過程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、過程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名：朱紹咪學(xué)號(hào)：3110519058班級(jí)：化工111.設(shè)計(jì)題目：吸收氨過程填料塔的設(shè)計(jì)試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量 為3.8萬Nm 3/h ,其中含氨為5.2% (體積分?jǐn)?shù))，要求塔頂排放氣體中含 氨低于0.02% (體積分?jǐn)?shù))。.操作條件(1)操作壓力常壓(2)操作溫度20 C.工作日每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。.廠址寧波地區(qū).設(shè)計(jì)內(nèi)容(1)吸收塔的物料衡算；(2)吸收塔的工藝尺寸計(jì)算；(3)填料層壓降的計(jì)算；(4)液體分布器簡要設(shè)計(jì)；(5)吸收塔接管尺寸的計(jì)算；(6)繪制生產(chǎn)工藝流程圖；(7)繪制吸收塔設(shè)計(jì)圖；(9)對(duì)設(shè)計(jì)過程的評(píng)述和有

2、關(guān)問題的討論。6.設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)20 c下氨在水中的溶解度系數(shù)為 H=0.725kmol/(m3.kPa)。附：設(shè)計(jì)說明書的目錄1設(shè)計(jì)方案簡介2工藝計(jì)算基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)液相物性的數(shù)據(jù)氣相物性數(shù)據(jù)氣液相平衡數(shù)據(jù)物料衡算填料塔的工藝尺寸的計(jì)算塔徑的計(jì)算填料層高度計(jì)算填料層壓降計(jì)算吸收塔接管口徑的計(jì)算3輔助設(shè)備的計(jì)算及選型4設(shè)計(jì)一覽表5對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述6參考文獻(xiàn)7主要符號(hào)說明8附圖（帶控制點(diǎn)的工藝流程簡圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)圖）1、設(shè)計(jì)方案的確定吸收劑的選擇氣體吸收過程的操作原理是利用混合氣體中各組分在吸收劑中溶解性差異， 某些組分從氣相轉(zhuǎn)移到液相（吸收劑），以分離氣體混合物。因此，吸收劑性 能的優(yōu)劣是決定吸收效

3、果的關(guān)鍵之一。選擇吸收劑時(shí)應(yīng)著重考慮以下幾個(gè)方面：對(duì)被吸收的氣體溶質(zhì)的溶解度要大，選擇性要好；蒸汽壓必須小、粘度要低、 不易發(fā)泡，以減少溶劑的損失，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的操作；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定 性和熱穩(wěn)定性，不易燃、不易爆，安全可靠；對(duì)設(shè)備的腐蝕性要小，盡可能是 無毒、無環(huán)境污染的溶劑；價(jià)廉易得，有時(shí)還應(yīng)考慮再生和循環(huán)的簡單性、合 理性及經(jīng)濟(jì)性等。然而對(duì)于任何一種吸收劑都不可能全部滿足以上所有條件，所以選用吸收 劑時(shí)應(yīng)該根據(jù)具體的情況而定，既考慮工藝要求又兼顧到經(jīng)濟(jì)合理性。工業(yè)上 常用的吸收劑列于表1。表1工業(yè)常用吸收劑溶質(zhì)吸收劑氨水、硫酸丙酮蒸汽、氯化氫、二氧化硫水二氧化碳水、堿液、碳酸丙烯酯硫

4、化氫堿液、種堿液、有機(jī)溶劑苯蒸汽煤油、洗油丁二烯乙醇、乙月青二氯乙烯煤油一氧化碳銅氨液對(duì)于吸收氨過程填料塔的設(shè)計(jì)，根據(jù)表 1可知工業(yè)常用吸收劑有水和硫酸。 水和硫酸對(duì)氨的溶解度都較大，然而相較于水，硫酸具有腐蝕性，價(jià)格貴，對(duì) 環(huán)境有一定的污染。水是天然資源，對(duì)環(huán)境無影響，有較好的選擇性和穩(wěn)定性， 又寧波位于沿海地區(qū)水資源豐富，水廉價(jià)易得。因此，選擇用水作為吸收劑。吸收流程的確定氣、液兩相在塔內(nèi)的流動(dòng)有逆流和并流兩種方式。而對(duì)于各種吸收要求，根據(jù)操作系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，吸收流程的安排可按不同方案組合：單塔吸收流程、 吸收劑部分循環(huán)流程、多塔吸收串聯(lián)或并聯(lián)流程、吸收和解吸聯(lián)合流程。本次設(shè)計(jì)采用水吸收氨

5、過程是一個(gè)逆流操作的單塔吸收流程。在逆流操作 下，兩相傳質(zhì)平均推動(dòng)力最大，可以減少設(shè)備尺寸，提高吸收率和吸收劑使用 效率。又本次設(shè)計(jì)條件中混合氣中氨含量較低（其中氨的體積分?jǐn)?shù)為5.2% ,所需推動(dòng)力較大，所以選擇逆流操作。吸收劑部分循環(huán)流程的主要作用是提高液體的噴淋密度 ，保證填料表面的 完全潤濕；除去吸收熱，維持塔內(nèi)合適的溫度；調(diào)節(jié)溶液產(chǎn)品的濃度。然而水 吸收少量的氨放出的熱量較少，無需考慮吸收熱的問題，所以選擇吸收劑部分循環(huán)流程會(huì)造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。又水吸收氨過程是一個(gè)相對(duì)簡單的吸收過 程，故不選擇多塔吸收串聯(lián)或并聯(lián)流程、吸收和解吸聯(lián)合流程，而是選擇單塔 吸收流程。操作條件在氣體的溶解過

6、程中，加壓能提高溶質(zhì)的溶解度和傳質(zhì)速率，減小塔徑和 吸收劑用量，但壓力過高會(huì)使塔的造價(jià)增加。吸收塔操作溫度的高低直接關(guān)系 到氣體溶解度的大小，降低操作溫度對(duì)吸收是有利的，而升溫則有利于解吸， 但對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)的吸收過程來說，溫度的控制應(yīng)由反應(yīng)條件而定。因此，吸收和解吸的溫度條件必須根據(jù)具體情況統(tǒng)籌考慮。一般來說，等溫下的吸收和解吸流程其能耗將最省。因?yàn)榘睔鈽O易溶于水，溶解度為 1:700,無需加壓或降溫來提高它的溶解 度，所以操作條件選擇常壓20Co塔填料的選擇按填料裝填方式可以將填料型式分成散裝填料和規(guī)整填料。散裝填料有拉 西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、弧鞍、矩鞍、環(huán)矩鞍等。規(guī)整填料有格柵填料、波紋

7、 填料、脈沖填料等。規(guī)整填料造價(jià)高，易堵塞難清洗，工業(yè)上一般用于較難分 離或分離要求很高的情況。本設(shè)計(jì)中用水吸收氨，氨與混合氣容易分離，所以 不選擇規(guī)整填料，而是選擇散裝填料。拉西環(huán)是一外徑與高相等的圓環(huán)，但其存在較嚴(yán)重的塔壁偏流和溝流現(xiàn)象，傳質(zhì)效率很低。鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的環(huán)壁上開有兩層長方形窗孔，這一構(gòu)造使 鮑爾環(huán)填料不但較拉西環(huán)填料有較大的生產(chǎn)能力和較低的壓降，而且分離效率 也有所提高，操作彈性進(jìn)一步加大。階梯環(huán)填料與鮑爾環(huán)填料相同之處是均在 環(huán)壁上開有內(nèi)彎葉片的窗孔，但階梯環(huán)填料的高徑比小于1,這可以減少氣體通過填料層的阻力，因而階梯環(huán)填料較鮑爾環(huán)填料的性能又有了進(jìn)一步的提高。 弧鞍形填

8、料由于兩面對(duì)稱結(jié)構(gòu),在填料中互相重疊,使填料表面不能充分利用 影響傳質(zhì)效果。矩鞍形填料是將弧鞍型改制成兩面不對(duì)稱，大小不等的矩鞍形。它在填料中不能互相重疊,因此填料表面利用率好，傳質(zhì)效果比相同尺寸的拉 西環(huán)好。環(huán)矩鞍填料是結(jié)合了開孔環(huán)形填料和矩鞍形填料的優(yōu)點(diǎn)而開發(fā)出來的 新型填料。由于階梯環(huán)填料較鮑爾環(huán)填料、拉西環(huán)填料及鞍形填料有以下優(yōu)點(diǎn)：通量 大壓降小，效率高，操作彈性大，抗污性好，最小潤濕速率小，有利于液液萃 取操作等。所以在散裝填料中選用階梯環(huán)填料。選擇填料時(shí)除了要考慮選才合適的填料類型以外，還要考慮材料的問題。用于制成填料的材料，常用的有塑料、陶瓷、金屬（不銹鋼、普通鋼、有色金 屬等）

9、和石墨 等。如設(shè)備的操作溫度較低（一般不超過100 C）,可考慮用 塑料填料，塑料具有價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn) ，但塑料易變形，且 表面的潤濕性較差。陶瓷填料一般用于腐蝕性介質(zhì)，尤其可以耐高溫，但較易 破碎。金屬填料可耐高溫，堅(jiān)固耐用，但不耐腐蝕；若用不銹 鋼材料制成，可 用于腐蝕性物料，但價(jià)格昂貴。氨水是堿性溶液，具有腐蝕性，故不選用金屬填料。水吸收氨氣過程，操 作壓力為常壓，操作溫度為 20 C,故采用塑料填料。因此本設(shè)計(jì)選擇塑料階梯 環(huán)作為塔填料。填料規(guī)格的選擇同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費(fèi)用 也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液

10、體分布不良及嚴(yán) 重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定。 對(duì)于階梯環(huán)，所選填料必須使塔徑與填料直徑之比D/ d 8,所以選用規(guī)格為巾50的塑料階梯環(huán)填料。國產(chǎn)階梯環(huán)填料幾何特性數(shù)據(jù)列于表 2。表2塑料階梯環(huán)填料幾何特性數(shù)據(jù)規(guī)格mm外徑X高X厚mnX mnK mm比表囿積 m2/ m3空隙率 m3/ m3堆積個(gè)數(shù)/ 一 3 n/ m堆積密度kg/ m 3干填料因7-1子m巾1616X8.9 M.13700.85299136135.6602.6小2525 X12.5 M.42280.908150097.8312.8 巾3838 X19 X1132.50.912720057.5175.8 1巾5050 X25 X1.5114.20.9271074054.8143.1小7676 X37 X3900.929342068.4112.3初步的流程圖i2、物性數(shù)據(jù)的收集液相物性數(shù)據(jù)（20 c下的水）密度： 8 2-3黏度：表面張力：氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量：混合氣體平均密度: 空氣黏度：-5273.15K, 101.3Kpa氨氣在空氣中擴(kuò)散系數(shù)：o20 C, 101.3Kpa下氨氣在水中的溶解度系數(shù)：相平衡常數(shù)： 參考文獻(xiàn)：1蘭州石油機(jī)械研究所.現(xiàn)代塔器技術(shù).第2版.北京：中國石化出版社，2005.2