填料塔设计说明书

填料塔设计说明书设计题目：水吸收氨填料吸收塔学院：资源环境学院指导老师：吴根义罗惠莉设计者：海江学号：7专业班级：08级环境工程1班一、设计题目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2400m3/h，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1.5倍。

二、操作条件1、操作压力常压2、操作温度 20℃三、吸收剂的选择吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。

所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。

水廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。

且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。

四、流程选择及流程说明逆流操作气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。

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。

工业生产中多用逆流操作。

五、塔填料选择阶梯环填料。

阶梯环是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。

由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。

锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的间隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。

阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前使用的环形填料中最为优良的一种选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格：六、填料塔塔径的计算1、液相物性数对低浓度吸收过程，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： 密度为:L ρ=998.2 kg/m3粘度为:μL=0.001004 Pa·S=3.6 kg/（m·h） 表面力为σL=72.6 dyn/cm =940896 kg/h2 2、气相物性数据：20℃下氨在水中的溶解度系数为：H=0.725kmol/(m3·kPa)。

混合气体的平均摩尔质量为：Mvm=0.05×17.03g/mol +0.95×29g/mol=28.40g/mol , 混合气体的平均密度为：ρvm =1.183 kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为: μv=1.81×10-5 Pa·S=0.065 kg/(m·h) 3、气相平衡数据20℃时NH3在水中的溶解度系数为H=0.725 kmol/(m3·kPa),常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为E=76.41kPa 。

4、物料衡算： 亨利系数SLHM E ρ=相平衡常数754.03.10102.18725.02.998=⨯⨯===P HM P E m S L ρE ——亨利系数 H ——溶解度系数 Ms ——相对摩尔质量m ——相对平衡常数 进塔气相摩尔比为：05263.005.0105.01=-=Y出塔气相摩尔比为：000105263.005.01)998.01(05.02=--⨯=Y混合气体流量：)/(83.994.2212932732400h kmol =⨯⨯惰性气体流量：)/(8385.94)05.01(83.99n h kmol G Q =-⨯=最小液气比：X2=0752.00754.005263.0000105263.005263.0)min (21212121=--=--=--=*X m Y Y Y X X Y Y QnG QnL取实际液气比为最小液气比的1.5倍，则可得吸收剂用量为：)/(977828.1065.18385.94752.0nl h kmol Q =⨯⨯= 04656.0977828.1068385.94*)000105263.005263.0()(nG 211=-=-=Qnl Y Y Q X则液气比：6792.04.28*04.24/240018*977828.106nL ==Q Q气体质量流量：h/kg 2.2839183.12400=⨯=V W液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：h kg W L /74.192702.18977828.106=⨯=填料总比表面积：at=114.2m2/m38/14/12.032gu lg ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛LV V L L L V t F K A a ρρωωμρρε4803.02.998183.12.283974.192775.1204.0004.12.998183.1927.02.1149.81u lg 8/14/12.032-=⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛F 331.0004.12.998183.1927.02.1149.81u 2.032=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛F 331.0007987.1*001185.0*36.1439.81u 2=⎥⎦⎤⎢⎣⎡F1.19007987.1*001185.0*36.143/81.33199.0u 2F ==）（F u =4.37m/su=0.80*F u =0.80*4.37=3.496m/smuV D S497.0496.33600/240044=⨯⨯==ππ取证后D=0.5m=500m2785.0hD L u ⨯=泛点率校核：s m u /397.35.0785.03600/24002=⨯=777.037.4/397.3/==F u u符合三散装的0.5——0.8581050/500>==d D液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为：)/(08.0)(3min h m m L W ⋅=32/2.114m m a t = 所以)/(136.92.11408.0)(23min min h m m a L U t W ⋅=⨯=⋅=min232)/(830.92.9985.0*5.0785.018*977828.106785.0U h m m D L U h〉⋅=⨯⨯=⋅=经以上校核可知，填料塔直径选用m D 5.0=合理。

七、填料层高度计算查表知， 0C，101.3 kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数s cm D /17.02=o 23))((o o o T TP P D D G =，则293k ，101.3kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数为/s 2cm 192.01.75)273293)(101.3101.3(D G D ==液相扩散系数s m D L /1080.129-⨯= 液体质量通量为)/(97923.98115.0785.018977828.10622h m kg U L ⋅=⨯⨯=气体质量通量为)/(26115.144675.0785.0183.1240022h m kg U V ⋅=⨯⨯=})()()()(45.1exp{12.0205.0221.075.0t L L L L t L L t L L c t w a U ga U a U a a σρρμσσ⋅⋅⋅⋅⋅--=-2/427680/33h kg cm dyn c ==σ351124.0})2.1149408962.99897923.9811()1027.12.9982.11497923.9811()6.32.11497923.9811()940896427680(45.1exp{12.0205.08221.075.0=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯--=-t w a a 气膜吸收系数由下式计算：)/(143.0)293314.8103600192.02.114()360010192.0183.1065.0()065.02.11426115.14467(237.0)()()(237.0243147.0317.0kpa h m kmol RTDa D a U V t V V V v t V G ⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=--ρμμκ液膜吸收系数由下式计算：517.0)2.9981027.16.3()36001080.12.9986.3()6.32.114351124.097923.9811(0095.0)()()(0095.031821932312132=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=---LL L L L L w L L g D a U ρμρμμκ查表得：45.1=ψha a kpa h m mol a a w L L w G G 105.2445.12.114351.0517.0)/(63.845.12.114351.0143.04.04.031.11.1=⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅⋅=⨯⨯⨯=⋅⋅=ψκκψκκ777.037.4/397.3/==F u u >0.5需要矫正由a u ua a u ua L FLG FGκκκκ⋅-⋅+='⋅-⋅+='])5.0(6.21[])5.0(5.91[2.24.1 得，h a kpa h m kmol a LG15.2805.24])5.08.0(6.21[)/(83.2363.8])5.08.0(5.91[2.234.1=⨯-⨯+='⋅⋅=⨯-⨯+='κκ则)/(21.115.28725.018.23111113kpa h m kmol a H a a L GG ⋅⋅=⨯+='⋅+'=κκκGa k ——气膜体积吸收系数，)/(3kPa h m kmol ⋅⋅； La k ——液膜体积吸收系数，h /1；mP a V a K V H G Y OG 42.05.0785.03.10121.118385.942=⨯⨯⨯=Ω⋅⋅=Ω⋅=κ气相总传质单元数为：0037549.00498.0754.02211===⨯==**mX Y mX Y668.0977828.1068385.94*754.0m nG ===nl q q S 1.15]668.00000105263.0005263.0)668.01ln[(668.011])1ln[(112221=+--⨯-⨯-=+--⋅--=**S Y Y Y Y S S N OG mN H Z OG OG 342.61.1542.0=⨯=⋅=设计取填料层高度为：m Z 7=对于阶梯环填料，m h D h6,15~8max ≤=将填料层分为2段设置，每段3.5m ，两段间设置一个液体再分布器。

八、压降的计算采用Eckert 通用关联图计算填料层压降横坐标为：0233.0)2.998183.1(183.1240018977828.106)(5.05.0=⨯⨯⨯=L V V L ρρωω已知：1127-=Φm P纵坐标为：177.0004.12.998183.181.91127397.32.022.02=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅ΦL L V P g u μρρψ 查图得，m pa Z P/1962=∆填料层压降为：kpa pa P 734.1371962=⨯=∆九、进出口管径的计算常压塔气体进出口管气速可取10～20m/s （高压塔气速低于此值）；液体进出口管气速可取0.8～1.5m/s 。