1、課程設計任務書一、設計題目： 水吸收氨氣過程填料吸收塔的設計；試設計一座填料吸收塔， 采用清水吸收混于空氣中的氨氣。混合氣體的處理量為 2600m3/h，其中含氨為7%（體積分數），混合氣體的進料溫度為25。要求：氨氣的回收率達到98%。（ 20氨在水中的溶解度系數為H 0.725kmol/（ m3.kPa）二、工藝操作條件 ：（1）操作平均壓力常壓（2）操作溫度: t=20 （3）吸收劑用量為最小用量的倍數自己確定（4）選用填料類型及規格自選。三、設計內容（ 1）設計方案的確定和說明（ 2）吸收塔的物料衡算；（ 3）吸收塔的工藝尺寸計算；（ 4）填料層壓降的計算；（ 5）液體分布器簡要設計；

2、（ 6）繪制液體分布器施工圖（ 7）吸收塔接管尺寸計算；（ 8）設計參數一覽表；（ 9）繪制生產工藝流程圖（ A4 號圖紙）；（ 10）繪制吸收塔設計條件圖（ A4 號圖紙）；（ 11）對設計過程的評述和有關問題的討論。1目錄1. 11.111.212. 12.112.1.112.1.212.1.312.1.412.222.2.122.2.232.2.362.2.473. 83.183.283.384.95.96.97.108.21. 設計方案簡介1.1 設計方案的確定該填料塔中，氨氣和空氣混合后， 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

3、吸收后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。1.2 填料的選擇金屬環矩鞍選用 50×40×1.0 的金屬環矩鞍填料，其主要參數如下：比表面積 at ：74.9 m 2 / m3空隙率：0.96濕填料因子： 84m 1填料常數 A:0.06225K：1.752. 工藝計算2.1基礎物性數據2.1.1 液相物性的數據L998.2( kg / m3 )L 1004 10 6 (Pas)3.6(kg / m h)2D/L )1.76 1093/ s)L7 2. 6 ( d y nm / c ) 9 4k0g8 9h6 (m2.1.2 氣相物性的數據混合氣體平均密

4、度：vm1.151kg / m 3c =427680( kg / h2 )5空氣黏度：v1.8110(Pa s)0.065( kg / m h)273K，101.3Kpa.氨氣在空氣中擴散系數：D00.17( m2 / s)2.1.4物料衡算20， 101.3Kpa 下氨氣在水中的溶解度系數H0.725kmol / m3 kpa1Es998.2mHM SP0.754P0.725 18 101.3進塔氣相摩爾比：Y10.070.075310.07出塔氣相摩爾比：Y2Y1(1) 0.0753(1 0.98) 0.00151對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成：X 20： V11000273混合氣體流量

5、29341.596 kmol/h22.4進塔惰性氣體流量 : V2600273 (1 0.07)98.891 kmol/h22.4298吸收過程屬于低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算：LY1Y2Y1 Y20.0753 0.00151VX 1*X 2Y10.739minX 20.0753m00.754取操作液氣比為最小液氣比的1.5 倍，可得吸收劑用量為：L1.50.73998.891109.620Kmol / h根據全塔物料衡算式 :V(Y1-Y2 )=L(X 1-X2 )V (Y1Y2 )0.07530.00151X 1LLX20.0666kmol / h0.7391.5液氣

6、比 ： WL109.62018.020.660WV2600 1.1512.2 填料塔的工藝尺寸的計算2.2.1塔徑的計算采用貝恩 -霍夫泛點關聯式 :211u f48atv0.2vA KWLlg3LWvgLL即2u F2atG0.2lg3LgL11.15110.062251.75 (0.661) 4() 8998.20.0.615uF2 atG0.20.243g 3LLu F0.2439.810.963998.24.940m / s74.91.1511.0040.2取泛點率為 0.6 ，即 u0.6uF 0.6 4.94 2.964m / sD4VSu426000.557m3.141.2853

7、600圓整后取D 0.6m泛點率校核：2600u36002.556m / s2u2.556uF4.940.517 （在允許的范圍內）填料規格校核：D600128d50液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為： ( LW ) min0.08m3 /( m h)at 74.9m 2 / m 3所以 U min(LW ) min at0.08110 5.992m3 /( m2 h)L hU20.785 D109.62 18.02 998.27.002m3 /(m 2 h) U min0.7850.6 2經以上校核可知，填料塔直徑選用D0.6m 合理。2.2.2填料層高度計算查表知， 0C，101.3 kp

8、a 下， NH 3 在空氣中的擴散系數D o0.17cm2 / s3由 DG Do ( Po )( T ) 23 ，PTo則293 k， 101.3kpa下 ，NH3在空氣中的擴散系數為D GDo (101.3)( 293) 230.189cm2 / s101.3273液相擴散系數 D L1.8010 9 m2 / s液體質量通量為U L109.6218.026989.92/(m2)0.7850.62kgh氣體質量通量為U V26001.15110589.53/(m2)0.7850.62kghY1mX 10.7540.0753 0.0568Y2mX 20脫吸因數為SmV0.7540.6802L

9、 0.739 1.5氣相總傳質單元數為：N OG1Y1Y2SLn(1S)Y21 SY210.6802)0.075301Ln(10.001510.6802 8.7900.68020氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯式計算：aw1 exp1.45 (c)0. 75U L)0.1(U L 2 at)0.05(UL2)0.2(L 2 gatLatLLL at查表知，c75dyn / cm972000kg / h2aw1exp1.45( 972000 ) 0.75( 6989.92 ) 0.1(6989.92 274.9) 0.05所以，at94089674.93.6998.221.27 108698

10、9.922(998.2) 0.2 0.555294089674.9氣膜吸收系數由下式計算：40.237( U V) 0.71( at DV )G(V) 3atvV DVRT0.237 ( 10589.53 )0.70.0651( 74.9 0.1893600 10 4()3)74.90.0651.1510.18910 436008.3142930.1011kmol /(m2h kpa)液膜吸收系數由下式計算：U L21g10.0095 ()3(L)2(L3LawL D L)LL6989.9223.61(3.6 1.27 10810.0095 () 3() 2) 30.555274.93.699

11、8.21.8010 93600998.278.1056查表得：1.45G aGaw1.10.10110.555274.91.451.16.3269kmol /(m3 h kpa)則aw0.478.10560.555274.91.450.43764.0891L aLhu0.517 0.5uFG a19.5( u0.5)1.4 G a由u F得，( uL a12.60.5) 2.2 L auFG a19.5 (0.5170.5)1.4 6.32696.5271kmol /( m3 h kpa)L a12.6 ( 0.5170.5)2.2 3764.089 3765.34 1hG a111則G aH

12、L a1116.5115kmol /(m3 h kpa)6.52710.7253765.34H OGVK Y a由V98.8910.5305mG a P6.5115101.30.7850.6 2由 ZH OGN OG 0.5318.7904.663m5Z 1.20 4.663 5.596m設計取填料層高度為： Z 6m查表：對于環矩鞍填料，hhmax 6m815,D計算得填料高度為6000mm，故不需分段。2.2.3填料層壓降計算采用 Eckert 通用關聯圖計算填料層壓降橫坐標為：L( V )0.50.660(1.151 )0.50.0224VL998.2查表得：P71m 1縱坐標為：u 2

13、PV0.22.5562711 1.15510.2gL9.811.0040.0546L998.2查圖，得P34.6pa / mZ填料層壓降為：P34.6 6 207.6 pa2.2.4液體分布器簡要設計2.2.4.1液體分布器簡的類型該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器。6槽式液體分布器2.2.4.2分布密度的計算為了使液體初始分布均勻， 原則上應增加單位面積上的噴淋點數。 但是，由于結構 的 限 制 ， 不 可 能 將 噴 淋 點 設 計 得 很 多 。 根 據 Eckert 建 議 ， 當D7 5 0mm時，分布點密度為1 7 點0 / m 2 時。則總布液孔數為：

14、n0.785D 20.6217048.04取補液孔數為： 48 點布液計算：由 LS4do2 n2 gHLS109.62 18 m3 / s 5.49 10 4 m3 / s3600998.2取0.60 ， H2000mmd o4L Sn2gH45.4910 4則3.14480.629.810.20.0 0 3m5取 d4mm0有計算得，設計布液點數為48 點，直徑為4mm3. 輔助設備的計算及選型 3.1 填料支承設備填料支承結構用于支承塔內填料及其所持有的氣體和液體的重量之裝置。對填料的基本要求是：有足夠的強度以支承填料的重量; 提供足夠的自由截面以使氣液兩相流體順利通過，防止在此產生液泛

15、；有利于液體的再分布；耐腐蝕，易制造，易裝卸等。常用填料支承板有柵板式和氣體噴射式。這里選用分塊梁式支承板。7駝峰支撐3.2填料壓緊裝置為保持操作中填料床層為一高度恒定的固定床，從而保持均勻一致的空隙結構。使操作正常， 穩定，在填料安裝后在其上方要安裝填料壓緊裝置。這樣可以防止在高壓降，瞬時負荷波動等情況下填料床層發生松動和跳動。填料床層限位器適用于除脆性易碎材質填料以外的填料（如金屬、塑料填料）。本次設計的填料是金屬環矩鞍，所以選擇填料床層限位器。駝峰支撐3.3液體再分布裝置在離填料頂面一定距離處， 噴淋的液體便開始向塔壁偏流， 然后沿塔壁下流， 塔中心處填料的不到好的潤濕，形成所謂的“干錐

16、體”的不正常現象，減少了氣液兩相的有效接觸面積。因此每隔一定的距離設置液體再分布裝置， 以克服此現象。由于填料塔層高度為 6 米，所以不需要液體再分布器4. 設計一覽表吸收塔類型金屬環矩鞍吸收填料塔32600混合氣體處理量（ m/h ）塔徑 D（ m）0.6填料層高度 Z（ m）6氣相總傳質單元高度（ m）0.53058氣相總傳質單元數8.790泛點氣速（ m/s）4.940泛點率0.6壓降（ pa）207.6操作壓力（ kpa）101.3操作溫度（）20填料直徑（ mm）25孔隙率 0.96填料比表面積 a( /m3)74.9填料常數 A0.06225填料常數 K1.755. 后記在課程設計

17、過程中 ,我加深了對課本知識的認識，也鞏固了所學到的知識。此次課程設計按照設計任務書、指導書、技術條件的要求進行。在設計過程中，我通過跟同學之間相互討論與向老師提問，整體設計基本滿足使用要求， 但是在設計指導過程中也發現一些問題，發現自己基礎知識不牢固，需加強學習， 擴大知識面的廣度。另外，我通過這次的課程設計， 我對從填料塔設計方案到填料塔設計的基本過程的設計方法、步驟、思路、有一定的了解與認識。6. 參考文獻1大連理工大學等化工容器與設計手冊北京：化學工業出版社，1989*2陳敏恒等化工原理北京：化學工業出版社，20043匡國柱，史啟才等化工單元過程及設備課程設計北京：化學工業出社，200

18、24 華南理工大學化工原理教研室著 化工過程及設備設計 M 廣州 : 華南理工大學出版社 , 1986.5 賈紹義 ,柴誠敬 . 化工原理課程設計 M. 天津 :天津大學出版社 , 2002.97. 主要符號說明a 填料層的有效傳質比表面積（m2/m3）aw 填料層的潤滑比表面積m2/m3A 吸收因數 ; 無因次d p 填料當量直徑，mmE 亨利系數，KPaH 溶解度系數，kmol /(m 3.KPa)kG 氣膜吸收系數, kmol /(m3.s.KPa)kL 氣膜吸收系數, kmol /(m3.s.KPa)S 解吸因子u 空塔速度， m/sV 惰性氣體流量，kmol/hV1 混合氣體流量，kmol/h-1填料因子，m-1p 壓降填料因子， mx溶質組分在液相中的摩爾分率無因次Z填料層高度mmax最大