水吸收氨填料吸收塔设计课程设计

水吸收氨填料吸收塔设计课程设计

合肥学院 Hefei University

化工原理课程设计

题目: 水吸收氨填料吸收塔设计

系别: 生物与环境工程系

任务书

水吸收氨填料吸收塔设计

（一）设计任务

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（自己确定），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1.1-2.0倍。

（二）操作条件

1、操作压力常压

2、操作温度 20℃

（三）填料类型

陶瓷拉西环、金属鲍尔环、陶瓷矩鞍，填料规格自选

（四）工作日

每年300天，每天24小时连续运行

（五）厂址安徽地区

（六）设计内容

1、吸收塔的物料衡算

2、吸收塔的工艺尺寸计算

3、填料层压降的计算

4、液体分布器简要设计

5、绘制生产工艺流程图

6、绘制吸收塔设计条件图

7、对设计过程的评述和有关问题的讨论

（七）设计基础数据

20℃下氨在水中的溶解度系数为H=0.725Kmol/(m3*Kpa).

目录

一、文献综述 (4)

（一）填料塔技术 (4)

（二）填料塔的流体力学性能 (5)

1．填料层的持液量 (5)

2．填料层的压降 (5)

3．液泛 (5)

4．液体喷淋密度和填料表面的润湿 (5)

5．返混 (5)

（三）填料塔的内件 (5)

1．填料支承装置 (5)

2．填料压紧装置 (5)

3．液体分布装置 (6)

4．液体收集及再分布装置 (6)

二、流程的确定与说明 (6)

（一）吸收装置的流程确定 (6)

（二）填料的选择 (6)

三、工艺计算 (7)

（一）基础物性数据 (6)

1．液相物性数 (6)

2．气相物性数据 (7)

3．气相平衡数据 (7)

4．混合气体的处理量 (7)

（二）填料塔的工艺尺寸的计算 (7)

1．物料衡算 (7)

2. 塔径计算 (8)

3．填料层高度计算 (9)

4.填料层压降计算 (11)

5.液体分布器简要设计 (11)

四、设计结果概要 (12)

五、主要符号说明 (12)

六、参考文献 (13)

七、对本设计的评述及心得 (13)

一、文献综述

填料塔洗涤吸收净化工艺不单应用在化工领域,在低浓度工业废气净化方面也

能很好地发挥作用。工程实践表明,合理的系统工艺和塔体设计,是保证净化效果的前提。本文简述陶瓷矩鞍填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。

（一）填料塔技术

填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。而塔填料塔内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。从塔填料、塔内件以及工艺流程,特别是塔填料三方面对填料塔技术的现状与发展趋势作了介绍,说明了塔填料及塔内件在填料塔技术中的重要性。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：（1）生产能力大；（2）分离效率高；（3）压降小；（4）操作弹性大；（5）持液量小。

填料塔由塔体、填料、填料支承板、液体分布器、液体再分布器、气体和液体

进出口接管等部件组成。

填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。

填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料

表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。

（二）填料塔的流体力学性能

填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛、填料表面的润湿及返混等。

1、填料层的持液量

填料层的持液量是指在一定操作条件下，在单位体积填料层内所积存的液体体积，以(m3液体)/(m3填料)表示。总持液量为静持液量和动持液量之和，即填料层的持液量可由实验测出，也可由经验公式计算。一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的，但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。

2、填料层的压降

在逆流操作的填料塔中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。将不同液体喷淋量下的单位填料层的压降DP/Z 与空塔气速u的关系标绘在对数坐标纸。

3、液泛

在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏，此种情况称为淹塔或液泛。影响液泛的因素很多，如填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。

4、液体喷淋密度和填料表面的润湿

填料塔中气液两相间的传质主要是在填料表面流动的液膜上进行的。要形成液膜，填料表面必须被液体充分润湿，而填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的表面润湿性能。

5、返混

在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。造成返混现象的原因很多，如：填料层内的气液分布不均；气体和液体在填料层内的沟流；液体喷淋密度过大时所造成的气体局部向下运动；塔内气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致等。

（三）填料塔的内件

填料塔的内件主要有填料支承装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理地选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。

1、填料支承装置

填料支承装置的作用是支承塔内的填料，常用的填料支承装置有如图片3-14所示的栅板型、孔管型、驼峰型等。支承装置的选择，主要的依据是塔径、填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流率等。

2、填料压紧装置