水吸收氨气填料塔设计
清水吸收氨气的填料塔装置设计
第五章 吸收塔塔体材料的选择 .....................................................................................19 5.1 吸收塔塔体材料 ...............................................................................................19 5.2 吸收塔的内径...................................................................................................19 5.3 壁厚的计算 ......................................................................................................19 5.4 强度校核..........................................................................................................19 第六章 封头的选型 .......................................................................................................20 6.1 封头的选型 ......................................................................................................20 6.2 封头材料的选择 ...............................................................................................20 6.3 封头的高..........................................................................................................20 6.4 封头的壁厚 ......................................................................................................20 第七章 管结构 ..............................................................................................................22 7.1 7.2 第八章 第九章 第十章 10.1 10.2 10.3 10.4 10.3 气体和液体的进出的装置 .................................................................................22 塔体各开孔补强设计 ........................................................................................22 填料塔的高度（不含支座） ..............................................................................24 容器的支座与焊接 ............................................................................................26 设备强度及稳定性分析 .....................................................................................27 设计压力的分析 .............................................................................................27 塔的质量分析 .................................................................................................27 圆筒轴向应力校核的分析 ...............................................................................28 风载荷的分析 .................................................................................................30 地震载荷的分析 .............................................................................................32
化工原理课程设计-水吸收氨填料吸收塔设计
化工原理课程设计-水吸收氨填料吸收塔设计一、背景介绍氨是一种重要的化学制品，用于制造各种类型的化学产品，也可用作氨加热系统的燃料，但它作为强氧化剂挥发到大气中，有害环境，因此必须采取对策进行处理，以保护我们的环境。
水吸收氨填料吸收塔是一种典型的操作过程，通过在塔内部放入一定量的吸收填料，使得氨气更有效地与液体相混合，从而降低氨的挥发率，防止它的溢出。
二、设计目的本设计的目的是设计一种能够有效降低氨气挥发率的水吸收氨填料吸收塔系统。
三、塔结构设计1.水吸收塔的形式：此水吸收塔采用真空反应塔的形式，包括加热装置、塔体及其重要部件。
2.水吸收塔的尺寸：该水吸收塔直径为3m，高度为12m，采用真空式反应塔设计。
3.吸收填料：此设计采用纤维吸收填料，其密度为180 kg/m3，吸附能力0.5％，并选择优质的、耐磨的材料，保证耐久性。
4.液相：选择介质为硝酸钠溶液，介质比重1.1，温度在25℃以下，以确保氨吸收剂的低温稳定性。
5.混合器：采用有效搅拌，减少氨气挥发，氨气完全溶于液体，增加氨气的反应机会，增加吸6.塔内设备：除了加热器，还设有安全阀等设备，以防出现意外。
四、设计步骤1.根据氨吸收水填料吸收塔的工艺特点，研究氨挥发的特性，确定反应条件，估算反应速率和塔的大小及包装密度。
2.确定吸收填料的类型，以保证其对氨气的特性挥发特性。
3.细化设计，考虑塔内混合器及其优势，同时留意水塔设计具体内容，计算安全阀等设备的大小，以及确定塔内设备的位置。
4.确认成本，包括：原材料、安装和实际操作。
五、最终结论本文研究了一套水吸收氨填料吸收塔，设计了其安全阀及其它设备，以及填料的特性，确定了反应条件，估算反应速率，详细设计了塔的形式，尺寸，位置等，通过认真的工作，可以提出设计方案，完成水吸收氨填料吸收塔的设计任务。
水吸收氨气填料吸收塔设计化工原理课程设计
《化工原理》课程设计水吸收氨气填料吸收塔设计附：设计任务书(1) 设计题目年处理量为吨氨气吸收塔设计试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。
混合气体的处理量为2600m3/h，其中含空气为94%，氨气为6%（体积分数，下同）。
要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%，采用清水进行吸收，吸收塔的用量为最小用量的 1.5 倍【20℃氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3·kPa)】(2) 工艺操作条件①操作平均压力：常压；②操作温度：t=20℃；③每年生产时间：7200h；④填料类型选用：聚丙烯阶梯环填料；规格：DN50（3）设计任务1.填料吸收塔的物料衡算；2.填料吸收塔的工艺尺寸设计与计算；3.填料吸收塔有关附属设备的设计和选型；4.绘制吸收系统的工艺流程图；5.编写设计说明书；6.对设计过程的评述和有关问题的讨论。
目录0. 前言 (5)1. 设计方案简述 (5)1.1 设计任务的意义 (5)1.2 设计结果 (5)2. 工艺流程简图及说明 (7)3. 工艺计算及主体设备设计 (8)3.1 液相物性数据 (8)3.2 气相物性数据 (8)3.3 物料计算 (8)3.4 平衡曲线方程及吸收剂用量的选择 (9)3.5 塔径的计算 (10)3.6 填料层高度的计算 (11)3.7 填料层压降计算 (14)4. 附属设备计算及选型 (15)4.1 液体分布器简要设计 (15)4.2 填料支承装置 (15)4.3 填料压紧装置 (15)4.4 液体再分布装置 (16)4.5 塔顶除沫装置 (16)4.6 塔附属高度及塔总高的计算 (16)4.7 填料塔接管尺寸算 (17)4.8 基础物性数据 (17)5. 计算结果概要 (18)6．对本设计的评述 (19)7. 附图 (20)7.1 工艺流程图 (20)7.2 主体设备装配图 (20)8.参考文献 (21)0. 前言在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大应用面广的重要单元设备。
水吸收氨气填料塔设计
前言在近代工业的发展中，塔设备已成为一个非常重要的单元设备，广泛应用于炼油、化工、制药等过程工业上，对吸收、蒸馏和洗涤有着不可或缺的作用。
它性能的优劣、技术水平的高低直接影响到产品的质量、产量、回收率、经济效益等各个方面。
所以研究新型的的塔设备和强化气液两相传质过程及工业生产有着重要的意义。
塔设备主要可分为两种：板式塔和填料塔。
板式塔和填料塔在过去几十年中的发展速度有快有慢，竞争能力时有强弱。
但总的来说，工业生产中因为处理量大所以还是以板式塔为主。
而对于填料塔，一般都是用于小量原料的处理。
但是在近些年来，人们对填料塔进行了大量的研究，却得了突破性的进展，目前应用规模的填料塔最大直径可达14~20m，突破了仅限于小塔的传统观念，并在现代化工生产中得到更为普遍的应用。
对于新型的填料塔来说，它还具有以下几个优点：（1）生产能力大，在需要大理论技术的分离过程中能耗小，可以更容易满足经济的应用热泵得要求。
（2）分离效率高（3）压降小（4）操作弹性大（5）持液量小利用填料塔去分离化工过程中的产物或者处理工业生产中对环境有害的污染物已越来越普遍，而且也趋于主流，对人们的日常生过也起着非常大的作用。
在使用填料塔进行分离物质时，必须事先对整个填料塔进行系统的计算与设计。
结合能效、操作条件、经济等方面去考虑。
充分了解到填料塔中个部分的物料情况和工作效益。
使整个填料塔分离过程能符合安全、环保、节能和高效益，能真正用于工业生产中。
氨是工业生产中一种极为重要的生产原料，在国民经济中占有重要地位。
除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。
合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。
但这种极为重要的化工原料却对人的生命有着严重的危害，如果在工业生产中操作有失误，会威胁这生产人员的性命安全。
水吸收氨气填料吸收塔课程设计
水吸收氨气填料吸收塔课程设计
氨气吸收塔课程设计是一个专门用于净化氨气的工程，其主要原理是利用水溶液与气体的有效反应以及吸收剂的特性，来去除氨气中的有害气体，以达到净化气体的目的。
氨气吸收塔课程设计的具体内容如下：
一、课程介绍
（1）氨气吸收塔的基本原理
（2）氨气吸收塔的设计原则
（3）氨气吸收塔的结构和运行条件
二、工程实施
（1）氨气吸收塔的净化原理
（2）氨气吸收塔的设计要求
（3）氨气吸收塔填料的选择和使用
（4）氨气吸收塔的安装要求
（5）氨气吸收塔的运行要求
三、技术支持
（1）氨气吸收塔的控制要点及工艺操作
（2）氨气吸收塔的安全限制
（3）氨气吸收塔的监测要点
（4）氨气吸收塔的维护和维修
四、结论
根据上述内容，我们可以总结出，要成功利用水吸收氨气填料吸收塔进行净化氨气，必须要正确地理解其原理、严格按照设计要求选择填料及安装要求，对控制要点及有害气体的安全限制进行管理，并对操作过程进行实时的监测和维护，从而确保净化气体的质量。
化工原理课程设计(水吸收氨填料吸收塔设计)
化工原理课程设计(水吸收氨填料吸收塔设计)目录第1节前言31.1填料塔的主体结构与特点31.2填料塔的设计任务及步骤31.3填料塔设计条件及操作条件4第2节精馏塔主体设计方案的确定42.1装置流程的确定42.2吸收剂的选择52.3填料的类型与选择52.3.1填料种类的选择52.3.2填料规格的选择52.3.3填料材质的选择62.4基础物性数据62.4.1液相物性数据62.4.2气相物性数据72.4.3气液相平衡数据72.4.4物料横算8第3节填料塔工艺尺寸的计算93.1塔径的计算93.2填料层高度的计算及分段113.2.1传质单元数的计算113.2.2传质单元高度的计算113.2.3填料层的分段143.3填料层压降的计算14第4节填料塔内件的类型及设计154.1塔内件类型154.2塔内件的设计164.2.1液体分布器设计的基本要求：164.2.2液体分布器布液能力的计算16注：171.填料塔设计结果一览表 (17)2.填料塔设计数据一览 (18)3.参考文献 (19)4.后记及其他 (19)附件一：塔设备流程图20附件二：塔设备设计图20表索引表 21工业常用吸收剂 (5)表 22 常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值 (6)图索引图 11 填料塔结构图 (3)图 31 Eckert图 (15)第1节前言1.1填料塔的主体结构与特点结构图错误!文档中没有指定样式的文字。
1所示：图错误!文档中没有指定样式的文字。
1 填料塔结构图填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以她特别适用于处理量小，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。
液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。
因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。
1.2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。
化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计(1)
化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计
(1)
化工原理课程设计——水吸收氨填料吸收塔设计
一、选择填料
本设计所选用的填料为塔形环状填料，其主要优点在于能够提高氨气
与水接触的时间和接触面积，从而提高吸收效率。
其次，填料的表面
积大，对氨气的吸附强度较高。
二、计算填料高度
根据质量平衡公式，吸收塔中氨气的质量=进入氨气的质量-出口氨气
的质量-吸收氨气的质量。
结合我们所设计的填料种类和工艺流程，可
以得到计算填料高度的公式：
θ=（W/N） ln [(C0-C)/(Co-Ct)]
其中，W是空气中氨气的质量流量，单位为kg/h；N是塔形环状填料每立方米的比表面积，单位为m²/m³；C0是氨气从入口口进入吸收器的
浓度，单位为mg/Nm³；Ct是出口处氨气的平均浓度，单位为mg/Nm³；
C是入口处水的浓度，单位为mg/L。
三、塔的直径
根据经验公式可得：填料在瞬间液晶表面液流速等于液降的经验公式。
v=1.2/(μ)½ (ΔP/ρ) ¼
其中，v是液体在塔体内部的平均流速，单位为m/s；μ是液体的粘度，单位为Pa*s；ΔP是液体在塔体内产生的液降，单位为Pa；ρ是液体
的密度，单位为kg/m³。
四、结论
经过以上各个方面的计算和分析，我们得到了适合本工艺流程，并且
具有高效的填料塔高度及塔直径，使本工艺流程吸收效率达到最优化
程度。
我们所选用的填料塔设计方案具有成本低、效率高及运行稳定
等特点，非常符合实际工序的需要。
水吸收氨过程填料吸收塔设计
一、设计任务书(一)设计题目试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。
混合气体的处理量为1000 m3/h，其中含氨气为8％（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02％（体积分数），采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。
（20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3.kPa）(二)操作条件1.操作压力为常压，操作温度20℃.2.填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。
3.工作日取每年300天，每天24小时连续进行。
(三)设计内容1.吸收塔的物料衡算；2.吸收塔的工艺尺寸计算；3.填料层压降的计算；4.吸收塔接管尺寸计算；5.吸收塔设计条件图；6.对设计过程的评述和有关问题的讨论。
二、设计方案(一)流程图及流程说明该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，和从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。
经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。
(二)填料及吸收剂的选择该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用25×12.5×1.4聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积at ：22332/mm空隙率ε：0.90湿填料因子Φ：1172m-填料常数 A:0.204 K：1.75见下图：根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，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。
三、工艺计算(一)基础物性数据 1.液相物性数据3998.2(/)L kg m ρ=6100410() 3.6(/)L Pa s kg m h μ-=⨯⋅=272.6(d y n /c )940896(/)L m k g h σ==931.7610(/)L D m s -=⨯2. 气相物性数据混合气体平均密度：31.166(/)v kg m ρ=c σ=427680(2/kg h )空气黏度：51.8110()0.065(/)v Pa s kg m h μ-=⨯⋅= 273K ，101.3Kpa.氨气在空气中扩散系数：200.17(/)D m s = (二)物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成20℃，101.3Kpa 下氨气在水中的溶解度系数 30.725/H kmol m kpa =998.20.7540.72518101.3s S E m P HM P ρ====⨯⨯进塔气相摩尔比： 10.080.087010.08Y ==-出塔气相摩尔比：20.00020.00020010.0002Y ==- 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：20X =混合气体流量 ：1100027341.59629322.4V ⨯==⨯ kmol/h进塔惰性气体流量： 41.596(10.08)38.268V =⨯-= kmol/h吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：12min 120.08700.0002000.752(0.0870/0.754)0e Y Y L V x X --⎛⎫=== ⎪--⎝⎭ 11e Y x m =取操作液气比为最小液气比的1.5倍，可得吸收剂用量为：0.75238.268 1.543.166/L Kmol h =⨯⨯= 根据全塔物料衡算式:()()()121212120.08700.0002000.07700.752 1.5V Y Y L X X V Y Y X LX L-=---=+==⨯液气比 ：43.166180.6661000 1.166l v W W ⨯==⨯ (三)塔径的计算 1.塔径的计算考虑到填料塔内塔的压力降,塔的操作压力为101.3KPa()()()()33330.08170.922928.04/101.31028.0410 1.166/8.314527320998.2/v L M Kg Kmol PM Kg m RT Kg m ρρ-=⨯+⨯=⨯⨯⨯∴===⨯+=液体密度可以近似取为采用贝恩----霍夫泛点关联式:112480.23lg f t v v L L L v L u a W A K g W ρρμρρε⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦即()20.231184223 1.166lg () 1.0049.81998.20.90 1.1660.204 1.750.666998.20.476f u ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎛⎫=-⨯⨯ ⎪⎝⎭=-3.017/f u m s = ()0.50.85f u u =-取泛点率为0.6. 即 0.60.6 3.017 1.810/f u u m s ==⨯=()4410000.4423.14 1.8103600sV D m u⨯===π⨯⨯圆整后取 ()()0.4400D m mm ==2.泛点率校核：210003600 2.212/0.7850.4u m s ==⨯ 2.2120.7333.017F u u ==（在0.5到0.85范围之间） 3.填料规格校核：40016825D d ==> 4.液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：)/(08.0)(3min h m m L W ⋅=23223/t a m m = 所以得32min min ()0.0822317.84/()W t U L a m m h =⋅=⨯=⋅263220.78543.16618998.2 6.17510/()0.7850.4hL U D m m h =⋅⨯⨯==⨯⋅⨯min U U >故满足最小喷淋密度的要求.(四)填料层高度计算 1.传质单元高度计算273K ，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数20.17(/)o D cm s =.由3/2000V p T D D p T ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,则293K ，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数20.189(/)v D cm s =293K ，101.3kpa 下，氨气在水中的扩散系数()921.7610/L D m s -=⨯ (查化工原理附录)*110.7540.07700.0581Y mX ==⨯= *220Y mX ==脱吸因数为：0.7540.6680.752 1.5mV S L ===⨯ 气相总传质单元数为：()*12*221ln 11OGY Y N S S S Y Y ⎡⎤-=-+⎢⎥--⎣⎦=()10.08700ln 10.6680.66810.6680.0002000-⎡⎤-+⎢⎥--⎣⎦=14.992气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：0.050.20.10.752221exp 1.45w c L t L L t L t L L L t L a U a U U a a a g σσμρσρ-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭液体质量通量为：22243.166186186.21/()0.7850.7850.4L L W U Kg m h D ⨯===⋅⨯⨯ 气体质量通量为：2221000 1.1669283.44/()0.7850.7850.4v v W U Kg m h D ⨯===⋅⨯⨯ 故20.750.10.052820.24276806186.216186.212231exp{ 1.45()()()940896223 3.6998.2 1.27106186.21()}998.29408962230.2476w t a a -⨯=--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=气膜吸收系数：10.7310.74340.2379283.440.0652230.1891036000.2372230.0658.3142931.1660.189103600 0.1273V V t V G t V V V U a D k a D RT μμρ--⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⨯⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=液膜吸收系数:211323121833290.00956186.21 3.6 3.6 1.27100.00950.2476223 3.6998.2998.2 1.761036000.3037(/)L L L L w L L L L U g k a D m h μμμρρ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=查表得ψ=1.35 故1.1G G W K a K a ψ==0.1273⨯0.2476⨯223⨯ 1.11.35=9.778()3/Kmol m h kpa ⋅⋅ 0.4L L W K a K a ψ==0.3037⨯0.2476⨯223⨯0.41.35=18.907()3/kmol m h kpaf =fuu =0.733>0.5 以下公式为修正计算公式：1.419.50.5G G f u K a K a u ⎡⎤⎛⎫'⎢⎥=+- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()()1.4319.50.2339.77821.864/Kmol m h kpa ⎡⎤=+⨯⨯⎣⎦=⋅⋅2.219.50.5L L f u K a K au ⎡⎤⎛⎫⎢⎥'=+- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()()2.2319.50.23318.90726.194/kmol m h kpa =+⨯⨯=则 111G G L K a K a HK a =+'' （H 为溶解度系数）；=11121.8640.72526.194+⨯=10.1633/()Kmol m h kpa ⋅⋅由 OG Y G V VH K a K aP ==ΩΩ=238.26810.163101.30.7850.4⨯⨯⨯=0.296m 2. 填料层高度的计算由 0.29614.992 4.438OG OG Z H N m =⋅=⨯= 取上下活动系数为1.51.5 1.5 4.438 6.657Z m Z'==⨯=故 取填料层高度为7m.查[2]化工原理课程设计213页表5-41散装填料分段高度推荐值查得：塑料阶梯环 h/D ⊂8～15 max 6h m ≤ 取h/D=10 得 h=10⨯0.4=4m故 填料层需要分为二段，高度分别为3.5m. (五) 填料塔压降的计算采用Eckert 通用关联图计算填料层压降横坐标为：0.50.51.1660.666998.2V LVL WW ρρ⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=0.0228查[2]P 215表5-44得：189P m -Φ=纵坐标为：220.20.22.212891 1.166 1.0040.05239.81998.2V P L L u g ρψμρΦ⨯⨯⋅⋅=⨯⨯=查图得859.81833.85/Pp a m Z∆=⨯= 填料层压降为：833.857 5.84P pa Kpa ∆=⨯=Eckert 图(六) 吸收塔的主要接管尺寸的计算 1、气体进料管由于常压下塔气体进出口管气速可取12～20/m s ，故若取气体进出口流速近似为16m/s ，则由公式24V q d u π=可求得气体进出口内径为41000/3600148.710.78516V q d mm u π===⨯ 采用直管进料，由《化工原理》 第三版 上册 [谭天恩等主编 化学工业出版社]P269查得选择1563mm mm Φ⨯热轧无缝钢管，则 2241000/3600'15.73/0.785(0.1560.0032)V q u m s d π===⨯-⨯（在符合范围内） 气体进出口压降:进口：()221111.16615.73144.2522p u Pa ρ∆==⨯⨯= 出口：()222110.50.5 1.16615.7372.1322p u Pa ρ∆=⨯=⨯⨯⨯=2、液体进料管由于常压下塔液体进出口管速可取13/m s ，故若取液体进出口流速近似为 2.6m/s ，则由公式24V q d u π=可求得液体进出口内径为46186.210.029998.236000.785 2.6V q d m u π===⨯⨯⨯ 采用直管进料，由《化工原理》第三版 上册 [谭天恩等主编 化学工业出版社]P368查得选择384mm mm Φ⨯热轧无缝钢管，则 2246186.21/(998.23600)' 2.44/0.785(0.0380.0042)V q u m s d π⨯===⨯-⨯（在符合范围内） (七)吸收塔设计条件图表 吸收塔类型聚丙烯阶梯环吸收填料塔混合气体处理量（m 3/h ） 1000 塔径D （m ） 0.4 填料层高度Z （m ） 7 气相总传质单元高度（m ） 0.296 气相总传质单元数 14.992 泛点气速（m/s ） 3.017 泛点率 0.733 压降（kpa ） 5.15 操作压力（kpa ） 101.3 操作温度（℃） 20 填料直径（mm ） 25 孔隙率ε0.90水吸收氨吸收塔设计填料比表面积a(㎡/m 3) 223 填料常数A 0.204 填料常数K1.75四、符号说明a ——填料层的有效传质比表面积（m ²/m ³）w a ——填料层的润滑比表面积m ²/m ³A ——吸收因数;无因次d ——填料直径，mm ；p d ——填料当量直径，mmD ——扩散系数，m ²/s ； 塔径E ——亨利系数，KPag ——重力加速度，kg/(m².h)H ——溶解度系数，kmol /(m ³.KPa)OG H ——气相总传质单元高度，mG k ——气膜吸收系数, kmol /(m ³.s.KPa)OG N ——气相总传质系数，无因次L k ——气膜吸收系数, kmol /(m ³.s.KPa)R ——气体通用常数，8.314kJ/(kmol.K)S ——解吸因子T ——温度，0Cu ——空塔速度，m/sf u ——液泛速度，m/sV ——惰性气体流量，kmol/hS V ——混合气体体积流量，m 3/h1V ——混合气体流量，kmol/hL ——是吸收液量 kmol/hΦ——填料因子， m-1S L ——吸收剂用量kmol/h; kmol/sΦp ——压降填料因子， m -1Ψ——液体密度校正系数x ——溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次y ——溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次Z ——填料层高度 mmin ——最小的max ——最大的μ——粘度 Pa.sρ——密度 kg/m 3σ——表面张力 N/mε——孔隙率m ——相平衡常数，无因次五、对设计过程的评述水吸收氨吸收塔设计这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。
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化工原理课程设计
课程名称: _ 化工原理
设计题目: __水吸收空气中氨填料塔的工艺设计____ 院系: ___化学与生物工程学院__________
学生姓名: _____王永奇__________
学号: ____________
专业班级: __化学工程与工艺093_
指导教师: ______张玉洁_________
化工原理课程设计任务书
一、设计题目：水吸收空气中的氨填料塔的工艺设计
二、设计条件
1.生产能力：每小时处理混合气体4500Nm/h；
2.设备型式：填料塔
3.操作压力：
4.操作温度：298K
5.进塔混合气中含氨8%（体积比）
6.氨的回收率为99%
7.每年按330天计，每天24小时连续生产
8.建厂地址：兰州地区
9.要求每米填料的压降都不大于103Pa
三、设计步骤及要求
1. 确定设计方案
（1）流程的选择
（2）初选填料类型
（3）吸收剂的选择
2.查阅物料的物性数据
（1）溶液的密度、粘度、表面张力、氨在水中的扩散系数
（2）气相密度、粘度、表面张力、氨在空气中的扩散系数
（3）氨在水中溶解的相平衡数据
3.物料衡算
（1）确定塔顶、塔底的气液流量和组成
（2）确定泛点气速和塔径
（3）校核D/d>8～10
（4）液体喷淋密度校核：实际的喷淋密度要大于最小的喷淋密度。
4.填料层高度计算
5.填料层压降校核
如果不符合上述要求重新进行以上计算
6.填料塔附件的选择
（1）液体分布装置
（2）液体在分布装置
（3）填料支撑装置
（4）气体的入塔分布
7.计算结果列表（见下表）
四、设计成果
1. 设计说明书（A4）
（1）内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录
（2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印。
2.精馏塔工艺条件图（2号图纸）（手绘）
五、时间安排
（1）第十九周---第二十二周
（2）第二十二周的星期五（7月20日）下午两点本人亲自到指定地点交设计成果，最迟不得晚于星期五的十八点钟。
六、设计考核
（1）设计是否独立完成；
（2）设计说明书的编写是否规范
（3）工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范
（4）答辩
七、参考资料
1.《化工原理课程设计》贾绍义柴成敬天津科学技术出版社
2.《现代填料塔技术》王树盈中国石化出版社
3.化工原理夏清天津科学技术出版社
填料吸收塔设计一览表
1.设计方案简介
用水吸收氨气为提高传质效率，选用逆流吸收流程。
对于水吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。
在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用50N D 聚丙烯阶梯环填料。
[1][2]
2．工艺计算
基础物性数据 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。
[1][3]由手册查得，25℃时水的有关物性数据如下：
密度为 3997.05/L kg m ρ=
粘度为 30.894910 3.2/()L Pa S kg m h μ-=⨯⋅=⋅ 表面张力为 271.9/931824/L dyn cm kg h σ== 氨气在水中的扩散系数为 628.53210/L D m h -=⨯ 气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为 混合气体的平均密度为
混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得25℃空气的粘度为 查手册得氨气在空气中的扩散系数为 相平衡数据
由手册查得，常压下25℃时氨气在水中的亨利系数为[1] 相平衡常数为 溶解度系数为 物料衡算
进塔气相摩尔比为 出塔气相摩尔比为 进塔惰性气相流量为
该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即
对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 取操作液气比为
填料塔的工艺尺寸的计算
采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 Eckert 通用关联图的横坐标为 查图5-21得 查表5-11得
取 s m u u F /476.2537.37.07.0=⨯==
由 m u
V D S
767.0476
.214.33600
/25273273
450044=⨯+⨯
⨯==
π 圆整塔径，取 m D 8.0=。
泛点率校核：
οοοο44.646444.0100537
.3279.2==⨯=F u u （在允许的范围之内）
填料规格校核： 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 查附录五得
经以上校核可知，填料塔直径选用D=800mm 合理。
填料层高度计算
脱吸因数为
气相总传质单元数为
气相总传质单元数采用修正的恩田关联式计算：
查表5-13得 液体质量通量为 气漠吸收系数由下式计算：
气体质量通量为
液漠吸收系数由下式计算： 由 1.1G G W k a k a ψ=，查表得 :
则 1.1G G W k a k a ψ= 由 , 1.4, 2.2[19.5(
0.5)],[1 2.6(0.5)]G G L L F F
u u
k a k a k a k a u u =+-=+-，得 则 ,,11
1
G G L k a k a Hk a =
+
由 OG Y G V V
H K a K aP =
=ΩΩ
由 5.960m 7389.10555.0=⨯==OG OG N H Z 设计取填料层高度为 查表，对于阶梯环填料，m h D
6,158h
max ≤-= 取
8,h
D
=则 计算得填料层高度为8000 mm ，故需分段，分为两段，每段4000mm 。
填料层压降计算
采用Eckert 通用关联图计算填料层压降。
横坐标为
查表得，189P m -Φ= 纵坐标为 查图得
填料层压降为 液体分布器简要设计
该吸收塔塔径较小D=500mm ，而多孔直管式喷淋器适用于600mm 以下的塔，因此在本次设计中我采用多孔直管式喷淋器作为液体的喷淋装置。
按Eckert 建议值，D=500mm 时，喷淋点密度为285点2/m ，，因此设计取喷淋点为285点2/m 。
布液点数为
按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。
设计结果为：分布为11道环圆孔，每道孔分布5个孔，实际设计布点数为n=55点，如图1-1所示。
图1-1 直管式液体分布器的分液点示意图
由 204
S L d n π
=
取 0.60,160H mm φ=∆= 设计取 04d mm =。
3. 辅助设备的计算及选型
填料支承装置
支承板是用以支承填料和塔内持液的部件。
常用的填料支承板有栅板型、孔管型、驼峰型等。
对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型支承板。
设计中，为防止在填料支承装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支承装置的自由截面积应大于75%。
在本次设计中，我选用的是孔管型支承装置。
填料压紧装置
为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。
填料压紧装置有压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等不同类型。
对于散装填料，可选用压紧网板，也可选用压紧栅板。
设计中，为防止在填料压紧装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料压紧装置的自由截面积应大于70%。
在本次设计中，我选用的是压紧栅板。
4.结论
这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。
填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。
填料塔的结构较简单，压降低等特点。
在本次设计过程中，我通过各种书籍独立查找出各个物性数据，然后根据设计书上的步骤按要求算出各个物理量。
但是在整个计算过程中，由于有些物理量没有完全掌握，所以计算过程中出现了不少问题。
而在运用Eckert通用关联图计算泛点气速中，我觉得通过查表得出的数据有一定的差距，不能得到较为精确的数值。
在整个设计过程中，由于数据繁多，所以整个计算过程都必须特别的小心，尽管如此，我认识还是有一些失误存在。
通过这次设计，让我学习到了很多以前没有接触过的知识。
能够学习到不同方面的知识。
通过这次设计，不仅能提高自己的动手能力和思维能力，同时也能够提高相关知识的运用能力。
5．参考文献
[1] 贾绍义 , 柴成敬.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，2004.
[2] 王树盈 .现代填料塔技术 .北京：中国石化出版社，2010.
[3] 夏清 .化工原理.天津:天津科学技术出版社.
6.附录。