填料吸收塔设计说明书

学校：华东交通大学

学院：基础科学学院

姓名：王业贵

学号：20100810030111

指导老师：周枚花老师

时间：2013.12.30-2014.1.10

一、设计任务书

一、设计题目

年处理量为4

2.0410 吨氮气填料吸收塔的设计

二、设计任务及操作条件

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2400 m 3/h ，其中含空气95%，含氨气为5％（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/（m 3.kPa ） 三、工艺操作条件

1.厂址为南昌地区

2.操作压力为101.3kpa

3.操作温度20℃

4.每年生产时间：300天，每天24小时

5.自选填料类型及规格 四、设计内容

1. 吸收流程选择

2. 填料选择（根据处理量选择）

3. 基础物性数据的搜集与整理

4. 吸收塔的物料衡算

5. 填料塔的工艺尺寸计算（塔径，填料层高度，填料层压降）

6. 流体分布器简要设计

7.辅助设备的计算及选型

8.设计结果一览表

9.后记（对设计过程的评述和有关问题的讨论） 10.绘制有关图纸 11.编写设计说明

五、化工设计说明书的内容

完整的化工设计报告由说明书图纸两部分组成。设计说明书中应包括所有论述、原始数据、计算、表格等，编排顺序如下：

（1）标题页；

（2）设计任务书；

（3）目录；

（4）设计方案简介；

（5）工艺流程草图；

（6）工艺计算以主体设备设计计算及选型；

（7）辅助设备的计算及选择；

（8）设计结果概要或设计一览表；

（9）对本设计的评述；

（10）附图（工艺流程图（设计说明书中）、主体设备工艺条件图（A3））；

（11）参考文献；

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a

t ：2233

2/m

m空隙率ε：0.90

湿填料因子Φ：1

172m-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-=⨯⋅=

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-=⨯⋅= 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 =

998.20.7540.72518101.3

s S E m P HM P ρ=

===⨯⨯

进塔气相摩尔比： 10.08

0.087010.08Y =

=-

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 ：1240027399.82929322.4

V ⨯==⨯ kmol/h 进塔惰性气体流量： 99.829(10.08)91.843V =⨯-= 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：

0.75291.843 1.5103.598/L Kmol h =⨯⨯= 根据全塔物料衡算式:

()()

()121212120.08700.000200

0.0770

0.752 1.5

V Y Y L X X V Y Y X LX L

-=---=

+=

=⨯

液气比 ：

103.598180.6662400 1.166

l v W W ⨯==⨯ (三)塔径的计算 1.塔径的计算

考虑到填料塔内塔的压力降,塔的操作压力为101.3KPa

()()()()

33

330.05170.952928.40/101.31028.4010 1.181/8.314527320998.2/v L M Kg Kmol PM Kg m RT Kg m ρρ-=⨯+⨯=⨯⨯⨯∴===⨯+=液体密度可以近似取为

采用贝恩----霍夫泛点关联式:

1

12

4

8

0.23

lg f t v v L L L v L u a W A K g W ρρμρρε⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦

即

()20.23

118

4

223 1.166lg () 1.0049.81998.20.90 1.1660.204 1.750.666998.20.476

f u ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎛⎫=-⨯⨯ ⎪⎝⎭

=-

3.017/f u m s = ()0.50.85f u u

=-

取泛点率为

0.6. 即 0.60.6 3.017 1.810/f u u m s ==⨯=

()0.848D m =

== 圆整后取 ()()0.848800D m mm ==