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1、I目 录1. 设计任务书12. 设计方案简介22.1 吸收流程的确定22.2 吸收剂的选择22.3 操作温度与压力32.4 塔填料的选择32.5 初步流程图43. 工艺计算43.1 基础物性数据43.1.1 液相物性的数据43.1.2 气相物性数据53.1.3 气液相平衡数据53.1.4 物料衡算63.2 填料塔的工艺尺寸的计算73.2.1 塔径的计算73.2.2 填料层高度计算83.2.3 填料层压降计算103.2.4 吸收塔接管尺寸的计算114. 辅助设备的计算及选型124.1 除沫器124.2 液体分布装置134.3 液体再分布器154.4 填料压紧装置164.5 填料支承装置164.6
2、 气体的进出口装置184.7封头的选择184.8人孔的选择184.9 法兰的选择194.10 塔底液保持管高度214.11 塔附属高度计算224.12 离心泵的选型224.13 风机的选型235、设计一览表246、对本实验的评述25参考文献26主要符号说明271. 设计任务书1.设计题目：吸收氨过程填料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3.2万Nm3/h，其中含氨为7%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%（体积分数）。2操作条件 （1）操作压力 常压 （2）操作温度 203工作日 每天24小时连续运行。4厂址 宁波地区5设计内容 （1）吸收
3、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）吸收塔接管尺寸的计算； （6）绘制生产工艺流程图； （7）绘制吸收塔设计图； （9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。6设计基础数据20下氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3.kPa)。2. 设计方案简介2.1 吸收流程的确定 吸收流程主要有逆流操作、并流操作、吸收剂部分再循环操作、多塔串联操作、串联并联混合操作五种。通过分析五种吸收流程的特点，确定本实验采用逆流操作。 气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，逆流操作有利于提高传质效率，传质平均推动力大，传质速
4、率快，分离效率高，吸收剂的利用率高。2.2 吸收剂的选择 吸收剂的选择应考虑以下几方面:(1) 溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率减少吸收剂用量。(2) 选择性 吸收剂对溶质组分要有良好的吸收能力，对混合气体的其他组分吸收甚微。(3) 挥发度 操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，以减小吸收和再生过程中吸收剂的会发损失。(4) 黏度 吸收剂在操作温度下的黏度越低，在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。(5) 其他 所选用的吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、廉价易得及化学性质稳定等要求。对氨气的吸收一般吸收剂选择水或酸溶液。根据以上原则，本设
5、计采用水作为吸收剂。 氨气易溶于水，且水对混合气体的吸收选择性较好，黏度低，在塔内流动性好，不易挥发。与酸溶液相比，酸溶液易腐蚀设备且成本比水高，所以采用水作为吸收剂。2.3 操作温度与压力 操作温度：20 操作压力：常压2.4 塔填料的选择 填料的选择包括填料类型、规格、材质等选择填料的类型有拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩鞍填料、环矩鞍填料、球形填料，花环填料、金属丝网波纹填料等。对比得阶梯环综合性能较好（可增加填料间的空隙，有利于传质效率的提高）。 填料的规格通常指填料的公称直径，一般应满足填料塔直径上至少放置8块以上的填料，即D/d8。尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，
6、填料费用也增加。 填料的材质主要有陶瓷、金属、塑料三种材质。对比得塑料填料质轻、价廉、耐腐蚀性较好。国内一般采用聚丙烯材质。 综合以上结论，本设计采用聚丙烯阶梯环填料。2.5 初步流程图3. 工艺计算3.1 基础物性数据3.1.1 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。由手册查得，20时水的有关五行数据如下：密度为 L=998.2 kg/m3粘度为 L=0.001 pas=3.6 kg/(mh)表面张力为 L=72.6 dyn/cm =940896 kg/h2氨气在水中的扩散系数为 3.1.2 气相物性数据 混合气体的平均摩尔质量为 混合气体的平均密度为 混合
7、气体的黏度可近似的取为空气的黏度，查手册得20空气的黏度为 查手册得氨气在空气中的扩散系数为 101.3kp,0时 D0=0.17cm2/s 3.1.3 气液相平衡数据 由题得，20下氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3.kPa)。 常压下20时氨气在水中的亨利系数为 相平衡常数为 3.1.4 物料衡算 进塔气相摩尔比为 出塔气相摩尔比为 混合气体处理量换算，常温，20时 进塔惰性气流量为 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 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 取操作液气比为 3.2 填料塔的工艺尺寸的计算3.2.1 塔径的计算 采用Eckert
8、通用关联图1计算泛点气速。气相质量流量为 液相质量流量可近似按纯水的流量计算 Eckert通用关联图的横坐标为 查Eckert通用关联图得 选用DN50塑料阶梯环 查散装填料泛点填料因子平均值表1得 取 由 圆整塔径，取D=2.2m 泛点率校核： （在允许范围内） 填料规格校核： 查塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值表1得 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 查塑料阶梯环特性数据【1】得 经以上校核计算可知，填料塔直径D=2.2m，填料采用DN50聚丙烯阶梯环填料合理3.2.2 填料层高度计算 脱吸因数为 气相总传质单元数为 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： 查常见材质的临界
9、便面张力值表1得液体质量通量为 气膜吸收系数由下式计算： 气体质量通量为 液膜吸收系数由下式计算： 由 ，查常见填料的形状系数表1得 由 ，得 则 由 由 得到填料层高度后，还应留出一定的安全系数 设计取填料层高度为 查表得，对于阶梯环填料，取 ，则 计算得填料层高度为6000mm，故不需分段。3.2.3 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 查散装填料压降填料因子平均值表得 纵坐标为 查埃克特通用关联图得 填料层压降为 3.2.4 吸收塔接管尺寸的计算 液体进管体积： 液体经济流速为0.53m/s，取2m/s 液体进管横截面： 进液管口径：根据HG/T 20592
10、-2009选择进液钢管内径为DNB为40mm，外径为45mm。 气体进出管体积： 气体经济流速取35m/s 气体进出管横截面：气体管口径：按标准不锈钢管管径规格选择钢管内径为DNB为600mm，外径为630mm。进口压降：出口压降：4. 辅助设备的计算及选型填料塔操作性能的好坏，与塔内辅助设备的选型和设计紧密相关。合理的选型与设计，可保证塔的分离效率、生产能力及压降要求。塔的辅助设备包括喷淋装置、气体分布器、液体分布器、填料支承装置、填料压紧装置等。4.1 除沫器当空塔气速较大，塔顶溅液严重，以及工艺过程不允许出塔气体夹带雾滴的情况下，设置除沫器，从而减少液体的夹带损失，确保气体的纯度，保证后
11、续设备的正常操作。 常用的除沫器装置有折板除沫器、丝网除沫器、以及旋流板除沫器。除沫器型式一般是根据所分离液滴的直径、要求的捕沫效率及给定的压力降来确定。 次次设计采用丝网除沫器。丝网除沫器具有比表面积大，重量轻，空隙率大以及使用方便等优点。尤，其是它具有除沫效率高，压力降小的特点，从而成为一种广泛使用的除沫装置。丝网除沫器不宜用于气液中含有粘结物或固体物的场合，以免除沫器发生堵塞。 丝网规格选择高效性网，效率高，网较密。选用上装式丝网除沫器根据手册参数【3】（1）通过除沫器的气速：K一般取0.080.11，此处取0.11 （符合气速要求）（2）除沫器直径：（3）除沫器高度： 主要保证除沫器有
12、足够的拦液表面和气液停留时间。所以根据表4.12可知上装式丝网除沫器，丝网厚度150mm，安装厚度410mm，有效直径2100mm。表4.1 上装式丝网除沫器基本参数2塔径Mm主要外形尺寸，mm丝网厚度H安装厚度H1除沫器有效直径D质量,kg220010036021002081504102424.2 液体分布装置液体分布装置的作用是为了能有效地分布液体，提高填料表面的有效利用率。当液体分布装置设计不合理时，将导致液体分布不均，减少填料润湿 面积,增加液体沟流和壁流现象，直接影响填料的处理能力和分离效率。因此选择液体喷淋装量的原则是能使液体均匀地分散开来，使整个塔截面的填料表面很好地润湿，结构简单，制造和检修方便。液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。液体分布装置设于填料层顶部，用于将塔顶液体均匀分布在填料表面
