(2020年7月整理)氨吸收塔的设计.doc

电信工程系毕业设计（论文）学生自拟课题审批表
江苏联合职业技术学院江苏省惠山中等专业学校（办学点）毕业设计（论文）任务书设计课题填料吸收塔的设计
系部电信工程系
专业精细化学品生产技术
年级班级
姓名
学号
指导教师职称
2014年4月 2 3 日
毕业设计（论文）任务书精细化学品生产技术专业G1051 教学班
吸收塔课程设计
摘要：氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。

设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。

引言：填料塔是以塔内装有大量的填料为相间接触构件的汽液传质设备。

填料塔于19世纪中期已应用于工业生产，此后，它与板式塔竞相发展，构成了两类不同的汽液传质设备。

填料塔属于连续接触式的汽液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

与板式塔相比，填料塔具有以下特点：①生产能力大。

②分离效率高。

③压力降小。

④持液量小。

⑤操作弹性大。

但是，填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效的润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太合适等。

因此，在选择塔的类型时，应根据分离物系的具体情况和操作所追求的目标综合考虑上述各因素。

填料的种类很多，根据装填方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类。

散装填料中较为典型的有拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍填料、矩鞍填料、金属环矩鞍填料、球形填料。

工业上常用的规整填料有格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。

塔型的合理选择是做好塔设备设计的首要环节，选择时应考虑物料的性质、操作的条件、塔设备的性能以及塔设备的制造、安装、运转和维修等方面的因素。

板式塔的研究起步较早，具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。

目录
第一章设计任务和条件 (5)
1.1 设计任务 (5)
1.2 操作条件 (5)
第二章设计方案的确定和流程说明 (6)
2.1 设计方案的确定 (6)
2.1.1吸收剂的选择 (6)
2.1.2 设计方案的流程说明 (7)
第三章吸收塔的物料衡算 (8)
3.1 基础物性数据 (8)
第四章吸收塔的工艺尺寸计算 (10)
4.1 填料塔的工艺尺寸的计算 (10)
4.1.1塔径的计算 (10)
4.1.2填料层高度计算 (11)
4.1.3填料层压降计算 (13)
4.1.4吸收塔接管口径的计算 (14)
第五章辅助设备计算选型 (16)
5.1液体分布器的选择 (18)
5.2设计一览表 (17)
第六章对本设计的评价 (18)
附录 (19)
参考文献 (21)
致谢 (22)
第一章设计任务和条件
1.1设计任务
1.设计方案简介：
工程概况
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3.8万Nm3/h，其中含氨为5.2%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.025%（体积分数）1.2操作条件
（1）混合气（空气+ 氨）处理量：100000m3/h；
（2）混合气的温度：30℃
（3）进塔混合气中氨的体积分数：0.02%；
（4）进塔吸收剂（清水）温度：20℃；
（5）操作压力：常压。

（6）操作温度:20℃。

（7）工作日:每年300天，每天24小时连续运转。

（8）厂址:江苏
第二章设计方案的确定和流程说明
2.1设计方案的确定
2.1.1吸收剂的选择
吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几个方面：溶解度：吸收剂对溶质组分的溶解度要大。

以提高吸收速率并减少吸收剂的需用量。

选择性：吸收剂对溶质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或吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离。

挥发度要低：操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。

粘度：吸收剂在操作温度下的粘度越低。

其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高。

其他：所选用的吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。

因为设计要求用水做吸收剂，故采用纯溶剂。

2.1.2设计方案的流程说明
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，与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。

（如下图所示）
第三章吸收塔的物料衡算
3.1基础物性数据
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3.8万Nm3/h，其中含氨为5.2%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.025%（体积分数）空气和水的物性常数如下：
空气：。

H=0.725kmol/(m3 .kPa)
混合气体的平均摩尔质量为：
混合气体流量：
混合气体流量：
最小液气比：
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：
液气比：
第四章填料塔的工艺尺寸
采用散装填料，并使用综合性能较好的金属环矩鞍填料，而且工业应用普遍，实践性能好。

对于本吸收，由于吸收量大，估计所需的塔径较大，塔高也较高，环矩鞍无论在直径比上，还是填料分段高度上都有很好的选择性。

4.1填料塔的工艺尺寸的计算
4.1.1塔径的计算
混合气体的密度：
采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度：
UF=6.89m/s
取泛点率为0.6，即u=0.6*6.89=4.134m/s
圆整塔径，取D=1.9m
选用金属换矩鞍散装填料
4.1.2填料层高度计算
参照《化学工程手册》，选择公称直径为76mm的金属环矩鞍。

主要特性如下：比表面积a=57.6㎡*m﹣3 空隙率ε=97%干填料因子∅=63m﹣1
填料层的计算
查表知（注2），0℃，101.3kpa下，NH3在空气中的扩散系数D。

=0.17cm2/s 液相扩散系数DL=1.80*10m2/s
液体质量通量为11487.2kg/（m2.h）
气体质量通量为17115.58kg/（m2.h）
脱吸因数为S==0.6702所以气相总传质单元数为：
气相总传质单元高度采用修正恩田关联式计算：
查表5-13（注1）知，
所以，
气膜吸收系数由下式计算：
查手册可知（注2）：
氨气在空气中的扩散系DV=0.06804m2/h
混合气体的黏度可近似取为空气的黏度:
Uv=0.065kg/(m.h)
液膜吸收系数由下式计算：
查表得：
则
=0.602＞0.5
得到
所以
Z’=1.25*12.686≈15.857m
设计取填料层高度为：Z=15.9m
4.1.3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5-18得(注1)：
纵坐标为：
查表得：
填料层压降为：
选用槽式液体分布器，D≥1200mm，喷淋密度为42点/m^2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为120点/m^2 ，布液点数:n=340点
4.1.4吸收塔接管口径的计算
气体管径：
低压气体，根据经济流速范围，选用20m/s的气体流速
=0.852m=852mm
选用内径为900mm,壁厚为19.5mm，有效长度为4000mm的承插式铸铁管
进口压降：
出口压降：
液体管径：
液体为水，根据经济流速范围，选用2.0m/s的液体流速
液体流量V=1808.5×18÷998.2÷3600=0.00906m3/s
d=0.076m=76mm
选用外径为83mm,壁厚为3mm的热轧无缝钢管
进口阻力：
出口阻力：
离心泵的选择：
压头：
的估算：裙座高度5m，进气口高度2m,填料层高度16m，
再分器高度1m，喷头与填料层表面高度0.5m，故≈25m
：对于全管路，忽略管壁损失，根据进出口的阻力，由于可能用到2-3个弯头，有可能引起弯头损失，故计算：
=进口阻力+出口阻力+弯头阻力=(1.5+3.0+1.5)/9.81=0.510m
He=25.816m
根据压头和流量查IS型离心泵的型谱,考虑到效率，选用型号为IS100-80-160离心泵，其转速为2900 r/min ,流量为60m³/h
风机的选择：
流量为41000hm/3全压=42844.31+186.4+93.2=43123pa≈43123pa
根据流量和全压。

考虑到效率，选用风机类型：
8-09单吸机号26.5传动类型：A 转速：1450 r/min
第五章辅助设备计算选型
5.1液体分布器设计
液体在塔顶的初始均匀喷淋，是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。

液体分布装置的安装位置，须高于填料层表面200mm,以提供足够的自由空间，让上升气流不受约束地穿过分布器。

根据该物系性质，可选用目前应用较为广泛的多孔型布液装置中的排管式喷淋器。

多孔型布液装置能提供足够均匀的液体分布和空出足够大的气体通道（自由截面一般在70%以上），也便于制成分段可拆结构。

液体引入排管喷淋器的方式采用液体由水平主管一侧引入，通过支管上的小孔向填料层喷淋。

由于液体的最大负荷低于)/(2523hmm，按照设计参考数据可提供良好的液体分布：主管直径---50mm,支管排数---5,排管外缘直径---160mm，最大体积流量---12.5m³/h
填料支撑装置
填料支撑装置对于保证填料塔的操作性能具有重大作用。

采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小的栅板作为支撑板。

为了改善边界状况，可采用大间距的栅条，然后整砌一、二层按正方形排的瓷质十字环，作为过渡支撑，以取得较大的孔隙率。

由于采用
的是的填料，所以可用75mm的十字环。

气体的入塔分布
设计位于塔底的进气管时，主要考虑两个要求：压力降要小和气体分布要均匀。

由于填料层压力降较大，减弱了压力波动的影响，从而建立了较好的气体分布；同时，本装置由于直径较小，可采用简单的进气分布装置。

由于对排放的净化气体中的液相夹带要求不严，可不设除液沫装置。

5.2设计一览表
填料吸收塔设计一览表
第六章对本设计的评价
通过这次吸收氨的课程设计，检查了我平时的化学计算的基础知识，是对自己的基础知识情况进一步的了解。

由于是第一次做此课程设计，虽然参考了一些课程文件和前人的案例，有些大同小异。

在设计过程中，我感受到查阅一些手册参数是十分重要的。

对于填料的选择，由于我此次进料量大，导致吸收塔直径较宽，选择性较广，参考最佳范围，我选择了金属环矩鞍。

可能设计上会有很多缺憾，但是有这第一次的感受。

我知道了自己的缺陷，下次一定会完善学习计划，提高知识水平，做的更好。

附录
主要符号说明
a ——填料层的有效比表面积，
;
W a —单位体积填料的润湿面积；
E —亨利系数，a Kp ;
m —平衡常数;
G μ—气体的粘度，s Pa / ; uL —气体的粘度，s Pa / ;
ψ—水的密度和液体的密度之比; g —重力加速度，s m /2;
G ρ,L ρ—分别为气体和液体的密度，3/m kg ; wL,wG —分别为气体和液体的质量流量，
; a K Y —气相总体积传质系数，
;
Z —填料层高度，m ; Ω—塔截面积,m 2；
G H —气相总传质单元高度，m ；
OG N —气相总传质单元数，m ；
G k —以分压差表示推动力的气膜传质系数，
；
L k —以摩尔浓度差表示推动力的液摩尔传质系数，s m /；
H —溶解度系数，)/(2kPa s m kmol ⋅⋅；
V —惰性气体的摩尔流速kmol/h ；
L —溶剂的摩尔流量kmol/h;
R —气体常数，)/(314.8K kmol m kN ⋅⋅；
G D —溶质在气相中的扩散系数，s m /2
DL —溶质在液体中的扩散系数，s m /2
参考文献：
【1】贾绍义、柴诚敬《化工单元操作课程设计》[M]. 天津：天津大学出版社，2011．
【2】蒋维钧.《化工原理》上、下册[M].北京：清华大学出版社，2003.
【3】贾绍义，柴诚敬．《化工原理课程设计》[M]. 天津：天津大学出版社，2003,149.
【4】柴诚敬，天津大学化工学院.《化工原理》（下册）[M]. 北京：高等教育出版社，2009. 【5】魏姚灿等．塔设备设计．上海：上海科学技术出版社，1988.
【6】谭天恩，麦本熙，丁惠华．《化工原理》（上、下册）第二版[M]. 北京：化学工业出版社，2001. 【7】《化学工程手册》编辑委员会．化学工程手册--气液传质设备．北京：化学工业出版社，1989. 【8】《化工原理课程设计》申迎华郝晓刚主编化学工业出版社2009
【9】《化工原理课程设计指导》任晓光主编化学工业出版社2009
【10】《化学工程手册》化学工业出版社1989年
致谢
光阴似箭，转眼间四年大学本科生活即将结束，陪伴我走入象牙塔的笔记本依然伴着我，忠实地书写全部情绪。

在我最开心的时候，它记录了绚烂的幸福与快乐；在我孤独彷徨的时候，它是唯一的伙伴，用沉默安抚绝望的灵魂。

现在，行将毕业，成了校园老人的我依然坐在这个老伙计面前敲敲打打，将浮躁击碎，将烦恼碾成一枚枚灵动的小字。

回首这几年，似乎伤感并不明显。

身边来来去去的不再是亲密的室友，换了同事和领导。

在这里没有人诉说要离开校园的伤感，四面八方充斥流程化公事化的执行。

伤感…潜流在心底，静静蛰伏。

毕业，一个人置身小屋中，顿时如复活般全部苏醒了痛楚与艰辛。

离开学校再没有人中午来敲门问我去不去吃饭，再没有人与我反坐在板凳上大声闲聊放肆大笑，再没有人幽幽地问句“吃什么好呢？”，再没有人背着重重的书包和我一起上课实习变态逗趣……他们的声音在时空里混杂渐渐远去了……
可怜天下父母心，这些年来，真的非常感谢爸爸妈妈的默默支持关心。

感谢同学们带给我轻松的生活氛围。

感谢各位老师为我们创造的实习机会；感谢老师的悉心指导和敦促；感谢所有关心我的人！。