水吸收氨過(guò)程填料塔的設(shè)計(jì)

1、學(xué) 院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)作 者： 學(xué) 號(hào)：系 ： 生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 題 目： 水吸收氨過(guò)程填料塔的設(shè)計(jì)指導(dǎo)者：(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))2010年 06月填料塔設(shè)計(jì)任務(wù)班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師一、設(shè)計(jì)題目水吸收氨過(guò)程填料塔的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件1、混合氣處理量 720 m3/h，其中含氨為7%（體積分?jǐn)?shù)），要求塔頂排放氣體中含氨低于0.06%（體積分?jǐn)?shù)），采用清水進(jìn)行吸收。2、操作壓力為常壓，操作溫度為20。該溫度下氨在水中的溶解度系數(shù)為 H=0.725 kmol/(m3kPa)。3、每年按330天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。4、建廠地址 江蘇淮安三、完成設(shè)

2、備圖一張。（A3，CAD）目錄1、引言 41.1目的要求 41.2填料塔結(jié)構(gòu)及原理 5 2、塔設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容 5 3、確定設(shè)計(jì)方案 53.1流程圖及流程說(shuō)明53.2填料及吸收劑的選擇5 4、工藝計(jì)算 6 4、1吸收塔物料橫算 6 4、2塔徑的計(jì)算 7 4、3填料層的計(jì)算 8 5填料塔壓降的計(jì)算10 6、液體分布器設(shè)計(jì)11 7、填料支撐裝置11 8、氣體的入塔分布11 9、設(shè)計(jì)一覽表1210、設(shè)計(jì)小結(jié)11、參考文獻(xiàn)12、 CAD工程制圖1、 言引1.1 目的要求1、化工原理課程設(shè)計(jì)涉及本門課程的主要內(nèi)容，通過(guò)課程設(shè)計(jì)學(xué)生不僅鞏固和深化了有關(guān)化工過(guò)程及設(shè)備方面的知識(shí)，而且可用它們?nèi)シ治龊徒鉀Q化工設(shè)

3、備在操作、安裝、檢修等方面的實(shí)際問(wèn)題，以增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)。2、通過(guò)化工原理課程設(shè)計(jì)使學(xué)生建立工程觀點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，使學(xué)生具有辨證的科學(xué)思維方法。3、通過(guò)查閱技術(shù)資料、選用公式、搜集數(shù)據(jù)、討論工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的相互影響等，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。4、提高學(xué)生文字表達(dá)能力及掌握撰寫技術(shù)文件的能力。1.2 填料塔結(jié)構(gòu)及原理塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、塑料或陶瓷制成，金屬筒體內(nèi)壁常襯以防腐材料。填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類，是傳熱和傳質(zhì)的場(chǎng)所。 塔內(nèi)件：包括填料支承與壓緊裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。操作原理：液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填

4、料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流動(dòng)，并與在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過(guò)填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。2 、 填料塔設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容混合氣處理量 720 m3/h，其中含氨為7%（體積分?jǐn)?shù)），要求塔頂排放氣體中含氨低于0.06%（體積分?jǐn)?shù)），采用清水進(jìn)行吸收。操作壓力為常壓，操作溫度為20，該溫度下氨在水中的溶解度系數(shù)為 H=0.725kmol/(m3kPa)。設(shè)計(jì)內(nèi)容:1、吸收塔的物料衡算；2、吸收塔填料層壓降的計(jì)算；3、吸收塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算；4、吸收塔的相關(guān)工藝尺寸計(jì)算；5、繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖。3、確定設(shè)計(jì)方案3.1流程圖及流程說(shuō)明該填料塔中，氨氣和空氣混合后，經(jīng)由填料塔

5、的下側(cè)進(jìn)入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進(jìn)行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排除，吸收了氨氣的水 由填料塔的下端流出。（如右圖所示）3.2填料及吸收劑的選擇比表面積at：370m2/m3 空隙率：0.85干填料因子：602.6m-1根據(jù)所要處理的混合氣體，可采用水為吸收劑，其廉價(jià)易得，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過(guò)程對(duì)吸收劑的基本要求。4、工藝計(jì)算對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)?；旌蠚怏w的黏度可近似取為空氣的黏度。空氣和水的物性常數(shù)如下：空氣：=1.8110-5Pas=0.065kg/(mh)=1.205kg/m3水：L=998.2kg/

6、m3L=100.410Pas-54、1吸收塔物料橫算查表知，20 C下氨在水中的溶解度系數(shù)H=0.725kmol/(m3kpa)亨利系數(shù)E=LHM Sm=E相平衡常數(shù)P= LHM=998.272518.02101.3=0.754SP0.進(jìn)塔氣相摩爾比為：Y1=0.071-0.07=0.075 出塔氣相摩爾比為：Y0.0032=1-0.07=0.003226對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為：X2=0(清水)_混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：M=0.0717+(1-0.07)29=28.16(kg/kmol)混合氣體流量：720273293122.4=29.949(kmol/h)混合氣體流量：V=29

7、.949(1-0.07)=27.853(koml/h) 最小液氣比：(LV)Y-Y2Y1-Y20.075-0.003226min=1X*=1-X21=0.721m-X20.754-0取實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.5倍，則可得吸收劑用量為： L=0.72127.8531.5=30.123(kmol/h)XV(Y1-Y2)1=L=0.075-0.0032260.7211.5=0.06636液氣比 L=30.123181.183=0.637V7204、2塔徑的計(jì)算PM101.310328.1610-3混合氣體的密度 G=RT=8.315293=1.171kg/m3 采用貝恩-霍根泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速

8、度：2lguFgatG0.23LL30.1231811.1831=0.204-1.75(1.183)4(998.2)8720=-0.470 u2FatGg30.2L=0.3304LuF=3.132m/s取泛點(diǎn)率為0.6，即u=0.6uF=0.63.132=1.879m/s D=0.3682m圓整后取 D=0.4m泛點(diǎn)率校核：u=0.7850.42=1.593m/su填料規(guī)格校核： Dd=40016=25>8液體噴淋密度校核：取最小潤(rùn)濕速率為：(L3W)min=0.08m/(mh)at=370m2/m3 所以得Umin=(LW)minat=0.08370=29.6m3/(m2h) U=Lh

9、0.785D2=30.12318998.26320.7850.42=4.31010m/(mh)Umin 74、3填料層的計(jì)算查表知， 0 C，101.3 kpa下，NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)Do=0.17cm2/s PT由DG=Do(o)()2， PTo則293k，101.3kpa下，NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為33101.32932DG=Do()=0.189cm2/s 101.3273液相擴(kuò)散系數(shù)DL=1.8010-9m2/s液體質(zhì)量通量為UL=30.123182=5499.35kg/(mh) 20.7850.47201.183=6781.53kg/(m2h) 20.7850.4氣體質(zhì)量通量為U

10、V=*Y1=mX1=0.7540.05662=0.04269 *Y2=mX2=0脫吸因數(shù)為S=mV0.754=0.6972 L0.7211.5所以氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：NOG氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：UaDG=0.237(V)0.7(V)3(tV)atvVDVRT=0.1490kmol/(m2hkpa)11液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：UL3L-2Lg3L=0.0095()()()awLLDLL=0.3856211211'a=1+9.5(G所以可以由u-0.5)1.4GauFu'a=1+2.6(-0.5)2.2LaLuF得到'a=1+9.5(0.5086-0.5)1.461.79

11、91=62.552kmol/(m3hkpa)G'a=1+2.6(0.5086-0.5)2.2129.6282=129.638L Ga=所以HOG=由 VKYa=V27.853=0.0582mGaP37.594101.30.7850.42由 Z=HOGNOG=0.05826.7701=0.3940mZ'=1.200.39400.473m設(shè)計(jì)取填料層高度為：Z=0.5m5填料塔壓降的計(jì)算查圖得，P=274.68pa/m Z填料層壓降為：P=274.680.5pa=137.34pa6、液體分布器設(shè)計(jì)液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達(dá)到預(yù)期分離效果的重要條件。 液體分布裝置的安裝

12、位置，須高于填料層表面200mm,以提供足夠的自由空間，讓上升氣流不受約束地穿過(guò)分布器。根據(jù)該物系性質(zhì)，可選用目前應(yīng)用較為廣泛的多孔型布液裝置中的排管式噴淋器。多孔型布液裝置能提供足夠均勻的液體分布和空出足夠大的氣體通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆結(jié)構(gòu)。液體引入排管噴淋器的方式采用液體由水平主管一側(cè)引入，通過(guò)支管上的小孔向填料層噴淋。由于液體的最大負(fù)荷低于25m3/(m2h)，按照設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)可提供良好的液體分布：主管直徑-50mm,支管排數(shù)-5,排管外緣直徑-160mm，最大體積流量-12.5m3/h7、填料支撐裝置填料支撐裝置對(duì)于保證填料塔的操作性能具有重大作用。采用結(jié)

13、構(gòu)簡(jiǎn)單、自由截面較大、金屬耗用量較小的柵板作為支撐板。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過(guò)渡支撐，以取得較大的孔隙率。由于采用的是16mm的填料，所以可用75mm的十字環(huán)。 108、氣體的入塔分布設(shè)計(jì)位于塔底的進(jìn)氣管時(shí)，主要考慮兩個(gè)要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動(dòng)的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時(shí)，本裝置由于直徑較小，可采用簡(jiǎn)單的進(jìn)氣分布裝置。 由于對(duì)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴(yán)，可不設(shè)除液沫裝置。9、設(shè)計(jì)一覽表填料吸收塔設(shè)計(jì)一覽表10. 設(shè)計(jì)小結(jié)通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我們受到一次化工設(shè)計(jì)專業(yè)技術(shù)方面的基本訓(xùn)練，從而了解和掌握化工計(jì)算的基本知識(shí)、基本方法，培養(yǎng)我們獨(dú)立分析和解決化工技術(shù)問(wèn)題的能力。作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，是把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過(guò)綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們的能力：首先培養(yǎng)了我們查閱資