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1、节一、设计任务书1、2、羀设计题目：填料吸收塔的设计3、4、祎设计任务：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5、6、薃工艺参数与操作条件（1）（2）蚂工艺参数蚁表11袈尾气处理量（Nnh）羅混合气组成（%蒁NH蚅H2肄N2薀CH+Ar賺2020螇8莆60芄20蚈12螈（2）操作条件 薄常压吸收：Po=1O1.3kPa 蚃混合气体进塔温度：30r 蒈吸收水进塔温度：20C。8薅设计项目:(1)(2) 蚃流程的确定及其塔型选择；(3)(3) 肃吸收剂用量的确定；(5)(4) 膈填料的类型及规格的选定；(8) 蚇吸收塔的结构尺寸计算及
2、其流体力学验算，包括：塔径、填料层高度及塔高的计算；喷淋密度的校核、压力降的计算等；(9)(9) 羅吸收塔附属装置选型：喷淋器、支承板、液体再分布器等；(11)(12)薂附属设备选型：泵、风机衿附：1、2、螈NHHO系统填料塔吸收系数经验公式:膄kGa=cGW羁kLa=bvLp虿式中薅kGa气膜体积吸收系数，kmol/m2.h.atm蒆kLa液膜何种吸收系数，l/h莁G气相空塔质量流速，kg/m2.h莀W液相空塔流速，kg/m2.h薇表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）薄填料尺寸（mm肄c膀m蚈n螃B蒃P袀12.5蒆0.0615肅0.9羃0.39蚁0.11蒇0.65
3、膃25.0莂0.139莁0.77薈0.2薆0.03螁0.78肂38.0莆0.0367蚄0.72芁0.38薈0.027莇0.78螃2、（氨气一水）二成分气液平衡数据蚀表13莈序号蒈温度C）膅（液相）莄x聿（NH液相摩尔分率）芆pNHmmHg）芃（NH平衡分压）螃1衿22.32莇0.005蚆2.93膂2蕿24.64荿0.01螄6.97蚂3芀26.95膆0.015膆12.09肁4肀29.27芇0.02芅18.39蒀5螀31.58艿0.025莃26膄6薁33.89肆0.03螆35.1薃7芁36.2腿0.035袄45.86肃8螈38.51艿0.04芆58.5蒂9蒈40.8羆0.045莅73.21袁10芈
4、43.12肇0.05蒃90.29芁二、工艺流程示意图（带控制点）罿三、流程方案的确定及其填料选择的论证1、2、腿塔型的选择：袅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。螀根据本设计任务，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600
5、mm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。3、4、蝿填料塔的结构羆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。5、6、羄操作方式的选择对于单塔，气体和液体接触的吸收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。7、8、葿吸收剂的选择(1)(2)羈水对由NH、H、2、CH+Ar组成的混合气中的NH的溶解度很大,而对除NH外的其它组成基本上不吸收或吸收甚微；(3)(4)莆在操作温度下水的蒸气压小、粘
6、度较低、不易发泡,可以减速少溶剂的损失,操作高效稳定。(5)(6)袃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；(7)(8)芀水无腐蚀性、无毒性、无环境污染；(9)(10)螅水价廉易得,十分经济。蒅因此选用水作为吸收剂。9、10、节填料的选择羀鲍尔环的构造是在拉西环的壁上开两排长方形窗口,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。袆四、工艺及填料塔计算2、薃物料衡算(1)(2)蚂近似取
7、塔平均操作压强为101.3kPa，进塔混合气中各组分的量为蒇混合气量：2020x90.19kmol/h蚄混合气中氨气量：xJCI.273+30蚁操作条件下总气量：m袇氨气的体积流量：一*m3/hm3/h腿其余数据同理可得出，结果见表41：蒁表41流量芆成分羇进塔气量膂m/h羀kmol/h莄kg/h薄H2芀1345.19葿54.11膄108.22莁N2荿448.40袈18.04袄505莃CH+Ar螁269.04芈10.82蚅173.15蒄NH衿179.35蚇7.21莅122.64芁总计节2241.98腿90.18膆909.01(3)(4)莃混合气进出塔的摩尔组成为：yi=0.08y2=0.000
8、2，yi为混合气进塔的摩尔组成；y2为混合气出塔的摩尔组成。(5)莀混合气进出塔的摩尔比组成袀Yi=yi/(1-y1)=8.696%,即进塔时的摩尔比；祎Y2=y2/(1-y2)=0.02%,即出塔时的摩尔比。(7)(6) 莄出塔混合气量葿可求得氨气回收率n=G(Y-Y)/(GY”=1-丫卵2=99.77%艿则可得NH出塔时的体积流量：179.35X(1-99.77%)=0.4125m3/h薆混合气中氨气量：7.21X(1-99.77%)=0.0166kmol/h=0.0166X17=0.2821kg/h賺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:袁
9、表42流量莇成分芃出塔气量肇m/h肇kmol/h芄kg/h节H2薇1345.19袇54.11肂108.22蒀N2羇448.40莄18.04膃505薈CH+Ar莆269.04肄10.82膄173.15袁NH肀0.4125螅0.0166羂0.2821聿总计葿2063.04薅82.99肃786.654、莂热量衡算与气液平衡曲线羈表43各液相浓度下的吸收液温度及相平衡数据肁序号袀t/(C)芆X肄(摩尔分率)螂X蚈NH平衡分压P/(kPa)mE/kPaHy*0.005020.390.7780.70.000.00387122.320.00557141224.640.010.010100.930.9930.
10、60.000.00925120980.015221.611.0107.0.50.010.01616326.950.01586326929.270.020.020402.451.2122.0.40.020.02480481554431.580.0250.025643.46:1.3r138.0.40.030.035435174041633.890.030.030924.671.5155.0.30.040.048438476630.036266.101.7174.r0.30.060.06423736.20.035923204838.510.040.041667.781.9194.0.20.070.0
11、83417259750.047129.742.1216.0.20.090.10662940.80.045446660.0526312.012.3240.0.20.110.134851043.120.05272397注：(1) NH3平衡分压P/(kPa)由pNHd(mmHg)K0.133可得；(2) y=pNH/po,Y=y/(1-y)可得，Po=1O1.3kPa为标准大气压；(3) 吸收剂为清水，夫=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心-y)=P/(Po-
12、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-丫*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=4X106乂-69575X3+27895X+639.3X-0.033由图2-1可查得，当Yi=0.08696时，Xi*=0.042944。最小吸收剂用量*小小c-r0.00696-0.0002Lmin=G(Y-Y2)/(X1-X2)=-:】、止1小业：i取安全系数1.8,则有安全用水量L=1.8XLmin=167.62X1.8=W:-iyi1h=5430.96kg/h 根据X-t数据，用Excel作图得图2-2,X-t图如下:图2-2X-t图 根据x-P数
13、据，用Excel作图得图2-3,x-P图如下:图2-3x-P 根据X-H数据，用Excel作图得图2-4，X-H图如下:图2-4X-H5、塔吸收液浓度X1他08696-0r0002)720=0.02386物料衡算式：G(Y-Y2)=L(X1-X2)8297x所以X1=G(Y-Y2)/L+X26、操作线方程逆流吸收塔的操作线方程式为：Y=(Y2X2)将已知参数代入得Y=3.6365X4-0.0002将以上操作线绘于图2-1中，为BT直线。7、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30C,X1=0.02386，由图2-3X-t图查得塔底吸收30.70C,设计压力取为塔的操作压力101.3kPa。塔径的计算公式为：门.，u=(0.50.85)Uf图5
