化工原理 水吸收氨填料塔设计.doc

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1、石油化工学院化工原理课程设计题目:水吸收氨填料塔的设计指导教师:燕成绩评阅教师目录第一节前言51.1填料塔的主体结构与特点51.2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5第二节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62.3填料的类型与选择62.3.1填料种类的选择62.3.2填料规格的选择62.3.3填料材质的选择72.4基础物性数据72.4.1液相物性数据72.4.2气相物性数据72.4.3气液相平衡数据82.4.4物料横算8第三节填料塔工艺尺寸的计算93.1塔径的计算93.2填料

2、层高度的计算及分段103.2.1传质单元数的计算103.2.3填料层的分段123.3填料层压降的计算12第四节填料塔件的类型及设计134.1塔件类型134.2塔件的设计134.2.1液体分布器设计的基本要求：134.2.2液体分布器布液能力的计算13注：1填料塔设计结果一览表142填料塔设计数据一览143参考文献164对本设计的评述或有关问题的分析讨论16第一节前言1.1填料塔的主体结构与特点结构：图1-1填料塔结构图填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以她特别适用于处理量肖，有腐蚀性的物料

3、及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。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）塔件设计。1.3填料塔设计条件及操作条件1.气体混合物成

4、分：空气和氨2.空气中氨的含量:5.0%（体积含量即为摩尔含量）3.混合气体流量2547m3/h4.操作温度293K5.混合气体压力101.3KPa6.回收率99.98%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节精馏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。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吸收剂的选择因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。2-1工业常用吸收剂

5、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。2.3.1填料种类的选择本次采用散装填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。鲍尔环是目前应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。2.3.2填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有Dn16Dn25Dn38Dn76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小

6、，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于。表3-1填料种类D/d的推荐值拉西环D/d20~30鞍环D/d15鲍尔环D/d10~15阶梯环D/d>8环矩鞍D/d>82.3.3填料材质的选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类聚丙烯填料在低温（低于0度）时具有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重，可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。综合以上：选择塑料鲍尔环散装填料Dn5

7、02.4基础物性数据2.4.1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。由手册查得20℃水的有关物性数据如下：1.2.3.表面力为:4.5.6.2.4.2气相物性数据1.混合气体的平均摩尔质量为(2-1)2.混合气体的平均密度由(2-2)R=8.3143.混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20时，空气的黏度注：11Pa..s=1kg/m.s2.4.3气液相平衡数据由手册查得，常压下，20时，NH在水中的亨利系数为E=76.3kpa在水中的溶解度:H=0.725kmol/m相平衡常数：(2-3)溶

8、解度系数:(2-4)2.4.4物料横算1.进塔气相摩尔比为(2-5)2.出塔气相摩尔比为(2-6)3.进塔惰性气体流量:.(2-7)因为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。即：(2-8)因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成所以选择操作液气比为（2-9）