化工原理课程设计预案水吸收氨气

《化工原理》课程设计水汲取氨气填料塔设计学院医药化工学院专业化学工程与工艺班级姓名姚学号090350==指导教师蒋赣、严正芳2011年 12 月 25 日目录序言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 1.水汲取氨气填料塔工方案介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4任及操作条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4 案确实定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 41.3 填料的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 42.工算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62.1 基物性数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62.1.1 液相物性的数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 62.1.2 气相物性的数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 62.1.3 气液相均衡数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 62.1.4 物料衡算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 72.2 填料塔的工尺寸的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72.2.1 塔径的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 72.2.2 填料高度算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 92.2.3 填料降算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 122.2.4 液体散布器要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133.助的算及型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153.1 填料支承⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 15填料装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 液体再散布装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯164. 一表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯175. 后⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯186. 参照文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯107. 主要符号明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯108.附（工流程、主体条件）前言在炼油、石油化工、精美化工、食品、医药及环保等部门，塔设施属于使用量大应用面广的重要单元设施。

塔设施宽泛用于蒸馏、汲取、萃取、清洗、传热等单元操作中。

所以塔设施的研究向来是国内外学者广泛关注的重要课题。

在化学工业中，常常需要将气体混淆物中的各个组分加以分别，其主要目的是回收气体混淆物中的实用物质，以制取产品，或除掉工艺气体中的有害成分，负气体净化，以便进一步加工办理，或除掉工业放空尾气中的有害成分，免得污染空气。

汲取操作是气体混淆物分别方法之一，它是依据混淆物中各组分在某一种溶剂中溶解度不一样而达到分别的目的。

塔设施按其构造形式基本上可分为两类；板式塔和填料塔。

从前在工业生产中，当办理量大时多用板式塔，办理量小时采纳填料塔。

最近几年出处于填料塔构造的改良，新式的、高负荷填料的开发，既提高了塔的经过能力和分别效能又保持了压降小、性能稳固等特色。

所以，填料塔已经被推行到大型气、液操作中，在某些场合还取代了传统的板式塔。

此刻，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非稀有。

跟着对填料塔的研究和开发，性能优秀的填料塔势必大批用于工业生产中。

综合观察各分别汲取设施中以填料塔为代表，填料塔技术用于各种工业物系的分离, 固然设计的要点在塔体及塔内件等核心部分 , 但与之相当套的外面工艺和换热系统应视详细的工程特别性作相应的改良。

比如在 DMF回收装置的扩产改造项目中 , 要求利用原常压塔塔顶蒸汽 , 工艺上能够在常压塔及新增减压塔之间采纳双效蒸馏技术 , 达到降低能耗、提高产量的两重成效，在硝基氯苯分别项目中;改原多塔精馏、两头结晶工艺为单塔精馏、端结晶流程, 并对富间硝基氯苯母液进行精馏分别 , 获取 99%以上的间硝基氯苯 , 既提高产质量量 , 又获得了降低能耗的技术成效。

过程的优弊端：分别技术就是指在没有化学反响的状况下分别出混淆物中特定组分的操作。

这种操作包含蒸馏，汲取，解吸，萃取，结晶，吸附，过滤，蒸发，干燥，离子互换和膜分别等。

利用分别技术可为社会供给大批的能源，化工产品和环保设施，对公民经济起侧重要的作用。

为了使 0 填料塔的设计获取知足分别要1求的最正确设计参数 ( 如理论板数、热负荷等 ) 和最优操作工况 ( 如进料地点、回流比等 ), 正确地计算出全塔各处的组分浓度散布 ( 特别是腐化性组分 ) 、温度散布、汽液流率散布等 , 常采纳高效填料塔成套分别技术。

并且 ,20 世纪 80 年月以来 , 以高效填料及塔内件为主要技术代表的新式填料塔成套分别工程技术在国内受到广泛重视。

因为其拥有高效、低阻、大通量等长处 , 宽泛应用于化工、石化、炼油及其余工业部门的各种物系分别。

氨是化工生产中极为重要的生产原料，可是其激烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成损坏和污染，氨对接触的皮肤组织都有腐化和刺激作用，能够汲取皮肤组织中的水分，使组织蛋白变性，并使组织脂肪皂化，损坏细胞膜构造。

氨的溶解度极高，所以主要对动物或人体的上呼吸道有刺激和腐化作用，常被吸附在皮肤粘膜和眼结膜上，进而产生刺激和炎症。

可麻木呼吸道纤毛和伤害粘膜上皮组织，使病原微生物易于侵入，减弱人体对疾病的抵挡力。

氨往常以气体形式吸入人体，氨被吸入肺后简单经过肺泡进入血液，与血红蛋白联合，损坏运氧功能。

进入肺泡内的氨，少部分为二氧化碳所中和，余下被汲取至血液，少许的氨可随汗液、尿液或呼吸排出体外。

短期内吸入大批氨气后会出现哭泣、咽痛、咳嗽、胸闷、呼吸困难、头晕、呕吐、乏力等。

若吸入的氨气过多，致使血液中氨浓度过高，就会经过三叉神经末梢的反射作用而惹起心脏的停搏和呼吸停止，危及生命。

长久接触氨气，部分人可能会出现皮肤色素堆积或手指溃疡等症状；氨气被呼入肺后简单经过肺泡进入血液，与血红蛋白联合，损坏运氧功能。

短期内吸入大批氨气后可出现哭泣、咽痛、声音沙哑、咳嗽、痰带血丝、胸闷、呼吸困难，可伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘况综合症，同时可能生呼吸道刺激症状。

所以，汲取空气中的氨，防备氨超标拥有重要意义。

所以，为了防止化学工业产生的大批的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采纳必定方法对于工业尾气中的氨气进行汲取，本次课程设计的目的是依据设计要求采纳填料汲取塔汲取的方法来净化含有氨气的工业尾气, 使2其达到排放标准。

设计采填料塔进行汲取操作是因为填料能够供给巨大的气液传质面积并且填料表面拥有优秀的湍流状况，进而使汲取过程易于进行, 并且，填料塔还拥有构造简单、压降低、填料易用耐腐化资料制造等长处，进而能够使汲取操作过程节俭大批人力和物力。

利用混淆气体中各组分在同一种液体( 溶剂 ) 中溶解度差别而实现组分分别的过程称为气体汲取气体汲取是一种重要的分别操作，它在化工生产中主要用来达到以下几种目的。

(1) 分别混淆气体以获取必定的组分。

(2) 除掉有害组分以净化气体。

(3) 制备某种气体的溶液。

一个完好的汲取分别过程，包含汲取和解吸两个部分。

典型过程有单塔和多塔、逆流和并流、加压和减压等。

31.水汲取氨气填料塔工艺设计方案简介1.1 任务及操作条件①混淆气 (空气、 NH 3 )办理量：2600m3/ h；②进塔混淆气含NH 3 7% (体积分数 )；温度 :20℃；③进塔汲取剂 (清水 )的温度 :20℃；④NH3回收率： 96%；⑤操作压力为常压 101.3k Pa。

1.2 设计方案确实定在化学工业中，常常需要将气体混淆物中的各个组分加以分别，其主要目的是回收气体混淆物中的实用物质，以制取产品，或除掉工艺气体中的有害成分，负气体净化，以便进一步加工办理，或除掉工业放空尾气中的有害成分，免得污染空气。

汲取操作是气体混淆物分别方法之一，它是依据混淆物中各组分在某一种溶剂中溶解度不一样而达到分别的目的。

氨是化工生产中极为重要的生产原料，可是其激烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成损坏和污染，所以，为了防止化学工业产生的大批的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采纳必定方法对于工业尾气中的氨气进行汲取，本次化工原理课程设计的目的是依据设计要求采纳常压常温下填料汲取塔汲取的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。

设计采纳填料塔进行汲取操作是因为填料能够供给巨大的气液传质面积并且填料表面拥有优秀的湍流状况，进而使汲取过程易于进行，并且，填料塔还拥有构造简单、压降低、填料易用耐腐化资料制造等长处，进而能够使汲取操作过程节俭大批人力和物力。

1.3 填料的选择塔填料（简称为填料）是填料塔的核心构件，它供给了气、液两相相接触传质与传热的表面，其性能好坏是决定填料塔操作性能的主要要素。

填料的比表面积越大，气液散布也就越均匀，传质效率也越高，它与塔内件一同决定了填料塔的性4质。

所以，填料的选择是填料塔设计的重要环节。

塔填料的选择包含确立填料的种类、规格及资料。

填料的种类主要从传质效率、通量、填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要切合填料的塔径与填料公称直径比值 D/d。

散装填料是一个个拥有必定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式聚积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。

散装填料依据构造特色不一样，可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。

拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍形填料矩鞍形填料塑料填料的材质主要包含聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，国内一般多采纳聚丙烯材质。

塑料填料的耐腐化性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐化。

其耐温性优秀，可长久在 100℃以下使用。

设计采纳填料塔，填料为散装聚丙烯DN 50阶梯环填料。

国内阶梯环特征数据材外径外径 ×高 ×厚比表面积缝隙率个数聚积密度干填料因子填料因子质d，mm d × ×23 33n，个 /m3ρ p，kg/m3 3-1 -1H δa t， m/m ε， m/m a t / ε， m Φ， m塑 25 25 ××228 81500 313 24038 38 ×19 ×127200 120 料 50 50 ×30 ×9980 8076 76 ×37 ×33420 112 7252.工艺计算2.1 基础物性数据2.1.1 液相物性数据对低浓度汲取过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。

由手册查的，20℃水的相关物性数据以下：密度：ρ 1 ／m3粘度：μ L··／（m·h）表面张力：σ L ／cm=940 896Kg／h2氨气在水中的扩散系数： D L×10-9 m2×10-9×3600 m2/h=6.480 × 10-6m2/h 2.1.2 气相物性的数据混淆气体均匀摩尔质量：M VM =Σy i M i××混淆气体的均匀密度：ρvm=PMVN×／×／m3 RT混淆气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册的20℃空气的粘度：μV×10—5Pa·／（m·h）查手册得氨气在20℃空气中扩散系数：D v= 0.189 cm2/s=0.068 m2/s2.1.3 气液相均衡数据20 C下氨在水中的溶解度系数：H 0.725kmol /( m3 kpa) ,常压下20℃时亨利系数： E L ／×HM S相平衡常数：6物料衡算y1进塔气相摩尔比： Y 1= ／（ 1—） =0.075 1— y1出塔气相摩尔比： Y 2=Y1（1—φ）×（ 1—）进塔惰性气相流量：V=2600／× 273／（ 273+20）×（ 1—）=100.6Kmol ／h该汲取过程属低浓度汲取，均衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即：（L）min =Y1— Y 2 V／1m—X2Y对纯溶剂汲取过程，进塔液相构成为X 2=0，则（L）min =（—）／／—V取操作液气比为最小液气比 1.8 倍，则L所以×／h×，V由全塔物料衡算得：V（Y 1— Y2）=L（ X 1—X 2），得 X 1×—0.00015) ／填料塔的工艺尺寸的计算塔径的计算混淆气体的密度：V P M 101.3 103 10 3 1.183kg / m3RT 2937塔径气相质量流量为：V =2600×1.183=3076Kg／h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 : ×㎏/hL =136.22 18.02=2455塑料阶梯环特征数据据以下用贝恩—霍根关系式计算泛点气速：／／ 1 8u F2 L 1 4t v vlg 2 L = A — Kg L V L查表得比表面积：a t2/m3，=0.927 ，得：A — K L／／ 1 81 4v = —V L所以计算得：u FF取 u =0.8u =1×由 D=4VS= [（4×2600／3600）／（×）] u圆整塔径，取（常用的标准塔径为400、500、600、700、 800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）8泛点率校核 : u=2600／3600／(0.785 ×2／su／× 100％％（在同意范围内）u F填料规格校核：D／ d=500／50=10>8液体喷淋密度校核：因填料为50mm× 25mm× 1.5mm,塔径与填料尺寸之比大于8，固取最小湿润速度为（ Lw ）min=0.08 m3/(m ·h)，查常用散装填料的特征参数表，得2/m3U min=（L W）min· a t×3／ m2·hU=136.22 ×／／（×2）=12.53>U min经以上校核可知，填料塔直径采纳D= 500mm 是合理的。