1、化工原理課程設計課程名稱 ：_ 化工原理_設計題目：_水吸收空氣中氨填料塔的工藝設計_院系：_學生：_學號：_專業班級：_指導教師：_化工原理課程設計任務書一、設計題目：水吸收空氣中的氨填料塔的工藝設計二、設計條件1.生產能力：每小時處理混合氣體2000Nm/h；2.設備型式：填料塔3.操作壓力：101.3KPa4.操作溫度：30C(303.15K)5.進塔混合氣中含氨10.1%(體積比)6.出塔尾氣濃度：NH3810(4)液體噴淋密度校核：實際的噴淋密度要大于最小的噴淋密度。4.填料層高度計算5.填料層壓降校核如果不符合上述要求重新進行以上計算6.填料塔附件的選擇(1)液體分布裝置(2)液體

2、在分布裝置(3)填料支撐裝置(4)氣體的入塔分布更乍/分別為氣液相疣車肚/hW-仔劃為氣箕袒密度H.賅相枯$ E，液村密度歩正廉畫,港，e室報河取的填料 3TV.各種填料的填科咗施養中 r 追力刼速込皿仏+-rib1.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。對于水吸收氨氣的過程，操作溫度及操作壓力較低，工業上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環填料的綜合性能較好，故此選用DN50聚丙烯階梯環填料。2.工藝計算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,30C時水的有關物性數據如下：密度為3L= 99

3、5.7 kg/m粘度為3L=0.8007X10-Pa -S=2.9 kg/(m? h)表面力為L71.9dyn/cm 931824kg / h2氨氣在水中的擴散系數為DL8.532 106m2/h2.1.2氣相物性數據混合氣體的平均摩爾質量為MMHyiMi0.899 28 0.101 17 26.99混合氣體的平均密度為混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得30C空氣的粘度為V=1.86 X10-5Pa?S=0.066 kg/(mi? h)查手冊得氨氣在空氣中的擴散系數為VmPMVmRT101.3 26.998.314 303.151.085DV0.0698m2/ hV2.1.3相平衡數

4、據由手冊查得，常壓下30C時氨氣在水中的亨利系數為E 99.78kPa相平衡常數為E99.78m -P0.985101.3溶解度系數為2.2物料衡算進塔氣相摩爾比為出塔氣相摩爾比為Y2(1- )0.1123 (1-0.99)0.001123進塔惰性氣相流量為2000V(1 0.101)80.27kmol/h22.4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計算，即對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成為X20 丫20.1123-0.001123 冊第/m X20.1123/0.985-0H=_=995.7EMS99.78 180.554(Kmol/(KPa?ni)(L)i丿mmY丫2

5、Y/m X2y10.1011-y21-0.1010.1123(L)min4.037取操作液氣比為1.5 0.9751.4625L 80.27 1.4625 117.39V Y2) L(X1X2)X180.27 (0.1123 0.001123)117.390.0762.3填料塔的工藝尺寸的計算2.3.1采用Eckert通用關聯圖計算泛點氣速氣相質量流量為Wv2000 1.4625273273 303.151386kg/h液相質量流量可近似按純水的流量計算,WL117.39 18.022115.37kg/hEckert通用關聯圖的橫坐標為W|_ / V、0.5WV(二)L2115.37(1.08

6、5)0.51386(995.7)0.050查圖6-16查得2UF FUF170m-10.1980.198gL0.198 9.81 995.7170 1 1.085 0.80070.20.2F V Lu 0.7UF0.7 4.0372.825m/sD4 2000273 30/36003.14 2.8250.475m圓整塔徑，取D 0.5m泛點率校核:2000u3600 0.5242.829m/suUF2.8294.03710070.08（在允許的圍之）填料規格校核:D 500 d5010 8液體噴淋密度校核:取最小潤濕速率為(Lw)min0.08m3/ m h查得at114.2m2/ m3329

7、.136m3/m2hminD=800mm合理。Umin(Lw)minNt0.08 114.2U2115.37/995.710.826 U0.785 0.52經以上校核可知，填料塔直徑選用2.3.2填料層高度計算Y*mX10.985 0.0760.0748Y2*mX20脫吸因數為mV 0.985 80.270.066NOG丄ln(1 S)YX S1 S丫2丫210.7389氣相總傳質單元數采用修正的恩田關聯式計算:查表5-13得C33dyn/ cm2427680 kg /hL 117.39氣相總傳質單元數為0.6735液體質量通量為UL2115.3720.785 0.5210778.96kg/

8、m10778.9621-eXp -1 .45嚴。.75(ZZ8)0.1(1077896 114.28嚴()0t931824114.2 2.9997.0521.27 108995.7 940896 114.20.355氣漠吸收系數由下式計算:kG0.237( d)0.7(V宀 0t VVJ(RT)氣體質量通量為UV2732000 -_273 3020.785 0.51.08529962.54kg/ m /hkG0.2379962.54114.2 0.0660.7114.2 0.6981.085 0.6988.314 303In 1-0.67351 0.67350.1123-00.001123-0

9、0.6735UL、0.1從2t)2丿LgW1 exp 1.45()0.75(-)0.l(Lat L0.05( UL)0.2L L tmV 0.985 80.270.06610.4720.555 31.39820.10518kmol/ m h kpa液漠吸收系數由下式計算：kL0.0095(UL)2氣L)1/2Lg)1/3L0.0095W LLDL10778.9632.9-22.9 1.27 108“114.2 0.355 2.9-6995.7 8.532 10995.70.6443m/h由kGa kGaw1.1，查表得：1.45則kGakGaW1.10.105181 10.355 114.2

10、1.45.36.4170kom/( m hkpa)&a&aW1.10.40.6443 0.355 114.2 1.4530.306/ha 111kGa Hk,La6.541koml/ m3h kpa64.44UFk，Ga 1 9.5(巴 0.5)1.4kGa, klaUFU2 21 2.6(0.5).&a，得UFkGa1 9.5(0.6443-0.5)1.46.417010.472koml/(m3h kpa)kLa2.6 0.6443-0.52.230.30631.398/h184.8226.541 101.3 0.785 0.8由 Z HOGNOG0.555 10.73895.960mZ,1

11、.25 4.9536.19m z，1.25 5.9607.45m設計取填料層高度為Z8m查表，對于階梯環填料，-8 15, hmax6mD取-8,則Dh 8 800 6400mm計算得填料層高度為8000 mm,故需分段，分為兩段，每段2.3.3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wLWv查表得，縱坐標為HOGKYa0.555m4000mm0.50.035P89m0.22.279289 11.1460.8949020.05309.81997.05查圖得PZ 350Pa/m2.4.3布液計算填料層壓降為P 350 82800pa2.4液體分布器簡要設計2.4.1液體分

12、布器的選型該吸收塔塔徑較小D=500mm而多孔直管式噴淋器適用于 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。2.4.2分布點密度計算按Eckert建議值，D=500mm時，噴淋點密度為285點/m22淋點為285點/m。布液點數為2n 0.785 0.528556 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11道環圓孔，每道孔分布5個孔，實際設計布點數為n=55點600m m以下的塔,，因此設計取噴分布為，如圖1-1所示PZ 350Pa/m2.4.3布液計算圖1-1直管式液體分布器的分液點示意圖由LS-dn 2g H取0.60, H 160mm0二、.3.14

13、 3600 995.7 57 0.6 2 9.81 0.16設計取 d4mm。3.輔助設備的計算及選型3.1填料支承裝置支承板是用以支承填料和塔持液的部件。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，我選用的是孔管型支承裝置。3.2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

14、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，我選用的是壓緊柵板。do（4LS）1/2n J2g H4 2060.594.結論這次我的課程設計題目是水吸收氨過程填料塔的設計，這是關于吸收中填料塔的設計。填料塔是以塔裝有大量的填料為相接觸構件的氣液傳質設備。填料塔的結構較簡單，壓降低等特點。在本次設計過程中，我通過各種書籍獨立查找出各個物性數據，然后根據設計書上的步驟按要求算出各個物理量。但是在整個計算過程中，由于有些物理量沒有完全掌握，所以計算過程中出現了不少問題。而在運用Eckert通用關聯圖計算泛點氣速中， 我覺得通過查表得出的數據有一定的差距，不能

15、得到較為精確的數值。在整個設計過程中，由于數據繁多，所以整個計算過程都必須特別的小 心，盡管如此，我認識還是有一些失誤存在。通過這次設計，讓我學習到了很多以前沒有接觸過的知識。能夠學習到不同方面的知識。通過這次設計，不僅能提高自己的動手能力和思維能力，同時也能夠提高相關知識的運用能力。5.參考文獻1賈紹義，柴成敬化工原理課程設計 天津：天津科學技術，2004.2王樹盈.現代填料塔技術.：，2010.3夏清.化工原理.天津：天津科學技術6.附錄6.1主要符號說明符號意義及單位符號意義及單位a填料的有效比表面積，U液體噴淋密度，m3/ (m2h)m3/(m2h)UL液體質量通量，at填料的總比表面積，m3/(m2h)m2/m3UV氣體質量通量，m3/ (m2h)aw填料的潤濕比表面積，Umin最小液體噴淋密度，2t33m/m3 . ,2m / (mh)d填料直徑，m3/ hWL液體質量流量，kg/hD塔徑，mWV氣體質量流量，kg/hDL液體擴散系數，m2/sx液相摩爾分數，DV氣體擴散系數，m2/ssX液相摩爾比E亨利系數，kPay氣相摩爾分數h填料層分段高度，mY氣體摩爾比H溶解度系數，kmol / (m3kPa)Z填料層咼度，mHOG氣相總傳質單元高度，mV惰性氣相流量，kmol / hNOG氣相總傳質單兀數S脫吸因數