1、精品文檔一、設計任務書1、 設計題目：填料吸收塔的設計2、 設計任務：試設計一填料吸收塔，用于脫除合成氨尾氣中的氨氣，要求塔頂排放氣體中含氨低于200ppm，采用清水進行吸收3、 工藝參數與操作條件（1） 工藝參數表 113混合氣組成（ %）尾氣處理量（ Nm/h ）NH3H2N2CH4+Ar20208602012（2）操作條件常壓吸收： P0 =101.3kPa混合氣體進塔溫度： 30吸收水進塔溫度： 20。4、 設計項目：（1）流程的確定及其塔型選擇；（2）吸收劑用量的確定；（3）填料的類型及規格的選定；（4）吸收塔的結構尺寸計算及其流體力學驗算，包括：塔徑、填料層高度及塔高的計算；噴淋密

2、度的校核、壓力降的計算等；（5）吸收塔附屬裝置選型：噴淋器、支承板、液體再分布器等；（6）附屬設備選型：泵、風機附：1、 NH3 H2O系統填料塔吸收系數經驗公式：mnkGa=cGWLkL a=bWLP式中2kGa氣膜體積吸收系數，kmol/m .h.atm.精品文檔kL a液膜何種吸收系數，l/hG氣相空塔質量流速，kg/m2 .hWL液相空塔流速， kg/m2.h表 12，查手冊（李功樣常用化工單元設備設計華南理工大學出版社得）填料尺寸（ mm）cmnBP125006150 903901106525001390 7702003078 38.0003670 7203800270782、（氨氣

3、 水）二成分氣液平衡數據表 13溫度（）xNH3序號p (mmHg)（液相）（ NH3 液相摩爾分率）（ NH3 平衡分壓）122.320.0052.93224.640.016.97326.950.01512.09429.270.0218.39531.580.02526633.890.0335.1736.20.03545.86838.510.0458.5940.80.04573.211043.120.0590.29.精品文檔二、工藝流程示意圖（帶控制點）.精品文檔三、流程方案的確定及其填料選擇的論證1、 塔型的選擇：塔設備是能夠實現蒸餾的吸收兩種分離操作的氣液傳質設備，廣泛地應用于化工、石油化

4、工、石油等工業中，其結構形式基本上可以分為板式塔和填料塔兩大類。在工業生產中，一般當處理量較大時采用板式塔，而當處理量小時多采用填料塔。填料塔不僅結構簡單，而且阻力小，便于用耐腐蝕材料制造，對于直徑較小的塔，處理有腐蝕性的物料或要求壓降較小的真空蒸餾系統，填料塔都具有明顯的優越性。根據本設計任務，是用水吸收法除去合成氨生產尾氣的氨氣，氨氣溶于水生成了具有腐蝕性的氨水；本設計中選取直徑為 600mm，該值較小，且 800mm 以下的填料塔對比板式塔，其造價便宜。基于上述優點，因此本設計中選取填料塔。2、 填料塔的結構填料塔的主要構件為：填料、液體分布器、填料支承板、液體再分器、氣體和液體進出口管

5、等。3、 操作方式的選擇對于單塔，氣體和液體接觸的吸收流程有逆流和并流兩種方式。在逆流操作下，兩相傳質平均推動力最大，可以減少設備尺寸，提高吸收率和吸收劑使用效率，因此逆流優于并流。因此，本設計采用逆流。4、 吸收劑的選擇（1） 水對由 NH3 、H2 、N2 、CH4+Ar 組成的混合氣中的NH3 的溶解度很大，而對除 NH3外的其它組成基本上不吸收或吸收甚微；（2） 在操作溫度下水的蒸氣壓小、粘度較低、不易發泡，可以減速少溶劑的損失，操作高效穩定。（3） 水具有良好的化學穩定性和熱穩定性，不易燃、不易爆，安全可靠；（4） 水無腐蝕性、無毒性、無環境污染；（5） 水價廉易得，十分經濟。因此選

6、用水作為吸收劑。.精品文檔5、 填料的選擇鮑爾環的構造是在拉西環的壁上開兩排長方形窗口，被切開的環壁形成葉片，一邊與壁相連，另一端向環內彎曲，并在中心處與其他葉片相搭。鮑爾環的構造提高了環內空間和環內表面的有效利用率，使氣體阻力降低，液體分布有所改善，提高了傳質效果；其結構簡單，制造容易，價格低廉，因此本設計采用塑料鮑爾環。四、工藝及填料塔計算1、 物料衡算（ 1） 近似取塔平均操作壓強為 101.3kPa，進塔混合氣中各組分的量為混合氣量：混合氣中氨氣量：操作條件下總氣量：3m氨氣的體積流量：m3/hm3/h其余數據同理可得出，結果見表41：表 41流量進塔氣量成分3kmol/hkg/hm/

7、hH21345.1954.11108.22N2448.4018.04505CH4+Ar269.0410.82173.15NH3179.357.21122.64總計2241.9890.18909.01（ 2） 混合氣進出塔的摩爾組成為： y1=0.08 y 2 =0.0002，y1 為混合氣進塔的摩爾組成； y2 為混合氣出塔的摩爾組成。（ 3） 混合氣進出塔的摩爾比組成.精品文檔Y1=y1/(1-y 1 )=8.696%, 即進塔時的摩爾比；Y2=y2/(1-y2 )=0.02%, 即出塔時的摩爾比。（ 4） 出塔混合氣量可求得氨氣回收率 =G(Y Y )/(GY)=1-Y /Y=99.77%

8、1-2122則可得 NH3出塔時的體積流量： 179.35 (1-99.77%)=0.4125m 3/h混合氣中氨氣量： 7.21 (1-99.77%)=0.0166kmol/h=0.0166 17=0.2821kg/h 而其余氣體即視為惰性氣體，溶解度很小，可忽略不計，即和進塔時的氣量一樣，結果見表4 2：表 42流量出塔氣量成分3kmol/hkg/hm/hH1345.1954.11108.222N2448.4018.04505CH4+Ar269.0410.82173.15NH3041250 016602821總計2063 048299786 652、 熱量衡算與氣液平衡曲線表 43各液相濃

9、度下的吸收液溫度及相平衡數據NH平衡X3序號 t/（）X分壓mE/kPaHyY*( 摩爾分率 )P/(kPa)122.320.0050.0050250390.77780.710.0040.003871224.640.010.0101010930.92930.600.0090.009258326.950.0150.0152281611.06107.30.520.0160.016169429.270.020.0204082451.21122.50.450.0240.024804531.580.0250.0256413461.37138.40.400.0340.035431633.890.030.0

10、309284671.54155.70.360.0460.048433736.20.0350.0362696101.72174.30.320.0600.064234838.510.040.0416677781.92194.50.290.0770.083415940.80.0450.047129742.14216.40.260.0960.1066261043.120.050.05263212012.37240.20.230.1190.134857注：（1） NH3 平衡分壓 P/ （ kPa）由 pNH3(mmHg) 0.133可得；.精品文檔（2） y= p NH3/p 0，Y* =y/(1-y

11、)可得， P0=101.3kPa 為標準大氣壓；（3） 吸收劑為清水， X2=0。查相關資料得知，氨氣溶于水的亨利系數E 可用右式計算： E=P/x由上式計算相應的E 值，且 m=E/P，分別將相應的 E 值及相平衡常數m的計算值列于表 4-3的第 6、7 列。由 Y*=y/(1-y)=P/(P0 -P) 關系求取對應 m及 X的 Y*，結果列于表 4-3第 9列。 根據 X- Y *數據，用 Excel 作表擬合繪制平衡曲線OE如圖 2-1 ，擬合曲線方程為：6432Y=410 X -69575X +27895X+639.3X-0.033*由圖 2-1 可查得，當 Y1=0.08696 時，

12、 X1 =0.042944。最小吸收劑用量Lmin=G(Y1-Y 2)/( X1* -X2)=取安全系數 1.8, 則有安全用水量 L=1.8 Lmin=167.62 1.8=5430.96kg/h 根據 X-t 數據，用 Excel 作圖得圖 2-2 ， X-t 圖如下：圖 2-2 X-t圖.精品文檔 根據 x-P 數據，用 Excel 作圖得圖 2-3 ， x-P 圖如下：圖 2-3 x-P 根據 X-H 數據，用 Excel 作圖得圖 2-4 ， X-H 圖如下：圖 2-4 X-H.精品文檔3、 塔吸收液濃度 X1物料衡算式： G（ Y1 -Y2）=L（X1-X2）所以 X 1=G（ Y

13、1-Y2） /L+X24、 操作線方程逆流吸收塔的操作線方程式為：Y=（Y2X2）將已知參數代入得將以上操作線繪于圖2-1 中，為 BT直線。5、 塔徑的計算因塔底氣液負荷大，故按塔底條件計算：塔底混合氣體溫度30，X1 =0.02386，由圖 2-3 X-t圖查得塔底吸收30.70 , 設計壓力取為塔的操作壓力 101.3kPa 。塔徑的計算公式為：， u=（0.50.85）uf圖 5-1 通用關聯圖，出自手冊（李功樣常用化工單元設備設計華南理工大學出版社）.精品文檔圖 5-1 通用關聯圖（1）采用埃克特通用關聯圖計算泛點氣速uf1)有關數據計算塔底混合氣體質量流量WG=909.01kg/h

14、吸收液的質量流量WL=5430.96+122.64- 0.2821)=5553.32kg/h進塔混合氣體密度混合氣體的分子量Gm3由手冊（李功樣常用化工單元設備設計華南理工大學出版社）可查得吸收液（水）的密度為995.7kg/m 3；吸收液粘度為L。經比較，選 D=38mm 的塑料鮑爾環（米）。查表可得，其填料因子 F=184m-1，比表面積 at=155m2/m 3。2)關聯圖的橫坐標值.精品文檔3)由關聯圖查得縱坐標值為0.133故泛點氣速 uF=4.273m/s（2）操作氣速u=0.5uF=2.5638（3）塔徑則取塔徑為 0.6m 即為 D=600mm，那么D/d=600/50=12

15、10，滿足鮑爾環的要求。（4）核算氣速（5）核算噴淋密度的環形填料最小潤濕率為0.08m3/(m 2.h)，最小噴淋密度：由于故滿足要求。6、填料層高度的計算由圖 1 可見，平衡曲線的彎曲程度不大，本設計采用傳質單元數法分兩段計算吸收塔的填料層高度：.精品文檔（1）傳質單元高度 HOG 的計算由表 1-2 查得相關參數數據， c=0.0367、m=0.72、n=0.38、b=0.027、P=0.78，由經驗公式可得平衡線的斜率為惰性量 V=82.97 kmol/h ，D=0.6m（2）傳質單元數的計算在圖 2-1 把 Y軸上分成 50 等分，編號如表 6-1。表 6-1序號YYiY-Yif=1

16、/(Y-Yi)00.000200.0002500010.0017390.0003880.001352739.809120.0034780.000850.002628380.459630.0052180.0012250.003993250.463440.0069570.0019730.004984200.6350.0086960.0024980.006199161.329460.0104350.0030.007435134.4954.精品文檔70.0121740.0034880.008687115.115980.0139140.0042280.009686103.240790.0156530.0

17、047430.0109191.65651100.0173920.0054630.0119383.82581110.0191310.0061380.01299476.96037120.020870.0068030.01406871.08381130.022610.0074830.01512766.10652140.0243490.0081130.01623661.59039150.0260880.0087830.01730657.7851160.0278270.0097790.01804955.40565170.0295660.0107010.01886553.00822180.0313060.

18、0112350.02007149.82338190.0330450.0118540.02119147.18918200.0347840.0128620.02192345.61524210.0365230.0139010.02262344.20339220.0382620.0147740.02348942.5733230.0400020.0156930.02430841.13838240.0417410.0167030.02503839.93881250.043480.0177110.0257738.80556260.0452190.0188390.0263837.90736270.046958

19、0.01980.02715936.82034280.0486980.0209210.02777736.00088290.0504370.0219020.02853535.0448300.0521760.0228990.02927834.15592310.0539150.0240050.0299133.43341320.0556540.0250.03065532.62121330.0573940.0260320.03136231.88562340.0591330.0271010.03203231.21849350.0608720.0281470.03272630.55721360.0626110

20、.0292320.0333829.95851370.064350.0304310.03391929.48165380.066090.0315680.03452228.96695390.0678290.0327110.03511828.47518400.0695680.0338720.03569728.01395410.0713070.0349760.03633227.52417420.0730460.0360090.03703826.99937430.0747860.0372140.03757226.61549440.0765250.0387110.03781426.44502450.0782

21、640.0403040.03796126.34317460.0800030.041690.03831426.10032470.0817420.043010.03873225.81818480.0834820.0443660.03911625.56525490.0852210.0459990.03922225.49603.精品文檔500.086960.0476340.03932725.42815等分后按每個點作平行于 X 軸的直線與操作線相交，由該交點作平行于 Y 軸的直線與平衡曲線相交，再由該交點作 X 軸的平等線交 Y 軸于 YI 點，得到的數據填到表 6-1 的第 3 列。根據 Y-1/(

22、Y-Yi)數據，用 Excel 作圖得圖 6-1 ，Y-1/(Y-Yi)圖如下：圖 6-1其擬合曲線方程為：積分得積分的面積如圖6-2 ，圖 6-2.精品文檔則可得7、填料層壓降的計算當操 作氣 速為u=2.204m/s ， Dg38mm塑料 鮑 爾 環 填料 的壓 降填 料因 子， =1 時，查圖 5-1 得縱坐標值為橫坐標為 0.133, 縱坐標為 0.0143 ，在關聯圖 5-1 查得每米填料層壓降：全塔填料層壓降：.精品文檔五、吸收塔附屬裝置及設備的設計與選型1、噴淋器多孔直管式噴淋器多用于800mm以下的塔，所以本設計選用多孔直管式噴淋裝置。2、支承板選用柵板式支承板，查手冊（李功樣

23、常用化工單元設備設計，華南理工出版社） P115 表 3-11 得公稱直徑填料環直徑柵板尺寸DL1RLh sn tlL 2600505802892905794065 45225183、液體再分布器選用截錐式再分布器，截錐上方加裝支承板，截錐下方個一段距離再裝填料，截錐與塔壁取 45角，截錐下口直徑為0.75 6004、法蘭查手冊（李功樣常用化工單元設備設計 ，華南理工出版社） P245附表 2（A）甲型平焊法蘭尺寸如下公稱直徑法蘭 /mm螺柱DD1D2D3D4d規格數量6007156806506406373218M 1624查手冊（李功樣常用化工單元設備設計 ，華南理工出版社） P256 附表

24、 5 板式平焊鋼制管法蘭查得公稱管子直徑連接尺寸法法蘭內徑坡重量直徑蘭口kgABDKLn Tb厚AB寬度度4048.345130100144M 121649.546-1.38200219.1219320280188M 1622221.5222-6.85.精品文檔5 、手孔（ JB589-79-1 ）由常用化工單元設備設計手冊P274 附表 19 平蓋平焊法蘭手孔尺寸表查得公稱密封面型壓力公稱直H1H2bb1b2式Pgkg/dwSDD1徑 Dg2cmA1015015 4.5 280 240 160 82 24 16 18螺栓螺母螺栓直徑質量 kg材料類標準圖號別數量長度8M20JB589-79-

25、118.8656、封頭塔徑 D=600mm，查常用化工單元設備設計手冊P239附表（ A）得，封頭尺寸 h1=150mm h0=40mm F=0.466 V=0.04 P=10mm G=38kg7、支座塔徑 D=600mm，由常用化工單元設備設計手冊P269 附表 13，支座尺寸為適用容高底板筋板墊板螺質器公稱度栓量直徑 DHl1b1 s1l 2b2 l3b1 e螺B紋型3006001251251006 30160805 160 1256 20M 202.58、氣液配管管徑的計算及選擇（1） 液體進出口管管徑的確定取液速 u=1.2m/s.精品文檔故可取管徑 45mm由化工原理（王志魁編 化學

26、工業出版） P381 熱軋無縫鋼管，可選取管徑 45 6由，在之間，則設計結果合理。（2） 氣體進出口管管徑的確定取氣速 u=19m/s由化工原理（王志魁編 化學工業出版） P381熱軋無縫鋼管，可選取管徑 219 6由在之間，所以設計結果合理。9、泵.精品文檔10、風機六、設計結果概要課程設計名稱水吸收 NH3過程填料吸收塔設計操作條件操作溫度 30.70操作壓力：常壓物性數據液相氣相液體密度995.7kg/m 3混合氣體平均摩爾10.08kg/mol質量液體粘度混合氣體0.4054kg/m 30.7890mPa.s的平均密度重力加速度9.81N/kgYY物料衡算數據LXX進塔氣相 出塔氣相1212流量流量0.086930.00020.02386090.1882.995430.96kg/hkmol/ hkmol/ h工藝數據塔徑塔高 填料類型及規格 氣相總傳 氣相總傳 填料層高 填料層壓降mm質單元數 質單元高度度0.6m9754塑料鮑爾環7.72550.5620m5.4272m585.66pa38*38*1填料塔附件除沫器支承板液體噴淋液體分布法蘭液體再分布器器絲網式柵板式多孔直管式二級槽式 甲型平焊，板式