水吸收氨气过程填料吸收塔的设计.docx

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水吸收氨气过程填料吸收塔的设计

课程设计任务书

一、设计题目：

水吸收氨气过程填料吸收塔的设计；

试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的氨气。

混合气体的处理量为2600m3/h,其中含氨为7%（体积分数），混合气体的进料温度为25C。

要求：

氨气的回收率达到98%（20C氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/

（m3.kPa）

、工艺操作条件：

1）操作平均压力常压

（2）操作温度：

t=20C

3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定

4）选用填料类型及规格自选。

三、设计内容

（1）设计方案的确定和说明

（2）吸收塔的物料衡算；

（3）吸收塔的工艺尺寸计算；

（4）填料层压降的计算；

（5）液体分布器简要设计；

（6）绘制液体分布器施工图

（7）吸收塔接管尺寸计算；

（8）设计参数一览表；

（9）绘制生产工艺流程图（A4号图纸）；

（10）绘制吸收塔设计条件图（A4号图纸）；

（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

1.设计方案简介1

1.1设计方案的确定1

1.2填料的选择1

2.工艺计算1

2.1基础物性数据1

2.1.1液相物性的数据1

2.1.2气相物性的数据1

2.1.3气液相平衡数据1

2.1.4物料衡算1

2.2填料塔的工艺尺寸的计算2

2.2.1塔径的计算2

2.2.2填料层高度计算3

2.2.3填料层压降计算6

2.2.4液体分布器简要设计7

3.辅助设备的计算及选型8

3.1填料支承设备8

3.2填料压紧装置8

3.3液体再分布装置8

4.设计一览表9

5.后记9

6.参考文献9

7.主要符号说明10

8.附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）

1.设计方案简介

1.1设计方案的确定

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。

1.2填料的选择

金属环矩鞍

选用50X40X1.0的金属环矩鞍填料，其主要参数如下:

填料常数A:

0.06225K:

1.75

%=100410（（Pas）=3.6（kg/mh）

湿填料因子门：

84m」

2.工艺计算

2.1基础物性数据

2.1.1液相物性的数据

3

几=998.2（kg/m）

=72.6（dym/毛）94k0g89ho（DL=）1.7610~（m3/s）

2.1.2气相物性的数据

混合气体平均密度：

:

\m-1.151kg/m3

2

=427680（kg/h）

空气黏度：

Jv=1.8110'（Pas）=0.065（kg/mLh）

2.1.3气液相平衡数据

273K，101.3Kpa.氨气在空气中扩散系数：

D^0.17（m2/s）

2.1.4物料衡算

20°C，101.3Kpa下氨气在水中的溶解度系数H=0.725kmol/mlkpa

HMSP

998.2

0.72518101.3

=0.754

进塔气相摩尔比:

出塔气相摩尔比:

丫“蛊Oro.0753

丫2=半（1一）=0.0753（1-0.98）=0.00151

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：

X2=0

混合气体流量

1000273

29322.4

41.596

kmol/h

进塔惰性气体流量

2600273

22.4298

（1-0.07）=98.891

kmol/h

吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算:

L=1.50.73998.891=109.620Kmol/h

根据全塔物料衡算式：

V（Y1-Y2）=L（X1-X2）

WL109.62018.02

液气比：

—0.660

WV2600".151

2.2填料塔的工艺尺寸的计算

2.2.1塔径的计算

采用贝恩----霍夫泛点关联式：

1

41.151o

=0.06225-1.75（0.661）4（）8

998.2

二-0.0.615

uFa「—0.2=0.243

3

O.2439.810.96998.

02

74.91.1511.004

泛点率校核:

液体喷淋密度校核:

Lh

0.785D2

109.6218.02“998.2

则293k,101.3kpa下，NH3在空气中的扩散系数为

3

101.329322

Dg=D°（）（）=0.189cm/s

101.3273

液相扩散系数Dl=1.8010占m/s

Y/=mX1=0.7540.0753=0.0568

丫2=mX2=0

脱吸因数为S-UY07540.6802

L0.739".5

气相总传质单元数为:

1-0.6802

所以,

aw

at

=1

「exp{-1.45（

972000

940896

）0.75

（6989.92）0.1

（74.93.6）

6989.92汉74.9、q°5

998.221.27108

（6989.922）

（998.294089674.9）

0.2}

=0.5552

气膜吸收系数由下式计算:

1

g7（UV）0.7（金尸

普）

10589.53、o.7/0.065、3昇4.90.189360010、

=0.237（）（4）3（）

4.90.0651.1510.1891036008.314293

=0.1011kmol/（m2hkpa）

液膜吸收系数由下式计算：

查表得：

•「=1.45

—=0.5170.5

Uf

-0.5）1-4]■■-ga

得,

二[12.6（―一0.5）2.2]'La

F

'Ga=[19.5（0.517-0.5）1.4]6.3269=6.5271kmol/（m3hkpa）

La=[12.6（0.517-0.5）2.2]3764.089二3765.341h

6.52710.7253765.34

HOG

V

KYa八

二0.5305m

V98.891

'■Ga卩门6.5115101.30.7850.62

由Z二HogNog=0.5318.790=4.663m

Z1.204.6635.596m

设计取填料层高度为：

Z=6m

查表：

对于环矩鞍填料，詈=8~15,hmax乞6m

计算得填料高度为6000mm,故不需分段。

2.2.3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：

:

:

^宀隔吨鳥宀0.0224

查表得：

叮=71m」

查图，得34.6pa/m

填料层压降为：

AP=34.66=207.6pa

2.2.4液体分布器简要设计

2.2.4.1液体分布器简的类型

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

槽式液体分布器

224.2分布密度的计算

为了使液体初始分布均匀，原则上应增加单位面积上的喷淋点数。

但是，由于结构的限制，不可能将喷淋点设计得很多。

根据Eckert建议，当

D=75mm时，分布点密度为17点/m2时。

则总布液孔数为：

n=0.785D20.62170=48.04

取补液孔数为：

48点

布液计算：

由Lsd；n■■7.：

/2gH

4

取:

」=0.60,：

H=2000mm

d。

1——4LS

”n①V2g!

H

I4汉5.49汇10*

'3.14480.629.810.2

=0.003r5

取d=4mm

0

有计算得，设计布液点数为48点，直径为4mm

3.辅助设备的计算及选型

3.1填料支承设备

填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。

对

填料的基本要求是：

有足够的强度以支承填料的重量；提供足够的自由截面以使

气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造，易装卸等。

常用填料支承板有栅板式和气体喷射式。

这里选用分块梁式支

承板。

驼峰支撑

3.2填料压紧装置

为保持操作中填料床层为一高度恒定的固定床，从而保持均匀一致的空隙结构使操作正常，稳定，在填料安装后在其上方要安装填料压紧装置。

这样可以防止在高压降，瞬时负荷波动等情况下填料床层发生松动和跳动。

填料床层限位器适用于除脆性易碎材质填料以外的填料（如金属、塑料填料）本次设计的填料是金属环矩鞍，所以选择填料床层限位器。

刃1刑曲|

驼峰支撑

3.3液体再分布装置

在离填料顶面一定距离处，喷淋的液体便开始向塔壁偏流，然后沿塔壁下流，塔中心处填料的不到好的润湿，形成所谓的“干锥体”的不正常现象，减少了气液两相的有效接触面积。

因此每隔一定的距离设置液体再分布装置，以克服此现象。

由于填料塔层高度为6米，所以不需要液体再分布器

4.设计一览表

吸收塔类型

金属环矩鞍吸收填料塔

混合气体处理量（mi/h）

2600

塔径D（m）

0.6

填料层高度Z（m）

6

气相总传质单元高度（m）

0.5305

气相总传质单兀数

8.790

泛点气速（m/s）

4.940

泛点率

0.6

压降（pa）

207.6

操作压力（kpa）

101.3

操作温度「C）

20

填料直径（mrj）

25

孔隙率&

0.96

填料比表面积a（m2/m）

74.9

填料常数A

0.06225

填料常数K

1.75

5.后记

在课程设计过程中，我加深了对课本知识的认识，也巩固了所学到的知识。

此次课程设计按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。

在设计过程中，我通过跟同学之间相互讨论与向老师提问，整体设计基本满足使用要求，但是在设计

指导过程中也发现一些问题，发现自己基础知识不牢固，需加强学习，扩大知识面的广度。

另外，我通过这次的课程设计，我对从填料塔设计方案到填料塔设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。

6.参考文献

[1]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*

[2]陈敏恒等.化工原理.北京：

化学工业出版社，2004

[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]华南理工大学化工原理教研室著.化工过程及设备设计[M].广州：

华南理工大学出版社

1986.

⑸贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计[M].天津:

天津大学出版社，2002.

7.主要符号说明

a

填料层的有效传质比表面积（

m2/m3）

aw填料层的润滑比表面积n2/m3

A

吸收因数；无因次

d-

填料直径，mm

dp

-一填料当量直径，mm

D

扩散系数，m2/s；塔径

E—

—亨利系数，KPa

g-

重力加速度，kg/（m2.h）

H—

-溶解度系数，kmol/（m3.KPa）

HOG

气相总传质单元咼度，m

kG

气膜吸收系数，kmol/（m

3.s.KPa）

Nog

气相总传质系数，无因次

kL

-气膜吸收系数，kmol/（m

3.s.KPa）

R—

—气体通用常数，8.314kJ/（kmol.K）

S

—解吸因子

T-

-温度，0c

u

空塔速度，m/s

Uf

液泛速度，m/s

V

—惰性气体流量，kmol/h

Vs—

3

混合气体体积流量，m/h

Vi

—混合气体流量，kmol/h

L-

是吸收液量kmol/h

①

填料因子，m

Ls吸收剂用量kmol/h;kmol/s

①p

-1

――压降填料因子，m

W——

-液体密度校正系数

x

-溶质组分在液相中的摩尔分率

无因次

y

溶质组分在液相中的摩尔分率无因次

Z——

-填料层高度m

min

-—最小的

max-

最大的

P

—粘度Pa.s

P

密度kg/m

o——

表面张力N/m

£-

—孔隙率

m—

—相平衡常数，无因次

8•附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）

8.1工艺流程简图

彌蘇水

8.2塔设备设计图

SS

序号

指标

1

操作压力

101.3kPa

2

操作温度

20V

3

工作介辰

变换气

4

填料类型

全属环拒鞍

5

塔径

0,6m

6

填料高度

6m

技术特性裘

rzt

公称尺寸

用途

a

235

富液出口

b

150

进气口

c

80

测湿口

d

150

排气口

e

40

测压口

f

235

吸收液入口

s

450

人孔

h

40

液面计接口

i

?

5

排液口

接管表

6

塔体

1

5

支撑板

2

4

填料段

2

3

固定压板

2

2

战体分布器

1

1

陰雾器

1

序号

图号

名称

数量

材料

备注

091

i用咼分子左

r料2班

职务

签名

日期

水吸收氨气填料吸收塔设备图

E

何柳销

2011年12月

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0.7850.6

经以上校核可知，填料塔直径选用D=0.6m合理。

2.2.2填料层高度计算

查表知，0C，101.3kpa下，NH3在空气中的扩散系数D°=0.17cm2/s

一=1-exp{-1.45（——）（—）（寸）（）}

at-l4叫;lg•二l4