水吸收氨气过程填料吸收塔的设计

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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25℃。要求：氨气的回收率达到98%。（20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3.kPa）

二、工艺操作条件：

（1）操作平均压力常压

（2）操作温度: t=20℃

（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；

/ v .

. /

（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。

目录

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)

/ v .

. /

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）

/ v .

. /

/ v . 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50×40×1.0的金属环矩鞍填料，其主要参数如下：

比表面积a t ：74.932/m m 空隙率ε：0.96

湿填料因子Φ：184-m 填料常数 A:0.06225 K ：1.75

2. 工艺计算

2.1 基础物性数据

2.1.1液相物性的数据

3998.2(/)L kg m ρ= 6100410() 3.6(/)

L Pa s kg m h μ-=??= 272.6(dyn /c )940896(/)

L m kg h σ== 931.7610(/)L D m s -=?

2.1.2气相物性的数据

混合气体平均密度：3

/151.1m kg vm =ρ c σ=427680(2/kg h )

. /

/ v . 空气黏度：51.8110()0.065(/)v Pa s kg m h μ-=??=

2.1.3气液相平衡数据

273K ，101.3Kpa.氨气在空气中扩散系数：200.17(/)D m s =

2.1.4 物料衡算

20℃，101.3Kpa 下氨气在水中的溶解度系数 30.725/H kmol m kpa = 998.20.7540.72518101.3s S E m P HM P ρ====??

进塔气相摩尔比： 0753.007.0107.01=-=Y

出塔气相摩尔比： 00151.0)98.01(0753.0)1(12=-?=-?=ηY Y

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：20X =

混合气体流量 ：1100027341.59629322.4V ?==? kmol/h

进塔惰性气体流量:891.98)07.01(298

2734.222600=-?=V 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：

739.00754.00753.000151.00753.021212*121

min =--=--=--=??? ??X m

Y Y Y X X Y Y V L 取操作液气比为最小液气比的1.5倍，可得吸收剂用量为：

h Kmol L /620.109891.98739.05.1=??=

根据全塔物料衡算式:

V(Y 1-Y 2)=L(X 1-X 2)

h kmol LX L Y Y V X /0666.05

.1739.000151.00753.0)(2211=?-=+-= 液气比 ：

660.0151.1260002.18620.109=??=V L W W 2.2 填料塔的工艺尺寸的计算

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/ v . 2.2.1 塔径的计算

采用贝恩----霍夫泛点关联式:

11

248

0.23lg f t v v

L L L v L u a W A K

g W ρρμρρε??????

=-?? ? ?

????????

即

s

m u g a u a g u F L L

G t F L L

G

t F /940.4004.1151.19.742

.99896.081.9243.0243

.0615.0.0)

2.998151.1()661.0(75.106225.0]

lg[2.032

.032

8

1

412

.032

=?????==?-=??-=???μρερμρρε

取泛点率为0.6，即s m u u F /964.294.46.06.0=?==

m

u V D S

557.03600285.114.32600

44=???==π

圆整后取 m D 6.0=

泛点率校核：

s m u /556.26.0785.03600

2600

2=?=

517.094.4556

.2==F

u u

（在允许的范围内）

填料规格校核： 81250600

>==d D

液体喷淋密度校核：

. /

/ v . 取最小润湿速率为：)/(08.0)(3min h m m L W ?=

32/9.74m m a t =

所以 )/(992.511008.0)(23min min h m m a L U t W ?=?=?=

min 2322

)/(002.76

.0785.02.99802.1862.109785.0U h m m D L U h

??=?÷?=?= 经以上校核可知，填料塔直径选用m D 6.0=合理。

2.2.2 填料层高度计算

查表知， 0C ，101.3 kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数s cm D /17.02=o 由23

))((o o o T T P P D D G =， 则293k ，101.3kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数为

s cm D D G /189.0)273

293)(3.1013.101(223==o 液相扩散系数s m D L /1080.129-?= 液体质量通量为)/(92.69896

.0785.002.1862.10922h m kg U L ?=??=

气体质量通量为)/(53.105896.0785.0151.1260022h m kg U V ?=??= 00568

.00753.0754.02211===?==**mX Y mX Y 脱吸因数为6802.05

.1739.0754.0=?==L mV S 气相总传质单元数为：

790.8]6802.0000151.000753.0)6802.01[(6802.011])1[(112221=+--?-?-=+--?--=**Ln S Y Y Y Y S Ln S N OG

. /

/ v . 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：

})()()()(45.1exp{12.0205.022

1.075.0t L L L L t L L t L L c t w a U g a U a U a a σρρμσσ?????--=- 查表知，2/972000/75h kg cm dyn c ==σ 所以，555

2.0})9.749408962.99892.6989()1027.12.9989.7492.6989()6.39.7492.6989()940896972000(45.1exp{12.0205.08221.075.0=??????????--=-t w a a

气膜吸收系数由下式计算：

)/(1011.0)293314.8103600189.09.74()3600

10189.0151.1065.0()065.09.7453.10589(237.0)()()(237.0243147.031

7.0kpa h m kmol RT

D a D a U V t V V V v t V G ??=???????????=??=--ρμμκ液膜吸收系数由下式计算：

1056.78)2.9981027.16.3()3600

1080.12.9986.3()6.39.745552.092.6989(0095.0)()()(0095.0318

2193231

2132=??????????=??????=---L

L L L L L w L L g D a U ρμρμμκ 查表得：45.1=ψ 则h

a a kpa h m kmol a a w L L w G G 1089.376445.19.745552.01056.78)/(3269.645.19.745552.01011.04.04.031.11.1=???=??=??=???=??=ψκκψκκ

5.0517.0?=F

u u 由a u u a a u u a L F L G F

G

κκκκ?-?+='?-?+='])5.0(6.21[])5.0(5.91[2.24.1 得，

. / / v . h

a kpa h m kmol a L G

134.3765089.3764])5.0517.0(6.21[)/(5271.63269.6])5.0517.0(5.91[2.234.1=?-?+='??=?-?+='κκ 则 )/(5115.634

.3765725.015271.6111113kpa h m kmol a H a a L G

G ??=?+=?+'=

κκκ 由 m P a V a K V

H G Y OG 5305.06.0785.03.1015115.6891.982=???=Ω??=Ω?=

κ

由 m N H Z OG OG 663.4790.8531.0=?=?=

m Z 596.5663.420.1≈?='

设计取填料层高度为：m Z 6= 查表：对于环矩鞍填料，m h D

h 6,15~8max ≤= 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：0224.0)2

.998151.1(660.0)(5.05.0=?=L V V L ρρωω 查表得：171-=Φm P 纵坐标为：0546.0004.12

.9981551.181.9171556.22.022.02=????=??ΦL L V P g u μρρψ

.

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/ v .

查图，得m pa Z

P /6.34=? 填料层压降为：pa P 6.20766.34=?=?

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

2.2.4.2 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

. /

/ v . 2/170750m mm D 点时，分布点密度为=时。则总布液孔数为：

04.481706.0785.022=??=D n

取补液孔数为：48点

布液计算：

由 H g n d L o S ?Φ=24

2π

s m s m L S /1049.5/2.99836001862.109343-?=??= 取60.0=Φ，mm H 2000=?

则 m H

g n L d S

o 0035.02

.081.926.04814.31049.54244

=???????=??Φ=-π

取mm d 40=

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。

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/ v .

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。

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

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4. 设计一览表

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/ v .

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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．：化学工业出版社，1989*

[2] 陈敏恒等．化工原理．：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．：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]．: 华南理工大学出版社, 1986.

[5] 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

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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

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/ v .

. / 8.2塔设备设计图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3shl.html