采用填料塔吸收5%的尾氣,使尾氣的含量低于002%;(每小時(shí)吸收氨氣5000立方米,年生產(chǎn)時(shí)為7200)

1、采用填料塔吸收5的尾氣，使尾氣的含量低于0.02；（每小時(shí)吸收氨氣5000立方米，年生產(chǎn)時(shí)為7200）目 錄1.設(shè)計(jì)方案概述與簡(jiǎn)介21.1設(shè)計(jì)方案概述21.1.1設(shè)計(jì)題目：21.1.2方案的確定22.設(shè)計(jì)條件及主要物性參考42.1設(shè)計(jì)條件42.2主要物性參考42.2.1主要原料、輔料及動(dòng)力消耗（一覽表）42.2.2產(chǎn)品質(zhì)量要求43.物料衡算及熱量衡算53.1 物料衡算53.1.1氨氣與氨水的物性總說(shuō)明53.1.2吸收單元操作的物料衡算53.1.3 列表63.274 .流體輸送的動(dòng)力學(xué)衡算94.1 輸送氣管的計(jì)算94.1.1 輸送氣體的管徑及流量流速94.1.2 輸送空氣的氣管阻力94.2輸送水

2、管的計(jì)算104.2.1水的管徑及流量流速104.2.2輸送水管阻力104.3 氣管和水管的總阻力損失114.4 動(dòng)力選擇及安裝高度要求114.4.1輸水泵的選擇及安裝要求114.5動(dòng)力計(jì)算134.6匯總表135.主要生產(chǎn)設(shè)備的計(jì)算145.1填料塔的物性與類型:145.2 設(shè)備主要尺寸155.2.1 填料塔的流體力學(xué)性能及有關(guān)計(jì)算155.2.2 塔高Z165.3填料層附件185.3.1 填料支承裝置185.3.2 液體分布裝置185.3.3 液體再分布裝置185.3.4 除沫裝置185.3.5 填料壓緊裝置186.設(shè)備防腐及安全技術(shù)及勞動(dòng)（衛(wèi)生）保護(hù)196.1設(shè)備防腐196.2安全技術(shù)及勞動(dòng)（衛(wèi)

3、生）保護(hù)197.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表208.附錄218.1輸送管理統(tǒng)計(jì)一覽表218.2主要設(shè)備一覽表219.結(jié)束語(yǔ)2210.參考文獻(xiàn)2311.主要符號(hào)說(shuō)明241.設(shè)計(jì)方案概述與簡(jiǎn)介1.1設(shè)計(jì)方案概述 1.1.1設(shè)計(jì)題目：填料塔的設(shè)計(jì)：試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量為5000m3/h，年生產(chǎn)時(shí)為7200,其中含氨為5%（體積分?jǐn)?shù)），要求塔頂排放氣體中含氨低于0.02%（體積分?jǐn)?shù)）。1.1.2方案的確定在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個(gè)組分加以分離，其主要目的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化以便進(jìn)一步加工處理，或除去

4、工業(yè)放空尾氣中的有害成分以免污染空氣。吸收操作是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度不同而達(dá)到分離的目的。氨是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，但是其強(qiáng)烈的刺激性氣味對(duì)于人體健康和大氣環(huán)境都會(huì)造成破壞和污染。因此，為了避免化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對(duì)于工業(yè)尾氣中的氨氣進(jìn)行吸收。本次化工原理課程設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用填料吸收塔吸收的方法來(lái)凈化含有氨氣的工業(yè)尾氣，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。為了節(jié)省能源與有效利用，防治大氣的污染，從經(jīng)濟(jì)方面來(lái)考慮，設(shè)計(jì)決定利用水來(lái)吸收NH氣體.，采用填料塔進(jìn)行吸收操作是因?yàn)樘盍峡梢蕴峁┚?/p>

5、大的氣液傳質(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過(guò)程易于進(jìn)行，而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)，從而可以使吸收操作過(guò)程節(jié)省大量人力和物力。1. 2設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)任務(wù)為吸收空氣中的氨氣。用水吸收氨氣屬易溶解的吸收過(guò)程，所以本次設(shè)計(jì)的吸收劑為清水。 為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程，對(duì)于水吸收氨氣的過(guò)程，操作溫度及操作壓力較低，故此采用散裝聚丙烯階梯環(huán)填料在該填料塔中，氨氣-空氣混合氣體經(jīng)由填料塔的下側(cè)進(jìn)入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進(jìn)行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排出，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。（如圖所

6、示）2.設(shè)計(jì)條件及主要物性參考2.1設(shè)計(jì)條件（1）操作壓力： 常壓 （2）操作溫度： 20（3）填料類型： 選用聚丙烯階梯環(huán)填料。（4）采用清水進(jìn)行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。（20氨在水中的溶解度系數(shù)為H0.725kmol/m3.kPa）2.2主要物性參考2.2.1主要原料、輔料及動(dòng)力消耗（一覽表）主要原料流量（/h）動(dòng)力消耗（/天）混合氣50001561水0.584822.2.2產(chǎn)品質(zhì)量要求分子式：NH分子量: 17物化性質(zhì)：液氨為無(wú)色液體，有強(qiáng)烈刺激性氣味，極易氣化為氣氨。密度0.617g/cm；沸點(diǎn)為33.5，低于77.7可成為具有臭味的無(wú)色結(jié)晶。規(guī)格：尾氣的氨含量低于0.

7、02%質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB/T631-2007用途：液氨主要用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其他化學(xué)肥料，還可用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的原料。在國(guó)防工業(yè)中，用于制造火箭、導(dǎo)彈的推進(jìn)劑?？捎米饔袡C(jī)化工產(chǎn)品的氨化原料，還可用作冷凍劑。3.物料衡算及熱量衡算3.1 物料衡算3.1.1氨氣與氨水的物性總說(shuō)明常溫下為無(wú)色氣體,有刺激性惡臭味。分子式,空間結(jié)構(gòu)為三角錐形，為極性分子。分子量17.03。相對(duì)密度0.7714g/l。熔點(diǎn)-77.7。沸點(diǎn)-33.35。自燃點(diǎn) 651.11。蒸氣密度0.6。蒸氣壓1013.08kPa(25.7)。蒸氣與空氣混合物爆炸極限1625%(最易引燃濃度17%)。氨氣易溶于水，氨氣分子和水分子通過(guò)氫鍵

8、結(jié)合為一水合氨。氨在20 水中溶解度34%,25時(shí)，在無(wú)水乙醇中溶解度10%，在甲醇中溶解度16%，溶于氯仿、 乙醚，它是許多元素和化合物的良好溶劑。水溶液呈堿性。液態(tài)氨將侵蝕某些塑料制品，橡膠和涂層。遇熱、明火，難以點(diǎn)燃而危險(xiǎn)性較低；但氨和空氣混合物達(dá)到上述濃度范圍遇明火會(huì)燃燒和爆炸，如有油類或其它可燃性物質(zhì)存在，則危險(xiǎn)性更高。與硫酸或其它強(qiáng)無(wú)機(jī)酸反應(yīng)放熱，混合物可達(dá)到沸騰。不能與下列物質(zhì)共存：乙醛、丙烯醛、硼、鹵素、環(huán)氧乙烷、次氯酸、硝酸、汞、氯化銀、硫、銻、雙氧水等。氨的臨界溫度是406K 閃點(diǎn)：651。3.1.2吸收單元操作的物料衡算在整個(gè)填料塔過(guò)程中，已知： 平衡關(guān)系式為：y=0.2

9、2x設(shè)定吸收率，其驗(yàn)證過(guò)程如下：根據(jù) 可得每小時(shí)混合氣體物質(zhì)的量 所以尾氣含量符合要求，低于0.02%故是可取的 3.1.3 列表按單塔計(jì)算數(shù)據(jù)一覽表混合氣體體積流量25000.1514氣體摩爾流量111.600.21920.05氣體吸收率99.65%0.0002吸收劑用量36.69惰性氣體摩爾流量106.023.2由此可知，在用水吸收氨時(shí)，1min中溫度可上升4.45，通過(guò)管道可以完全自行散熱，所以在此吸收過(guò)程中不需要冷卻裝置。4 .流體輸送的動(dòng)力學(xué)衡算4.1 輸送氣管的計(jì)算4.1.1 輸送氣體的管徑及流量流速設(shè) 則 分管 4.1.2 輸送空氣的氣管阻力查表得，標(biāo)準(zhǔn)彎頭3個(gè)，當(dāng)量長(zhǎng)度，回彎頭

10、2個(gè)，當(dāng)量長(zhǎng)度截止閥1個(gè)，當(dāng)量長(zhǎng)度，進(jìn)口管路上的能量損失：（1） 總管 （2） 分管所以 4.2輸送水管的計(jì)算4.2.1水的管徑及流量流速輸送水管（細(xì)）選無(wú)縫鋼管設(shè) 則 設(shè) 則 4.2.2輸送水管阻力（1） 輸送水管（細(xì)）流體湍流查表得，局部阻力系數(shù) 截止閥2個(gè)當(dāng)量長(zhǎng)度一個(gè)出口上的損失所以 總出口管上的損失: (2) 輸送水管（粗）流體湍流標(biāo)準(zhǔn)彎頭1個(gè),當(dāng)量長(zhǎng)度,截止閥1個(gè), 當(dāng)量長(zhǎng)度,局部阻力系數(shù)所以 進(jìn)口管上的總損失4.3 氣管和水管的總阻力損失 4.4 動(dòng)力選擇及安裝高度要求 4.4.1輸水泵的選擇及安裝要求 泵的有效功率 水的質(zhì)量流量 輸入的外加功 泵的軸功率取水泵出口處為上游截面1-

11、，高位槽的液面下游截面2-，并以截面1-為水平面，在兩截面間列柏努力方程，即 式中：代入得：解得：綜上述，選泵的規(guī)格：IS型單吸離心泵 4.4.2輸送混合氣體的泵的選擇及安裝要求。在20，101.325kpa時(shí)查得：離心通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓：可求得輸送混合氣體的風(fēng)壓：軸功率：通風(fēng)機(jī)所做的功：日耗電量：以通風(fēng)機(jī)進(jìn)口處為截面，出口處為，在兩截面間列伯努力方程得求得通風(fēng)機(jī)的出口壓力為 氣泵的規(guī)格：4-72-4.5 型離心通風(fēng)機(jī)4.5動(dòng)力計(jì)算水泵的用電量:0.07 24=1.68 氣泵的用電量:3.7709124= 90.50184每天的用電量:1.68+90.50184=92.184.6匯總表管件個(gè)數(shù)管徑(

12、mm)當(dāng)量長(zhǎng)度(mm)材質(zhì)水管1157*3.516.3無(wú)縫鋼管水管2238*40.6截止閥115018截止閥223010.5標(biāo)準(zhǔn)彎頭11301.7氣管11310*52PVC氣管22310*58.8標(biāo)準(zhǔn)三通130019標(biāo)準(zhǔn)彎頭233009.5回彎頭230022閘閥1/2開23006截止閥13001015.主要生產(chǎn)設(shè)備的計(jì)算5.1填料塔的物性與類型:填料類型公稱直徑（mm）外徑×高×厚d×h×比表面積()空隙率（）個(gè)數(shù)n（）堆積密度填料因子（）聚丙烯階梯環(huán)2525×12.5×1.42280.98150097.8312采用Eckert通用關(guān)

13、聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降5.2 設(shè)備主要尺寸5.2.1 填料塔的流體力學(xué)性能及有關(guān)計(jì)算5.2.1.1液泛氣速及泛點(diǎn)率在20c時(shí)，101.325kPa時(shí)，混合氣的質(zhì)量流量：液體的質(zhì)量流量：則 查表得 5.2.2 塔高Z對(duì)于吸收操作，用傳質(zhì)單元數(shù)法計(jì)算填料層高度先求: V98.8kmol/h L32.49kmol/h =查表得時(shí)： 擴(kuò)散系數(shù) 氣相質(zhì)量通率：混合氣體黏度; 5%+95%=0.009185%+0.012695% =0.01243 mPaS則 查表得：水的表面張力：填料材質(zhì)的臨界表面張力：已知水的質(zhì)量流量：則 單位體積填料潤(rùn)濕表面積：其中：再求：=m0.220.1595=0.03509=0.0

14、5263-0.03509=0.01754=1.8420.003814.74=0.69514.74=10.24m實(shí)際填料層高度：=1.2Z=1.210.24=12.29m 圓態(tài)后得=12.3m由于Z>6m 填料層分三段，其中每段高為4.1m5.3填料層附件 5.3.1 填料支承裝置由于氨水具有腐蝕性, 支承裝置采用陶瓷多孔板,如果需要可將多孔板制成錐行以增大自由截面積。 5.3.2 液體分布裝置采用盤石分布器，有利于液體流下，使其分布均勻，且不宜堵塞。 5.3.3 液體再分布裝置因?yàn)镈=0.8 m，所以采用截錐式再分布器 5.3.4 除沫裝置采用折流板除沫器 5.3.5 填料壓緊裝置 采用

15、床層限制板6.設(shè)備防腐及安全技術(shù)及勞動(dòng)（衛(wèi)生）保護(hù)6.1設(shè)備防腐 由于氨水有腐蝕性，輸送混合氣及產(chǎn)品的管道用PVC管，填料塔選用陶瓷，填料選用聚丙烯階梯環(huán)。6.2安全技術(shù)及勞動(dòng)（衛(wèi)生）保護(hù) 在生產(chǎn)過(guò)程中，運(yùn)輸過(guò)程中儲(chǔ)存時(shí)要注意安全問(wèn)題。防火、防爆、廠房的安全疏散等要有明確的規(guī)定。工廠衛(wèi)生規(guī)定必須符合中國(guó)車間空氣衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn): 中國(guó)MAC 30mg/m3； 否則回危害工人的身體健康，所以車間要注意通風(fēng)，由于可能出現(xiàn)的火災(zāi)是一般的火災(zāi)。所以可選用二氧化碳滅火器，安裝一定數(shù)量的消防栓，建立消防車通道。7.設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表吸收塔類型：聚丙烯階梯環(huán)吸收填料塔混合氣處理量：5000m3/h工 藝 參 數(shù)名稱物料

16、名稱清水氨氣操作壓力，常壓常壓操作溫度，2020流速，m/s19.66密度，kg/m310000.7067流量，/h0.584825000塔徑，mm800填料層高度，m12.3操作液氣比0.3288黏度，kg/(m*h)1.0050.0658.附錄8.1輸送管理統(tǒng)計(jì)一覽表原料流量）流速（m/s）動(dòng)力流量）耗電量（度/天）水0.584820.1656水泵0.5848216.8空氣500019.66通風(fēng)機(jī)500090.58.2主要設(shè)備一覽表設(shè)備個(gè)數(shù)規(guī)格（mm）材質(zhì)填料塔2塔徑填料高度陶瓷80012300高位槽11×1×2鑄鐵成品槽11×1×2PVC泵型號(hào)流量

17、（）風(fēng)壓(Pa)揚(yáng)程（m）效率軸功率（KW）材質(zhì)單級(jí)單吸離心泵IS型0.88462_2046%0.7鑄鐵離心通風(fēng)機(jī)4724.5型50002320_84.1%5.80469.結(jié)束語(yǔ)過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我們受到一次化工設(shè)計(jì)專業(yè)技術(shù)方面的基本訓(xùn)練，從而了解和掌握化工計(jì)算的基本知識(shí)、基本方法，培養(yǎng)我們獨(dú)立分析和解決化工技術(shù)問(wèn)題的能力。作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，是把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，明白了課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離

18、，并通過(guò)綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們的能力：首先培養(yǎng)了我們查閱資料，選用公式和數(shù)據(jù)的能力，其次還可以從技術(shù)上的可行性與經(jīng)濟(jì)上的合理性兩方面樹立正確的設(shè)計(jì)思想，分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，圖表表達(dá)設(shè)計(jì)思想的能力。10.參考文獻(xiàn)（1）、王國(guó)勝主編.化工原理課程設(shè)計(jì).大連理工大學(xué)出版社2005年2月第1版（2）、柴誠(chéng)敬主編. 化工原理（上、下冊(cè)）. 天津大學(xué)出版社2005年1月第1版（3）、化工工程手冊(cè)編委會(huì) .化工工程手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社 ，1980年11月北京第1版（4）、匡國(guó)柱，史啟才主編 . 化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)化學(xué)工業(yè)出版社，2002年1月第1版（5）、天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編 .物理化學(xué)（上、下冊(cè)）高等教育出版社，2001年12月第4版（6）、國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)1996年1月第2版（7）、管國(guó)鋒，趙汝溥主編 .化工原理 . 化學(xué)工業(yè)出版社2008年5月第三版（8）、賈紹義，柴誠(chéng)敬 編.化工原理課程設(shè)計(jì).天津: 天津大學(xué)出版社，2002（9）、楊祖榮 編.化工原理.北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2009（10）