水吸收氨过程填料塔的设计3

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1、三 设计方案简介（一）   方案的确定1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。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，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

2、方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次化工原理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工业尾气，使其达到排放标准。设计采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。本方案选用聚丙烯阶梯环作为填料设计填料塔，规格为50mm×25mm×1.5mm，其主要参数如下：填料类型公称直径DN/mm外径×高×厚比表面积at（m2/m3）空隙率/%个数

3、n/m-3堆积密度（kg/m3）干填料因子m-1塑料阶梯环5050×25×.5114.292.7107405408143经吸收后的混合气体出口清水入口  （二）工艺流程图及说明：在该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气体入口混合气体有塔顶排除，吸收了氨气的水有填料塔的下端流出。（如右图所示）吸收氨气后的液体出口   四 工艺计算（一）基础物性数据1 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

4、数据如下：密度为 =998.2kg/m3粘度为 μL=0.001Pa·S=3.6kg/（m·h）表面张力为 σL=72.6dyn/cm=940896kg/h2NH3在水中的扩散系数为DL=2.04×10-9m2/s=2.04×10-9×3600m2/h=7.344×10-6m2/h2 气相物性数据： 混合气体的平均摩尔质量为Mvm=0.05×17.03+0.95×29=28.40  ,混合气体的平均密度为 ρvm==0.991kg/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:μv=1.81×10-5Pa·S=0.

5、065kg/(m·h)查手册得NH3在空气中的扩散系数为  Dv=0.225cm2/s=0.081m2/h3 气相平衡数据 20℃时NH3在水中的溶解度系数为 H=0.725kmol/(m3·kPa),常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为E=相平衡常数为m==4 物料衡算：进塔气相摩尔比为：Y1=出塔气相摩尔比为：Y2=进塔惰性气相流量：V=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：，对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0，则：因此有：Ｌ＝1.343×3315.04kmol/h=4452.10kmol/h所

6、以由全塔物料衡算式　V(Y1-Y2)=L(X1-X2)可得：（二）填料塔的工艺尺寸的计算1塔径计算气相质量流量为:kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即:=4452.10×18.02=80226.84㎏/h用贝恩—霍根关联式计算泛点气速： 查附录五得空隙率e=0.927, at=114.2m2/m3因此计算得uF=4.69m/s取u=0.8uF=0.8×4.69m/s=3.752m/s由m圆整塔径，取 D=3.2m泛点率校核:m/s (在允许范围内)填料规格校核：液体喷淋密度校核：因填料为50mm×25mm×1.5mm,塔径与填

7、料尺寸之比大于8，固取最小润湿速度为（Lw）min=0.08m3/(m·h)，查常用散装填料的特性参数表，得at=114.2m2/m3Umin=（Lw）min×at=114.2×0.08=9.136m3/m2·h所以操作条件下的喷淋密度：经以上校核可知，填料塔直径选用D=3200mm是合理的。2 填料层高度计算：Y1*=mX1=0.8989×0.039=0.03506Y2*=mX2=0脱吸因数为气相总传质单元数为：气相总传单元高度采用修正的思田关联式计算：查表1.1得：sc=33dyn/cm=427680kg/h2 表1.1常见材质的临

8、界表面张力 材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡表面张力56617333407520 液体质量通量为kg/(m2·h) =0.3531所以，=0.3515114.2=40.32气膜吸收系数由公式计算，气体质量通