水吸收氨過程填料吸收塔設(shè)計

一、設(shè)計任務(wù)書(一)設(shè)計題目試設(shè)計一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量為1000m3/h，其中含氨氣為8％〔體積分數(shù)〕，要求塔頂排放氣體中含氨低于0.02％〔體積分數(shù)〕，采用清水進行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍?！?0℃氨在水中的溶解度系數(shù)為H＝0.725kmol/(二)操作條件1.操作壓力為常壓，操作溫度20℃2.填料類型選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選。3.工作日取每年300天，每天24小時連續(xù)進行。(三)設(shè)計內(nèi)容1.吸收塔的物料衡算；2.吸收塔的工藝尺寸計算；3.填料層壓降的計算；4.吸收塔接管尺寸計算；5.吸收塔設(shè)計條件圖；6.對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論。二、設(shè)計方案(一)流程圖及流程說明該填料塔中，氨氣和空氣混合后，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排除，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。(二)填料及吸收劑的選擇該過程處理量不大，所用的塔直徑不會太大，可選用25×12.5×1.4聚丙烯階梯環(huán)塔填料，其主要性能參數(shù)如下：比外表積at：223空隙率：0.90濕填料因子：填料常數(shù)A:0.204K：1.75見下列圖：根據(jù)所要處理的混合氣體，可采用水為吸收劑，其廉價易得，物理化學性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對吸收劑的根本要求。三、工藝計算(一)根底物性數(shù)據(jù)1.液相物性數(shù)據(jù)2.氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體平均密度：=427680()空氣黏度：273K，101.3Kpa.氨氣在空氣中擴散系數(shù)：(二)物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成20℃，101.3Kpa下氨氣在水中的溶解度系數(shù)MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\h進塔氣相摩爾比：出塔氣相摩爾比：對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成：混合氣體流量：kmol/h進塔惰性氣體流量：kmol/h吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算：取操作液氣比為最小液氣比的1.5倍，可得吸收劑用量為：根據(jù)全塔物料衡算式:液氣比：(三)塔徑的計算1.塔徑的計算考慮到填料塔內(nèi)塔的壓力降,塔的操作壓力為101.3采用貝恩----霍夫泛點關(guān)聯(lián)式:即取泛點率為0.6.即圓整后取2.泛點率校核：〔在0.5到0.85范圍之間〕3.填料規(guī)格校核：4.液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：所以得故滿足最小噴淋密度的要求.(四)填料層高度計算1.傳質(zhì)單元高度計算273K，101.3kpa下，氨氣在空氣中的擴散系數(shù).由,那么293K，101.3kpa下，氨氣在空氣中的擴散系數(shù)293K，101.3kpa下，氨氣在水中的擴散系數(shù)(查化工原理附錄)脫吸因數(shù)為：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：==14.992氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：液體質(zhì)量通量為：氣體質(zhì)量通量為：故氣膜吸收系數(shù)：液膜吸收系數(shù):查表得=1.35故=0.12730.2476223=9.778=0.30370.2476223=18.907f=0.733>0.5以下公式為修正計算公式：那么〔H為溶解度系數(shù)〕；==10.163由==0.296m2.填料層高度的計算由取上下活動系數(shù)為1.5故取填料層高度為7m.查[2]化工原理課程設(shè)計213頁表5-41散裝填料分段高度推薦值查得：塑料階梯環(huán)h/D8～15取h/D=10得h=100.4=4m故填料層需要分為二段，高度分別為3.5m.(五)填料塔壓降的計算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降橫坐標為：=0.0228查[2]P215表5-44得：縱坐標為：查圖得填料層壓降為：Eckert圖(六)吸收塔的主要接管尺寸的計算1、氣體進料管由于常壓下塔氣體進出口管氣速可取12～20，故假設(shè)取氣體進出口流速近似為16m/s，那么由公式可求得氣體進出口內(nèi)徑為采用直管進料，由《化工原理》第三版上冊[譚天恩等主編化學工業(yè)出版社]P269查得選擇熱軋無縫鋼管，那么〔在符合范圍內(nèi)〕氣體進出口壓降:進口：出口：2、液體進料管由于常壓下塔液體進出口管速可取，故假設(shè)取液體進出口流速近似為2.6m/s，那么由公式可求得液體進出口內(nèi)徑為采用直管進料，由《化工原理》第三版上冊[譚天恩等主編化學工業(yè)出版社]P368查得選擇熱軋無縫鋼管，那么〔在符合范圍內(nèi)〕(七)吸收塔設(shè)計條件圖表吸收塔類型聚丙烯階梯環(huán)吸收填料塔混合氣體處理量〔m3/h〕1000塔徑D〔m〕0.4填料層高度Z〔m〕7氣相總傳質(zhì)單元高度〔m〕0.296氣相總傳質(zhì)單元數(shù)14.992泛點氣速〔m/s〕3.017泛點率0.733壓降〔kpa〕5.15操作壓力〔kpa〕101.3操作溫度〔℃〕20填料直徑〔mm〕25孔隙率ε0.90填料比外表積a(㎡/m3)223填料常數(shù)A0.204填料常數(shù)K1.75四、符號說明——填料層的有效傳質(zhì)比外表積〔m2/m3〕——填料層的潤滑比外表積m2/m3——吸收因數(shù);無因次——填料直徑，mm；——填料當量直徑，mm——擴散系數(shù)，m2/s；塔徑——亨利系數(shù)，KPa——重力加速度，kg/(m2.h)——溶解度系數(shù)，kmol/(m3.KPa)——氣相總傳質(zhì)單元高度，m——氣膜吸收系數(shù),kmol/(m3.s.KPa)——氣相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次——氣膜吸收系數(shù),kmol/(m3.s.KPa)——氣體通用常數(shù)，8.314kJ/(kmol.K)——解吸因子——溫度，0C——空塔速度，m/s——液泛速度，m/s——惰性氣體流量，kmol/h——混合氣體體積流量，m3/h——混合氣體流量，kmol/h——是吸收液量kmol/h——填料因子，m-1——吸收劑用量kmol/h;kmol/s——壓降填料因子，m-1Ψ——液體密度校正系數(shù)x——溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率無因次y——溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率無因次Z——填料層高度mmin——最小的max——最大的——粘度Pa.s——密度kg/m3——外表張力N/mε——孔隙率——相平衡常數(shù)，無因次五、對設(shè)計過程的評述這次我的課程設(shè)計題目是水吸收氨過程填料塔的設(shè)計，這是關(guān)于吸收中填料塔的設(shè)計。填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的結(jié)構(gòu)較簡單，壓降低，填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點。通過這次的課程設(shè)計，讓我從中體會到很多。課程設(shè)計是我們在校大學生必須經(jīng)過的一個過程，通過課程設(shè)計的鍛煉，可以為我們即將來的畢業(yè)設(shè)計打下堅實的根底！使我充分理解到化工原理課程的重要性和實用性，更特別是對各方面的了解和設(shè)計，對實際單元操作設(shè)計中所涉及的各個方面要注意問題都有所了解。通過這次對填料吸收塔的設(shè)計，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)濟上的合理性兩方面樹立正確的設(shè)計思想，分析和解決工程實際問題的能力，最后熟練應(yīng)用計算機繪圖的能力以及用簡潔文字，圖表表達設(shè)計思想的能力。不僅讓我將所學的知識應(yīng)用到實際中，而且對知識也是一種穩(wěn)固和提升充實。在老師和同學的幫助下，及時的按要求完成了設(shè)計任務(wù)，通過這次課程設(shè)計，使我獲得了很多重要的知識，同時也提高了自己的實際動手和知識的靈活運用能力。參考文獻[