1、 華北水利水電大學 North China University of Water Resources and Electric Power 課 程 設 計題目 水吸收氨過程的 填料吸收塔設計 學 院 專 業 姓 名 學 號 指導教師 完成時間 教務處制化工原理課程設計任務書課程設計名稱化工原理課程設計專業班級（學生人數） 指導教師 本學期承擔相應課程教學任務情況 課程設計目的及任務化工原理課程設計是本課程教學中綜合性和實踐性較強的教學環節，是理論聯系實際的橋梁，是使學生體察工程實際問題復雜性、學習化工設計基本知識的初次嘗試。通過本課程設計，要求學生了解工程設計的基本內容，掌握化工設計的程序和

2、方法，培養學生分析和解決工程實際問題的能力。同時，還可以使學生樹立正確的設計思想，培養實事求是、嚴肅認真、高度責任感的工作作風。本次設計任務：水吸收氨過程的填料吸收塔設計1、 處理能力 2000 m3/h的空氣-氨混合氣體2、 設備形式 填料吸收塔3、 操作條件 混合氣含氨量6%（體積分數，下同），塔頂排放氣體中含氨量低于0.02%。 操作壓力-常壓 操作溫度-20 填料類型 填料選用聚丙烯階梯環，規格自選。4、 設計基礎數據 20時氨在水中的溶解度系數H=0.725 kmol/(m3kPa)課程設計要求設計中需要學生自己做出決策，即自己定方案、選擇流程、查取資料、進行過程和設備計算，并要求對

3、自己的選擇做出論證和核算，經過反復的分析比較，擇優選定最理想的方案和合理的設計。本次設計要求具體如下： 吸收塔的物料衡算； 吸收塔的工藝尺寸計算； 填料層壓降的計算； 液體分布器簡要設計； 整理設計計算結果列表； 對設計過程的評述和有關問題的討論； 繪制吸收塔設計條件圖。 課程設計目標 通過本次設計，學生應在下列幾個方面得到較好的培養和訓練：1、熟悉查閱文獻資料、收集有關數據，正確選用公式；2、在兼顧技術上先進性、可行性，經濟上合理性的前提下，綜合分析設計任務要求，確定化工工藝流程，進行設備選型，并提出保證過程正常、安全運行所需的檢測和計量參數，同時還需考慮到操作維修的方便和環境保護的要求；3

4、、準確而迅速地進行過程計算及主要設備的工藝設計計算；4、用精煉的語言、簡潔的文字、清晰的圖表來表達自己的設計思想和計算結果。參考文獻及資料1 王志魁. 化工原理 M, 北京：化學工業出版社, 20092 姚玉英, 化工原理下冊 M, 天津：天津科學技術出版社, 20053 唐盛偉. 化工原理課程設計參考資料-填料吸收塔 M, 北京：化學工業出版社, 20004 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 5 周軍, 張秋利. 化工AutoCAD制圖應用基礎 M. 北京：化學工業出版社, 2008目錄中文摘要.1英文摘要.2第1章 設計方案簡介.4第2章 工藝計

5、算及主體設備選型.4 2.1 基礎物性數據.4 2.1.1液相物性數據.4 2.1.2氣相物性數據.4 2.1.3氣液相平衡數據.5 2.1.4物料衡算.5 2.2填料塔工藝尺寸的計算.6 2.2.1塔徑的計算.6 2.2.2填料層高度的計算.82.2.3填料層壓降的計算.10第3章 輔助設備的計算及選型.11 3.1液體分布器.11 3.1.1液體分布器選型.11 3.1.2布液計算.11 3.2填料支撐裝置.11 3.3填料塔緊裝置.12 3.4氣液體進出口裝置.12附錄.14水吸收氨過程的填料吸收塔設計（中文）摘要在化工生產過程中，原料氣的凈化、氣體產品的精制、治理有害氣體、保護環境等方

6、面都廣泛應用到了氣體吸收。本次化工原理課程設計的目的是根據設計要求采用填料吸收塔的方法處理含有氨氣的空氣，采用填料吸收塔吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液傳質面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收易于進行；填料塔有通量大、阻力小、壓降低、操作彈性大、塔內持液量小、耐腐蝕、結構簡單、分離效率高等優點，從而使吸收操作過程節省大量人力和物力。在設計中,以水吸收混合氣中的氨氣，在給定的操作條件下對填料吸收塔進行物料衡算。本設計包括設計方案的選取、主要設備的工藝設計計算-物料衡算、設備的結構設計和工藝尺寸的設計計算、主要設備的工藝條件圖等內容。關鍵詞：吸收、填料塔、氨氣Design of pa

7、cked absorption tower in the process of water absorption of ammoniaAbstractIn the chemical production process, raw material gas purification, gas products refined, harmful gas treatment, environmental protection, etc., are widely applied to gas absorption. The purpose of the course design of chemica

8、l engineering principle is according to the design requirements of the packed absorption tower by ammonia containing air handling, using packing absorption tower absorption operation because of packing can be provided with a huge gas-liquid mass transfer area and the filler surface has good turbulen

9、ce conditions, so that the absorption is easy; packed tower with high flux, small resistance, pressure drop, high operating flexibility tower to a small amount of liquid, corrosion resistance, simple structure, separation and high efficiency, so that absorption process Save a lot of manpower and mat

10、erial resources.In the design, mixed gas of ammonia water absorption, under the given operating conditions on the filler absorbing tower of material balance. This design includes selection of design scheme and main equipment of the process design calculation, material balance calculation, equipment,

11、 size of the structure design and process design and calculation, the process conditions of main equipment such as map content.Keywords: absorption, packed tower, ammonia第1章 設計方案簡介用水吸收氨氣為提高傳質效率，選用逆流吸收流程；逆流操作氣相自塔底進入由塔頂排出，液相自塔頂進入由塔底排出。逆流操作的特點是：傳質平均推動力大，傳質速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。填料選擇的是聚丙烯階梯環，屬于塑料填料；塑料填料的耐腐蝕性

12、能較好，并且具有質輕、價廉、耐沖擊、不易破碎等優點。階梯環填料屬于散裝填料，規格選用聚丙烯階梯環填料。氨氣在水中溶解度較大，故吸收劑選用清水；溫度在填料的適宜溫度下選擇20。第2章 工藝計算及主體設備選型2.1基礎物性數據2.1.1液相物性數據對低濃度吸收過程，溶液的物性數據可近似取純水的物性數據。由手冊查得，20時水的有關物性數據如下：密度：；粘度：表面張力：；NH3在水中的擴散系數：2.1.2氣相物性數據進塔前混合氣體的流量2000 m3/h為標況下，所以0時氣體有關物性數據由手冊查得如下：混合氣體的平均摩爾量：；混合氣體的平均密度：； 進塔后操作溫度為20，20時氣體有關物性數據如下：混

13、合氣體的平均密度：；NH3在20空氣中的擴散系數：；混合氣體粘度可近似取為空氣的粘度；混合氣體的粘度：；2.1.3氣液相平衡數據已知20時氨在水中的溶解度系數H=0.725 kmol/(m3kPa)常壓下20時氨在水中的亨利系數【1】為： MS為溶劑的摩爾質量，kg/kmol; S為溶劑即水的密度，kg/m3相平衡常數為：2.1.4.物料衡算G惰性氣體的流量，；L純吸收劑的流量，；Y1，Y2進出吸收塔氣體的摩爾比；X1，X2出塔及進塔液體中溶質物質量的比進塔氣體摩爾比：出塔氣體摩爾比：進塔惰性氣體的流量：該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式【1】計算，即；對于純溶劑吸收過

14、程，進塔液相組成為： 代入數值，得：；取實際液氣比為最小液氣比的1.8倍，即有： 得：由，求得吸收液出塔濃度為：2.2填料塔的工藝尺寸的計算2.2.1塔徑的計算氣相質量流量為；液相質量流量可近似按純水的流量計算，即；填料的泛點氣速可用經驗方程式計算，即貝恩-霍根關聯式【2】： 式中：泛點氣速，m/s；g重力加速度，9.8m/s2；填料總比表面積，m2/m3；填料層空隙率，%； A、K關聯常數； 常數A和B與填料的形狀及材質有關，本次所選的塑料階梯環填料的A、K值經查手冊得：A=0.204，K=1.75本次選用的是聚丙烯階梯環填料，所以，,，代入關聯式：解得：，空塔氣速一般取泛點氣速的50%80

15、%，??；由（注：Vs為操作條件下混合氣體流量，即20下氣體流量，m3/s）圓整塔徑，取 。泛點率校核：（在允許的范圍之內）填料規格校核：液體噴淋密度校核：選擇填料直徑為50mm，小于75mm，取最小潤濕速率為；液體噴淋計算式為；式中液體噴淋密度，；液體噴淋量，；塔填料直徑，；數據代入得：經以上校核可知，填料塔直徑選用D=500mm合理。2.2.2填料層高度計算；脫吸因數為:氣相總傳質單元數為【2】: 氣相總傳質單元數采用修正的恩田關聯式【2】計算：氣膜傳質系數：氣膜傳質系數：；其中式中氣體質量通量：液體質量通量：；(20)；(20)；填料材質的臨界表面張力（查表得）：代入得： 因為 ，所以需要

16、按下式進行校正，即； 得則 塔截面積，；工藝計算得到的填料層高度：設計時的填料高度：設計取填料層高度為：；取，；計算得填料層高度為6000mm,需分成兩段，每段3米；2.2.3填料層壓降的計算采用?？颂赝ㄓ藐P聯圖【1】計算填料層壓降；橫坐標：；縱坐標：；其中散裝填料壓降填料因子平均值：；水的密度與液體密度比值：；溶液粘度：；空塔氣速：；重力加速度：；根據橫縱坐標查關聯圖得：第3章 輔助設備的計算及選型3.1液體分布器3.1.1液體分布器選型該吸收塔塔徑較小D=500mm，而多孔直管式噴淋器適用于600mm以下的塔，因此在本次設計中我采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋裝置。分布點密度計算：按Ec

17、ket建議值，D=500mm時，噴淋點密度為285點/m2；布液點數：點。按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為：分布為11道環圓孔，每道孔分布5個孔，實際設計布點數為n=55點。3.1.2布液計算由 取 設計取3.2填料支承裝置 支承板是用以支承填料和塔內持液的部件。常用的填料支承板有柵板型、孔管型、駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型支承板。設計中，為防止在填料支承裝置處壓降過大甚至發生液泛，要求填料支承裝置的自由截面積應大于75%。在本次設計中，選用的是孔管型支承裝置。3.3填料壓緊裝置 為防止在上升氣流的作用下填料床層發生松動或跳動，需在填料層上方設置填料

18、壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網板、金屬壓緊器等不同類型。對于散裝填料，可選用壓緊網板，也可選用壓緊柵板。設計中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應大于70%。在本次設計中，選用的是壓緊柵板。3.4氣液體進出口裝置填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對500mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴大器，或采用其它均布氣流的裝置。氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口氣速可取0.71. 5m/s（必要時可加大些）。選擇原料氣流速u=20m/s管線直徑 =根據管材規范，該直徑D應選取的管材，其內徑為0.2m，其實際流速為：（符合標準）氣體進口直徑?。篋=0.2m選擇吸收劑流速u=1.5m/s管線直徑 根據管材規范，該直徑D應選取的管材，其內徑為25mm，其實際流速為：（符合標準）液體進口直