氨氣吸收(清水)化工原理課程設計

1、<p><b>　　設計任務書</b></p><p><b>　?。ㄒ唬?設計題目</b></p><p>　　試設計一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量為2200m3/h，其中含氨為8%（體積分數(shù)），混合氣體的進料溫度為25℃。要求： 氨氣的回收率達到97% 。</p><p>&l

2、t;b>　?。ǘ?操作條件</b></p><p>　?。?）操作壓力： 常壓 </p><p>　　（2）操作溫度：20℃</p><p>　?。?）采用清水進行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。（20C°氨在水中的溶解度系數(shù)為H＝0.725kmol/m3.kPa）</p><p><b>　　

3、（三） 填料類型</b></p><p>　　采用散裝聚丙烯DN50階梯環(huán)填料。</p><p><b>　　（四） 設計內(nèi)容</b></p><p>　?。?）設計方案的確定和說明</p><p>　?。?）吸收塔的物料衡算； </p><p>　?。?）吸收塔的工藝尺寸計算； &l

4、t;/p><p>　?。?）填料層壓降的計算； </p><p>　?。?）液體分布器簡要設計； </p><p>　?。?）繪制液體分布器施工圖</p><p>　　（7）吸收塔接管尺寸計算； </p><p>　?。?）設計參數(shù)一覽表；</p><p>　?。?）繪制生產(chǎn)工藝流程圖（A3號圖紙）

5、； </p><p>　?。?0）繪制吸收塔設計條件圖（A3號圖紙）； </p><p>　?。?1）對設計過程的評述和有關問題的討論。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1. 設計方案簡介 ……………………………………………………………………1</p><p>　

6、　1.1設計方案的確定………………………………………………………………1</p><p>　　1.2填料的選擇……………………………………………………………………1</p><p>　　2. 工藝計算 …………………………………………………………………………2</p><p>　　2.1 基礎物性數(shù)據(jù)…………………………………………………………………2</p&

7、gt;<p>　　2.1.1液相物性的數(shù)據(jù) ………………………………………………………2</p><p>　　2.1.2氣相物性的數(shù)據(jù) ………………………………………………………2</p><p>　　2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù) ………………………………………………………2</p><p>　　2.1.4 物料衡算 …………………………………………………

8、……………3</p><p>　　2.2 填料塔的工藝尺寸的計算……………………………………………………4</p><p>　　2.2.1 塔徑的計算 ……………………………………………………………4</p><p>　　2.2.2 填料層高度計算 ………………………………………………………5</p><p>　　2.2.3 填料層壓降計算

9、………………………………………………………8</p><p>　　2.2.4 液體分布器簡要設計 …………………………………………………8 3. 輔助設備的計算及選型 ………………………………………………………9 3.1 填料支承設備 ……………………………………………………………9</p><p>　　3.2填料壓緊裝置………………………………………………………………10</p

10、><p>　　3.3液體再分布裝置……………………………………………………………10</p><p>　　4. 設計一覽表………………………………………………………………………10</p><p>　　5. 后記………………………………………………………………………………11</p><p>　　6. 參考文獻………………………………………………

11、…………………………11</p><p>　　7. 主要符號說明……………………………………………………………………12</p><p>　　8. 附圖（工藝流程簡圖、主體設備設計條件圖）………………………………13</p><p><b>　　設計方案簡介</b></p><p>　　1.1設計方案的確定</p&

12、gt;<p>　　本設計任務為吸收空氣中的氨氣。用水吸收氨氣屬易溶解的吸收過程，所以本次設計的吸收劑為清水。為提高傳質(zhì)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，故此采用散裝聚丙烯DN50階梯環(huán)填料在該填料塔中，氨氣-空氣混合氣體經(jīng)由填料塔的下側(cè)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(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排出，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。（如右圖所示）<

13、;/p><p><b>　　1.2填料的選擇</b></p><p>　　塔填料(簡稱為填料)是填料塔中氣液接觸的基本構件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設計的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料根據(jù)結構特點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填

14、料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。工業(yè)生產(chǎn)對填料的基本要求如下：</p><p>　?。?）傳質(zhì)分離效率高</p><p>　?、偬盍系谋缺砻娣ea大，及單位體積填料具有表面積要大，因為它是汽液兩相接觸傳質(zhì)的基礎。</p><p>　?、谔盍媳砻娴陌才藕侠?，以防止填料表面的疊合和出現(xiàn)干區(qū)，同時有利于汽液兩相在填料層中的均勻流動并

15、能促進汽液兩相的湍動和表面更新，從而使填料表面真正用于傳質(zhì)的有效面積增大，總體平均的傳質(zhì)系數(shù)和推動力增高。</p><p>　?、厶盍媳砻鎸τ谝合酀櫇裥院?，潤濕性好易使液體分布成膜，增大有效比表面積。潤濕性取決于填料的材質(zhì)，尤其是表面狀況。塑料的潤濕性比較差，往往需要進行適當?shù)谋砻嫣幚恚饘俦砻嬲持募庸び糜椭杞?jīng)過酸洗或堿洗清除。</p><p>　　(2)壓降小，氣液通量大</p

16、><p>　?、偬盍系目紫堵师糯髩航稻托?，通量大。一般孔隙率大，則填料的比表面積小。分離效率將變差。散裝填料的尺寸大，孔隙率大，比表面積小，規(guī)整填料波紋片的峰高增大，孔隙率大，比表面積也大。如果填料的表面積安排合理，可以緩解a和ε的矛盾，達到最佳性能。</p><p>　?、跍p少流道的截面變化，可減少流體的流動阻力。</p><p>　?、劬哂凶銐虻臋C械強度，陶瓷填料容

17、易破碎，只有在強腐蝕性場合才采用。</p><p><b>　?、苤亓枯p，價格低</b></p><p>　?、菥哂羞m當?shù)哪臀g性能。</p><p>　?、薏槐还腆w雜物堵塞其表面不會結垢。</p><p>　　工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效

18、率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值列于表1。 </p><p>　　表1 塔徑與填料公稱直徑的比值D/d的推薦值</p><p>　　對于水吸收氨氣的過程，操作溫度及

19、操作壓力較低，故此采用散裝聚丙烯DN50階梯環(huán)填料</p><p><b>　　2. 工藝計算 </b></p><p>　　2.1 基礎物性數(shù)據(jù)</p><p>　　2.1.1液相物性的數(shù)據(jù)</p><p>　　對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查的，20℃水的有關物性數(shù)據(jù)如下：</p

20、><p>　　密度為：ρ1 =998.2Kg／m3</p><p>　　粘度為：μL=0.001Pa·S=3.6Kg／（m·h）</p><p>　　表面張力為： σL =72.6dyn／cm=940 896Kg／h2</p><p>　　氨氣在水中的擴散系數(shù)為： DL=1.80×10-9 m2/s=1.80

21、15;10-9×3600 m2/h=6.480 ×10-6m2/h</p><p>　　2.1.2氣相物性的數(shù)據(jù) </p><p>　　混合氣體平均摩爾質(zhì)量為 </p><p>　　混合氣體的平均密度為</p><p>　　==0.98Kg／m3</p><p>　　混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘

22、度，查手冊的20℃空氣的粘度為 μV=1.81×10—5Pa·s=0.065Kg／（m·h）</p><p>　　查手冊得氨氣在20℃空氣中擴散系數(shù)為 Dv= 0.189 cm2/s=0.068 m2/</p><p>　　2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù) </p><p>　　20℃時NH3在水中的溶解度系數(shù)為  H=0.725

23、kmol/(m3·kPa),常壓下20℃時NH3在水中的亨利系數(shù)為</p><p>　　E===76.6KPa</p><p><b>　　相平衡常數(shù)為</b></p><p><b>　　m==0.76</b></p><p>　　2.1.4 物料衡算 </p><p

24、><b>　　進塔氣相摩爾比為</b></p><p>　　Y1===0.148</p><p>　　出塔氣相摩爾比為Y2=Y1（1—φ）=0.148×（1—0.97）=0.00444</p><p><b>　　進塔惰性氣相流量為</b></p><p>　　V=×

25、15;（1—0.129）=79.7Kmol／h</p><p>　　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：</p><p><b>　?。ǎ﹎in=</b></p><p>　　對純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為 X2=0，則</p><p>　?。ǎ﹎in==0.737</p>

26、<p>　　取操作液氣比為最小液氣比2倍</p><p>　　=2×0.737=1.474</p><p>　　L=1.474×79.7=117.48Kmol／h</p><p><b>　　由全塔物料衡算得</b></p><p>　　V（Y1—Y2）=L（X1—X2）</p>

27、;<p>　　X1==0.0974</p><p>　　2.2 填料塔的工藝尺寸的計算</p><p>　　2.2.1 塔徑的計算 </p><p>　　塔徑氣相質(zhì)量流量為:</p><p>　　=2200×0.98=2156Kg／h</p><p>　　液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即:

28、 </p><p>　　=117.48×18.02=2138.136㎏/h</p><p>　　塑料階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)據(jù)如下</p><p>　　用貝恩—霍根關聯(lián)式計算泛點氣速：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　查表得比表面積 =114.2m2/m3 ,A=0.2

29、04,K=1.75，=0.927 </p><p>　　因此計算得 = 4.36m/s</p><p>　　取u =0.8uF=0.8×4.36m/s =3.488m/s</p>

30、;<p>　　由 D===0.4724m </p><p>　　圓整塔徑，取  D=0.5m</p><p>　　泛點率校核: u==3.11m／s</p><p>　　×100％=71.42％（在允許范圍內(nèi)）</p><p><b>　　填料規(guī)格校核：</b></p>&

31、lt;p><b>　　>8</b></p><p><b>　　液體噴淋密度校核：</b></p><p>　　因填料為50mm×25mm×1.5mm,塔徑與填料尺寸之比大于8，固取最小潤濕速度為（Lw）min=0.08 m3/(m·h)，查常用散裝填料的特性參數(shù)表，得at=114.2m2/m3</

32、p><p>　　Umin=（LW）min at =0.08×114.2=9.136m3／m2·h</p><p><b>　　U=>Umin</b></p><p>　　經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D= 500mm是合理的。</p><p>　　2.2.2 填料層高度計算 </p>

33、<p>　　Y1*=mX1=0.76×0.0974=0.074</p><p><b>　　Y2*=mX2=0</b></p><p><b>　　脫吸因數(shù)為</b></p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：</p><p><b>　　==5.81</b>

34、</p><p>　　氣相總傳單元高度采用修正的思田關聯(lián)式計算：</p><p>　　液體質(zhì)量通量為UL==10787.2Kg／m2·h</p><p>　　氣體質(zhì)量通量為Uv=Kg／m2·h</p><p><b>　　查表知，</b></p><p><b>　　

35、所以，</b></p><p>　　氣膜吸收系數(shù)由下式計算：</p><p>　　液膜吸收系數(shù)由下式計算：</p><p><b>　　查表得：</b></p><p>　　×100％=71.42％>50％</p><p><b>　　由 得</b&g

36、t;</p><p>　　Kmol／（m3·h·KPa）</p><p><b>　　由HOG=</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　設計取填料層高度為 </p><p>　　查表，對于階梯環(huán)填料，h/D=2.5,hmax4

37、m ，故分為兩段，每段2m。</p><p>　　2.2.3 填料層壓降計算 </p><p>　　采用Eckert通用關聯(lián)圖計算填料層壓降</p><p><b>　　橫坐標為：</b></p><p><b>　　查表得：</b></p><p><b>　　縱

38、坐標為：</b></p><p><b>　　查圖得，</b></p><p><b>　　填料層壓降為：</b></p><p>　　2.2.4 液體分布器簡要設計</p><p><b>　　液體分布器的選型</b></p><p>　　

39、該吸收塔液相負荷較大，而氣相負荷相對較低。故選用槽式分布器。</p><p><b>　　分布點密度計算</b></p><p>　　按Eckert建議值，D=750時，噴淋點的密度為設計取噴淋密度為200點／m2。</p><p>　　布液點數(shù)為：n=0.785×</p><p>　　按分布點集合均勻與流量

40、均勻的原則，進行布點設計。設計結果為二級槽共設五道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為50 mm，槽高度為210 mm，兩槽中心距為100 mm。分布點采用三角形排列，實際設計布點數(shù)為n=40點。</p><p>　　輔助設備的計算及選型 </p><p>　　3.1 填料支承設備</p><p>　　支持板對于支撐支持圈，同時為支撐填料起著至關重要的作用。同時需考慮通量大，

41、阻力要小，安裝要方便，最好具有一定的氣液均一功能。結構形式有孔管型、波紋型、柵板型、駝峰形。本設計中選用柵板型支持板，為了方便安裝，將柵板分為兩塊，柵條間距為填料直徑的0.6~0.8倍。</p><p>　　塔徑D=500mm，可以采用整體柵板，柵板直徑D=480mm,柵板間距t=45mm，需要將其擱置在焊接于塔壁的支持圈或支持塊上。支持圈采用碳鋼，厚度為8mm,重量為63.5kg。</p><

42、;p><b>　　3.2填料壓緊裝置</b></p><p>　　為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動，保持操作中填料床層為一恒定的固定床，從而必須保持均勻一致的空隙結構，使操作正常、穩(wěn)定，故需在填料層上方設置填料壓緊裝置。</p><p>　　填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。對于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填

43、料的規(guī)格敷設一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定；對于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設計中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應大于70﹪。</p><p>　　本次設計的填料塔采用押緊網(wǎng)板，設置自由截面積為85%。采用支耳固定。</p><p>　　3.3液體再分布裝置</p><p>　　本設計采用的是分配錐形的再分布器，其最簡單

44、沿壁流下的液體用分配錐再將它導入中央截錐小頭的直徑一般為 ,本設計取500×0.8=400mm，為了增加氣體流過是的自由截面積，在分配錐上開設4個管孔，錐體與塔壁夾角取在，取h=80mm。</p><p><b>　　4. 設計一覽表</b></p><p><b>　　后記</b></p><p>　　過本次

45、的課程設計，我受到一次化工設計專業(yè)技術方面的基本訓練，從而了解和掌握化工計算的基本知識、基本方法，培養(yǎng)我獨立分析和解決化工技術問題的能力。作為整個學習體系的有機組成部分，它的一個重要功能，在于運用學習成果，檢驗學習成果。運用學習成果，是把課堂上學到的系統(tǒng)化的理論知識，嘗試性地應用于實際設計工作中，并從理論的高度對設計工作的現(xiàn)代化提出一些有針對性的建議和設想。檢驗學習成果，明白了課堂學習與實際工作到底有多大距離，并通過綜合分析，找出學習中

46、存在的不足，以便為完善學習計劃，改變學習內(nèi)容與方法提供實踐依據(jù)。</p><p>　　通過課程設計，培養(yǎng)了我的能力：首先培養(yǎng)了我查閱資料，選用公式和數(shù)據(jù)的能力，其次還可以從技術上的可行性與經(jīng)濟上的合理性兩方面樹立正確的設計思想，分析和解決工程實際問題的能力，圖表表達設計思想的能力。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>

47、　　[1]賈紹義，柴誠敬 編.化工原理課程設計.天津: 天津大學出版社，2002</p><p>　　[2]楊祖榮 編.化工原理.北京: 化學工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[3]鄭津澤,榮其伍,桑芝富 編.過程設備設計.北京: 化學工業(yè)出版社，2004</p><p><b>　　主要符號說明</b></p><