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1、化工机械基础填料塔设计方案1.水吸收氨气填料塔工艺设计方案简介1.1任务及操作条件混合气(空气、NH3 )处理量： 2600；进塔混合气含NH3 7% (体积分数)；温度:20；进塔吸收剂(清水)的温度:20； NH3回收率：96%；操作压力为常压101.3k Pa。1.2填料的选择 塔填料是填料塔的核心构件，它提供了气、液两相相接触传质与传热的表面，其性能优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面积越大，气液分布也就越均匀，传质效率也越高，它与塔内件一起决定了填料塔的性 质。因此，填料的选择是填料塔设计的重要环节。塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。散装填料是一个个具有一定几何
2、形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。塑料填料的材质主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100以下使用。设计选用填料塔，填料为散装聚丙烯DN50阶梯环填料。 国内阶梯环特性数据材质外径d，mm外径高厚dH比表面积at，m2/m3空隙率，m3/m3个数n，个/m3堆积密度p，kg/m3干填料因子at/3，m-1填料因子，m-1塑料253850762517.51.4381915
3、0301.576373228132.5114.289.950.900.910.9270.92981500272009980342097.857.576.868.4313175.6143.111224012080722. 工艺尺寸计算2.1基础物性数据2.1.1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。由手册查的，20水的有关物性数据如下：密度：1 =998.2Kgm3粘度：L=1.005mPaS =0.001PaS=3.6Kg（mh）表面张力：L =72.6dyncm=940 896Kgh2氨气在水中的扩散系数：DL=1.8010-9 m2/s=1.8010-9360
4、0 m2/h=6.480 10-6m2/h2.1.2气相物性的数据混合气体平均摩尔质量： MVM=yiMi=0.07017+0.93029=28.16混合气体的平均密度：vm=10028.16(8.314293)=1.166Kgm3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：V=1.81105Pas=0.065Kg（mh）查手册得氨气在20空气中扩散系数： Dv= 0.189 cm2/s=0.068 m2/s2.1.3气液相平衡数据20下氨在水中的溶解度系数：,常压下20时亨利系数：=998.2(0.72518.02)=76.40Kpa 相平衡常数：2.1.4 物料衡算进塔气相
5、摩尔比：Y1=0.070（10.070）=0.075出塔气相摩尔比：Y2=Y1（1）=0.075（10.998）=0.00015进塔惰性气相流量：V=260022.4273（273+20）（10.070）=100.6Kmolh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=（0.0750.00015）0.075(0.7560)=0.762取操作液气比为最小液气比1.8倍，则=1.80.762=1.354， 因此 L=1.372100.6=138.02Kmolh由全塔物料衡算得： V（Y1Y2）=L（X1X
6、2）， 得X1=100.6(0.0750.00015) 138.02=0.054562.2 填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1 塔径的计算 混合气体的密度： 塔径气相质量流量为：=26001.166=3032Kgh液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即: =138.0218.02=2512/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： =查表得比表面积： =114.2m2/m3 ,A=0.204,K=1.75，=0.927 ，得：=0.610 因此计算得： = 3.93m/s 取u =uF=14.23m/s =3.93m/s由 D= （426003600）（3.143.93） 0.5
7、=0.484m 圆整塔径，取 D=0.5m（常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200） 8泛点率校核: u=26003600(0.7850.52)=3.68ms3.683.93100=93.60（在允许范围内） 填料规格校核：Dd=50050=108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
8、=136.2218.02998.2（0.7850.52）=12.53Umin经以上校核可知，填料塔直径选用D= 500mm是合理的。2.2.2 填料层高度计算查表知， 0，100 下，在空气中的扩散系数：由，则293，100下，在空气中的扩散系数：液相扩散系数：Y1*=mX1=0.7560.05528=0.042 ， Y2*=mX2=0脱吸因数：S=mVL=0.764100.6138.02=0.5642气相总传质单元数：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=138.0218.02(0.7850.52)=12673.2Kgm2h气体质量通量为Uv=26001.166 (0
9、.7850.52)=15447.6Kgm2h气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：不同材质的c值见下表材质钢陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蜡的表面表面张力，N/m10375613340567320查表知， 气膜吸收系数由下式计算： 液膜吸收系数由下式计算：查下表得：,各类填料的形状系数填料类型球棒拉西环弧鞍开孔环值0.720.7511.191.45 3.684.23100=93.6050， 由 得 由由Z=HOGNOG=0.275812.19=3.36m，Z=1.43.36=4.704m设计取填料层高度： Z=5m，查表，对于阶梯环填料，设计填料层高度：。2.2.3 填料层压降计算采用Ec
10、kert通用关联图计算填料层压降，横坐标为：已知：纵坐标为 通用压降关联图查图上图得：PZ=1009.81=981.00Pam填料层压降为：P=981.005=4.905KPa=4905(Pa)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=400时，喷淋点的密度为330点m2，D=750时，喷淋点的密度为170点m2，设计取喷淋密度为280点m2。则总布液孔数为：n=0.7850.52280=55 ， 实际总布液孔数：54点，布液计算：由 取，则 ， 因此可知填料塔设计条件如下：填料塔类型
11、聚丙烯阶梯环吸收填料塔混合气体处理量（m3/h）2600塔径D（m）0.5填料层高度Z（m）5气相总传质单元高度（m）0.2578气相总传质单元数12.35泛点气速（m/s）3.68压降（kpa）4.905操作压力（kpa）100操作温度（）20填料直径（mm）25孔隙率0.90填料比表面积a(/m3)223二、工艺计算第1章 填料塔的设计数据塔体内径=500mm，塔高近似取H=8000mm。计算压力=0.1MPa，设计温度t=20设置地区:基本风压值=400N/，地震设防烈度为 8度，场地土类：I类，设计地震分组：第二组，设计基本 地震加速度为0.2g。填料层开设一个手孔，手孔的公称直径有D
12、N=150mm和DN=250mm两种，安装手孔DN=250mm塔外保温层厚度为=100mm，保温材料密度 =300kg/。塔体与封头材料选用16MnR，其=170 MPa， =170 MPa,=345 MPa,E=1.9 MPa。群座材料选用Q235-B。塔体与群座对接焊接，塔体焊接接头系数 。塔体与封头厚度附加量C=2mm。第2章 计算塔体和封头厚度2.1塔体厚度计算 (mm)由于工程上最小厚度为3mm,故取 考虑厚度附加量C=2mm，负偏差0.8mm，因此经圆整，取。 2.2 封头厚度计算 封头取标准椭圆形封头第3章 塔设备质量载荷3.1 筒体圆筒、封头、群座质量 圆筒质量： （kg） 封头质量： （kg） 群座质量： （kg） (kg) 注：（1）塔体圆筒总高度为H=8m （2）查得DN500mm，厚度6mm的圆筒质量为75kg/m； （3）查得DN500mm，厚度6mm的椭圆形封头质量为15.1kg/m（封头曲面深度850125mm，直边高度50mm）； （4）群座高度1500mm，（厚度按6mm计）。 3.2 塔段内件质量 填料封层高度5.0m由设计温度可知，填料选择金属半环填料 =（kg）（查得金属半环填料密度为97.8kg/）3.3 保温层质量= = +(kg)
