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：赵海江

学号：8107

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%。采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小量的倍。

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= Pa·S=3.6 kg/（m·h） 表面张力为σL= 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=(m3·kPa)。

混合气体的平均摩尔质量为：Mvm=×17.03g/mol +×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=×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= kmol/(m3·kPa),常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为E=。 4、物料衡算： 亨利系数

S

L

HM E ρ=

相平衡常数

754.03

.10102.18725.02

.998=⨯⨯===

P HM P E m S L ρ

E ——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=0

752.00754.005263.0000105263.005263.0)min (

2

1

212121=--=--=--=*

X m Y Y Y X X Y Y QnG QnL

取实际液气比为最小液气比的倍，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/m3

8

/14

/12.032g

u lg ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-=⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛L

V V L L L

V t F K A a ρρω

ωμρρε

4803

.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=⎥⎦⎤⎢⎣⎡F

1.19007987.1*001185.0*36.143/81.33199.0u 2F ==）（

F u =4.37m/s

u=*F u =*=3.496m/s

m

u

V D S

497.0496.33600

/240044=⨯⨯==

ππ

取证后D=0.5m=500m

2785.0h

D 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——

81050/500>==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 ⋅=⨯=⋅=

min

232

)/(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。