过程工程原理课程设计任务书

过程工程原理课程设计任务书

1.设计题目：吸收氨过程填料塔的设计

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2.3万Nm3/h，其中含氨为6%（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%（体积分数）。

2．操作条件

（1）操作压力常压

（2）操作温度 20℃

3．工作日

每天24小时连续运行。

4．厂址

宁波地区

5．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）吸收塔接管尺寸的计算；

（6）绘制生产工艺流程图；

（7）绘制吸收塔设计图；

（9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

6．设计基础数据

20℃下氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3.kPa)。

附：设计说明书的目录

目录

1 设计方案简介 (1)

1.1 吸收剂的选择 (1)

1.2 吸收流程的选择 (1)

1.3 操作的温度和压力 (2)

1.4 塔填料本设计 (2)

1.5初步流程图 (3)

2 工艺计算 (4)

2.1 基础物性数据 (4)

2.1.1 液相物性数据基础 (4)

2.1.2 气相物性数据 (4)

2.1.3 气液相平衡数据 (5)

2.1.4 物料衡算 (5)

2.2.1 塔径的计算 (6)

2.2.2 填料层高度计算 (7)

2.2.3 填料层压降计算 (10)

2.2.4 吸收塔接口管的计算 (11)

3 辅助设备的计算及选型 (12)

3.1 填料支撑结构 (12)

3.2填料压紧装置 (14)

3.3液体分布器和再分布器装置 (15)

3.4除沫装置 (17)

3.5离心泵及风机的选择 (18)

3.5.1离心泵 (18)

3.5.2 风机 (19)

3.6 封头 (21)

参考文献 (21)

主要符号说明 (21)

1 设计方案简介

1.1 吸收剂的选择

本设计选择用清水作吸收剂。对于氨的吸收，工业上常用水或硫酸作为吸收剂。用硫酸吸收虽然可以做成硫酸铵等化肥，然而任务所要求处理气氨的含量较低，势必产量很低，并且硫酸的价格比清水要昂贵，再加上硫酸具有腐蚀性，对设备要求高，这样得不偿失。反而用清水廉价易得，宁波靠海，水资源丰富，而且用水吸收氨气属于易溶解的吸收过程，水的物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。因此选择清水作为吸收剂。

1.2 吸收流程的选择

吸收流程主要有以下几种：

(1)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。

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。

(2)并流操作，气、液两相均从塔顶流向。并流操作的特点是，系统不受

液流限制，可提高操作气速，以提高生产能力。并流操作通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平坦时，流向对推动力影响不大；易溶气体的吸收或处理的气体不需吸收很完全；吸收剂用量特别大，逆流操作易引起液泛。

(3)吸收剂部分再循环操作，在逆流操作系统中，用泵将吸收塔排除液体

的一部分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内。通常用于以下操作：当吸收剂用量较小，为提高塔的液体喷淋密度;对于非等温吸收过程，为控制塔内的温升，需取出一部分热量。该流程特别适宜于相平衡常数m值很小的情况，通过吸收液的部分再循环，提高吸收剂的使用效率。应当指出，吸收剂

部分再循环操作较逆流操作的平均推动力要低，且需设置循环泵，操作费用增加。

(4)多塔串联操作，若设计的填料层高度过大，或由于所处理物料等原因

需经常清理填料，为便于维修，可把填料层分装在几个串联的塔内，每个吸收塔通过的吸收剂和气体量都相等。此种操作因塔内需留较大空间，输液、喷淋、支撑板等辅助装置增加，使设备投资加大。

串联-并联混合操作，若吸收过程处理的液量很大，如果用通常的流程，则液体在塔内的喷淋密度过大，操作气速势必很小（否则易引起塔的液泛），塔的生产能力很低。实际生产中可采用气相作串联、液相作并联的混合流程；

若吸收过程处理的液量不大而气相流量很大时，可采用液相作串联、气相作并联的混合流程。

本设计采用逆流操作，混合气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。

选择逆流操作优点：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。缺点：吸收剂用量特别大时，逆流操作易引起液泛。

1.3 操作的温度和压力

本设计采用常温（20℃）常压下进行操作。

因为常温常压下，用水吸收氨气效率已经很高了，而且一般情况下,常温下的吸收和解吸操作,过程的操作费用最低。

1.4 塔填料设计

采用DN76金属阶梯环填料。

DN76金属阶梯环填料的各个参数查得【1】；

A=0.106 K=1.75

材质的临界表面张力 175-⋅=cm dyn c σ 填料的形状系数 1=ψ

散装的压降填料因子平均值

141-=m φ 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1.1。

表1.1 常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d 的推荐值

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 ＞8

1.5初步流程图