化工课程设计_水吸收氨填料吸收塔的设计

天津农学院化工原理课程设计任务书设计题目：水吸收氨过程填料吸收塔的设计专业：食品科学与工程（1）班学生姓名： xx学号: xxx起迄日期： 2014.12.15指导教师：王步江化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书天津农学院课程设计说明书设计名称化工原理课程设计设计题目水吸收氨过程填料吸收塔设计设计时间2014年12月系别食品科学系专业食品科学与工程班级1班姓名xxx指导教师xxx20114 年12 月15 日化工原理课程设计说明书目录一.设计方案简介 (1)二.设计计算 (2)（一）设计方案的确定 (2)（二）填料的选择 (2)（三）基础物性数据 (2)1.液相物性数据 (2)2.气相物性数据 (2)3.气液相平衡数据 (2)（四）物料衡算 (3)（五）填料塔的工艺尺寸的衡算 (3)1.塔径计算 (3)2.填料层高度计算 (4)（六）填料层压降计算 (6)（七）液体分布器简要设计 (6)1.液体分布器的选型 (6)2.分布点密度计算 (7)3.布液计算 (7)（八）计算结果列表 (8)三．设计体会 (8)四．参考文献 (8)一、设计方案简介：塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备，根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。

板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。

在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。

填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上流动，气液两相密切接触进行传质与传热。

在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。

工业上，塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元操作过程。

蒸馏过程多选用板式塔，而吸收过程多选用填料塔。

本次题目要求设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。

混合气体的处理量为341310m3/h，其中含氨为5%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.12%（体积分数）。

采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。

⑴操作条件：①操作压力：常压②操作温度：20℃③填料类型：选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。

④每年按300天计，每天24小时连续运行。

⑤厂址：天津地区。

⑵设计要求：①吸收塔的物料衡算；②吸收塔的工艺尺寸设计；③填料层压降的计算；④液体分布器简要设计；⑤绘制吸收塔绘制吸收塔计算结果列表；⑥对设计过程的评述和有关问题的讨论。

⑶设计基础数据20℃下氨在水中的溶解度系数为2=⋅。

0.725/()H kmol m kPa二、设计计算：（一）设计方案的确定用水吸收3NH 属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。

因用水作为吸收剂，且3NH 不作为产品，故采用纯溶剂。

（二）填料的选择对于水吸收3NH 的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。

在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用38N D 聚丙烯阶梯环填料。

（三）基础物性数据 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℃时水的有关物性数据如下：密度为 3998.2/L kg m ρ=粘度为 0.001 3.6/()L Pa s kg m h μ=⋅=⋅ 表面张力为 272.6/940896/L dyn cm kg h σ==3NH 在水中的扩散系数为 92621.7610/ 6.33610/L D m s m h --=⨯=⨯ 2.气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为0.0517.0310.952928.4m V i i M y M =⨯+⨯=∑ 混合气体的平均密度为3101.32528.41.181/8.314293m m V V PM kg m RT ρ⨯===⨯ 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51.81100.065/()V Pa s kg m h μ-=⨯⋅=⋅ 查手册并计算得3NH 在空气中的扩散系数为3152252211233114.3610()1.795100.0646/()A B V A B T M M D m s m h p v v --⨯+==⨯=+ 3.气液相平衡数据由题目已经20℃下氨在水中溶解度系数为 30.725/()H kmol kPa m =⋅则常压下20℃时3NH 在水中的亨利系数为998.276.410.72518.02L s E kPa HM ρ===⨯相平衡常数为76.410.754101.325E m P === （四）物料衡算进塔气相摩尔比为1110.050.0526110.05y Y y ===--出塔气相摩尔比为2220.00520.0052110.0052y Y y ===-- 进塔惰性气体流量为()361.1347205.01202732734.22341310=-+⨯ 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12min 12/Y Y L V Y m X -⎛⎫= ⎪-⎝⎭对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为2min 00.05260.00520.67710.0526/0.7540X L V =-⎛⎫== ⎪-⎝⎭ 由题意知，操作液气比为min 12121 1.5 1.50.694 1.041.041352.3681406.462/()()1352.368(0.05260.0052)0.04741352.368L L V V L kmol h V Y Y L X X X ⎛⎫=⨯= ⎪⎝⎭=⨯=-=-⨯-==（五）填料塔的工艺尺寸的计算1.塔径计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。

气相质量流量为34225 1.18140419.725/V w kg h =⨯= 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 1352.36818.0224369.671/lim L x w kg h →∞=⨯=Eckert 通用关联图的横坐标为0.50.524369.671 1.1810.021340419.725998.2V L v L w w ρρ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭查通用关联图得20.20.3301V F F L Lu g ρφψμρ=查散装填料泛点填料因子平均值表得11708.134/F F m u m sφ-==== 取 0.80.88.134 6.507/u u m s==⨯= 由 1.861D m === 圆整塔径，取 1.9D m =泛点率校核：234225/3600 6.178/0.785 1.96.178100%75.95%()8.134F u m s u u ==⨯=⨯=在允许范围内填料规格校核：140036.84838D d ==> 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为3min ()0.08/W L m m h =⋅ 查常用散装填料的特性参数表得2332min min min2132.5/()0.08132.510.6/24369.271/998.28.6140.785 1.9t W t a m m U L a m m h U U ===⨯=⋅==>⨯经以上校核可知，填料塔直径选用1400D mm =合理。

2.填料层高度计算*11*220.7540.04740.0350Y mX Y mX ==⨯===脱吸因数为0.7541352.3680.7251406.462mV S L ⨯=== 气相总传质单元数为*12*221ln (1)110.0526ln (10.725)0.72510.7250.00525.177OG Y Y N S S S Y Y ⎡⎤-=-+⎢⎥--⎣⎦⎡⎤=⨯-⨯+⎢⎥-⎣⎦= 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：220.750.10.050.221exp 1.45()()()()w c L t L Lt L t L L L L t a U a U U a a g a σσμρρσ-⎧⎫=--⎨⎬⎩⎭ 查常见材质的临界便面张力值表得 233427680c dyn cm kg h σ== 液体质量通量为220.750.12280.224369.67110785.675/()0.785 1.942768010785.6710785.67132.51exp{1.45940896132.5 3.6998.2 1.271010785.672}0.653998.2940896132.5L w t U kg m h a a ==⋅⨯⎛⎫⨯⎛⎫⎛⎫=--⨯⨯⨯ ⎪ ⎪⎪⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫= ⎪⨯⨯⎝⎭气膜吸收系数由下式计算：10.730.237()()()V Vt VG t V V VU a D k a DR Tμμρ= 气体质量通量为22342251.18117198.0667/()0.7851.9V U k g m h ⨯==⋅⨯ 10.73217198.06670.065132.50.06460.237()()()132.50.065 1.1810.06468.3142930.161/()G K kmol m h kPa ⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅液膜吸收系数由下式计算：211332821133260.0095()()()10785.67 3.6 3.6 1.27100.0095()()()0.653132.5 3.6998.2 6.33610998.20.326L L L L w L L L L U g k a D m hμμμρρ---=⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯= 由 1.1G G wk a k a ψ=，查常见填料的形状系数表得1.45ψ= 则 1.11.120.1610.653132.5 1.4520.996k m o l /(mG G wk a k a ψ==⨯⨯⨯=⋅⋅ 0.40.410.3260.653132.5 1.4532.726L L W k a k a hψ==⨯⨯⨯=75.95%50%Fuu => 由 '1.4[19.5(0.5)]G G F u k a k a u =+-，'2.2[1 2.6(0.5)]L L Fu k a k a u =+-得()1.4'319.50.75950.520.99651.171)G k a kmol m h kPa ⎡⎤=+⨯-⨯=⋅⋅⎣⎦()2.2'11 2.60.75950.532.72632.101L k a h ⎡⎤=+⨯-⨯=⎣⎦则 3''1118.292()57.1710.72537.101G G L K a kmol m h kPa k a Hk a ===++⨯ 由 2885.1540.3118.2920.785 1.4101.325OG Y G V V H m K a K aP ====ΩΩ⨯⨯⨯ 由 0.31 5.177 1.607OG OG Z H N m ==⨯=' 1.5 1.607 2.41Z m =⨯= 设计取填料层高度为 '3Z m =查表得，对于阶梯环填料，max 8~15,6hh mm D=≤ 取8hD=，则 8140011200h m m =⨯= 计算得填料层高度为3000mm ，故不需分段。