化工基本知识水吸收氨填料塔设计
水吸收氨过程填料吸收塔设计
设计任务书（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3350m3/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）填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选（四）工作日每年300天，每天24小时连续运行（五）厂址广西柳州（六）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、液体分布器简要设计5、绘制生产工艺流程图6、绘制吸收塔设计条件图7、对设计过程的评述和有关问题的讨论（七）设计基础数据20℃下氨在水中的溶解度系数为H=0.725Kmol/(m3*Kpa).目录（一）设计方案简介 (4)（二）工艺计算 (4)1．基础物性数据（1）液相物性的数据 (5)（2）气相物性数据 (5)（3）气液相平衡数据 (5)（4）物料衡算 (5)2．填料塔的工艺尺寸的计算（1）塔径的计算 (6)（2）填料层高度计算 (7)3．填料层压降计算 (9)4．液体分布器简要设计……………………………………………………………10(三) 辅助设备的计算及选型 (10)(四) 设计一览表 (12)（五）对本设计的评述 (12)（六）参考文献 (13)（七）主要符号说明 (14)（八）附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图）（一）设计方案简介一．方案的的确定12．吸收塔的工艺尺寸的计算（1）塔径计算气相质量流量为w=3500×1.181=4133.5 ㎏/hv液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即=155.88×18.02=2808.96 ㎏/hWL用贝恩—霍根关联式计算泛点气速：㏒[查附录五得空隙率 =0.927计算得u F=4.375 m/s取u =0.8 u F=0.8 4.375=3.5 m/s由D===0.595 m圆整塔径，取 D=0.6 m泛点率校核：u==3.440 m/s== 78.63% (在允许范围内)填料规格校核：==14>8 液体喷淋密度校核：取最小润湿速度为（Lw ）min=0.08 m3/(m·h)查常用散装填料的特性参数表，得at=114.2 m2/m3U min =（Lw）minat=114.2×0.08=9.136 m3/m2·hU==9.96＞Umin经以上校核可知，填料塔直径选用D=600mm是合理的。
化工原理课程设计水吸收氨气填料塔设计
《化工原理》课程设计——水吸收氨气填料塔设计学院专业班级姓名学号指导教师2012年12月11 日设计任务书水吸收氨气填料塔设计（一）设计题目试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的氨气。
混合气体的处理量为____3200____m3/h，其中含氨为____8%____（体积分数），混合气体的进料温度为25℃。
要求：①塔顶排放气体中含氨低于____0.04%____（体积分数）；（二）操作条件（1）操作压力：常压（2）操作温度：20℃（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定（三）填料类型聚丙烯阶梯环吸收填料塔（四）设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）吸收塔的物料衡算；（3）吸收塔的工艺尺寸计算；（4）填料层压降的计算；（5）液体分布器简要设计；（6）绘制液体分布器施工图（7）吸收塔接管尺寸计算；（8）设计参数一览表；（9）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；（10）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）；（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
目录前言 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。
第一节填料塔主体设计方案的确定.................................................. 错误!未定义书签。
1.1装置流程的确定 .................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2 吸收剂的选择.................................................................................. 错误!未定义书签。
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。
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。
化工课程设计_水吸收氨填料吸收塔的设计
天津农学院化工原理课程设计任务书设计题目：水吸收氨过程填料吸收塔的设计专业：食品科学与工程（1）班学生姓名： xx学号: xxx起迄日期： 2014.12.15指导教师：王步江化工原理课程设计任务书化工原理课程设计任务书天津农学院课程设计说明书设计名称化工原理课程设计设计题目水吸收氨过程填料吸收塔设计设计时间2014年12月系别食品科学系专业食品科学与工程班级1班姓名xxx指导教师xxx20114 年12 月15 日化工原理课程设计说明书目录一.设计方案简介 (1)二.设计计算 (2)（一）设计方案的确定 (2)（二）填料的选择 (2)（三）基础物性数据 (2)1.液相物性数据 (2)2.气相物性数据 (2)3.气液相平衡数据 (2)（四）物料衡算 (3)（五）填料塔的工艺尺寸的衡算 (3)1.塔径计算 (3)2.填料层高度计算 (4)（六）填料层压降计算 (6)（七）液体分布器简要设计 (6)1.液体分布器的选型 (6)2.分布点密度计算 (7)3.布液计算 (7)（八）计算结果列表 (8)三．设计体会 (8)四．参考文献 (8)一、设计方案简介：塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备，根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。
板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。
在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。
填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上流动，气液两相密切接触进行传质与传热。
在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。
工业上，塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元操作过程。
蒸馏过程多选用板式塔，而吸收过程多选用填料塔。
本次题目要求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341310m3/h，其中含氨为5%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.12%（体积分数）。
水吸收氨过程填料吸收塔设计
一、設計任務書(一)設計題目試設計一座填料吸收塔，用於脫除混於空氣中的氨氣。
混合氣體的處理量為1000 m3/h，其中含氨氣為8％（體積分數），要求塔頂排放氣體中含氨低於0.02％（體積分數），採用清水進行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。
（20℃氨在水中的溶解度係數為H＝0.725kmol/（m3.kPa）(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填料，填料規格自選。
3.工作日取每年300天，每天24小時連續進行。
(三)設計內容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.吸收塔設計條件圖；6.對設計過程的評述和有關問題的討論。
二、設計方案(一)流程圖及流程說明該填料塔中，氨氣和空氣混合後，經由填料塔的下側進入填料塔中，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。
經吸收後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聚丙烯階梯環塔填料，其主要性能參數如下：比表面積at ：22332/mm空隙率ε：0.90濕填料因數Φ：1172m-填料常數 A:0.204 K：1.75見下圖：根據所要處理的混合氣體，可採用水為吸收劑，其廉價易得，物理化學性能穩定，選擇性好，符合吸收過程對吸收劑的基本要求。
三、工藝計算(一)基礎物性數據1.液相物性數據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. 氣相物性數據 混合氣體平均密度：31.166(/)v kg m ρ=c σ=427680(2/kg h )空氣黏度：51.8110()0.065(/)v Pa s kg m h μ-=⨯⋅=273K ，101.3Kpa.氨氣在空氣中擴散係數：200.17(/)D ms =(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係數 30.725/H kmol m kpa = 998.20.7540.72518101.3s S E m P HM P ρ====⨯⨯進塔氣相摩爾比： 10.080.087010.08Y ==- 出塔氣相摩爾比：20.00020.00020010.0002Y ==- 對於純溶劑吸收過程，進塔液相組成：20X =混合氣體流量 ：1100027341.59629322.4V ⨯==⨯ kmol/h 進塔惰性氣體流量： 41.596(10.08)38.268V =⨯-= kmol/h吸收過程屬於低濃度吸收，平衡關係為直線，最小液氣比可按下式計算：12min 120.08700.0002000.752(0.0870/0.754)0e Y Y L V x X --⎛⎫=== ⎪--⎝⎭ 11e Y x m =取操作液氣比為最小液氣比的1.5倍，可得吸收劑用量為：0.75238.268 1.543.166/L Kmol h =⨯⨯=根據全塔物料衡算式:()()()121212120.08700.0002000.07700.752 1.5V Y Y L X X V Y Y X LX L -=---=+==⨯液氣比 ： 43.166180.6661000 1.166l v W W ⨯==⨯ (三)塔徑的計算1.塔徑的計算考慮到填料塔內塔的壓力降,塔的操作壓力為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採用貝恩----霍夫泛點關聯式: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 =-取泛點率為0.6. 即 0.60.6 3.017 1.810/f u u m s ==⨯=()4410000.4423.14 1.8103600s V D m u ⨯===π⨯⨯ 圓整後取 ()()0.4400D m mm ==2.泛點率校核：210003600 2.212/0.7850.4u m s ==⨯ 2.2120.7333.017F u u ==（在0.5到0.85範圍之間） 3.填料規格校核： 40016825D d ==> 4.液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：)/(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 >故滿足最小噴淋密度的要求.(四)填料層高度計算1.傳質單元高度計算273K ，101.3kpa 下，氨氣在空氣中的擴散係數20.17(/)o D cm s =.由3/2000V p T D D p T ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,則 293K ，101.3kpa 下，氨氣在空氣中的擴散係數20.189(/)v D cm s =293K ，101.3kpa 下，氨氣在水中的擴散係數()921.7610/L D m s -=⨯ (查化工原理附錄)*110.7540.07700.0581Y mX ==⨯=*220Y mX ==脫吸因數為：0.7540.6680.752 1.5mV S L ===⨯ 氣相總傳質單元數為：()*12*221ln 11OG Y Y N S S S Y Y ⎡⎤-=-+⎢⎥--⎣⎦=()10.08700ln 10.6680.66810.6680.0002000-⎡⎤-+⎢⎥--⎣⎦ =14.992氣相總傳質單元高度採用修正的恩田關聯式計算：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-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭液體品質通量為：22243.166186186.21/()0.7850.7850.4L L W U Kg m h D ⨯===⋅⨯⨯ 氣體品質通量為：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 -⨯=--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=氣膜吸收係數：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--⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⨯⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭= 液膜吸收係數: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 kpa f =fu u =0.733>0.5 以下公式為修正計算公式：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 a u ⎡⎤⎛⎫⎢⎥'=+- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ ()()2.2319.50.23318.90726.194/kmol m h kpa =+⨯⨯=。
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。
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广东石油化工学院化工原理课程设计题目: 水吸收氨填料塔的设计指导教师: 李燕成绩评阅教师目录第一节前言 (4)1.1 填料塔的主体结构与特点 (4)1.2 填料塔的设计任务及步骤 (4)1.3 填料塔设计条件及操作条件 (5)第二节填料塔主体设计方案的确定 (5)2.1 装置流程的确定 (5)2.2 吸收剂的选择 (5)2.3填料的类型与选择 (6)2.3.1 填料种类的选择 (6)2.3.2 填料规格的选择 (6)2.3.3 填料材质的选择 (6)2.4 基础物性数据 (6)2.4.1 液相物性数据 (6)2.4.2 气相物性数据 (7)2.4.3 气液相平衡数据 (7)2.4.4 物料横算 (7)第三节填料塔工艺尺寸的计算 (8)3.1 塔径的计算 (8)3.2 填料层高度的计算及分段 (10)3.2.1 传质单元数的计算 (10)3.2.3 填料层的分段 (12)3.3 填料层压降的计算 (12)第四节填料塔内件的类型及设计 (13)4.1 塔内件类型 (13)4.2 塔内件的设计 (13)4.2.1 液体分布器设计的基本要求： (13)4.2.2 液体分布器布液能力的计算 (13)注：1填料塔设计结果一览表 (14)2 填料塔设计数据一览 (14)3 参考文献 (16)4 对本设计的评述或有关问题的分析讨论 (16)第一节前言1.1填料塔的主体结构与特点结构：图1-1 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肖，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。
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。
1.3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% （体积含量即为摩尔含量）3. 混合气体流量2547m3/h4. 操作温度293K5. 混合气体压力101.3KPa6. 回收率99.98%7. 采用清水为吸收剂8. 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Dn16\Dn25\Dn38\ 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/d≥20~30鞍环D/d≥15鲍尔环D/d≥10~15阶梯环D/d>8环矩鞍D/d>82.3.3 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. 3998.2/l kg m ρ=2. 0.001.3.6/.l pa s kg m h μ==黏度：3. 表面张力为:272.6/940896/z dyn cm kg h σ==4. 3320:0.725/CNH H kmol m kpa ︒=⋅5. 62320:7.3410/l CNH D m h -︒=⨯6. 22320:0.225//v CNH D cm s m h ︒==2.4.2 气相物性数据1. 混合气体的平均摩尔质量为∑=⨯+⨯==3441.28299452.00304.170548.0i i VM m y M (2-1) 2. 混合气体的平均密度由1787.1293314.83441.283.101=⨯⨯==RT PM VM vm ρ (2-2) R=8.3143. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。
查手册得20C ︒时，空气的黏度551.7310622810/v pa s kg m h μ--=⨯⋅=⨯⋅注：211/N kg m s =⋅ 12211/1/Pa N m kg s m ==⋅ 1Pa..s=1kg/m.s2.4.3 气液相平衡数据由手册查得，常压下，200C 时，NH 3在水中的亨利系数为 E=76.3kpa0320NH C 时,在水中的溶解度: H=0.725kmol/m相平衡常数：0.7532Em P == (2-3)溶解度系数:3998.2/76.318.020.726/LSH EM kmol kpa m ρ==⨯=⋅ (2-4)2.4.4 物料横算1. 进塔气相摩尔比为05798.00548.010548.01111=-=-=y y Y (2-5) 2. 出塔气相摩尔比为000011596.0)9998.01(05798.0)1(12=-⨯=-=A y Y ϕ (2-6)3. 进塔惰性气体流量:h kmol V /138.100)0548.01(202732734.222547=-+⨯=. (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：12min 12/Y Y L V Y m X -⎛⎫= ⎪-⎝⎭ (2-8) 因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成20X =所以 7528.0753.0/05798.000001159.005798.0/)(2121min =-=--=X m Y Y Y V L 选择操作液气比为2798.1)(7.1min ==VLV L （2-9） L=1.27984×100.138=128.1610297kmol/h 因为V(Y 1-Y 2)=L(X 1-X 2) X 10953.0=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 f =0.5~0.85贝恩（Bain ）—霍根（Hougen ）关联式 ，即：2213lg V F L L u a g ρμερ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦=A-K 141V L V L w w ρρ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ （3-1）即：81412.02)2.9981787.1()15.300246.2309(75.10942.0]1)2.9981787.1)(917.0100(81.9lg[-=Fμ所以：1m /s 3.95892805=F μ 其中：f u ——泛点气速，m/s;g ——重力加速度，9.81m/s 2 23t m /m α--填料总比表面积，33m /m ε--填料层空隙率33V 998.2/1.1836kg /m l kg m ρρ==液相密度。
气相密度W L =2306.898535㎏/h W V =3002.6kg/h A=0.0942； K=1.75； 取u=0.7 1m /s 3.95892805=F μ5703.0360077123.214.3254744=⨯⨯⨯==πμSV D （3-2）圆整塔径后 D=0.6m 1. 泛点速率校核：s m /5035.236006.0785.025472=⨯⨯=μ6324.09589.35035.2==F μμ 则Fuu 在允许范围内 2. 根据填料规格校核：D/d=600/50=12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()3min 0.08m /m h w L ⋅为。
()32min min 0.081008/w t U L m m h α==⨯=⋅ （3-3）min 81869.86.0785.02.9984618.230975.02=>=⨯⨯=⨯⨯=D w U L L ρ （3-4） 经过以上校验，填料塔直径设计为D=600mm 合理。
3.2 填料层高度的计算及分段034119.07532.00453.01*1=⨯==mX Y （3-5）*220Y mX == （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12OG MY Y N Y -=∆ （3-7） ()**1122*11*22()lnMY Y Y Y Y Y Y Y Y ---∆=-- （3-8）=00001159.0ln 034119.000001159.005798.0--=0.0031263.2.2 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：()0.750.10.0520.2221exp 1.45/t c l L t L L V t w l t l L U U U g ασαρσαασαμρ-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭（3-9）即：αw/αt =0.34369529液体质量通量为：L u =L W /0.785×0.6×0.6=8172.193047kg/(㎡•h) 气体质量通量为： V u =2547×1.1787/0.36=8339.3025kg/(㎡•h) 气膜吸收系数由下式计算：()10.730.237()/Vt VG v v V t vU D k D RTαμραμ⋅⎛⎫=⋅⎪⎝⎭（3-10） =0.237(10623.3159÷100×0.062287.0)0.06228÷1.1787÷0.0813.0)(100×0.081÷8.314÷293)=0.1250394926kmol/(㎡h kpa) 液膜吸收数据由下式计算：2113230.0095L L L L w l L L L U g K D μμαμρρ-⎛⎫⎛⎫⎛⎫⋅= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ (3-11）=0.53980137m/h 因为 1.45ψ=1.1G G W K K ααϕ==0.12503×0.343695×1.145.1×100 （3-12）=6.46684742kmol/(m3 h kpa)0.4L L W K K ααϕ= =0.539801×100×0.34369529×4.045.1 （3-13）=21.52556kmol/h因为：Fuu =0.6324所以需要用以下式进行校正：1.4'19.50.5G G F u k k u αα⎡⎤⎛⎫⎢⎥⋅=+-⋅ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（3-14）=[1＋9.5(0.6324－0.54.1)] 6.46684=10.089773kmol/(m3 h kpa)2.2'1 2.60.5l L F u k k u αα⎡⎤⎛⎫⎢⎥⋅=+-⋅ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（3-15）=[1＋ 2.6 (0.6324－0.52.2)]21.52556=22.18031884/h''111G G L K K HK ααα=+ （3-16）=1÷(1÷10.089773+1÷0.726÷22.18031884)=6.203057 kmol/(m3 h kpa)OG Y G V V H K K P αα==ΩΩ（3-17）=100.138÷6.203057÷101.3÷0.36÷0.785 =0.56291mOG OG Z H N = （3-18） =0.56291×18.53617054=10.45277m,得'Z =1.2×10.45277=12.548m 设计取填料层高度为'Z =13m3.2.3 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=5~10。