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1、 设计任务书（一） 设计题目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2200m3/h，其中含氨为8%（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97% 。（二） 操作条件（1）操作压力： 常压 （2）操作温度：20（3）采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。（20C氨在水中的溶解度系数为H0.725kmol/m3.kPa）（三） 填料类型采用散装聚丙烯DN50阶梯环填料。（四） 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； （6）绘制
2、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（A3号图纸）； （10）绘制吸收塔设计条件图（A3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 11.1设计方案的确定11.2填料的选择12. 工艺计算 22.1 基础物性数据22.1.1液相物性的数据 22.1.2气相物性的数据 22.1.3气液相平衡数据 22.1.4 物料衡算 32.2 填料塔的工艺尺寸的计算42.2.1 塔径的计算 42.2.2 填料层高度计算 52.2.3 填料层压降计算 82.2.4 液体分布器简要设计 8 3. 辅助设备的计算及选型 9 3
3、.1 填料支承设备 93.2填料压紧装置103.3液体再分布装置104. 设计一览表105. 后记116. 参考文献117. 主要符号说明12 8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）131. 设计方案简介1.1设计方案的确定本设计任务为吸收空气中的氨气。用水吸收氨气属易溶解的吸收过程，所以本次设计的吸收剂为清水。为提高传质效率，选用逆流吸收流程，对于水吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，故此采用散装聚丙烯DN50阶梯环填料在该填料塔中，氨气-空气混合气体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出，吸收了氨气的水
4、由填料塔的下端流出。（如右图所示）1.2填料的选择塔填料(简称为填料)是填料塔中气液接触的基本构件，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。工业生产对填料的基本要求如下：（1）传质分离效率高填料的比表面积a大，及单位体积填料具有表面积要大，因为它是汽液两相接触传质的基础。填料表面的安排合理，以防止填料表面的叠合和出现干区，同时有利于汽液两相在填料层中的均匀流动
5、并能促进汽液两相的湍动和表面更新，从而使填料表面真正用于传质的有效面积增大，总体平均的传质系数和推动力增高。填料表面对于液相润湿性好，润湿性好易使液体分布成膜，增大有效比表面积。润湿性取决于填料的材质，尤其是表面状况。塑料的润湿性比较差，往往需要进行适当的表面处理，金属表面粘着的加工用油脂需经过酸洗或碱洗清除。(2)压降小，气液通量大填料的孔隙率大压降就小，通量大。一般孔隙率大，则填料的比表面积小。分离效率将变差。散装填料的尺寸大，孔隙率大，比表面积小，规整填料波纹片的峰高增大，孔隙率大，比表面积也大。如果填料的表面积安排合理，可以缓解a和的矛盾，达到最佳性能。减少流道的截面变化，可减少流体的
6、流动阻力。具有足够的机械强度，陶瓷填料容易破碎，只有在强腐蚀性场合才采用。重量轻，价格低具有适当的耐蚀性能。不被固体杂物堵塞其表面不会结垢。工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于表1。 表1 塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值填 料 种 类D/d的推荐值拉西环 D/d2030鞍环 D/d15鲍尔
7、环 D/d1015阶梯环 D/d8环矩鞍 D/d8对于水吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，故此采用散装聚丙烯DN50阶梯环填料2. 工艺计算 2.1 基础物性数据2.1.1液相物性的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。由手册查的，20水的有关物性数据如下： 密度为：1 =998.2Kgm3 粘度为：L=0.001PaS=3.6Kg（mh） 表面张力为： L =72.6dyncm=940 896Kgh2 氨气在水中的扩散系数为： DL=1.8010-9 m2/s=1.8010-93600 m2/h=6.480 10-6m2/h2.1.2气相物性的数据 混合气体平均摩
8、尔质量为 混合气体的平均密度为+ =0.98Kgm3 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20空气的粘度为 V=1.81105Pas=0.065Kg（mh）查手册得氨气在20空气中扩散系数为 Dv= 0.189 cm2/s=0.068 m2/2.1.3气液相平衡数据 20时NH3在水中的溶解度系数为 H=0.725 kmol/(m3kPa),常压下20时NH3在水中的亨利系数为E=76.6KPa相平衡常数为m=0.762.1.4 物料衡算 进塔气相摩尔比为Y1=0.148出塔气相摩尔比为Y2=Y1（1）=0.148（10.97）=0.00444进塔惰性气相流量为V=（10.129）=7
9、9.7Kmolh该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：（）min=对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 X2=0，则（）min=0.737取操作液气比为最小液气比2倍 =20.737=1.474 L=1.47479.7=117.48Kmolh由全塔物料衡算得 V（Y1Y2）=L（X1X2） X1=0.09742.2 填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1 塔径的计算 塔径气相质量流量为: =22000.98=2156Kgh液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即: =117.4818.02=2138.136/h塑料阶梯环特性数据据如下用贝恩霍根关联式计算泛点气速： =查表得比
10、表面积 =114.2m2/m3 ,A=0.204,K=1.75，=0.927 因此计算得 = 4.36m/s取u =0.8uF=0.84.36m/s =3.488m/s由 D=0.4724m 圆整塔径，取 D=0.5m泛点率校核: u=3.11ms 100=71.42（在允许范围内）填料规格校核： 8液体喷淋密度校核： 因填料为50mm25mm1.5mm,塔径与填料尺寸之比大于8，固取最小润湿速度为（Lw）min=0.08 m3/(mh)，查常用散装填料的特性参数表，得at=114.2m2/m3 Umin=（LW）min at =0.08114.2=9.136m3m2h U=Umin经以上校核
11、可知，填料塔直径选用D= 500mm是合理的。2.2.2 填料层高度计算 Y1*=mX1=0.760.0974=0.074 Y2*=mX2=0脱吸因数为 气相总传质单元数为： =5.81气相总传单元高度采用修正的思田关联式计算： 液体质量通量为UL=10787.2Kgm2h气体质量通量为Uv=Kgm2h查表知，所以，气膜吸收系数由下式计算：液膜吸收系数由下式计算：查表得： 100=71.4250 由 得Kmol（m3hKPa）由HOG=由设计取填料层高度为 查表，对于阶梯环填料，h/D=2.5,hmax4m ，故分为两段，每段2m。2.2.3 填料层压降计算 采用Eckert通用关联图计算填料
12、层压降横坐标为：查表得：纵坐标为：查图得，填料层压降为：2.2.4 液体分布器简要设计液体分布器的选型该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低。故选用槽式分布器。 分布点密度计算按Eckert建议值，D=750时，喷淋点的密度为170点m2，设计取喷淋密度为200点m2。 布液点数为：n=0.785按分布点集合均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为二级槽共设五道，在槽侧面开孔，槽宽度为50 mm，槽高度为210 mm，两槽中心距为100 mm。分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=40点。 3. 辅助设备的计算及选型 3.1 填料支承设备支持板对于支撑支持圈，同时为支撑填料起着至关重要的作用。同时需考虑通量大，阻力要小，安装要方便，最好具有一定的气液均一功能。结构形式有孔管型
