2009級化學工程與工藝專業(yè)《化工原理》課程設計說明書題目：水吸收氨過程填料塔的設計姓名：班級學號：指導老師：同組學生姓名：完成時間：201《化工原理》課程設計評分細則評審單元評審要素評審內(nèi)涵評審等級檢查方法指導老師評分檢閱老師評分設計說明書35%格式規(guī)范是否符合規(guī)定的格式要求5-44-33-22-1格式標準內(nèi)容完整設計任務書、評分標準、主要設備計算、作圖、后記、參考文獻、小組成員及承擔任務10-88-66-44-1設計任務書設計方案方案是否合理及是否有創(chuàng)新10-88-66-44-1計算記錄工藝計算過程計算過程是否正確、完整和規(guī)范10-88-66-44-1計算記錄設計圖紙30%圖面布置圖紙幅面、比例、標題欄、明細欄是否規(guī)范10-88-66-44-1圖面布置標準標注文字、符號、代號標注是否清晰、正確10-88-66-44-1標注標準與設計吻合圖紙設備規(guī)格與計算結(jié)果是否吻合10-88-66-44-1比較圖紙與說明書平時成績20%出勤計算、上機、手工制圖10-88-66-44-1現(xiàn)場考察衛(wèi)生與紀律設計室是否整潔、衛(wèi)生、文明10-88-66-44-1答辯成績15%內(nèi)容表述答辯表述是否清楚5-44-33-22-1現(xiàn)場考察內(nèi)容是否全面5-44-33-22-1回答問題回答問題是否正確5-44-33-22-1總分綜合成績成績等級指導老師評閱老師（簽名）（簽名）年月日年月日說明：評定成績分為優(yōu)秀(90-100),良好(80-89)，中等(70-79)，及格(60-69)和不及格(<60)目錄··············································1··············································1··············································1設計方案··········································1············································1工藝計算物料衡算··············································2塔徑計算··············································3········································5············································8輔助設備的選擇··········································8·······································10·······································10···············································11···································11設計一覽表及符號說明···································12對設計過程的評述·······································13···············································14書水吸收氨填料塔設計1、氣體混合物成分：空氣和氨；2、氨的含量：4.5％（體積）；3、混合氣體流量：2000m3/h4、操作溫度：293K；5、混合氣體壓力：；6、回收率：99.8％。1、完成填料塔的工藝設計與計算，有關(guān)附屬設備的設計和選型；2、繪制吸收系統(tǒng)的工藝流程圖和填料塔裝置圖；3、編寫設計說明書。該填料塔中，氨氣和空氣混合后，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除，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改進，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的間隙，同時成為液體沿填料表面流動的匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。該過程處理量不大，所用的塔直徑不會太大，可選用50×30×梯環(huán)塔填料，如下圖：其主要性能參數(shù)如下：材質(zhì)外徑d，mm外徑×高×厚d×H×δ比表面積at，m2/m3空隙率ε，m3/m3個數(shù)n，個/m3堆積密度ρp，kg/m3干填料因子at/ε3，m-1填料因子Φ，m-1塑料2538507625××38×19×150×30×76×37×32288150027200998034203131122401208072表1國內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)根據(jù)所要處理的混合氣體，可采用水為吸收劑，其廉價易得，物理化學性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對吸收劑的基本要求?？諝夂退奈镄猿?shù)如下：空氣：水：表面張力為：σL=72.6dyn/cm=940896kg/h2已知20下氨在水中的溶解度系數(shù)亨利系數(shù)相平衡常數(shù)E——亨利系數(shù)H——溶解度系數(shù)Ms——相對摩爾質(zhì)量m——相對平衡常數(shù)進塔氣相摩爾比為：出塔氣相摩爾比為：對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為：(清水)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：混合氣體流量：惰性氣體流量：最小液氣比：取實際液氣比為最小液氣比的1.8倍，則可得吸收劑用量為：V——單位時間內(nèi)通過吸收塔的惰性氣體量，kmol/s;L——單位時間內(nèi)通過吸收塔的溶解劑，kmol/s;Y1、Y2——分別為進塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;X1、X2——分別為進塔及出塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;液氣比經(jīng)計算該吸收過程為低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)?；旌蠚怏w的黏度可近似取為空氣的黏度。混合氣體的密度采用貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式計算泛點速度：氣體質(zhì)量流量：液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即：填料總比表面積：水的黏度μF——泛點氣速，m/s；g——重力加速度，9．81m/s2at——填料總比表面積，m2／m3ε——填料層空隙率，m3／m3；ρV,ρL——氣相、液相密度，k/m3；μL——液體粘度，mPa·s;A,K——關(guān)聯(lián)常數(shù)。表2.不同類型填料的A、K值散裝填料類型AK規(guī)整填料類型AK塑料鮑爾環(huán)金屬階梯環(huán)金屬鮑爾環(huán)瓷矩鞍塑料階梯環(huán)金屬環(huán)矩鞍取泛點率為0.6，即則D——塔徑，m；V——操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s;——空塔氣速，即按空塔截面積計算的混合氣體線速度，m/s.圓整后取D=0.5m（常用的標準塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）泛點率校核：（對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為）填料規(guī)格校核：液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：所以經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。查表知，0，101.3下，在空氣中的擴散系數(shù)由，則293下，在空氣中的擴散系數(shù)為液相擴散系數(shù)液體質(zhì)量通量為氣體質(zhì)量通量為脫吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算： 不同材質(zhì)的бc值見表3.23.2不同材質(zhì)的бc值材質(zhì)鋼陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蠟的表面表面張力，N/m×10375613340567320查表知，所以，氣膜吸收系數(shù)由下式計算：液膜吸收系數(shù)由下式計算：表3.3各類填料的形狀系數(shù)填料類型球棒拉西環(huán)弧鞍開孔環(huán)Ψ值1查表3.2得：則由得，則——氣膜體積吸收系數(shù)，；——液膜體積吸收系數(shù)，；由HOG——氣相傳質(zhì)單元高度，m——塔截面積，m2由Z——填料層高度，m設計取填料層高度為：對于階梯環(huán)填料，將填料層分為1段設置。采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降橫坐標為：已知：縱坐標為：查圖得，填料層壓降為：4輔助設備的選擇填料支承裝置用于支承塔填料及其所持有的氣體、液體的質(zhì)量，同時起著氣液流道及氣體均布作用。故在設計支承板是應滿足下列三個基本條件：（1）自由截面與塔截面之比不小于填料的空隙率；（2）要有足夠的強度承受填料重量及填料空隙的液體；（3）要有一定的耐腐蝕性。用豎扁鋼制成的柵板作為支承板最為常用，如圖3.3中的（a）。柵板可以制成整塊或分塊的。一般當直徑小于500mm時可制成整塊；直徑為600～800mm時，可以分成兩塊；直徑在900～1200mm時，分成三塊；直徑大于1400mm時，分成四塊；使每塊寬度約在300～400mm之間，以便拆裝。柵板條之間的距離應約為填料環(huán)外徑的0.6～0.7。在直徑較大的塔中，當填料環(huán)尺寸較小的，也可采用間距較大的柵板，先在其上布滿尺寸較大的十字分隔瓷環(huán)，再放置尺寸較小的瓷環(huán)。這樣，柵板自由截面較大，如圖3.3（c）所示。當柵板結(jié)構(gòu)不能滿足自由截面要求時，可采用如圖3.3（b）所示的升氣管式支承板。氣相走升氣管齒縫，液相由小孔及縫底部溢流而下。這類支承板，有足夠齒縫時，氣相的自由截面積可以超過整個塔德橫截面積，所以絕不會在此造成液泛。本設計塔徑D=500mm，采用結(jié)構(gòu)簡單、自由截面較大、金屬耗用量較小，由豎扁鋼制成的柵板作為支承板，將其分成兩塊，柵板條之間的距離約為24.7mm。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支承，以取得較大的孔隙率。由于采用的是φ50mm的填料，所以可用φ75mm的十字環(huán)。（a）柵板（b）升氣管式（c）十字隔板環(huán)層圖3.3填料支承板填料支撐裝置對于保證填料塔的操作性能具有重大作用。采用結(jié)構(gòu)簡單、自由截面較大、金屬耗用量較小的柵板作為支撐板。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支撐，以取得較大的孔隙率。由于采用的是的填料，所以可用的十字環(huán)。塔徑設計為一塊板即可。且需要將其擱置在焊接于塔壁的支持圈或支持塊上。液體分布器的作用：液體分布裝置設于填料層頂部，用于將塔頂液體均勻分布在填料表面上，液體的分布裝置性能對填料塔效率影響很大，特別是大直徑、低填料層的填料塔，尤其需要性能良好的液體分布裝置。由于液體在填料塔內(nèi)分布均勻，可以增大填料的潤濕表面積，以提高分離效果。因此，液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達到預期分離效果的重要條件。常用的液體分布裝置有蓮蓬式、盤式、齒槽式及多孔管式分布器等。這里我們所采用的是蓮蓬頭式分布器，因為塔徑只有500mm，可采用小型蓬頭，此并且此分布器噴灑比較均勻，適于本塔操作。蓮蓬式噴淋器:液體經(jīng)半球形噴頭的小孔噴出。小孔直徑為3~10m，做同心圓排列，噴灑角不超過。這種噴淋器結(jié)構(gòu)簡單，但只適用于直徑小于600mm的塔中，且小孔易堵塞。液體分布裝置的安裝位置，須高于填料層表面200mm,經(jīng)計算我們的到的噴淋高度為250mm,以提供足夠的自由空間，讓上升氣流不受約束地穿過分布器。液體引入排管噴淋器的方式采用液體由水平主管一側(cè)引入，通過支管上的小孔向填料層噴淋。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450向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)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。為防止塔內(nèi)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10～20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口管氣速可取0.8～1.5m/s（必要時可加大些）。管徑依所選氣速決定后，應按標準管規(guī)格進行圓整，并規(guī)定其厚度。氣體進氣口氣速取15m/s，液體進液口流速取/s氣體進出口管直徑：液體流量：液體進出口管直徑：按標準管規(guī)格進行圓整后得，氣體進口出管直徑D1=219mm，厚度為8mm液體進出管直徑D2=32mm，厚度為3mm。設計位于塔底的進氣管時，主要考慮兩個要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時，本裝置由于直徑較小，可采用簡單的進氣分布裝置。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(wǎng)式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。本塔設計的是絲網(wǎng)式除沫器，這種除沫器具有比表面積大，質(zhì)量輕，孔隙率大以及使用方便等優(yōu)點，特別是它具有除沫效率高、壓力降小的特點，但是考慮到腐蝕性，所以所采用的材料用耐腐蝕性金屬或合成纖維等材料。本塔所采用的壓板是網(wǎng)板式壓板裝置，這種壓板由鋼圈、柵條及金屬絲網(wǎng)制成，多用作金屬、塑料制散裝填料的限位器。本塔所用的填料為聚丙烯塑料階梯環(huán)，因此可此采用此壓板裝置。設計一覽表及符號說明設計一覽表吸收塔類型：聚丙烯階梯環(huán)吸收填料塔混合氣處理量：2000m3/h名稱

工藝參數(shù)物料名稱清水混合氣體操作壓力，kPa操作溫度，℃2020流體密度，kg/m3黏度，kg/(m*h)表面張力，kg/h940896427680(聚乙烯)流量，kg/h流速，m/s1接管尺寸（直徑）32219塔徑，mm500填料層高度，mm6000壓降，KPa操作液氣比0.818符號說明表——填料層的有效傳質(zhì)比表面積（m2/m3）——填料層的潤滑比表面積m2/m3——吸收因數(shù);無因次——填料直徑，mm；——填料當量直徑，mm——擴散系數(shù)，m2/s；塔徑——亨利系數(shù)，KPa——重力加速度，kg/(m2.h)——溶解度系數(shù)，kmol/(m3.KPa)——氣相總傳質(zhì)單元高度，m——氣膜吸收系數(shù),kmol/(m3.s.KPa)——氣相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次——氣膜吸收系數(shù),kmol/(m3.s.KPa)——kJ/(kmol.K)——解吸因子——溫度，0C——空塔速度，m/s——液泛速度，m/s——惰性氣體流量，kmol/h——混合氣體體積流量，m3/h——混合氣體流量，kmol/h——是吸收液量kmol/h——填料因子，m-1——吸收劑用量kmol/h;kmol/s——壓降填料因子，m-1Ψ——液體密度校正系數(shù)x——溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率無因次y——溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率無因次Z——填料層高度m