水吸收氨气填料塔设计

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