传播优秀Word版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！徐州工程学院化工原理课程设计说明书设计题目 水吸收氨过程填料吸收塔设计 学生姓名 指导老师 学 院 专业班级 学 号 完成时间 目 录第一节前言31.1填料塔的设计任务及步骤31.2填料塔设计条件及操作条件3第二节 填料塔主体设计方案的确定32.1装置流程的确定32.2 吸收剂的选择32.3填料的类型与选择32.3.1 填料种类的选择42.3.2 填料规格的选择42.3.3 填料材质的选择42.4 基础物性数据42.4.1 液相物性数据42.4.2 气相物性数据52.4.3 物料横算5第三节 填料塔工艺尺寸的计算63.1 塔径的计算73.2 填料层高度的计算及分段73.2.1 传质单元数的计算73.2.2 填料层的分段83.3 填料层压降的计算9第四节填料塔内件的类型及设计104.1 塔内件类型104.2 塔内件的设计10注：1填料塔设计结果一览表102 填料塔设计数据一览113 参考文献12附件一：塔设备流程图12附件二：塔设备设计图13第一节 前言1.1 填料塔的设计任务及步骤设计任务：用水吸收空气中混有的氨气。 设计步骤：（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案;（2）针对物系及分离要求，选择适宜填料；（3）确定塔径、填料层高度等工艺尺寸（考虑喷淋密度）；（4）计算塔高、及填料层的压降；（5）塔内件设计。1.2 填料塔设计条件及操作条件1. 气体混合物成分：空气和氨2. 空气中氨的含量: 5.0%（体积分数)，要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%;）3. 混合气体流量6000m3/h4. 操作温度293K5. 混合气体压力101.3KPa6. 采用清水为吸收剂，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。7. 填料类型：采用聚丙烯鲍尔环填料第二节 精馏塔主体设计方案的确定2.1 装置流程的确定本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。2.2 吸收剂的选择因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。2.3填料的类型与选择填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。2.3.1 填料种类的选择本次采用散装填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。鲍尔环是目前应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。2.3.2 填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有Dn16Dn25Dn38 Dn76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于。表3-1填料种类D/d的推荐值拉西环D/d2030鞍环D/d15鲍尔环D/d1015阶梯环D/d8环矩鞍D/d82.3.3 填料材质的选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类聚丙烯填料在低温（低于0度）时具有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重，可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。综合以上：选择塑料鲍尔环散装填料 Dn502.4 基础物性数据2.4.1 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 水的有关物性数据如下：1. 2. 3. 表面张力为:4. 5. 6. 2.4.2 气相物性数据1. 混合气体的平均摩尔质量为 (2-1)2. 混合气体的平均密度由 (2-2)R=8.314 3. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20时，空气的黏度注： 1 1Pa.s=1kg/m.s2.4.3 物料横算1. 进塔气相摩尔比为 (2-5) 2. 出他气相摩尔比为 (2-6) 3. 进塔惰性气体流量: (2-7) 因为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。即： (2-8)因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成所以 选择操作液气比为 （2-9）L=1.2676356234.599=297.3860441kmol/h因为V(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1第三节 填料塔工艺尺寸的计算填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段3.1 塔径的计算1. 空塔气速的确定泛点气速法对于散装填料，其泛点率的经验值u/u=0.50.85贝恩（Bain）霍根（Hougen）关联式 ，即：=A-K （3-1）即： 所以：/9.81（100/0.917）（1.1836/998.2）=0.246053756 UF=3.974574742m/s其中：泛点气速，m/s;g 重力加速度，9.81m/s，WL=5358.89572/h WV=7056.6kg/hA=0.0942； K=1.75；取u=0.7 =2.78220m/s （3-2） 圆整塔径后 D=0.8m1. 泛点速率校核： m/s 则在允许范围内2. 根据填料规格校核：D/d=800/50=16根据表3-1符合3. 液体喷淋密度的校核：(1) 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。(2) 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率。 （3-3） （3-4）经过以上校验，填料塔直径设计为D=800mm 合理。3.2 填料层高度的计算及分段 （3-5） （3-6） 3.2.1 传质单元数的计算用对数平均推动力法求传质单元数 （3-7） （3-8） = =0.0068953.2.2 质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： （3-9）即：w/t =0.37404748液体质量通量为： =WL/0.7850.80.8=10666.5918kg/(h)气体质量通量为： =600001.1761/0.64=14045.78025kg/(h)气膜吸收系数由下式计算： （3-10） =0.152159029kmol/(h kpa)液膜吸收数据由下式计算： (3-11）=0.566130072m/h因为0.152150.37401.451.1100 =8.565021kmol/(m3 h kpa) （3-12） =0.566131000.374041.450.4 （3-13） =24.56912/h因为： =0.8346所以需要用以下式进行校正： （3-14） =19.5(0.699990.5)1.4 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa) （3-15） =1 2.6 (0.69990.5)2.2 24.569123=26.42106/h （3-16） =1(117.1358+10.72526.4210) =9.038478 kmol/(m3 h kpa) （3-17） =234.5999.03847101.30.7850.64=0.491182 m （3-18）=0.4911829.160434=4.501360m,得 =1.44.501=6.30m3. 填料层的分段对于鲍尔环散装填料的分段高度推荐值为h/D=510。h=580010800=48 m计算得填料层高度为7000mm，故不需分段3.3 填料层压降的计算取 Eckert (通用压降关联图)；将操作气速(2.8886m/s) 代替纵坐标中的查表，DG50mm塑料鲍尔环的压降填料因子125代替纵坐标中的则纵标值为：=0.1652 (3-19) 横坐标为： =0.02606 (3-20)查图得 981Pa/m (3-21)全塔填料层压降 =9817=6867 Pa至此，吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出。第四节 填料塔内件的类型及设计4.1 塔内件类型填料塔的内件主要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理的选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。4.2 塔内件的设计液体分布器