化工基本知识水吸收氨填料塔设计

广东石油化工学院化工原理课程设计

题目: 水吸收氨填料塔的设计

指导教师: 李燕

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目录

第一节前言 (4)

1.1 填料塔的主体结构与特点 (4)

1.2 填料塔的设计任务及步骤 (4)

1.3 填料塔设计条件及操作条件 (5)

第二节填料塔主体设计方案的确定 (5)

2.1 装置流程的确定 (5)

2.2 吸收剂的选择 (5)

2.3填料的类型与选择 (6)

2.3.1 填料种类的选择 (6)

2.3.2 填料规格的选择 (6)

2.3.3 填料材质的选择 (6)

2.4 基础物性数据 (6)

2.4.1 液相物性数据 (6)

2.4.2 气相物性数据 (7)

2.4.3 气液相平衡数据 (7)

2.4.4 物料横算 (7)

第三节填料塔工艺尺寸的计算 (8)

3.1 塔径的计算 (8)

3.2 填料层高度的计算及分段 (10)

3.2.1 传质单元数的计算 (10)

3.2.3 填料层的分段 (12)

3.3 填料层压降的计算 (12)

第四节填料塔内件的类型及设计 (13)

4.1 塔内件类型 (13)

4.2 塔内件的设计 (13)

4.2.1 液体分布器设计的基本要求： (13)

4.2.2 液体分布器布液能力的计算 (13)

注：

1填料塔设计结果一览表 (14)

2 填料塔设计数据一览 (14)

3 参考文献 (16)

4 对本设计的评述或有关问题的分析讨论 (16)

第一节前言

1.1填料塔的主体结构与特点

结构：

图1-1 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肖，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。

设计步骤：（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案;

（2）针对物系及分离要求，选择适宜填料；

（3）确定塔径、填料层高度等工艺尺寸（考虑喷淋密度）；

（4）计算塔高、及填料层的压降；

（5）塔内件设计。

1.3填料塔设计条件及操作条件

1. 气体混合物成分：空气和氨

2. 空气中氨的含量: 5.0% （体积含量即为摩尔含量）

3. 混合气体流量2547m3/h

4. 操作温度293K

5. 混合气体压力101.3KPa

6. 回收率99.98%

7. 采用清水为吸收剂

8. 填料类型：采用聚丙烯鲍尔环填料

第二节精馏塔主体设计方案的确定

2.1装置流程的确定

本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。

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。工业生产中多采用逆流操作。

2.2 吸收剂的选择

因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。

2.3填料的类型与选择

填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。2.3.1 填料种类的选择

本次采用散装填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。鲍尔环是目前应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。2.3.2 填料规格的选择

工业塔常用的散装填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\ Dn76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。

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3-1

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

2.3.3 填料材质的选择

工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类

聚丙烯填料在低温（低于0度）时具有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重，可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。

综合以上：选择塑料鲍尔环散装填料Dn50

2.4 基础物性数据

2.4.1 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。由手册查得

_

20 ℃水的有关物性数据如下：

1. 3

998.2/l kg m ρ=

2. 0.001.

3.6/.l pa s kg m h μ==黏度：

3. 表面张力为:272.6/940896/z dyn cm kg h σ==

4. 3320:0.725/CNH H kmol m kpa ︒=⋅

5. 62320:7.3410/l CNH D m h -︒=⨯

6. 22320:0.225//v CNH D cm s m h ︒==

2.4.2 气相物性数据

1. 混合气体的平均摩尔质量为

∑=⨯+⨯==3441.28299452.00304.170548.0i i VM m y M (2-1) 2. 混合气体的平均密度

由1787.1293

314.83441

.283.101=⨯⨯==

RT PM VM vm ρ (2-2) R=8.314

3. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20C ︒时，空气的黏度

551.7310622810/v pa s kg m h μ--=⨯⋅=⨯⋅

注：211/N kg m s =⋅ 12211/1/Pa N m kg s m ==⋅ 1Pa..s=1kg/m.s

2.4.3 气液相平衡数据

由手册查得，常压下，200C 时，NH 3在水中的亨利系数为 E=76.3kpa

0320NH C 时,在水中的溶解度: H=0.725kmol/m

相平衡常数：0.7532E

m P == (2-3)

溶解度系数:

3

998.2/76.318.02

0.726/L

S

H EM kmol kpa m ρ=

=⨯=⋅ (2-4)

2.4.4 物料横算

1. 进塔气相摩尔比为