吸收精煉再生氣中氨填料吸收塔的實用工藝設計

1、化工原理課程設計設計題目學生:學 號:專業(yè)班級: _指導教師:設計條件操作方式：連續(xù)操作生產(chǎn)能力：處理再生氣量為2000nm/h操作溫度：30C操作壓力：常壓混合氣組成：CO：89.9% NH3:10.1%（體積分率）吸收劑：清水出塔尾氣濃度：NH30,03%（體積分率）出塔氨水濃度：含NH3量不大于2%（質(zhì)量分率）設計要求流程布置與說明工藝過程的計算填料的選擇填料塔工藝尺寸的確定附屬裝置的確定設計成果設計說明書一份設計步驟及要求1. 確定設計方案（1）流程的選擇（2）初選填料類型（3）吸收劑的選擇2.查閱物料的物性數(shù)據(jù)（1）溶液的密度、粘度、表面力、氨在水中的擴散系數(shù)（2）氣相密度、粘度、表

2、面力、氨在空氣中的擴散系數(shù)（3）氨在水中溶解的相平衡數(shù)據(jù)3.物料衡算（1）確定塔頂、塔底的氣液流量和組成（2）確定泛點氣速和塔徑（3）校核D/d810（4）液體噴淋密度校核：實際的噴淋密度要大于最小的噴淋密度。4.填料層高度計算5.填料層壓降校核如果不符合上述要求重新進行以上計算1.設計方案簡介操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用D 聚丙烯階梯環(huán)填料。12N2工藝計算2.1 基礎物性數(shù)據(jù)2.1.1 液相物性數(shù)據(jù)25時水的有關物性數(shù)據(jù)如下：密度： kg/m3L黏度: 0.0008Paskg/(mh)L表面張力: =92249

3、2kg/h2L:D 8.53210 m /h62L2.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M yMMmii混合氣體的平均密度為PM101.326.89Vm1.085RT8.314303m混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得 30空氣的粘度為0.066kg /(mh)V查手冊得氨氣在空氣中的擴散系數(shù)為D 0.0713m/h2V2.1.3 相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得，常壓下 30時氨氣在水中的亨利系數(shù)為E kPa相平衡常數(shù)為E m P 995.699.7818溶解度系數(shù)為H kmol/(kPam )3LS2.2 物料衡算進塔氣相摩爾比為yY 11-y 1-12出塔氣相摩爾比為Y Y (1

4、-)0.1123(1-0.99)0.00112321進塔惰性氣相流量為2000V 22.5該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算，即LY Y( ) 12min Y /mXV12對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為X 02LY Y -（ ） 12 Y /mX 0.1123/0.985-0V12取操作液氣比為LL( ) ) 1.50.9751.4625VVminL79.911.4625116.87VY Y ) L(X X )121279.91(0.1123X 0.0760116.8712.3 填料塔的工藝尺寸的計算2.3.1 采用 Eckert 通用關聯(lián)圖計算泛點氣速氣相質(zhì)量

5、流量為273w 20001.0851028.49/h273303v液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即w 116.8718 2103.66kg/hLEckert 通用關聯(lián)圖的橫坐標為VL ww( ) () 0.50.5L 995.6V查圖得u2 0.2 0.205VFFgLL查表得143mF0.205g0.2059.81995.6u F3.537L0.2L 14311.085 0.80.2FV取由u 0.7u 0.72.476/sF/3600V27330D0.767mSu3.142.476圓整塔徑，取 D 0.8m。泛點率校核：2732000/3600273303.142.476u 2.27

6、9/su （在允許的圍之）uF填料規(guī)格校核：D 8d 液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為(L ) m /mh3Wmin查得a m /m32tU (L ) a 0.08114.2 9.136m/m h23minWmint4870.81/997.05U 9.724U0.7850.82min經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用 D=800mm 合理。2.3.2 填料層高度計算Y* mX 0.9850.0760 0.074811Y 0*22脫吸因數(shù)為V 0.98579.91S 0.6735L116.87氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為1Y Y*N OGInS)S121SY Y221-00.6735n 1-1-0氣相總傳質(zhì)

7、單元數(shù)采用修正的恩田關聯(lián)式計算：CLUUU211.45( ) () (0.1) (0.05) 0.20.75WLLtL ag2ttLLLLt查表得33dyn/cm 427680kg /h2C液體質(zhì)量通量為 2103.66U 4187.22kg/ m h20.7850.82L4276804187.224187.22 114.24187.2221-exp-1.45() (0.75) (0.1) (-0.05) 0.2w931824114.2 2.88995.6 1.27 10995.6 940896 114.228t0.355氣漠吸收系數(shù)由下式計算：DUk G) () ()VVVt DtVVV氣體

8、質(zhì)量通量為2732733020001.085 U 3891.62kg/ m/h20.7850.82V3891.620.0661114.20.6988.314303k 0.2370.7 3 114.20.0661.0850.698G 0.10518kmol/ m hkpa2液漠吸收系數(shù)由下式計算：gUk L) () (LLL DWLLLL1321- 3280.0095 0.355-60.6443m/hG W由 k ak a，查表得 :1.11.1G則 k ak aGG W0.105180.355114.21.45 m hkpa)1.13k ak a 1.1LL W0.64430.355114.2

9、1.450.430.306/hu64.44 50uFuu由 k a k a,k a k a，得,uuGGLLFFk a 19.5(0.6443-0.5) 6.4170 10.472koml/(m hkpa),G32.2k a 12.6 0.6443-0.5 30.306 31.398/h,L1則k aG11k a Hk a,GL 16.541koml/ m hkpa31110.472 0.55531.398VV由 H K a K aPYG79.910.555m6.541101.30.7850.82由Z H N 0.55510.73895.960m Z 6.19m z, 1.257.45m,設計

10、取填料層高度為Z,8mh查表，對于階梯環(huán)填料， 8h 6mmaxDh取 則Dh 88006400mm計算得填料層高度為8000 mm，故需分段，分為兩段，每段4000mm。2.3.3填料層壓降計算采用Eckert通用關聯(lián)圖計算填料層壓降。橫坐標為0.5w L w V查表得， m1P縱坐標為pu22.279 891 1.08520.20.880.20.0530V9.81995.6gL查圖得PZ填料層壓降為P 82.4 液體分布器簡要設計2.4.1 液體分布器的選型該吸收塔塔徑較小 D=500mm，而多孔直管式噴淋器適用于 600mm 以下的塔，因此在本次設計中我采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋

11、裝置。2.4.2 分布點密度計算按 Eckert 285 點/m 2點為 285 點/m 。2布液點數(shù)為n0.52點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為：分布為11 道環(huán)圓孔，每道孔分布 5 個孔，實際設計布點數(shù)為 n=55 點，如圖所示。直管式液體分布器的分液點示意圖2.4.3布液計算由 L d 2gH24S0取 H4Ld (01/2S 2gHn4/ 29.81(1/2設計取 d 4mm。03. 輔助設備的計算及選型3.1填料支承裝置支承板是用以支承填料和塔持液的部件。常用的填料支承板有柵板型、孔管型、駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型支承板。設計中，為防大

12、于75%。在本次設計中，我選用的是孔管型支承裝置。3.2填料壓緊裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動，需在填料層上方設置填料壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網(wǎng)板、金屬壓緊器等不同類型。對于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板。設計中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應大于70%。在本次設計中，我選用的是壓緊柵板。4.結論通過這次設計，讓我學習到了很多以前沒有接觸過的知識。能夠?qū)W習到不同夠提高相關知識的運用能力。5.附錄5.1 主要符號說明符號意義及單位液體噴淋密度，m /(m h)aU32m32U液體質(zhì)量通量，m /(m h)）32L23U氣體質(zhì)量通量，m /(m h)32Vad填料的潤濕比表面積，m /m2Uw3m32WW液體質(zhì)量流量，kg /h氣體質(zhì)量流量，kg /hL液體擴散