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1、水吸收空气中NH3填料塔设计目 录 任务书2 前言 3第一章 填料塔的确定 41.1 填料塔的主体结构与特点41.2填料塔的设计任务及步骤51.3填料塔设计条件及操作条件6第二章 填料塔主体设计方案的确定62.1装置流程的确定62.2 吸收剂的选择72.3填料的类型与选择72.3.1 填料性能的评价 2.3.2 填料类型的选择72.3.3 填料规格的选择10 2.3.4填料材质的选择2.4 基础物性数据122.4.1 液相物性数据122.4.2 气相物性数据122.4.3 气液相平衡数据132.4.4 物料衡算13第三章 填料塔工艺尺寸的计算143.1 塔径的计算143.2 填料层高度的计算及
2、分段163.2.1 传质单元数的计算16 3.2.2质单元高度的计算3.2.3 填料层的分段193.3 填料层压降的计算19第四章主要附属设备的选型和计算214.1 填料塔附属高度的计算214.2流体进出口流差 4.2.1气体进料管 4.2.2液体进料管 4.3 风机和离心泵的计算和选择24 4.3.1风机的选择 4.3.2离心泵的计算和选择 4.4液体分布装置 4.5填料支撑装置 4.6填料压紧装置主要符号说明1填料塔设计结果概要262 填料塔设计数据一览263 参考文献164 设计评价165 致谢附件一：塔设备流程图17附件二：塔设备设计图17目的：锻炼学生的综合能力：资料查阅、知识综合应
3、用、理论计算、设备选型、绘制图形、编写说明书。 培养工程观念：理论小试放大。要求：设定大致框架，绘制工艺流程图；进行有关计算，得出设备主要尺寸和参数（塔高，直径，塔板数等）；选择附属设备；根据计算结果绘制主体设备图形；编写设计说明书。(一) 题目：水吸收空气中NH3填料塔设计(二)设计任务及操作条件 1、混合气体的处理量：5000+100*8 Nm3/h 2、原料气中NH3的体积分率：4%（双号） 3、回收率： 98% 4、吸收塔操作条件：20， P=101.3KPa5、 年开工：300天（三） 填料类型 聚丙烯鲍尔环填料。（四） 设计内容(1)吸收塔的物料衡算(2)填料层压降的计算(3)液体
4、分布器的简单设计(4)吸收塔塔体工艺尺寸的计算(5)绘制分布器施工图(6)对本设计进行评述（五）、参考文献（宋体、5号字）（六）、附录：设计图纸（工艺流程图与主体设备装配图）（七）、考核方式及成绩评定专业课程设计的考核与成绩评定由指导教师进行。考核内容：考勤、计算草稿或笔记、说明书和图纸的质量，独立完成设计情况。前言： 塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等生产过程的气液传质设备。被用于蒸馏和吸收的塔器分别称为蒸馏塔和吸收塔。所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除
5、去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。 塔设备按其结构形式基本上可分为两类；板式塔和填料塔。以前在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小、性能稳定等特点。因此，填料塔已经被推广到大型气、液操作中，在某些场合还代替了传统的板式塔。如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填
6、料塔必将大量用于工业生产中。 氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染， 氨通常以气体形式吸入人体，短期内吸入大量氨气后会出现流泪、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐、乏力等。若吸入的氨气过多，导致血液中氨浓度过高，就会通过三叉神经末梢的反射作用而引起心脏的停搏和呼吸停止，危及生命。因此，吸收空气中的氨，防止氨超标具有重要意义。因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的空气。设计采
7、用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。在设计过程中主要围绕提高塔设备传质速率，理解填料塔的结构设计的思路和特点，掌握填料塔的流体力学和传质特性，设计的基本方法和程序，最后根据生产任务要求，确定吸收它的主要部件及其附属设备的选型和计算，和设备的主要工艺尺寸等。本次设计由于我知识有限，存在的问题还需要老师多多谅解，并指教。第一章：填料塔的确定1.1填料塔的主体结构与特点： 4 图1.1填料它的结构简图 填料塔为连续接触
8、式的气、液传质设备。它的结构如图所示。在圆筒形塔体的塔壳的下部，设置一层支承栅板，支承版上填充一定高度的填料。液体由入口管进入经分布器喷淋至填料上，在填料的空隙中流过，并润湿填料表面形成流动的液膜。液体流经填料后由排除管取出。液体在填料层中有倾向于塔壁的流动，故填料层较高时，常将其分段，两段之间再设置液体再分布器，有利于液体的重新分布。气体在支撑板下方入口管进入塔内，在压强差的推动下，通过填料间的空隙由塔的顶部排除。填料内气、液两相呈逆流流动，相际间的传质通常是在填料表面的液体与其相距的界面上进行，两项的组成沿塔高连续变化1。填料塔与板式塔相比，不仅结构简单，而且具有生产能力大，奋力效率高，持
9、液量小，操作弹性大，压强降低的等特点。通过填料材质的选择，可处理腐蚀性材料。尤其对于压强降较低的真空精馏操作，填料塔更显出起优越性。但是，填料塔的造价通常高于板式塔，对于含有悬浮液的料液，易于聚合的物系则不能适用，而且对于有侧线出料的场合等也不大适宜。1.2填料塔的设计任务及步骤 设计任务：用水吸收空气中混有的氨气。 设计步骤：（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案;（2）针对物系及分离要求，选择适宜填料；（3）确定塔径、填料层高度等工艺尺寸（考虑喷淋密度）；（4）计算塔高、及填料层的压降；（5）塔内件设计。1.3填料塔的设计条件及操作条件1. 气体混合物成分：空气和氨2. 空气中氨的含量
10、: 4.0% （体积含量即为摩尔含量）3. 混合气体流量5800m3/h4. 操作温度298K5. 混合气体压力101.3KPa6. 回收率98 %7. 采用清水为吸收剂8. 填料类型：采用聚丙烯鲍尔环填料第二章 填料塔主体设计方案的确定2.1 装置流程的确定本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作2。其流程如下： 图2.1 流程安排 用水吸收NH3属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以，本设计选用逆流吸收流程。该填料塔中，氨气和空气混合气体，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的
11、混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。 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，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。2.2 吸收剂的选择吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一.吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。水廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。2-1 工业常用吸收剂溶质 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
12、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2.3填料的类型与选择2.3.1填料性能评价 填料种类的选择要考虑分离工艺的要求3，通常考虑一下几个方面:(1)传质效率 传质效率即分离效率，它有两种表的方法：一是以理论级进行计算的表示方法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即HETP值；另一方面是以传质速率进行计算的表示方法，以每个传质单元相当高度表示，即HTU值。在满足工艺要求的前提下，应选用传质效率高，即HEYP(或HTU值)低的填料。对于常用的工业填料，其HEYP(或HTU值)可由有关手册或文献中查到，也可以通过一些经验公式来估算。(2)通量 在相同的液体负荷下，填料的泛点气速愈
13、高或气相动能因子愈大，则通量愈大，塔的处理能力亦越大。因此在选择填料种类时，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。对于大多数常用填料其泛点气速或气相动能因子可由有关手册或文献中查到，也可以通过一些经验公式来估算。(3)填料层的压降 填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降越低，动力消耗越低，操作费用越小。选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要。比较填料的压降(4)填料的操作性能。填料的操作性能主要指操作弹性、抗污堵性及抗热敏性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气、液负荷发生波动时维持操作稳定。同时，还应具有一定的抗污堵、抗热敏能力，以适
14、应物料的变化及塔内温度变化。此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。2.3.2装填类型选择 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。 1、散装填料散装填料是一个个具有一定几何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。现介绍几种典型的散装填料。(1)拉西环填料。其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。拉西环填料的气液分布较差，传质速率低，阻力大，通量小，目前工业上已很少用了。(2)鲍尔环填料。鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，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，诸舌叶的侧边在环中心相搭，可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。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，气体阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，其通量可增加50%左右。鲍尔环是目前应用较广的填料之一。(3)阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，
