《化工原理课程设计报告书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理课程设计报告书（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、. . . . .一、设计任务书1、 设计题目：填料吸收塔的设计 2、 设计任务：试设计一填料吸收塔，用于脱除合成氨尾气中的氨气，要求塔顶排放气体中含氨低于200ppm，采用清水进行吸收3、 工艺参数与操作条件（1） 工艺参数表11尾气处理量（Nm3/h）混合气组成（%）NH3H2N2CH4+Ar20208602012（2）操作条件 常压吸收：P0=101.3kPa 混合气体进塔温度：30 吸收水进塔温度：20。 4、 设计项目：（1） 流程的确定及其塔型选择；（2） 吸收剂用量的确定；（3） 填料的类型及规格的选定；（4） 吸收塔的结构尺寸计算及其流体力学验算，包括：塔径、填料层高度及塔高的
2、计算；喷淋密度的校核、压力降的计算等；（5） 吸收塔附属装置选型：喷淋器、支承板、液体再分布器等；（6） 附属设备选型：泵、风机附：1、 NH3H2O系统填料塔吸收系数经验公式：kGa=cGmWLnkLa=bWLP式中kGa气膜体积吸收系数，kmol/m2.h.atmkLa液膜何种吸收系数，l/hG气相空塔质量流速，kg/m2.hWL液相空塔流速，kg/m2.h表12，查手册（李功样常用化工单元设备设计华南理工大学出版社得）填料尺寸（mm）cmnBP125006150903901106525001390770200307838.00036707203800270782、（氨气水）二成分气液平衡
3、数据 表13序号温度（）（液相）x（NH3液相摩尔分率）pNH3(mmHg)（NH3平衡分压）122.320.0052.93224.640.016.97326.950.01512.09429.270.0218.39531.580.02526633.890.0335.1736.20.03545.86838.510.0458.5940.80.04573.211043.120.0590.29二、工艺流程示意图（带控制点）三、流程方案的确定及其填料选择的论证1、 塔型的选择：塔设备是能够实现蒸馏的吸收两种分离操作的气液传质设备，广泛地应用于化工、石油化工、石油等工业中，其结构形式基本上可以分为板式塔和
4、填料塔两大类。在工业生产中，一般当处理量较大时采用板式塔，而当处理量小时多采用填料塔。填料塔不仅结构简单，而且阻力小，便于用耐腐蚀材料制造，对于直径较小的塔，处理有腐蚀性的物料或要求压降较小的真空蒸馏系统，填料塔都具有明显的优越性。根据本设计任务，是用水吸收法除去合成氨生产尾气的氨气，氨气溶于水生成了具有腐蚀性的氨水；本设计中选取直径为600mm，该值较小，且800mm以下的填料塔对比板式塔，其造价便宜。基于上述优点，因此本设计中选取填料塔。2、 填料塔的结构填料塔的主要构件为：填料、液体分布器、填料支承板、液体再分器、气体和液体进出口管等。3、 操作方式的选择 对于单塔，气体和液体接触的吸收
5、流程有逆流和并流两种方式。在逆流操作下，两相传质平均推动力最大，可以减少设备尺寸，提高吸收率和吸收剂使用效率，因此逆流优于并流。因此，本设计采用逆流。4、 吸收剂的选择（1） 水对由 NH3 、H2 、N2 、CH4+Ar组成的混合气中的NH3的溶解度很大，而对除NH3外的其它组成基本上不吸收或吸收甚微；（2） 在操作温度下水的蒸气压小、粘度较低、不易发泡，可以减速少溶剂的损失，操作高效稳定。（3） 水具有良好的化学稳定性和热稳定性，不易燃、不易爆，安全可靠；（4） 水无腐蚀性、无毒性、无环境污染；（5） 水价廉易得，十分经济。因此选用水作为吸收剂。5、 填料的选择鲍尔环的构造是在拉西环的壁上
6、开两排长方形窗口，被切开的环壁形成叶片，一边与壁相连，另一端向环内弯曲，并在中心处与其他叶片相搭。鲍尔环的构造提高了环内空间和环内表面的有效利用率，使气体阻力降低，液体分布有所改善，提高了传质效果；其结构简单，制造容易，价格低廉，因此本设计采用塑料鲍尔环。四、工艺及填料塔计算1、 物料衡算（1） 近似取塔平均操作压强为101.3kPa，进塔混合气中各组分的量为混合气量： 2020122。4=90.18kmol/h 混合气中氨气量：90.188%=7.21kmol/h=7.2117=122.64kg/h操作条件下总气量：2020273+30273=2241.98m3/h氨气的体积流量：2241.
7、98 m3/h8%=179.35 m3/h其余数据同理可得出，结果见表41：表41 流量成分进塔气量m3/hkmol/hkg/hH21345.1954.11108.22N2448.4018.04505CH4+Ar269.0410.82173.15NH3179.357.21122.64总计2241.9890.18909.01（2） 混合气进出塔的摩尔组成为：y1=0.08 y2=0.0002，y1为混合气进塔的摩尔组成； y2为混合气出塔的摩尔组成。（3） 混合气进出塔的摩尔比组成Y1=y1/(1-y1)=8.696%,即进塔时的摩尔比； Y2=y2/(1-y2)=0.02%,即出塔时的摩尔比。
8、（4） 出塔混合气量可求得氨气回收率=G(Y1-Y2)/(GY1)=1-Y2/Y2=99.77%则可得NH3出塔时的体积流量：179.35(1-99.77%)=0.4125m3/h混合气中氨气量：7.21(1-99.77%)=0.0166kmol/h=0.016617=0.2821kg/h而其余气体即视为惰性气体，溶解度很小，可忽略不计，即和进塔时的气量一样，结果见表42：表42 流量成分出塔气量m3/hkmol/hkg/hH21345.1954.11108.22N2448.4018.04505CH4+Ar269.0410.82173.15NH3041250016602821总计2063048
9、299786652、 热量衡算与气液平衡曲线表43 各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据序号t/（）X(摩尔分率)XNH3平衡分压P/(kPa)mE/kPaHyY*122.320.0050.0050250390.77780.710.0040.003871224.640.010.0101010930.92930.600.0090.009258326.950.0150.0152281611.06107.30.520.0160.016169429.270.020.0204082451.21122.50.450.0240.024804531.580.0250.0256413461.37138.40.4
10、00.0340.035431633.890.030.0309284671.54155.70.360.0460.048433736.20.0350.0362696101.72174.30.320.0600.064234838.510.040.0416677781.92194.50.290.0770.083415940.80.0450.047129742.14216.40.260.0960.1066261043.120.050.05263212012.37240.20.230.1190.134857注：（1） NH3平衡分压P/（kPa）由pNH3(mmHg)0.133可得；（2） y= pNH3
11、/p0，Y*=y/(1-y)可得，P0=101.3kPa为标准大气压；（3） 吸收剂为清水，X2=0。查相关资料得知，氨气溶于水的亨利系数E可用右式计算：E=P/x由上式计算相应的E值，且m=E/P，分别将相应的E值及相平衡常数m的计算值列于表4-3的第6、7列。由Y*=y/(1-y)=P/(P0-P)关系求取对应m及X的Y*，结果列于表4-3第9列。 根据X- Y*数据，用Excel作表拟合绘制平衡曲线OE如图2-1，拟合曲线方程为： Y=4106X4-69575X3+27895X2+639.3X-0.033由图2-1可查得，当Y1=0.08696时，X1*=0.042944。最小吸收剂用量
12、Lmin=G(Y1-Y2)/( X1*-X2)=82.970.08696-0.00020.042944-0=167.62kmol/h取安全系数1.8,则有安全用水量L=1.8Lmin=167.621.8=301.72 kmol/h=5430.96kg/h 根据X-t数据，用Excel作图得图2-2，X-t图如下： 图2-2 X-t图 根据x-P数据，用Excel作图得图2-3，x-P图如下：图2-3 x-P 根据X-H数据，用Excel作图得图2-4，X-H图如下：图2-4 X-H3、 塔吸收液浓度X1物料衡算式：G（Y1-Y2）=L（X1-X2）所以 X1=G（Y1-Y2）/L+X2 =82
13、。97（0。08696-0。0002）301。72=0.023864、 操作线方程逆流吸收塔的操作线方程式为：Y=LGX+（Y2-LGX2）将已知参数代入得Y=3.6365X+0.0002将以上操作线绘于图2-1中，为BT直线。5、 塔径的计算因塔底气液负荷大，故按塔底条件计算：塔底混合气体温度30，X1=0.02386，由图2-3 X-t图查得塔底吸收30.70,设计压力取为塔的操作压力101.3kPa。塔径的计算公式为：D=4VSu ，u=（0.50.85）uf图5-1通用关联图，出自手册（李功样常用化工单元设备设计华南理工大学出版社）图5-1通用关联图（1） 采用埃克特通用关联图计算泛点气速uf1) 有关数据计算塔底混合气体质量流量WG=909.01kg/h吸收液的质量流量WL=5430.96+122.64- 0.2821)=555
