最新水吸收氨填料塔设计

环境工程原理课程设计清水吸收氨的填料塔装置

设计说明书

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院（系）别：资源与环境学院

专业：环境工程

年级班：

姓名：

学号：

指导老师：

前言：

课程设计是比较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，在规定的时间内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内容，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，培养实事求是、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。

经过学习,我知道，填料塔吸收净化工艺不单应用在化工领域 ,在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。工程实践表明 ,合理的系统工艺和塔体设计 ,是保证净化效果的前提。这次课程设计我把聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。

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一设计任务书

（一）设计题目

水吸收NH3过程填料吸收塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用于脱除焙烧炉送出的混合气体(先冷却)中的NH3，其余为惰性组分，采用清水进行吸收。

（二）操作条件

（1）操作压力常压

（2）操作温度20℃

（三）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）吸收塔接管尺寸计算；

（6）绘制吸收塔设计条件图；

（7）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

二设计方案简介

2.1方案的确定

用水吸收NH3属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，且NH3不作为产品，故采用纯溶剂。

2.2填料的类型与选择

对于水吸收NH3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DN38聚丙烯阶梯环填料。

阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。

2.3设计步骤

本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计

（一）吸收塔的物料衡算；（二）填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；（三）设计液体分布器及辅助设备的选型；（四）绘制有关吸收操作图纸。

三、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，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20℃时水的有关物性数据如下：

密度为ρL=998.2kg/m3

粘度为μL=0.001Pa·s=3.6kg/(m·h)

表面张力为σL=72.6dyn/cm=940896kg/h2

NH3在水中的扩散系数为D L=2.04×10-9m2/s=7.344×10-6m2/h

（依Wilke-Chang

0.5

18r

0.6

()

1.85910

M T

=?计算，查《化学工程基础》）

3.1.2 气相物性数据

设进塔混合气体温度为20℃，

混合气体的平均摩尔质量为

M Vm =Σy i M i =0.05×17.03+0.95×29=28.40g/mol

混合气体的平均密度为ρVm =1.1806kg/ m 3

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为

μV =1.81 ×10-5Pa?s=0.065kg/(m?h)

查手册得NH3在空气中的扩散系数为

D V =0.255cm 2/s=0.081m 2/h

3.1.3 气液相平衡数据

由手册查得，常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为

E=76.41kPa

相平衡常数为

m=E/P=76.41/101.3=0.754

溶解度系数为

H=ρ/EM=998.2/76.41×18.02=0.7254kmol/kPam 3

3.1.4 物料衡算

(l). 进塔混合气中各组分的量

近似取塔平均操作压强为101.3kPa ，故：混合气量＝4.2212015.27315.27310800??

? ??+=441.7 混合气NH 3中量＝441.7×0.055＝24.29 kmol ／h

＝24.29×17.03=413.66kg ／h

设混合气中惰性气体为空气，则混合气中空气量＝441.71-24.29＝417.42kmol ／h

＝417.42×29＝12105.18kg ／h

(2)．混合气进出塔的摩尔组成

y 1=0.055

y 2=)96.01(29.2442.417)96.01(29.24-?+-?=0.002323 （3）混合气进出塔摩尔比组成

进塔气相摩尔比为

Y 1=111y y -=055

.01055.0-=0.0582 出塔气相摩尔比为

Y 2=0.0582×（1-0.96）=0.002328

（4）出塔混合气量

出塔混合气量=417.42+24.29×0.04=418.3916kmol/h

=12105.18+441.7×0.04=12122.848kg/h

（5）吸收剂（水）的用量L

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

12min 12()Y Y L Y V X m

-=- 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X 2=0

0754.0/0582.0002328.00582.0min --=??

? ??V L =0.724 取操作液气比为

min 6.1??

? ??=??? ??V L V L V

L =1.6×0.724=1.158 L=1.158×417.42=483.432 kmol/h

(6)塔底吸收液组成X 1

1212()()V Y Y L X X -=-

432

.483)002328.00582.0(42.4171-?=X =0.0482 (7)操作线方程依操作线方程)(22X V L Y X V L Y -+==002328.042.417432.483+X Y=1.158X+0.002328

3.2填料塔的工艺尺寸的计算

3.2.1塔径的计算

采用Eckert通用关联图计算泛点气速。

气相质量流量为w v=10800×1.1806=12751.4 kg/h

液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即

W L=483.432×18.02=8711.4kg/h

其中：

ρL =998.2kg/m3

ρV =1.1806kg/m3

g = 9.81 m/s2 = 1.27×108 m/h2

W V = 12751.4 kg/h

W L = 8711.4kg/h

μL =0.001Pa·s

（1）采用Ecekert通用关联图法计算泛点气速u F

。

通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下：

图一填料塔泛点和压降的通用关联图（引自《化工原理》）