g）校核Umin<吸收剂用量，反之则调整塔径D
h）确定填料层高度Z
i）填料层压降的计算
j）辅助设备设计
（二）工艺流程图及说明
在该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。
经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。
如下图：
（三）工艺计算
一、基础物性数据
1．液相物性数
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℃水的有关物性数据如下：
密度为 =998.2kg/m3
粘度为 μL=0.001Pa·S=3.6kg/（m·h）
表面张力为 σL=72.6N/m
NH3在水中的扩散系数为DL=2.04×10-9m2/s=7.344×10-6m2/h
2．气相物性数据：
混合气体的平均摩尔质量为M=0.05×17.03+0.95×29=28.40
混合气体的平均密度为==0.991kg/m3
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
μv=0.918×10-5Pa·S
查手册得NH3在空气中的扩散系数为 Dv=0.225cm2/s=0.081m2/h
3．气相平衡数据
20℃时NH3在水中的溶解度系数为 H=0.725kmol/（m3·kPa）
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=0.7543
4．物料衡算
进塔气相摩尔比为Y1=0.0526
出塔气相摩尔比为Y2=0.00001
进塔惰性气相流量为V=1200（）（1-0.05）=54.63kmol/h
对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0
=54.63=41.05kmol/h
L=1.5Lmin=41.05×1.5=61.57kmol/h
所以由全塔物料衡算式 V（Y1-Y2）=L（X1-X2）可得：
X1=V（Y1-Y2）/L==0.0465
S==
二、吸收塔的工艺尺寸的计算
1.塔径计算
气相质量流量为 wV=kg/h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即wL=L×M=61.57×18.02=1109kg/h
用贝恩—霍根关联式计算泛点气速.查附录五得空隙率ε=91.7％
㏒[uF2/g×（at/ε3）×（ρv/ρL）×μL0.2]=A-K（wL/wV）1/4（ρv/ρL）1/8
查表得A=0.0942K=1.75计算得uF=4.502m/s
取u=0.7uF=0.7×4.502=2.832m/s
由D= 圆整塔径，取 D=0.4m
2.操作气速校核
u=m/s＜uF
3填料规格校核
D/d=400/50=8,满足鲍尔环的径比要求.
4.液体喷淋密度校核
取最小润湿速度为LW,min=0.08m3/（m▪h）
查常用散装填料的特性参数表，得at=100m2/m3
Umin=LW,min×at=0.08×100=8m3/（m2▪h）
因U=m3/（m2▪h）＞Umin
Y1*=mX1=0.754×0.0465=0.03506Y2*=mX2=0
经以上校核可知，填料塔直径选用D=600mm是合理的。
三、填料层高度计算
气相总传质单元数为
Nog=㏑[（1-S）㏑[（1-0.669）+0.669]=13.52m
查表聚丙烯的表面张力σc=0.033N/m
气体质量通量VG=
液体质量通量LG=
鲍尔环的公称尺寸dp=0.05m
查表得鲍尔环为开口环，其形状系数为ψ=1.45
采用修正的思田关联式计算
=1-exp则aw=at=100m2/m3
气膜吸收系数由下式计算
KG=
=
=5.51×10-5Kmol/（m2·s·kPa）
液膜吸收系数由下式计算
KL=
=
=8.32×10-5m/s
KG,a=KGaW=5.15×10-5×100=5.51×10-3Kmol/（m2▪s▪kpa）
KL,a=KLaW=8.32×10-5×100=8.32×10-3s-1
校正，得
K′L,a=
=1.03×10-2Kmol/（m2·s·kPa）
K′L.a==8.95×10-3s-1
KG,a=
KYa=KGa=0.00398×101.3=0.403Kmol/（m2·s）
由HOG=ZOG=HOGNOG=0.2996×13.52=4.05m
Z′=1.4×4.04=5.67m设计取填料层高度为：
Z′=6m
（三）辅助设备的计算及选型
一、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：
查表得，压降填料因子平均值为：
Φp=125m-1
纵坐标为：
查图得，
填料层压降为：
ΔP=1059.48×6=6356.88Pa
二、液体分布器简要设计
1.液体分布器的选型
该吸收塔的塔径为400mm,填料吸收塔的塔径较小。
莲蓬式喷淋器结构简单，能使液体分布均匀，故选用莲蓬式液体分布器。
（1）分布点密度计算
按Eckert建议值，D=400时，喷淋点密度为330点/m2，所以，塔径为400mm时，根据需要取喷淋点密度为330点/m2。
布液点数为：
n=0.785×0.42×330=41.5＜≈42点。
（2）布液计算
由Ls=
取φ=0.6 △H=50mm
设计取d0=4mm
2．填料支撑结构
填料支承结构应满足3个基本条件：
①使起液能顺利通过.设计时应取尽可能大的自由截面。
②要有足够的强度承受填料的重量，并考虑填料孔隙中的持液重量。
③要有一定的耐腐蚀性能。
本设计根据需要，选择气体喷射型支承装置。
3．填料压紧装置
为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或者跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。
对于散装填料本设计选用压紧栅板。
（四）设计一览表
吸收塔类型：
阶梯环吸收填料塔
混合气处理量：
1200m3/h
工艺参数
名称
管程
管壳
物料名称
清水
氨气
操作压力，KPa
101.3
101.3
操作温度，℃
20
20
流速，m/s
————
2.85
液体密度，kg/m3
998．2
1.181
流量，kg/h
1109
1633
塔径，mm
400
填料层高度，mm
6000
压差，KPa
101.3
操作液气比
1.127
分布点数
42
黏度，kg/（m·h）
3.6
0.065
表面张力，kg/cm
940896
————
（五）对设计过程的评述和有关问题的讨论
本设计的任务是用水吸收氨气的填料吸收塔的设计。
填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。
填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。
本设计中，在计算处理当中发现了很多问题。
首先，开始的时候我们是采用Eckert通用关联图计算泛点气速，但是我发现用查图的方法来计算出泛点气速之后进行液体喷淋密度校核时，无论取哪种规格的填料都很难使其符合要求，最后由液体喷淋密度校核这一步往回推导时，我发现可能是处理量提高太低。
后来我参考了其他的一些资料上的算法发现也有用贝恩（Bain）——霍根（Hougen）关联式计算泛点气速的，当我应用这个关联式计算时发现计算出的结果与查图算出的相差很大，这一步的计算我们认为查关联图不是很准确。
经过我们的计算，发现无论用哪种规格的填料都难以使计算符合要求，即使用公称直径为50mm的填料也不符合要求。
从这里的计算我们总结出处理量不能太低，因为选择较低的处理量，首先不适合工业生产要求，其次是在进行液体喷淋密度校核时，计算所得的液体喷淋密度小于最小喷淋密度不适合要求。
处理量也不能太大，因为处理量太大时，对设备造成较大磨损，吸收处理不完全。
在填料的选择中，我几乎是用排除法来选择的，就是一种规格一种规格的算，后来认为DN50计算得的结果比比较好。
虽然在同类填料中，尺寸越小的，分离效率越高，但它的阻力将增加，通量减小，填料费用也增加很多。
用DN50计算所得的D/d值也符合鲍尔环的推荐值。
解决了上面的问题之后就是通过查找手册之类的书籍来确定辅助设备的选型，我们选择气体喷射型支承装置作为填料支撑，选压紧栅板作为填料压紧装置。
本设计我们所设计的填料塔产能大，分离效率高，持液量小，填料塔结构较为简单，造价适合。
不过，它的操作范围小，填料润湿效果差，当液体负荷过重时，易产生液泛，不宜处理易聚合或含有固体悬浮物的物料等。
（六）参考文献
[1]．贾绍义．柴诚敬．化工原理课程设计．天津：
天津科技技术出版社，2002
[2]．大连理工大学等．化工容器与设计手册．北京：
化学工业出版社，1989*
[3]．匡国柱，史启才等．化工单元过程及设备课程设计．北京：
化学工业出社，2002
[4]．陈敏恒等．化工原理．北京：
化学工业出版社，2004
[5]．《化学工程手册》编辑委员会．化学工程手册——气液传质设备．北京：
化学工业出版社，1989
[6]．魏姚灿等．塔设备设计．上海：
上海科学技术出版社，1988
（七）主要符号说明
a——填料的有效比表面积，㎡/m3
at——填料的总比表面积，㎡/m3
aw——填料的润湿比表面积，㎡/m3
d——填料直径，m
d
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