水吸收氨填料塔设计示范
化工原理课程设计水吸收氨气填料塔设计
《化工原理》课程设计——水吸收氨气填料塔设计学院专业班级姓名学号指导教师2012年12月11 日设计任务书水吸收氨气填料塔设计（一）设计题目试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的氨气。
混合气体的处理量为____3200____m3/h，其中含氨为____8%____（体积分数），混合气体的进料温度为25℃。
要求：①塔顶排放气体中含氨低于____0.04%____（体积分数）；（二）操作条件（1）操作压力：常压（2）操作温度：20℃（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定（三）填料类型聚丙烯阶梯环吸收填料塔（四）设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）吸收塔的物料衡算；（3）吸收塔的工艺尺寸计算；（4）填料层压降的计算；（5）液体分布器简要设计；（6）绘制液体分布器施工图（7）吸收塔接管尺寸计算；（8）设计参数一览表；（9）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；（10）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）；（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
目录前言 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。
第一节填料塔主体设计方案的确定.................................................. 错误!未定义书签。
1.1装置流程的确定 .................................................................................. 错误!未定义书签。
1.2 吸收剂的选择.................................................................................. 错误!未定义书签。
化工原理课程设计-水吸收氨填料吸收塔设计
化工原理课程设计-水吸收氨填料吸收塔设计一、背景介绍氨是一种重要的化学制品，用于制造各种类型的化学产品，也可用作氨加热系统的燃料，但它作为强氧化剂挥发到大气中，有害环境，因此必须采取对策进行处理，以保护我们的环境。
水吸收氨填料吸收塔是一种典型的操作过程，通过在塔内部放入一定量的吸收填料，使得氨气更有效地与液体相混合，从而降低氨的挥发率，防止它的溢出。
二、设计目的本设计的目的是设计一种能够有效降低氨气挥发率的水吸收氨填料吸收塔系统。
三、塔结构设计1.水吸收塔的形式：此水吸收塔采用真空反应塔的形式，包括加热装置、塔体及其重要部件。
2.水吸收塔的尺寸：该水吸收塔直径为3m，高度为12m，采用真空式反应塔设计。
3.吸收填料：此设计采用纤维吸收填料，其密度为180 kg/m3，吸附能力0.5％，并选择优质的、耐磨的材料，保证耐久性。
4.液相：选择介质为硝酸钠溶液，介质比重1.1，温度在25℃以下，以确保氨吸收剂的低温稳定性。
5.混合器：采用有效搅拌，减少氨气挥发，氨气完全溶于液体，增加氨气的反应机会，增加吸6.塔内设备：除了加热器，还设有安全阀等设备，以防出现意外。
四、设计步骤1.根据氨吸收水填料吸收塔的工艺特点，研究氨挥发的特性，确定反应条件，估算反应速率和塔的大小及包装密度。
2.确定吸收填料的类型，以保证其对氨气的特性挥发特性。
3.细化设计，考虑塔内混合器及其优势，同时留意水塔设计具体内容，计算安全阀等设备的大小，以及确定塔内设备的位置。
4.确认成本，包括：原材料、安装和实际操作。
五、最终结论本文研究了一套水吸收氨填料吸收塔，设计了其安全阀及其它设备，以及填料的特性，确定了反应条件，估算反应速率，详细设计了塔的形式，尺寸，位置等，通过认真的工作，可以提出设计方案，完成水吸收氨填料吸收塔的设计任务。
化工原理课程设计(水吸收氨填料吸收塔设计)
化工原理课程设计(水吸收氨填料吸收塔设计)目录第1节前言31.1填料塔的主体结构与特点31.2填料塔的设计任务及步骤31.3填料塔设计条件及操作条件4第2节精馏塔主体设计方案的确定42.1装置流程的确定42.2吸收剂的选择52.3填料的类型与选择52.3.1填料种类的选择52.3.2填料规格的选择52.3.3填料材质的选择62.4基础物性数据62.4.1液相物性数据62.4.2气相物性数据72.4.3气液相平衡数据72.4.4物料横算8第3节填料塔工艺尺寸的计算93.1塔径的计算93.2填料层高度的计算及分段113.2.1传质单元数的计算113.2.2传质单元高度的计算113.2.3填料层的分段143.3填料层压降的计算14第4节填料塔内件的类型及设计154.1塔内件类型154.2塔内件的设计164.2.1液体分布器设计的基本要求：164.2.2液体分布器布液能力的计算16注：171.填料塔设计结果一览表 (17)2.填料塔设计数据一览 (18)3.参考文献 (19)4.后记及其他 (19)附件一：塔设备流程图20附件二：塔设备设计图20表索引表 21工业常用吸收剂 (5)表 22 常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值 (6)图索引图 11 填料塔结构图 (3)图 31 Eckert图 (15)第1节前言1.1填料塔的主体结构与特点结构图错误!文档中没有指定样式的文字。
1所示：图错误!文档中没有指定样式的文字。
1 填料塔结构图填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以她特别适用于处理量小，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。
液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。
因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。
1.2填料塔的设计任务及步骤设计任务：用水吸收空气中混有的氨气。
水吸收氨过程填料吸收塔设计
一、設計任務書(一)設計題目試設計一座填料吸收塔，用於脫除混於空氣中的氨氣。
混合氣體的處理量為1000 m3/h，其中含氨氣為8％（體積分數），要求塔頂排放氣體中含氨低於0.02％（體積分數），採用清水進行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。
（20℃氨在水中的溶解度係數為H＝0.725kmol/（m3.kPa）(二)操作條件1.操作壓力為常壓，操作溫度20℃.2.填料類型選用聚丙烯階梯環填料，填料規格自選。
3.工作日取每年300天，每天24小時連續進行。
(三)設計內容1.吸收塔的物料衡算；2.吸收塔的工藝尺寸計算；3.填料層壓降的計算；4.吸收塔接管尺寸計算；5.吸收塔設計條件圖；6.對設計過程的評述和有關問題的討論。
二、設計方案(一)流程圖及流程說明該填料塔中，氨氣和空氣混合後，經由填料塔的下側進入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。
經吸收後的混合氣體由塔頂排除，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。
(二)填料及吸收劑的選擇該過程處理量不大，所用的塔直徑不會太大，可選用25×12.5×1.4聚丙烯階梯環塔填料，其主要性能參數如下：比表面積at ：22332/mm空隙率ε：0.90濕填料因數Φ：1172m-填料常數 A:0.204 K：1.75見下圖：根據所要處理的混合氣體，可採用水為吸收劑，其廉價易得，物理化學性能穩定，選擇性好，符合吸收過程對吸收劑的基本要求。
三、工藝計算(一)基礎物性數據1.液相物性數據3998.2(/)L kg m ρ= 6100410() 3.6(/)L Pa s kg m h μ-=⨯⋅= 272.6(d y n /c )940896(/)L m k g h σ== 931.7610(/)L D m s -=⨯2. 氣相物性數據 混合氣體平均密度：31.166(/)v kg m ρ=c σ=427680(2/kg h )空氣黏度：51.8110()0.065(/)v Pa s kg m h μ-=⨯⋅=273K ，101.3Kpa.氨氣在空氣中擴散係數：200.17(/)D ms =(二)物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成20℃，101.3Kpa 下氨氣在水中的溶解度係數 30.725/H kmol m kpa = 998.20.7540.72518101.3s S E m P HM P ρ====⨯⨯進塔氣相摩爾比： 10.080.087010.08Y ==- 出塔氣相摩爾比：20.00020.00020010.0002Y ==- 對於純溶劑吸收過程，進塔液相組成：20X =混合氣體流量 ：1100027341.59629322.4V ⨯==⨯ kmol/h 進塔惰性氣體流量： 41.596(10.08)38.268V =⨯-= kmol/h吸收過程屬於低濃度吸收，平衡關係為直線，最小液氣比可按下式計算：12min 120.08700.0002000.752(0.0870/0.754)0e Y Y L V x X --⎛⎫=== ⎪--⎝⎭ 11e Y x m =取操作液氣比為最小液氣比的1.5倍，可得吸收劑用量為：0.75238.268 1.543.166/L Kmol h =⨯⨯=根據全塔物料衡算式:()()()121212120.08700.0002000.07700.752 1.5V Y Y L X X V Y Y X LX L -=---=+==⨯液氣比 ： 43.166180.6661000 1.166l v W W ⨯==⨯ (三)塔徑的計算1.塔徑的計算考慮到填料塔內塔的壓力降,塔的操作壓力為101.3KPa()()()()33330.08170.922928.04/101.31028.0410 1.166/8.314527320998.2/v L M Kg Kmol PM Kg m RT Kg m ρρ-=⨯+⨯=⨯⨯⨯∴===⨯+=液体密度可以近似取为採用貝恩----霍夫泛點關聯式:112480.23lg f t v v L L L v L u a W A K g W ρρμρρε⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦即()20.231184223 1.166lg () 1.0049.81998.20.90 1.1660.204 1.750.666998.20.476f u ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎛⎫=-⨯⨯ ⎪⎝⎭=- 3.017/f u m s = ()0.50.85f u u =-取泛點率為0.6. 即 0.60.6 3.017 1.810/f u u m s ==⨯=()4410000.4423.14 1.8103600s V D m u ⨯===π⨯⨯ 圓整後取 ()()0.4400D m mm ==2.泛點率校核：210003600 2.212/0.7850.4u m s ==⨯ 2.2120.7333.017F u u ==（在0.5到0.85範圍之間） 3.填料規格校核： 40016825D d ==> 4.液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：)/(08.0)(3min h m m L W ⋅=23223/t a m m = 所以得32min min ()0.0822317.84/()W t U L a m m h =⋅=⨯=⋅263220.78543.16618998.2 6.17510/()0.7850.4hL U D m m h =⋅⨯⨯==⨯⋅⨯ min U U >故滿足最小噴淋密度的要求.(四)填料層高度計算1.傳質單元高度計算273K ，101.3kpa 下，氨氣在空氣中的擴散係數20.17(/)o D cm s =.由3/2000V p T D D p T ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,則 293K ，101.3kpa 下，氨氣在空氣中的擴散係數20.189(/)v D cm s =293K ，101.3kpa 下，氨氣在水中的擴散係數()921.7610/L D m s -=⨯ (查化工原理附錄)*110.7540.07700.0581Y mX ==⨯=*220Y mX ==脫吸因數為：0.7540.6680.752 1.5mV S L ===⨯ 氣相總傳質單元數為：()*12*221ln 11OG Y Y N S S S Y Y ⎡⎤-=-+⎢⎥--⎣⎦=()10.08700ln 10.6680.66810.6680.0002000-⎡⎤-+⎢⎥--⎣⎦ =14.992氣相總傳質單元高度採用修正的恩田關聯式計算：0.050.20.10.752221exp 1.45w c L t L L t L t L L L t L a U a U U a a a g σσμρσρ-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭液體品質通量為：22243.166186186.21/()0.7850.7850.4L L W U Kg m h D ⨯===⋅⨯⨯ 氣體品質通量為：2221000 1.1669283.44/()0.7850.7850.4v v W U Kg m h D ⨯===⋅⨯⨯ 故20.750.10.052820.24276806186.216186.212231exp{ 1.45()()()940896223 3.6998.2 1.27106186.21()}998.29408962230.2476w t a a -⨯=--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=氣膜吸收係數：10.7310.74340.2379283.440.0652230.1891036000.2372230.0658.3142931.1660.189103600 0.1273V V t V G t V V V U a D k a D RT μμρ--⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⨯⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭= 液膜吸收係數:211323121833290.00956186.21 3.6 3.6 1.27100.00950.2476223 3.6998.2998.2 1.761036000.3037(/)L L L L w L L L L U g k a D m h μμμρρ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=查表得ψ=1.35 故1.1G G W K a K a ψ==0.1273⨯0.2476⨯223⨯ 1.11.35=9.778()3/Kmol m h kpa ⋅⋅ 0.4L L W K a K a ψ==0.3037⨯0.2476⨯223⨯0.41.35=18.907()3/kmol m h kpa f =fu u =0.733>0.5 以下公式為修正計算公式：1.419.50.5G G f u K a K a u ⎡⎤⎛⎫'⎢⎥=+- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ ()()1.4319.50.2339.77821.864/Kmol m h kpa ⎡⎤=+⨯⨯⎣⎦=⋅⋅2.219.50.5L L f u K a K a u ⎡⎤⎛⎫⎢⎥'=+- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ ()()2.2319.50.23318.90726.194/kmol m h kpa =+⨯⨯=。
化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计(1)
化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计
(1)
化工原理课程设计——水吸收氨填料吸收塔设计
一、选择填料
本设计所选用的填料为塔形环状填料，其主要优点在于能够提高氨气
与水接触的时间和接触面积，从而提高吸收效率。
其次，填料的表面
积大，对氨气的吸附强度较高。
二、计算填料高度
根据质量平衡公式，吸收塔中氨气的质量=进入氨气的质量-出口氨气
的质量-吸收氨气的质量。
结合我们所设计的填料种类和工艺流程，可
以得到计算填料高度的公式：
θ=（W/N） ln [(C0-C)/(Co-Ct)]
其中，W是空气中氨气的质量流量，单位为kg/h；N是塔形环状填料每立方米的比表面积，单位为m²/m³；C0是氨气从入口口进入吸收器的
浓度，单位为mg/Nm³；Ct是出口处氨气的平均浓度，单位为mg/Nm³；
C是入口处水的浓度，单位为mg/L。
三、塔的直径
根据经验公式可得：填料在瞬间液晶表面液流速等于液降的经验公式。
v=1.2/(μ)½ (ΔP/ρ) ¼
其中，v是液体在塔体内部的平均流速，单位为m/s；μ是液体的粘度，单位为Pa*s；ΔP是液体在塔体内产生的液降，单位为Pa；ρ是液体
的密度，单位为kg/m³。
四、结论
经过以上各个方面的计算和分析，我们得到了适合本工艺流程，并且
具有高效的填料塔高度及塔直径，使本工艺流程吸收效率达到最优化
程度。
我们所选用的填料塔设计方案具有成本低、效率高及运行稳定
等特点，非常符合实际工序的需要。
水吸收氨填料塔设计范例【范本模板】
水吸收氨填料塔设计目录一前言 (3)二设计任务 (3)三设计条件 (3)四设计方案 (3)1．吸收剂的选择 (3)2．流程图及流程说明 (3)3．塔填料的选择 (4)五工艺计算 (4)1．物料衡算,确定塔顶、塔底的气液流量和组成 (4)2．塔径的计算 (5)3.填料层高度计算 (6)4。
填料层压降计算 (8)5。
液体分布装置 (8)6.液体再分布装置 (9)7.填料支撑装置 (10)8.气体的入塔分布 (10)六设计一览表 (10)七对本设计的评述 (11)八参考文献 (11)七主要符号说明 (14)八附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图）二、设计任务:完成填料塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型,绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔装置图，编写设计说明书。
三、设计条件1、气体混合物成分：空气和氨；2、氨的含量： 4。
5%（体积）；3、混合气体流量: 4000m3/h；4、操作温度：293K;5、混合气体压力：101。
3KPa；6、回收率： 99。
8％。
四、设计方案1．吸收剂的选择根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂,其廉价易得，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。
2．流程图及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。
（如右图所示)3．塔填料选择 该过程处理量不大,所用的塔直径不会太大，可选用38mm聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积a:132.532/m m 空隙率ε:0。
91 干填料因子Φ：1175-m 五、工艺计算对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据.混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。
空气和水的物性常数如下： 空气:35/205.1)/(065.01081.1mkg h m kg s Pa =⋅=⋅⨯=-ρμ水：sPa m kg L L ⋅⨯==-53104.100/2.998μρ1． 物料衡算,确定塔顶、塔底的气液流量和组成查表知，20C 下氨在水中的溶解度系数)/(725.03kpa m kmol H ⋅= 亨利系数SLHM E ρ=相平衡常数754.03.10102.18725.02.998=⨯⨯===P HM PE m S Lρ进塔气相摩尔比为：04712.0045.01045.01=-=Y出塔气相摩尔比为：00009424.0045.01)998.01(045.02=--⨯=Y 对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成为：02=X （清水）混合气体的平均摩尔质量为：)/(46.2829)045.01(17045.0kmol kg M =⨯-+⨯= 混合气体流量:)/(382.1664.2212932734000h kmol =⨯⨯惰性气体流量：)/(895.158)045.01(382.166h kmol V =-⨯=最小液气比:752.00754.004712.000009424.004712.0)(21212121min =--=--=--=*X mY Y Y X X Y Y V L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：)/(233.1795.1895.158752.0h kmol L =⨯⨯=04169.05.1752.000009424.004712.0)(211=⨯-=-=LY Y V X液气比682.0183.1400018233.179=⨯⨯=V L ωω 2．塔径计算混合气体的密度 333/183.1293315.81046.28103.101m kg RT M P G =⨯⨯⨯⨯==-ρ 采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度:s m u g a u a g u F L LG t F L LG t F /942.3004.1183.15.1322.99891.081.93304.03304.0481.0)2.998183.1()183.1400018233.179(75.1204.0]lg[2.032.03281412.032=⨯⨯⨯⨯⨯==⋅-=⨯⨯⨯⨯-=⋅⋅⋅μρερμρρε取泛点率为0。
化工原理课程设计(水吸收氨填料吸收塔设计)
水吸收氨填料吸收塔设计1 题目含氨为5%的混合气体, 处理量为500m3/h, 尾气中含氨低于0.02%,采用清水进行吸收, 吸收剂的用量为最小用量的1.5倍. (均为体积分数).,2 设计任务和操作条件:(1)操作压力常压。
(2)操作温度 20℃(3)年工作300天,每天24小时运行.3 填料类型 聚丙烯阶梯环填料,规格自选.4 设计内容(1)吸收塔的物料衡算(2)填料层压降的计算(3)液体分布器的简单设计(4)吸收塔塔体工艺尺寸的计算(5)绘制分布器施工图(6)对本设计进行评述5 基础数据20℃下氨在水中的溶解度系数为0.725Kmol/( m3. kpa)一吸收工艺流程的确定采用常规逆流操作流程．流程如下。
二物料计算(l). 进塔混合气中各组分的量取塔平均操作压强为101.3kPa，故：混合气量＝ 500（）×＝ 20.80kmol／h混合气中氨量＝20.80×0.543 ＝1.129 kmol／h ＝ 19.2kg／h混合气中空气量＝20.80-1.129 = 19.671kmol／h＝570.5kg／h (2)．混合气进出塔的（物质的量）组成==0.05430;（3）．混合气进出塔（物质的量比）组成Y1==0.0574Y2=(1-)=0.0574×=0.0002296(以塔顶排放气体中氨含量0.02%计)三 平衡曲线方程查表知:20℃时,氨在水中的亨利系数E=277.3Kpa;m = = = 2.737故操作线方程为:Y=2.737X.吸收剂(水)的用量Ls由操作线方程知:当Y1＝0.0574时,X1*=0.021,计算最小吸收剂用量=19.671×＝53.77 kmol／h取安全系数为1.5，则Ls＝1.5×53.77＝80.65kmol／h = 1451.7kg/h依物料衡算式塔底吸收液浓度= 19.671×= 0.014四塔径计算塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气20℃)，101.325kPa图1 通用压降关联图（1）.采用Eckert通用关联图法(图1)计算泛点气速①有关数据计算塔底混合气流量V`S＝570.5＋19.2＝589.7kg／h吸收液流量L`＝1451.7kg／h进塔混合气密度＝×＝1.206kg／(混合气浓度低，可近似视为空气的密度)吸收液密度＝998.2kg/吸收液黏度＝1.005 mP a·s经比较，选DN38mm聚丙烯阶梯环。
水吸收氨填料塔设计
1绪论在炼油、石油化工、精细化工、食品、医药及环保等部门，塔设备属于使用量大应用面广的重要单元设备。
塔设备广泛用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。
所以塔设备的研究一直是国内外学者普遍关注的重要课题。
在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。
吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。
塔设备按其结构形式基本上可分为两类；板式塔和填料塔。
以前在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。
近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小、性能稳定等特点。
因此，填料塔已经被推广到大型气、液操作中，在某些场合还代替了传统的板式塔。
如今，直径几米甚至几十米的大型填料塔在工业上已非罕见。
随着对填料塔的研究和开发，性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中。
综合考察各分离吸收设备中以填料塔为代表，填料塔技术用于各类工业物系的分离,虽然设计的重点在塔体及塔内件等核心部分,但与之相配套的外部工艺和换热系统应视具体的工程特殊性作相应的改进。
例如在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,工艺上可以在常压塔及新增减压塔之间采用双效蒸馏技术,达到降低能耗、提高产量的双重效果，在硝基氯苯分离项目中;改原多塔精馏、两端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离,获得99%以上的间硝基氯苯,既提高产品质量,又取得了降低能耗的技术效果。
过程的优缺点：分离技术就是指在没有化学反应的情况下分离出混合物中特定组分的操作。
这种操作包括蒸馏，吸收，解吸，萃取，结晶，吸附，过滤，蒸发，干燥，离子交换和膜分离等。
利用分离技术可为社会提供大量的能源，化工产品和环保设备，对国民经济起着重要的作用。
水吸收氨填料塔设计
巢湖学院《化工原理》课程设计设计题目：水吸收氨填料塔设计专业班级： 2009级化学工程与工艺学生姓名： XXXXXX 学号： XXXXXXXX 指导教师： XXXXXX 起止日期： 2012.6.9 – 2012.6.152012年6月制目录一、设计条件 (1)二、设计方案的确定 (2)三、填料的选择 (2)四、基础物性数据 (2)（一）液相物性数据 (2)（二）气相物性数据 (2)（三）气液相平衡数据 (3)五、物料衡算 (3)六、填料塔的工艺尺寸的计算 (4)（一）塔径的计算 (4)（二）填料层高度计算 (5)七、塔附属空间高度 (6)八、液体初始分布器和再分布器 (7)（一）液体初始分布器 (7)（二）液体再分布器 (7)九、填料塔接管尺寸计算 (7)十、填料层压降的计算 (8)（一）气体出口压力降 (8)（二）填料层压力降 (8)（三）其它塔内件的压力降 (9)十一、设计一览表 (10)十二、参考文献 (11)十三、水吸收氨填料塔设计图 (12)一、设计条件气体处理量10000m3/h进料组成(质量分率)/% 氨气空气6% 95%分离要求塔顶NH3含量≤0.02%(体积分数) 年开工时间300天×24h 压力100kPa回收率95%二、设计方案的确定用水吸收NH 3（属于易溶气体的吸收），为了提高传质效率，应该选用逆流吸收流程。
用水作为吸收剂廉价、经济。
三、填料的选择对于水吸收氨气的过程，操作温度、μ压力较低，工业上常选用聚丙烯散装阶梯环填料。
在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的整合性能较好，故选用DN38聚丙烯阶梯环填料。
四、基础物性数据（一）液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可以近似地取纯水的物性数据，由手册查得20℃时的水的有关物性如下 密度：3/2.998m kg L =ρ黏度：h)/(m 6.3001.0⋅=⋅=kg s Pa L μ 表面张力：2/9408966dyn/.72h kg cm L ==σ氨气在水中的扩散系数为：h m s D L /1034.6/cm 1076.126-2-5⨯=⨯=（二）气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为.28282949.060.017i =⨯+⨯=∑=M y M i vm混合气体的平均密度为)(kg/m 17.1293314.84.281003=⨯⨯==RT pM vm vm ρ 混合空气的黏度可近似取为空气的的黏度，查手册得20℃空气的黏度为：h)/(m 065.0a 1081.15⋅=⋅⨯=-kg s P L μ查手册得氨气在空气中的扩散系数为h m s D V /0612.0/17cm .022== （三）气液相平衡数据查手册得氨气的溶解度系数为)m Pa 725kmol/(k .03⋅=H计算得亨利系数为)kPa (41.7602).18725.(02.998)(=⨯==S LHM E ρ相平衡常数为764.010041.76m ===PE五、物料衡算进塔气体摩尔比为0638.00.06)-0.06/(1)y -/(1111===y Y出塔气体的摩尔比00383.0)94.01(0638.0)1(12=-⨯=Φ-=A Y Y进塔惰性气体流量为）（kmol/h 1.387)06.01(101100202732734.2210000=-⨯⨯+⨯=V 该吸收过程属于低浓度，平衡关系为直线，醉最小气液比按下式计算，即)X -/m (Y / )Y -(Y /2121min =）（V L对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为02=X0.71820)-764(0.0638/0. / 0.003828)-(0.0638(L/V)min ==去实际液气比为最小液气比的1.8倍， 则可以得到吸收剂用量为min 8(L/V).1/=V L)kmol/(42.5007182.01.3878.1h L =⨯⨯=由公式得)()(2121X X L Y Y V -=-046.0500.420.003828)/-(0.06381.3871=⨯=X六、填料塔的工艺尺寸的计算（一）塔径的计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速。
水吸收氨过程填料吸收塔设计说明
一、设计任务书(一)设计题目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1000 m3/h，其中含氨气为8％（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02％（体积分数），采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。
（20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3.kPa）(二)操作条件1.操作压力为常压，操作温度20℃.2.填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。
3.工作日取每年300天，每天24小时连续进行。
(三)设计容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.吸收塔接管尺寸计算；5.吸收塔设计条件图；6.对设计过程的评述和有关问题的讨论。
二、设计方案(一)流程图及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。
(二)填料及吸收剂的选择该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用25×12.5×1.4聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积at ：22332/mm空隙率ε：0.90湿填料因子Φ：1172m-填料常数 A:0.204 K：1.75见下图：根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，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。
三、工艺计算(一)基础物性数据 1.液相物性数据3998.2(/)L kg m ρ= 6100410() 3.6(/)L Pa s kg m h μ-=⨯⋅=g 272.6(dyn /c )940896(/)L m kg h σ==931.7610(/)L D m s -=⨯2. 气相物性数据混合气体平均密度：31.166(/)v kg m ρ=c σ=427680(2/kg h )空气黏度：51.8110()0.065(/)v Pa s kg m h μ-=⨯⋅=g 273K ，101.3Kpa.氨气在空气中扩散系数：200.17(/)D m s = (二)物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成20℃，101.3Kpa 下氨气在水中的溶解度系数 30.725/H kmol m kpa =g998.20.7540.72518101.3s S E m P HM P ρ====⨯⨯进塔气相摩尔比： 10.080.087010.08Y ==-出塔气相摩尔比：20.00020.00020010.0002Y ==- 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：20X =混合气体流量 ：1100027341.59629322.4V ⨯==⨯ kmol/h进塔惰性气体流量： 41.596(10.08)38.268V =⨯-= kmol/h吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：12min 120.08700.0002000.752(0.0870/0.754)0e Y Y L V x X --⎛⎫=== ⎪--⎝⎭ 11e Y x m =取操作液气比为最小液气比的1.5倍，可得吸收剂用量为：0.75238.268 1.543.166/L Kmol h =⨯⨯= 根据全塔物料衡算式:()()()121212120.08700.0002000.07700.752 1.5V Y Y L X X V Y Y X LX L-=---=+==⨯液气比 ：43.166180.6661000 1.166l v W W ⨯==⨯ (三)塔径的计算 1.塔径的计算考虑到填料塔塔的压力降,塔的操作压力为101.3KPa()()()()33330.08170.922928.04/101.31028.0410 1.166/8.314527320998.2/v L M Kg Kmol PM Kg m RT Kg m ρρ-=⨯+⨯=⨯⨯⨯∴===⨯+=Q 液体密度可以近似取为采用贝恩----霍夫泛点关联式:112480.23lg f t v v L L L v L u a W A K g W ρρμρρε⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦即()20.231184223 1.166lg () 1.0049.81998.20.90 1.1660.204 1.750.666998.20.476f u ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎛⎫=-⨯⨯ ⎪⎝⎭=-3.017/f u m s = ()0.50.85f u u =-Q取泛点率为0.6. 即 0.60.6 3.017 1.810/f u u m s ==⨯=()0.442D m ===圆整后取 ()()0.4400D m mm ==2.泛点率校核：210003600 2.212/0.7850.4u m s ==⨯ 2.2120.7333.017F u u ==（在0.5到0.85围之间） 3.填料规格校核：40016825D d ==> 4.液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：)/(08.0)(3min h m m L W ⋅=23223/t a m m = 所以得32min min ()0.0822317.84/()W t U L a m m h =⋅=⨯=⋅263220.78543.16618998.2 6.17510/()0.7850.4hL U D m m h =⋅⨯⨯==⨯⋅⨯min U U >故满足最小喷淋密度的要求.(四)填料层高度计算 1.传质单元高度计算273K ，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数20.17(/)o D cm s =.由3/2000V p T D D p T ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,则293K ，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数20.189(/)v D cm s =293K ，101.3kpa 下，氨气在水中的扩散系数()921.7610/L D m s -=⨯ (查化工原理附录)*110.7540.07700.0581Y mX ==⨯=*220Y mX ==脱吸因数为：0.7540.6680.752 1.5mV S L ===⨯ 气相总传质单元数为：()*12*221ln 11OGY Y N S S S Y Y ⎡⎤-=-+⎢⎥--⎣⎦=()10.08700ln 10.6680.66810.6680.0002000-⎡⎤-+⎢⎥--⎣⎦=14.992气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：0.050.20.10.752221exp 1.45w c L t L L t L t L L L t L a U a U U a a a g σσμρσρ-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭液体质量通量为：22243.166186186.21/()0.7850.7850.4L L W U Kg m h D ⨯===⋅⨯⨯ 气体质量通量为：2221000 1.1669283.44/()0.7850.7850.4v v W U Kg m h D ⨯===⋅⨯⨯ 故20.750.10.052820.24276806186.216186.212231exp{ 1.45()()()940896223 3.6998.2 1.27106186.21()}998.29408962230.2476w t a a -⨯=--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=气膜吸收系数：10.7310.74340.2379283.440.0652230.1891036000.2372230.0658.3142931.1660.189103600 0.1273V V t V G t V V V U a D k a D RT μμρ--⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⨯⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=液膜吸收系数:211323121833290.00956186.21 3.6 3.6 1.27100.00950.2476223 3.6998.2998.2 1.761036000.3037(/)L L L L w L L L L U g k a D m h μμμρρ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=查表得ψ=1.35 故1.1G G W K a K a ψ==0.1273⨯0.2476⨯223⨯ 1.11.35=9.778()3/Kmol m h kpa ⋅⋅ 0.4L L W K a K a ψ==0.3037⨯0.2476⨯223⨯0.41.35=18.907()3/kmol m h kpa g gf =fuu =0.733>0.5 以下公式为修正计算公式：1.419.50.5G G f u K a K a u ⎡⎤⎛⎫'⎢⎥=+- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()()1.4319.50.2339.77821.864/Kmol m h kpa ⎡⎤=+⨯⨯⎣⎦=⋅⋅2.219.50.5L L f u K a K au ⎡⎤⎛⎫⎢⎥'=+- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()()2.2319.50.23318.90726.194/kmol m h kpa =+⨯⨯=g g则 111G G L K a K a HK a =+'' （H 为溶解度系数）；=11121.8640.72526.194+⨯=10.1633/()Kmol m h kpa ⋅⋅由 OG Y G V VH K a K aP ==ΩΩ=238.26810.163101.30.7850.4⨯⨯⨯=0.296m 2. 填料层高度的计算由 0.29614.992 4.438OG OG Z H N m =⋅=⨯= 取上下活动系数为1.51.5 1.5 4.438 6.657Z m Z'==⨯=故 取填料层高度为7m.查[2]化工原理课程设计213页表5-41散装填料分段高度推荐值查得：塑料阶梯环 h/D ⊂8～15 max 6h m ≤ 取h/D=10 得 h=10⨯0.4=4m故 填料层需要分为二段，高度分别为3.5m. (五) 填料塔压降的计算采用Eckert 通用关联图计算填料层压降横坐标为：0.50.51.1660.666998.2V LVL WW ρρ⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=0.0228查[2]P 215表5-44得：189P m -Φ=纵坐标为：220.20.22.212891 1.166 1.0040.05239.81998.2V P L L u g ρψμρΦ⨯⨯⋅⋅=⨯⨯=查图得859.81833.85/Ppa m Z∆=⨯= 填料层压降为：833.857 5.84P pa Kpa ∆=⨯=Eckert 图(六) 吸收塔的主要接管尺寸的计算 1、气体进料管由于常压下塔气体进出口管气速可取12～20/m s ，故若取气体进出口流速近似为16m/s ，则由公式24V q d u π=可求得气体进出口径为41000/3600148.710.78516V q d mm u π===⨯ 采用直管进料，由《化工原理》 第三版 上册 [谭天恩等主编 化学工业]P269查得选择1563mm mm Φ⨯热轧无缝钢管，则 2241000/3600'15.73/0.785(0.1560.0032)V q u m s d π===⨯-⨯（在符合围） 气体进出口压降:进口：()221111.16615.73144.2522p u Pa ρ∆==⨯⨯=出口：()222110.50.5 1.16615.7372.1322p u Pa ρ∆=⨯=⨯⨯⨯=2、液体进料管由于常压下塔液体进出口管速可取13/m s :，故若取液体进出口流速近似为2.6m/s ，则由公式24V q d u π=可求得液体进出口径为0.029d m === 采用直管进料，由《化工原理》第三版 上册 [谭天恩等主编 化学工业]P368查得选择384mm mm Φ⨯热轧无缝钢管，则 2246186.21/(998.23600)' 2.44/0.785(0.0380.0042)V q u m s d π⨯===⨯-⨯（在符合围） (七)吸收塔设计条件图表四、符号说明五、对设计过程的评述这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。
水吸收氨填料吸收塔设计带图
计任务书 0吸收工艺流程的确定 0平衡曲线方程 (2)塔径计算 (2)填料层高度计算 (4)填料层压降计算 (7)填料吸收塔的附属设备 (7)主要符号说明 (8)计任务书（1）题目含氨为5%（体积分数，下同）的混合气体, 处理量为4000m3/h, 采用清水进行吸收, 氨的回收率90%，吸收剂的用量为最小用量的倍. (均为体积分数).,（2）设计任务和操作条件:(1)操作压力常压。
(2)操作温度20℃(3)年工作300天,每天24小时运行.（3）填料类型聚丙烯阶梯环填料,规格自选.（4）设计内容(1)吸收塔的物料衡算(2)填料层压降的计算(3)液体分布器的简单设计(4)吸收塔塔体工艺尺寸的计算(5)绘制分布器施工图(6)对本设计进行评述（5）基础数据20℃下氨在水中的溶解度系数H为( m3. kpa)吸收工艺流程的确定采用常规逆流操作流程．流程如下。
物料计算(l). 进塔混合气中各组分的量 取塔平均操作压强为，故： 混合气量＝ 4000（27327320+）×122.4 ＝／h混合气中氨量b V ＝× ＝ kmol ／h ＝／h 混合气中空气量＝ =／h ＝／h(2)．混合气进出塔的（物质的量）组成1y = 2y =*=（3）．混合气进出塔（物质的量比）组成 Y 1=111y y -=Y 2=221y y -= 平衡曲线方程查表知:20℃时,氨在水中的亨利系数E=; m =E P = 277.3101.3= 故操作线方程为:Y=. 吸收剂(水)的用量Ls由操作线方程知:当Y 1＝时,X 1*=,计算最小吸收剂用量,min S L12,min 12*S BY Y L V X X -=-=××0192.00005.0-0526.0＝／h取安全系数为，则 Ls ＝×=／h = h 依物料衡算式 塔底吸收液浓度1X1X = ×44.115800005.0-0526.0=塔径计算塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气20℃)， （1）.采用Eckert 通用关联图法(图1)计算泛点气速F u ①有关数据计算塔底混合气流量V`S ＝＋＝／h 吸收液流量L`＝／h 进塔混合气密度G ρ＝4.2229×20273273+＝／3m (混合气浓度低，可近似视为空气的密度)吸收液密度L ρ＝3m 吸收液黏度L μ＝ mP a ·s经比较，选DN38mm 聚丙烯阶梯环。
水吸收氨气填料塔设计
一.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，故此选用聚丙烯阶梯环填料。
[1][2]50N D 二．工艺计算1.基础物性数据1.1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 -=⨯1.2.气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为0.05170.952928.4Vm i i M y M ==⨯+⨯=∑混合气体的平均密度为3101.328.41.161/8.314298Vm Vm PM kg m RT ρ⨯===⨯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0.066/()V kg m h μ=⋅查手册得氨气在空气中的扩散系数为20.0698/V D m h=1.3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]99.78E kPa=相平衡常数为99.780.985101.3E m P ===溶解度系数为3997.050.555/()99.7818.02LSH kmol kPa m EM ρ===⋅⨯1.4物料衡算进塔气相摩尔比为1110.050.0526110.05y Y y ===--出塔气相摩尔比为2220.00020.0002110.0002y Y y ===--进塔惰性气相流量为1500273(10.05)58.28/22.427325V kmol h =⨯-=+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12min 12(/Y Y LV Y m X -=-对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为20X =min 0.05260.0002(0.9810.0526/0.9850L V -==-取操作液气比为min 2.0()L L V V =2.00.981 1.962LV=⨯=1.96258.28114.35/L kmol h=⨯=1212()()V Y Y L X X -=-158.28(0.05260.0002)0.0267114.35X -==2.填料塔的工艺尺寸的计算2.1.采用Eckert 通用关联图计算泛点气速气相质量流量为1500 1.1611741.5/V w kg h=⨯=液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即114.3518.022060.59/L w kg h =⨯=Eckert 通用关联图的横坐标为0.50.52060.59 1.161()(0.04031741.5997.05V L V L w w ρρ==查图5-21得20.20.19V F F L Lu g ρφψμρ=查表5-11得1127F m φ-= 3.55/F u m s ===取 0.70.7 3.55 2.485/F u u m s ==⨯=由0.462D m ===圆整塔径，取 。
第18组(水吸收氨填料塔地设计)
2009级化学工程与工艺专业《化工原理》课程设计说明书题目：水吸收氨填料塔的设计姓名：班级学号：指导老师：同组学生：完成时间：2012年5月18日《化工原理》课程设计评分细则说明：评定成绩分为优秀(90-100),良好(80-89)，中等(70-79)，及格(60-69)和不及格(<60)化工原理课程设计——水吸收氨填料塔设计目录一前言 (5)二设计任务 (5)三设计条件 (5)四设计方案 (6)4.1．吸收剂的选择 (6)4.2．流程图及流程说明 (6)4.3．塔填料的选择 (7)4.4填料支撑装置 (12)4.5填料限位器 (12)4.6除沫器 (12)五工艺计算 (13)5.1物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成 (13)5.2塔径的计算 (14)5.3填料层高度计算 (16)5.4填料层压降计算 (19)5.5液体分布装置 (20)5.6液体再分布装置 (21)5.7流体进出口流差 (22)六设计一览表 (23)七对本设计的评述 (24)八参考文献 (25)九附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图） (26)十个人小结 (27)一．前言课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。
通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。
通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。
同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事、严肃认真、高度责任感的工作作风。
课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。
二、设计任务1、完成填料塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型;2、绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔装置图;3、编写设计说明书。
水吸收氨气填料塔课程设计
引言 1 设计目标 3 填料塔结构设计 5
-
目录
2 填料塔简介 4 工艺流程设计 6 总结与展望
1
引言
引言
在当前的工业生产中，氨气的吸收和分离是一个重要
1
的环节
氨气是一种常见的工业气体，广泛应用于化工、制药、
2
农业等领域
为了实现高效、环保的氨气吸收，本课程设计旨在设
3
计和优化水吸收氨气的填料塔
2
填料塔简 介
填料塔简介
1
填料塔是化工生产中常用的设备之一， 主要用于气液或液液之间的传质和传
热过程
填料塔的核心部件是填料，它提供了 气液接触和反应的表面
2
3
通过选择合适的填料和操作条件，可 以有效地提高传质和传热的效率
3
设计目标
设计目标
本课程设计的主 要目标是
设计目标
6
总结与展 望
总结与展望
1
通过本次课程设计，我们了解了水来自收氨气的 工艺流程和填料塔的结构设计
2
在实际应用中，还需要根据具体条件进行工艺
参数的优化和设备的选型
3
未来，随着技术的进步和应用需求的提高，水 吸收氨气的填料塔将会更加高效、环保和节能
恳请各位导师批评指正
感谢您的聆听
汇报人：XXXX
指导老师：XXX
工艺流程设计
吸收过程
在填料塔内，氨气与水逆流接触，发生吸收 反应。吸收后的溶液从塔顶流出，进入后续 处理单元。未被吸收的气体从塔顶排出，进 入回收系统
工艺流程设计
工艺参数控制
工艺参数如温度、压力、流量等应进行实时监测和控制 ，以确保吸收过程的稳定性和高效性。可以通过调节氨 气流量、水流量以及塔内温度和压力等参数来优化吸收 效果
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水吸收氨填料塔设计目录一前言 (3)二设计任务 (3)三设计条件 (3)四设计方案 (3)1．吸收剂的选择 (3)2．流程图及流程说明 (3)3．塔填料的选择 (4)五工艺计算 (4)1．物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成 (4)2．塔径的计算 (5)3.填料层高度计算 (6)4.填料层压降计算 (8)5.液体分布装置 (8)6.液体再分布装置 (9)7.填料支撑装置 (10)8.气体的入塔分布 (10)六设计一览表 (10)七对本设计的评述 (11)八参考文献 (11)七主要符号说明 (14)八附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图）二、设计任务：完成填料塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型，绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔装置图，编写设计说明书。
三、设计条件1、气体混合物成分：空气和氨；2、氨的含量： 4.5％（体积）；3、混合气体流量： 4000m3/h；4、操作温度：293K；5、混合气体压力：101.3KPa；6、回收率： 99.8％。
四、设计方案1．吸收剂的选择根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，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。
2．流程图及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。
（如右图所示）3．塔填料选择该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用38mm聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积a ：132.532/m m 空隙率ε：0.91 干填料因子Φ：1175-m 五、工艺计算对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。
混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。
空气和水的物性常数如下： 空气：35/205.1)/(065.01081.1mkg h m kg s Pa =⋅=⋅⨯=-ρμ水：sPa m kg L L ⋅⨯==-53104.100/2.998μρ1． 物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成查表知，20C 下氨在水中的溶解度系数)/(725.03kpa m kmol H ⋅= 亨利系数SLHM E ρ=相平衡常数754.03.10102.18725.02.998=⨯⨯===P HM PE m S Lρ进塔气相摩尔比为：04712.0045.01045.01=-=Y出塔气相摩尔比为：00009424.0045.01)998.01(045.02=--⨯=Y对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：02=X (清水)混合气体的平均摩尔质量为：)/(46.2829)045.01(17045.0kmol kg M =⨯-+⨯= 混合气体流量：)/(382.1664.2212932734000h kmol =⨯⨯惰性气体流量：)/(895.158)045.01(382.166h kmol V =-⨯=最小液气比：752.00754.004712.000009424.004712.0)(21212121min =--=--=--=*X mY Y Y X X Y Y V L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：)/(233.1795.1895.158752.0h kmol L =⨯⨯=04169.05.1752.000009424.004712.0)(211=⨯-=-=L Y Y V X液气比682.0183.1400018233.179=⨯⨯=V L ωω 2．塔径计算混合气体的密度 333/183.1293315.81046.28103.101m kg RT M P G =⨯⨯⨯⨯==-ρ 采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度：s m u g a u a g u F L LG t F L LG t F /942.3004.1183.15.1322.99891.081.93304.03304.0481.0)2.998183.1()183.1400018233.179(75.1204.0]lg[2.032.03281412.032=⨯⨯⨯⨯⨯==⋅-=⨯⨯⨯⨯-=⋅⋅⋅μρερμρρε取泛点率为0.6，即s m u u F /365.2942.36.06.0=⨯==sm uV D S /7736.03600365.214.3400044=⨯⨯⨯==π圆整后取 m D 8.0= 泛点率校核：s m u /212.28.0785.0360040002=⨯=5611.0942.3212.2==F u u （在允许的范围内） 填料规格校核：805.2138800>==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 ⋅=32/5.132m m a t =所以 )/(6.105.13208.0)(23min min h m m a L U t W ⋅=⨯=⋅=min23622)/(1041.68.0785.02.99818233.179785.0U h m m D L U h〉⋅⨯=⨯⨯⨯=⋅=经以上校核可知，填料塔直径选用m D 8.0=合理。
3． 填料层高度计算查表知， 0C ，101.3 kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数s cm D /17.02=o由23))((o o o T TP P D D G =，则293k ，101.3kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数为s cm D D G /189.0)273293)(3.1013.101(223==o液相扩散系数s m D L /1080.129-⨯=液体质量通量为)/(56.64218.0785.018233.17922h m kg U L ⋅=⨯⨯=气体质量通量为)/(79.94188.0785.0183.1400022h m kg U V ⋅=⨯⨯= 003143.004169.0754.02211===⨯==**mX Y mX Y脱吸因数为6684.05.1752.0754.0=⨯==L mV S气相总传质单元数为：425.15]6684.0000009424.0004712.0)6684.01[(6684.011])1[(112221=+--⨯-⨯-=+--⋅--=**Ln S Y Y Y Y S Ln S N OG气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：})()()()(45.1exp{12.0205.0221.075.0t L L LL t L L t L L c t w a U ga U a U a a σρρμσσ⋅⋅⋅⋅⋅--=- 查表知，2/427680/33h kg cm dyn c ==σ所以，2929.0})5.1329408962.99856.6421()1027.12.9985.13256.6421()6.35.13256.6421()940896427680(45.1exp{12.0205.08221.075.0=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯--=-t w a a气膜吸收系数由下式计算：)/(1095.0293314.8103600189.05.132()360010189.0183.1065.0()065.05.13279.9418(237.0)()()(237.0243147.0317.0kpa h m kmol RTDa D a U V t V V V v t V G ⋅⋅=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=--ρμμκ液膜吸收系数由下式计算：3983.0)2.9981027.16.3()36001080.12.9986.3()6.35.1322929.056.6421(0095.0)()()(0095.031821932312132=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=---LL L L L L w L L g D a U ρμρμμκ查表得：45.1=ψ 则ha a kpa h m kmol a a w L L w G G 1935.1745.15.1322929.03983.0)/(3952.645.15.1322929.01095.04.04.031.11.1=⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅⋅=⨯⨯⨯=⋅⋅=ψκκψκκ5.05611.0〉=Fu u由a u ua a u ua L FLG FGκκκκ⋅-⋅+='⋅-⋅+='])5.0(6.21[])5.0(5.91[2.24.1 得，ha kpa h m kmol a LG1034.18935.17])5.05611.0(6.21[)/(6087.73952.6])5.05611.0(5.91[2.234.1=⨯-⋅+='⋅⋅=⨯-⋅+='κκ则)/(8097.4034.18725.016087.7111113kpa h m kmol a H a a L GG ⋅⋅=⨯+=⋅+'=κκκ由m P a V a K V H G Y OG 648.08.0785.03.1018097.4895.1582=⨯⨯⨯=Ω⋅⋅=Ω⋅=κ由 m N H Z OG OG 9954.9425.15648.0=⨯=⋅=m Z 99.119954.920.1≈⨯='设计取填料层高度为：m Z 12=查表：对于阶梯环填料，m h Dh6,15~8max ≤=将填料层分为两段设置，每段6m ，两段间设置一个液体再分布器。
4．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：0235.0)2.998183.1(183.1400018233.179)(5.05.0=⨯⨯⨯=L V V L ρρωω 查表得：1116-=Φm P纵坐标为：0686.0004.12.998183.181.91116212.22.022.02=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅ΦL L V P g u μρρψ查图得，m pa ZP/26.451=∆ 填料层压降为：kpa pa P 86.51326.451=⨯=∆5.液体分布装置液体分布器的选型：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)/(2523h m m ⋅，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---760mm ，最大体积流量---12.5h m /3排管式喷淋器采用塑料制造。