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1、-填料塔设计说明书设计题目：水吸收氨填料吸收塔学院：资源环境学院指导老师：吴根义 罗惠莉设 计 者：海江学号：7专业班级：08 级环境工程 1 班z-一、设计题目一、设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱出混于空气中的氨气。混合气体的处理为2400m3/h，其中含氨 5%，要求塔顶排放气体中含氨低于 0.02%。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小量的 1.5 倍。二、操作条件二、操作条件1、操作压力常压2、操作温度20三、吸收剂的选择三、吸收剂的选择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
2、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。四、流程选择及流程说明四、流程选择及流程说明逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出， 液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。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。工业生产中多用逆流操作。五、塔填料选择五、塔填料选择阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度， 而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样
3、不但增加了填料间的间隙， 同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面-z-更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前使用的环形填料中最为优良的一种选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格：填料类型公称直径DN/mm50外径高厚比表面积at（m2/m3）114.2空隙率m3/m3(%)0.927塑料阶梯环50*25*1.5六、填料塔塔径的计算六、填料塔塔径的计算1 1、液相物性数、液相物性数对低浓度吸收过程， 溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20水的有关物性数据如下：密度为:L=998.2 kg/m3粘度为:L=0.001004 PaS=3.6 kg
4、/（mh）表面力为 L=72.6 dyn/cm=940896 kg/h22 2、气相物性数据：、气相物性数据：20下氨在水中的溶解度系数为：H=0.725kmol/(m3kPa)。混合气体的平均摩尔质量为：Mvm=0.0517.03g/mol+0.9529g/mol=28.40g/mol ,混合气体的平均密度为：vm=1.183 kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得 20空气的粘度为:v=1.8110-5 PaS=0.065 kg/(mh)3 3、气相平衡数据、气相平衡数据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
5、水中的亨利系数为 E=76.41kPa。-z-4 4、物料衡算：、物料衡算：亨利系数E LHMS相平衡常数m EL998PHM.2101.3 0.754SP0.72518.02E亨利系数H溶解度系数Ms相对摩尔质量m相对平衡常数进塔气相摩尔比为：Y10.051 0.05 0.05263出塔气相摩尔比为：Y.05(1 0.998)201 0.05 0.000105263混合气体流量：2400273293122.4 99.83(kmol /h)惰性气体流量：QnG 99.83(10.05) 94.8385(kmol /h)最小液气比：X2=0(QnLminQnG) Y1Y2XY1Y20.05263
6、0.0001052631 X2Y10.05263 0.752m X20.7540取实际液气比为最小液气比的 1.5 倍，则可得吸收剂用量为：Qnl 0.75294.83851.5 106.977828(kmol /h)-z-X1QnG(Y1Y2)(0.05263 0.000105263)*94.8385 0.04656Qnl106.977828则液气比：QnL106.977828*18 0.6792Q2400/24.04*28.4气体质量流量：WV 24001.183 2839.2kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：WL106.97782818.02 1927.74kg /h填料总
7、比表面积：at=114.2m2/m3u2lgFg atV3LL0.2 A KLV1/ 4VL1/81/ 4 u2 114.2 1.1831927.740.2lgF1.004 0.2041.7539.81998.22839.20.9271.183998.21/8 0.4803 u20.2F 114.2 1.1831.004 0.33139.81998.20.927 u2F143.36*0.001185*1.007987 0.3319.81u2/ 143.36*0.001185*1.007987） 19.1F 0.33199.81（uF=4.37m/su=0.80*uF=0.80*4.37=3.4
8、96m/sD 4VSu42400/3600 0.497m3.496取证后 D=0.5m=500mu Lh0.785 D2泛点率校核：-z-u 2400/3600 3.397m/s0.7850.52u /uF 3.397 / 4.37 0.777符合三散装的 0.50.85D 500/50 10 8d液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：(LW)min 0.08m3/(mh)at114.2m2/m3所以Umin (LW)minat 0.08114.2 9.136m3/(m2h)U Lh0.785 D2106.977828 *18 9.830m3/(m2h)Umin0.7850.5*0.5998.2
9、经以上校核可知，填料塔直径选用D 0.5m合理。七、填料层高度计算七、填料层高度计算查表知， 0C2NH3D 0.17cm /skpao，101.3下，在空气中的扩散系数3PTDG Do(o)()2PTo，则 293k，101.3kpa下，NH3在空气中的扩散系数为101.32931.75D D ()() 0.192cm2/sG101.3273液相扩散系数DL1.80109m2/s液体质量通量为-z-UL106.97782818 9811.97923kg /(m2h)20.7850.5气体质量通量为UV24001.183214467.26115kg /(m h)20.7850.522awUL0
10、.1ULat0.05UL1exp1.45(c)0.75()(2)()0.2atLatLLLatLgc 33dyn/cm 427680kg /h2aw4276800.759811.979230.19811.979232114.20.051 exp1.45()()()28at940896114.23.6998.2 1.27109811.979232()0.2 0.351124998.2940896 114.2气膜吸收系数由下式计算：Ua DG 0.237(V)0.7(V)3(tV)atvVDVRT14467.261150.70.065114.20.19236001043 0.237()() ()1
11、14.20.0658.3142931.1830.1921043600 0.143kmol /(m2hkpa)11液膜吸收系数由下式计算：UL3L2L g3L 0.0095() ()()awLLDLL9811.979233.63.61.27108332 0.0095() ()()0.351124114.23.6998.2998.21.801093600 0.517211211查表得：1.45Ga Gaw1.1 0.1430.351114.21.451.1 8.63mol /(m3hkpa)La Law0.4 0.5170.351114.21.450.4 24.051hu /uF 3.397 /
12、4.37 0.7770.5需要矫正-z-uGa 19.5(u0.5)1.4GaFuLa 1 2.6(由u0.5)2.2LaF得，Ga 1 9.5(0.80.5)1.48.63 23.83kmol /(m3hkpa)La 1 2.6(0.80.5)2.224.05 28.51h则Ga 11Ga1H La11111.21kmol/(m3hkpa)23.80.72528.5kGa气膜体积吸收系数，kmol /(m3hkPa)；kLa液膜体积吸收系数，1/h；HVOGKYaV94.83852 0.42mGaP11.21101.30.7850.5气相总传质单元数为：Y1 mX1 0.7540.0498
13、0.037549Y2 mX2 0S mqnG0.754*94.q8385 0.668nl106.977828N1ln(1 S)Y1Y2OG1 SY S2Y2110.668ln(10.668)0.0526300.000105263 0 0.668 15.1Z HOG NOG 0.4215.1 6.342m设计取填料层高度为：Z 7m-z-h 8 15,hmax 6mD对于阶梯环填料，将填料层分为 2 段设置，每段 3.5m，两段间设置一个液体再分布器。八、压降的计算八、压降的计算采用 Eckert 通用关联图计算填料层压降LV0.5106.977828181.1830.5()() 0.0233L
14、24001.183998.2横坐标为：V已知：P127m1纵坐标为：u2PV3.397212711.1830.2L1.0040.2 0.177gL9.81998.2查图得，P1962pa/mZ填料层压降为：P 19627pa 13.734kpa九、进出口管径的计算九、进出口管径的计算常压塔气体进出口管气速可取 1020m/s （高压塔气速低于此值） ； 液体进出口管气速可取 0.81.5m/s。 管径依所选气速决定后， 应按标准管规格进行圆整，并规定其厚度。气体进气口气速取 18m/s，液体进液口流速取 1.2m/s气体进出口管直径：D14Vsu42400 0.217m 217mm3.1418
15、3600-z-液体流量：L 106.977828kmol/h 液体进出口管直径：D2106.97782818.021.93m3/h998.241.93 0.0261m 26.1mm3.1413600按标准管规格进行圆整后得气体进出口管直径 D1=200mm液体进出口管直径 D2=32mm十、分布器与在分布器选择十、分布器与在分布器选择1 1、分布器、分布器莲蓬式喷淋器:液体经半球形喷头的小孔喷出。 小孔直径为 310m， 做同心圆排列，喷洒角不超过80。这种喷淋器结构简单，但只适用于直径小于 600mm的塔中，且小孔易堵塞。2 2、再分布器、再分布器截锥型再分布器：截锥体与塔壁的夹角一般取为
16、35-400，截锥下口直径 D1=（0.70.8）D。适于直径 800mm 以下的塔应用十一、根据计算绘制填料塔图十一、根据计算绘制填料塔图十二、填料塔设计一览表十二、填料塔设计一览表表：填料吸收塔设计一览表吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔混合气处理量： 2400m3/h名称物料名称操作压力，kPa清水101.3工艺参数混合气体101.3-z-操作温度，流体密度，kg/m3黏度，kg/(m*h)表面力，kg/h流量，kg/h流速，m/s接管尺寸（直径）塔径，mm填料层高度，mm压降，KPa操作液气比分布点数20998.23.69408961927.741.0032.00500700013.7340.679267201.1830.065427680(聚丙烯)2839.219.00200.00-z-
