环工原理课程设计说明书

课程设计说明书

题目水吸收氨气填料塔设计

系(部) 生物与环境工程系专业(班级)

姓名

学号

指导教师

起止日期2014.12.01-2014.12.12

目录

第1章概述 (1)

1.1吸收塔的概述 (1)

1.2吸收设备的发展 ......................................................................... 错误！未定义书签。第2章设计方案. (3)

2.1设计任务 (3)

第3章吸收塔的工艺计算 (4)

3.1基础物性数据 (4)

3.1.1液相物性数据 (4)

3.1.2气相物性数据 (4)

3.3填料塔的工艺尺寸的计算 (5)

3.3.1塔径的计算 (5)

3.3.2填料层高度计算 (6)

3.4填料层压降的计算 (6)

第4章塔内件及附属设备的计算 (7)

4.1液体分布器的计算 (7)

4.2填料塔附属高度的计算 (7)

4.3填料支撑板 (8)

4.8筒体和封头的设计 (8)

4.9法兰的设计 (8)

第5章设计总结 (9)

参考文献 (10)

I

第1章概述

1.1吸收塔的概述

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。

吸收操作广泛地用于气体混合物的分离，其在工业上的具体应用大致有以下几种：（1）原料气的净化。为出去原料气中所含的杂质，吸收可说是最常见的方法。就杂质的浓度来说，多数很底，但因为危害大而仍要求高的净化率。例如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳，用丙酮脱除裂解气中的乙炔等。（2）有用组分的回收。如从合成氨厂的放空气中用水回收氨；从焦炉煤气中以洗油回收粗苯（包括苯、甲苯、二甲苯等）蒸气和从某写干燥废气中回收有机溶剂蒸气等。（3）某些产品的制取。将气体中需用的成分以指定的溶剂吸收出来，成为溶液态的产或半成品。如制酸工业中从含盐酸、氮氧化物、三氧化硫的气体制取盐酸、硝酸、硫酸；在甲醇|（乙醇）蒸气经氧化后，用水吸收以制成甲醛（乙醛）半成品等。（4）废气的治理。很多工业废气中含有二氧化硫、氮氧化物（主要是一氧化氮及二氧化氮）、汞蒸气等有害成分虽然浓度一般很底，但对人体和环境的危害甚大而必须进行治理。这类环境保护问题在我国已愈来愈受重视。选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气治理中应用教广的方法。当然，以上目的有时也难于截然分开，如干燥废气中的有机溶剂，能回收下来就很有价值，任其排放则会然大气。

1.2吸收设备——填料塔的概述

填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下

1

流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体

5 再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。该设计填料塔中，氨气和空气混合气体，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的水逆流接触，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。

设计方案的确定

2.1 流程说明

用水吸收〖NH〗_3属中等溶解吸收过程，为提高传质速率，选用逆流吸收流程。

作为吸收剂，且〖NH〗_3不作为产品，故采用纯溶剂。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 填料额选择

对于水吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通用选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，选用DN50的聚丙烯阶梯环填料。

2

第2章设计方案

2.1设计任务

表2.2 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

拉西环鞍环鲍尔环阶梯环环矩鞍

D/d≥20～30

D/d≥15

D/d≥10～15

D/d＞8

D/d＞8

3

4

第3章 吸收塔的工艺计算

3.1基础物性数据

3.1.1液相物性数据

对低浓度吸收过程，溶液的物性数据。由《化工原理》[1]查得20℃时水的有关数据如下：

密度为=998.2Kg/m ³

粘度为=0.001Pa ·S=3.6Kg/(m.h) 表面张力为=72.6dyn/cm=940896kg/h ² 氨气在水中的扩散系数为=6.336

3.1.2气相物性数据

混合气体的平均摩尔质量为

04.282992.01708.0=⨯+⨯==∑i i Mm M y M 混合气体的平均密度为

146.1298

314.804

.283.101m =⨯⨯==

RT PM Vm V 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 =

气相平衡数据

查表得在20℃的水中的亨利系数为 E=76.41KPa 相平衡常数为 m==0.754