝恩霍根关联式计算泛点气

9、速211uat48LgFv0 .2WLVg3ulA KLWVL（式 3-1 ）F泛点气速，m/s；g重力加速度， 981m/s2at 填料总比表面积，23mm33填料层空隙率，mm； V, L 气相、液相密度， k/m3；L液体粘度， mPas;wL,wV液相、气相的质量流量， kg/h;A,K关联常数。散装填料类型塑料鲍尔环金属鲍尔环塑料阶梯环金属阶梯环瓷矩鞍金属环矩鞍表 1 式 3-1中的 A、K 值AK规整填料类型AK0.09421.75金属丝网波纹填料0.301.750.11.75塑料丝网波纹填料0.42011.750.2041.75金属网孔波纹填料0.1551.470.1061.75

10、金属孔板波纹填料0.2911.750.1761.75塑料孔板波纹填料0.2911.5630.062251.75表 2散装填料压降填料因子平均值填料因子 , 1/m填料类型DN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环306-11498-金属环矩鞍-13893.47136金属阶梯环-11882-塑料鲍尔环34323211412762塑料阶梯环-17611689-瓷矩鞍环700215140160-瓷拉西环1050576450288-查表 1与表 223得 A=0.204 ， K=1.75 ， at =114.2 mm， =0.927代入得F =4.737m/s取 =0.8 F=3.79m/s4

11、3600，由 D=4v s3.143600 0.548m3.79圆整塔径，取 D=0.6m泛点率校核： =Lh3600 36003.588 m s =3.588m/s0.785D20.7850.623.588100%69.41% ( 在允许范围内 )F 4.737填料规格校核 :D600 15.79 8d38液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为（ L ）0.08 m 3m hw min查附录得at114.2 m 2 m3Umin( L )minat0.08 114.2 9.136 m 3m 2hW2928.25U9982.210.38U min0.785 0.6经以上校核可知，填料塔直径选用D=

12、600mm合理。3.2 填料层高度计算Y1 *=m X1Y2 *=mX2 =0脱吸因数为气相总传质单元数为NOG11ln (1 S) Y1Y2*SSY2Y2*11ln (1 0.669) 0.052600.6690.6690.00020=13.517气相总传质单元高度采用修正的关联式计算气相体积吸收总系数KY a0.750.120. 050. 2aw1 exp1.45cU LU L atU Latat L2L L atLL g表 3 常见材质的临界表面张力值碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡材质表面张力 , mN /m56617333407520查表 3 得 C =33dyn/cm=427680kg

13、/ h2液体质量通量为UL =2928.252 =10361.82kg/(cm 2 .h)0.7850.6at0.750.110361.8220.0510361.8220.21 exp1.4542768010361.82114.2aw940489114.2 0.065998.22 1.27 108998.22 940896 114.2=0.48335aw114.20.4833555.199气膜吸收系数由下式计算0.71KGU Vv3 at D v0.237v DvRTat v气液质量通量为U V36001.18115253.54 kg m 2 h0.7850.6215253.540.70.06

14、5KG 0.2370.0651.1810.081114.20.16488 kmol（ m 2 hkpa）13114.20.0818.314293夜膜吸收系数由下式计算：21132L g3KLU LL0.0095L DLaw LL10361 .820.00953.655.1990.4599 m h233.6123.61.271081 3998.27.34410 6998.2表 4 常见填料的形状系数填料类型球形棒形拉西环弧鞍开孔环 值0.720.7511.191.45由 K G aK G aw1.1查表 4得1.45则 K G a0.1648855.1991.451.113.696 kmol（

15、m 3 h kpa）KL a K L aw0.40.4599 55.199 1.450.429.4541 hU69.41%50%U FU1.40.5K G a1 9.（50.69411 .413.69626.8045kmol（m3h kpa）由 KG a1 9.50.5）U FU2.20.5K L a1 2.（60.69412.229.45431.53261 hKL a1 2.60.5）U F则 K G a11112.3392 kmol（ m3h kpa）111K GaHK L a26.80450.72531.5326VV144.230.32052mH OGGG ap12.3392 101.3

16、 0.62KY a由 ZH OG N OG0.3205213.5174.332m得 Z=1.25 Z=5.416m设计填料层高度为Z=6m表 5 散装填料分段高度推荐值填料类型Hmax/mh/D拉西环 42.5矩鞍 65 8鲍尔环 6510阶梯环 6815环矩鞍 6515查表5得对于阶梯环填料h68 15, hmaxD取 h106006000mmD计算得填料层高度为6000mm，故不需分段。四、填料层压降计算采用 Eckert 通用关联图计算填料层压降横坐标为 WL0.50 .5V2928.251.181WVL4310.65998.2表 6散装填料压降填料因子平均值填料因子 , 1/m填料类型

17、DN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环306-11498-金属环矩鞍-13893.47136金属阶梯环-11882-塑料鲍尔环34323211412562塑料阶梯环-17611689-瓷矩鞍环700215140160-瓷拉西环1050576450288-查表 6得 p89m-1u 2pv0.23.5882 89 11.181 0.20.1382纵坐标为gL9.811L998.2查图 1得P / Z77.60 pa m填料层压降为P77.606465.6五、 液体分布器简要设计1、液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较大， 而气相负荷相对较低， 故选用槽式液体分布器。2、分布点密度计算表

18、 7 Eckert 的散装填料塔分布点密度推荐值塔径 ,mm分布点密度 ,点 / m 2 塔截面D=400330D=750170D 120042表 8 苏尔寿公司的的规整填料塔分布点密度推荐值填料类型分布点密度 ,点 / m 2 塔截面250Y 孔板波纹填料 100500(BX)丝网波纹填料 200按 Eckert 建议值 D=750 时，喷淋点密度为 170 点/m2因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为240 点/m2布液点数为 n0.7850.6224067.868点按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设五道，在槽侧面开孔，槽宽度为 80mm，槽高度为 2

19、10mm，两槽中心距为 160mm，分布点采用三角形排列，实际布点数 n=73 点，布液示意图如下图所示。图一、液体分布器简要设计3、布液计算由LSd2o n2g H4取0.60， H 160mm142928.252 360024LS998.do3.1473 0.6 29.81 0.16n 2g H120.013设计取do13mm六、绘制吸收塔设计条件图图二、水吸收氨填料吸收塔设计条件图七、设计总结通过近三个星期的努力， 在指导老师 xx 老师的悉心指导下， 我们全组人员的共同努力下，终于完成了我们的化工原理课程设计 水吸收氨填料吸收塔的设计。 虽然只是短短的一些时间， 我们却从中学到了许多知

20、识， 不单巩固了原有的知识， 也丰富了我们的课余知识，受益匪浅。首先，查阅书籍也是一种技巧， 因为我们要从大量书籍中查阅到我们所需的知识资料。例如采用 Eckert 通用关联图计算泛点气速，仅此一项就消耗了我们很多的时间， 我们还要查找到所需的设备， 工艺流程等一批相关的资料，并从相关资料中筛选出我们需要的内容。不掌握正确的查阅方法将会浪费很多宝贵的时间， 我们从中吸取了很多经验教训。其次，在设计过程中， 我们进一步巩固了化工原理的知识， 并把它们用于实际操作当中，真正做到了理论与实际相结合。从此，我们就意识到了以前我们所学知识的不够牢固、 深刻。学习方法上还存在许多弊端。通过这次课程设计，使

21、我们有机会查漏补缺，弥补了自己的不足。而且，我们也意识到了合作的重要性。 一个人的力量毕竟是有限的，因此，在此次课程设计过程中，全组上下全力合作，共同完成了这项工作。诸如擅长作图的同学充分发挥其特长， 利用自己的想象力，对填料塔的设计条件图进行了设计， 在严格查阅资料和准确计算后，制定了方案， 作出了总体布局图及相关的设备布局图。在计算方面较擅长的组员们集中在一起， 对此次设计的方案计算投入了大量的精力和时间，较好地完成了任务。能够顺利完成此次课程设计工作，团结起了举足轻重的作用，团结就是力量得到了充分的体会。由于我们的知识水平有限，在实训的过程中，指导老师xxx 老师对我们的设计提出了许多宝

22、贵的意见，耐心讲解了设计的难点， 对初稿进行了审阅和更正，并且为我们提供了有用的参考资料。总的来说，此次实训对于我们的动手，独立思考的能力有很大的锻炼，为以后的工作学习奠定了基础。由于我们是初试锋芒，缺乏经验，在设计中不免会出现一些不足之处，就请老师指导，以便我们更好地完善。全体成员：李飞王莉杨小贞何金芳完成时间： 2009 年 5 月八、参考资料贾绍义，柴诚敬等 . 化工传质与分离过程 北京：化学工业出版社， 2001娄爱娟，吴志泉， 吴叙美等.化工设计上海：华东理工大学出版社， 2002邹兰，阎传智等 . 化工工艺工程设计成都：四川大学出版社，2004王红卫，陈砺等 .化工设计广州：华南理工大学出版社，2001郭年祥等 .化工过程与设备北京：冶金工业出版社，2003王正平，陈兴娟等 . 精细化学反应设备分析与设计 北京：化学工业出版社， 2004柴诚敬，王军，陈常贵，郭翠梨等 . 化工原理课程学习指导天津：天津大学出版社， 2003王静康，伍宏业等 .化工过程设计北京：化学工业出版社，2006