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1、化工原理课程设计：水吸收氨填料吸收塔设计 化工原理课程设计水吸收氨气过程填料塔的设计学 院 专 业 制药工程 班 级 姓 名 学 号 指导教师 72013 年 1 月 15 日目 录设计任务书4第一节前言511填料塔的有关介绍512塔内填料的有关介绍5第二节 填料塔主体设计方案的确定621装置流程的确定622 吸收剂的选择623 填料的类型与选择724 液相物性数据725 气相物性数据826 气液相平衡数据827 物料横算8第三节 填料塔工艺尺寸的计算931 塔径的计算932 填料层高度的计算及分段10com 传质单元数的计算11com 传质单元高度的计算11com 填料层的分段12第四节 填
2、料层压降的计算13第五节填料塔内件的类型及设计13第六节 填料塔液体分布器的简要设计14参考文献15对本设计的评述及心得15附表附表1填料塔设计结果一览表16附表2 填料塔设计数据一览16附件一塔设备流程图18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用于脱除混于空气中的氨气混合气体的处理量为7500 m3h其中含氨气为5体积分数要求塔顶排放气体中含氨低于002体积分数采用清水进行吸收吸收剂的用量为最小用量的15倍 二 操作条件1操作压力 常压2操作温度 20 三 填料类型选用聚丙烯阶梯环填料填料规格自选 四 工作日每年300天每天24小时连续进行 五 厂址厂址
3、为衡阳地区 六 设计内容1吸收塔的物料衡算2吸收塔的工艺尺寸计算3填料层压降的计算4液体分布器简要设计5吸收塔接管尺寸计算6绘制吸收塔设计条件图7对设计过程的评述和有关问题的讨论 七 操作条件20氨气在水中的溶解度系数为H0725kmolm3kPa第一节 前言11 填料塔的有关介绍填料塔洗涤吸收净化工艺不单应用在化工领域 在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用工程实践表明 合理的系统工艺和塔体设计 是保证净化效果的前提本文简述聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一填料塔的主体结构如下
4、图所示图1 填料塔结构图填料塔不但结构简单且流体通过填料层的压降较小易于用耐腐蚀材料制造所以它特别适用于处理量小有腐蚀性的物料及要求压降小的场合液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部并在填料的表面呈膜状流下气体从塔底的气体口送入流过填料的空隙在填料层中与液体逆流接触进行传质因气液两相组成沿塔高连续变化所以填料塔属于连续接触式的气液传质设备12 塔内填料的有关介绍聚丙烯材质填料作为塔填料的重要一类在化工上应用较为广泛与其他材质的填料相比聚丙烯填料具有质轻价廉耐蚀不易破碎及加工方便等优点但其明显的缺点是表面润湿性能差研究表明聚丙烯填料的有效润湿面积仅为同类规格陶瓷填料的 40 由于聚丙烯填料表面润湿
5、性能差故传质效率较低使应用受到一定的限制 聚丙烯阶梯环填料为外径是高度的两倍的圆环 在侧壁上开出两排长方形的窗孔 并在一端增加了一个锥形翻边被切开的环壁的一侧仍与壁面相连 另一侧向环内弯曲 形成内伸的舌叶 各舌叶的侧边在环中心相搭鲍尔环由于环壁开孔 大大提高了环内空间及环内表面的利用率 气流阻力小 液体分布均匀阶梯环与鲍尔环相比 其高度减少了一半 并在一端增加了一个锥形翻边聚丙烯阶梯环的结构图如下图2 聚丙烯阶梯环结构图第二节 精馏塔主体设计方案的确定 装置流程的确定本次设计采用逆流操作气相自塔进入由塔顶排出液相自塔顶进入由塔底排出即逆流操作逆流操作的特点是传质平均推动力大传质速率快分离效率高
6、吸收剂利用率高工业生产中多采用逆流操作22 溶质溶剂溶质溶剂氨水硫酸丙酮蒸汽水氯化氢水二氧化碳水碱液二氧化硫水硫化氢碱液有机溶剂苯蒸汽煤油洗油一氧化碳铜氨液填料种类Dd的推荐值拉西环Dd2030鞍环Dd15鲍尔环Dd1015阶梯环Dd 8环矩鞍Dd 8本方案选用聚丙烯阶梯环作为填料设计填料塔规格为50mm25 mm15 mm其主要参数如下表3聚丙烯阶梯环的特性数据填料类型公称直径DNmm外径高厚比表面积atm2m3空隙率个nm-3堆积密度kgm3干填料因子m-1塑料阶梯环5050255114292710740540814324 液相物性数据对低浓度吸收过程溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据由
7、手册查得 20 水的有关物性数据如下1 2 3 表面张力为4 5 6 25 气相物性数据1 混合气体的平均摩尔质量为 2-1 2 混合气体的平均密度为由 2-2 R 8314 混合气体黏度可近似取为空气黏度查手册得20时空气的黏度注1 1Pas 1kgms26 气液相平衡数据由手册查得常压下20时NH在水中的亨利系数为 E 763ka在水中的溶解度 H 0725kmolm 2-3 溶解度系数 2-4 27 物料算1 进塔气相摩尔比为 2-5 2 出气相摩尔比为 2-6 3 进塔惰性气体流量 2-7 因为该吸收过程为低浓度吸收平衡关系为直线最小液气比按下式计算即 2-8 所以 选择操作液气比为
8、2-9吸收剂用量L 10844296383 321398kmolh因为V Y1-Y2 L X1-X2 故 X1第三节 填料塔工艺尺寸的计算填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算填料层高度的计算及分段31 塔径的计算1 空塔气速的确定泛点气速法对于散装填料其泛点率的经验值uu 05085根据贝恩Bain霍根Hougen关联式 即 A-K 3-1即 解得F 8785ms其中泛点气速msg 重力加速度981msWL 5791592h WV 8861415kghA 0204 K 175取u 07 6150ms 3-2 圆整塔径后 D 0m1 泛点速率校核 ms则在允许范围内2 根据填料规格校核Dd 005
9、0 14 8根据表2可知符合要求3 液体喷淋密度的校核 1 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间单位塔截面上液体的喷淋量 2 最小润湿速率是指在塔的截面上单位长度的填料周边的最小液体体积流量对于直径不超过75mm的散装填料可取最小润湿速率 3-3 3-4 3-5 3-6 com 传质单元数的计算用对数平均推动力法求传质单元数 3-7 3-8 0007286则com 传质质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算 3-9即wt 04062 则w 46387液体质量通量为 5791592 0785072 1505678kg h 8861415 0785072 2303761kg h 气
10、膜吸收系数由下式计算 3-10 代入数据解得 02197 ms液膜吸收数据由下式计算 3-11代入数据解得 06137 ms查表可知0219746387com 1534kmol m3hkPa 3-12 0613746387com 3303 kmol m3hkPa 3-13因为 0621所以需要用以下式进行校正 3-14代入数据解得 2292 kmol m3 hkPa 3-15 代入数据解得 3604 kmol m3 hkPa 3-16代入数据解得 1221kmol m3 h kPa 3-17 代入数据解得 0623 m 06231221 4317m 3-18 154317 6476 mcom
11、填料层的分段对于阶梯环散装填料的分段高度推荐值为hD 815h 87001700 56m计算得填料层高度为7 m故不需分段Eckert 图 通用压降关联图 将操作气速代替纵坐标中的查表Dn 50mm聚丙烯阶梯环的压降填料因子143代替纵坐标中的p则纵标值为 01642 3-19 横坐标为 3-20 图3通用压降关联图查图得 150981 14715 Pam 3-21 则全塔填料层压降 7 103005 Pa至此吸收塔的物料衡算塔径填料层高度及填料层压降均已算出第五节 填料塔液体分布器的简要设计51 液体分布器设计的基本要求1液体分布均匀2操作弹性大3自由截面积大4其他本设计任务液相负荷不大可选用排管式液体分布器且填料层不高可不设液体再分布器 52 分布点密度计算按Eckert建议值D 700mm时喷淋点密度为265点m2本设计的塔径为700mm根据需要取喷淋点密度为265点m2布液点数为n 0785072265 1019102点第六节 吸
