填料塔設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：水吸收氨填料吸收塔學(xué)院：資源環(huán)境學(xué)院指導(dǎo)老師：吳根義羅惠莉設(shè)計(jì)者：海江學(xué)號(hào)：7專業(yè)班級(jí)：08級(jí)環(huán)境工程1班一、設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫出混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理為2400m3/h,其中含氨5%，要求塔頂排放氣體中含氨低于0.02%。采用清水進(jìn)行吸收，吸收劑的用量為最小量的1.5倍。二、操作條件1、操作壓力常壓2、操作溫度20°C三、 吸收劑的選擇吸收劑對(duì)溶質(zhì)的組分要有良好地吸收能力，而對(duì)混合氣體中的其他組分不吸收，且揮發(fā)度要低。所以本設(shè)計(jì)選擇用清水作吸收劑，氨氣為吸收質(zhì)。水廉價(jià)易得，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對(duì)吸收劑的基本要求。且氨氣不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?。四?流程選擇及流程說明逆流操作氣相自塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多用逆流操作。五、塔填料選擇階梯環(huán)填料。階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)，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(gè)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(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的間隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)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)良的一種選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格：填料類型公稱直徑DN/mm外徑X高X厚比表面積at(m2/m3)空隙率m3/m3(%)

塑料階梯環(huán)5050*25*1.5114.20.927六、填料塔塔徑的計(jì)算1、液相物性數(shù)對(duì)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(cè)查得，20°C水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為：PL=998.2kg/m3粘度為：|1L=O.OO1OO4Pa?S=3.6kg/(m?h)表面力為oL=72.6dyn/cm=940896kg/h22、 氣相物性數(shù)據(jù)：20°C下氨在水中的溶解度系數(shù)為：H=0.725kmol/(m3?kPa)?；旌蠚怏w的平均摩爾質(zhì)量為：Mvm=0.05X17.03g/mol+0.95X29g/mol=28.40g/mol ,混合氣體的平均密度為：pvm=1.183kg/m3混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)得20°C空氣的粘度為：|iv=1.81X10-5Pa?S=0.065kg/(m?h)3、 氣相平衡數(shù)據(jù)20°C時(shí)NH3在水中的溶解度系數(shù)為H=0.725kmol/(m3?kPa),常壓下20°C時(shí)NH3在水中的亨利系數(shù)為E=76.41kPa。4、 物料衡算：亨利系數(shù)PL-HMS相平衡常數(shù)998.20.725x18.02998.20.725x18.02x101.3二0.754m=—= l—PHMPSE——亨利系數(shù)H——溶解度系數(shù)Ms 相對(duì)摩爾質(zhì)量進(jìn)塔氣相摩爾比為：Y1二卷二0?05263出塔氣相摩爾比為：1-0.05Y2-0.05x(1—0.998)-o.oooi。52631-0.05混合氣體流量：2400x巴x丄=99.83(kmol/h)29322.4惰性氣體流量：QnG=99.83x(1-0.05)=94.8385(kmol/h)最小液氣比：X2=0QnLmin Y-Y Y-Y0.05263-0.0001052630.05263門T75T-0( )= + 20.05263門T75T-0QnG X*-X Y1 2 —Xm2取實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.5倍，則可得吸收劑用量為：Qnl=0.752x94.8385x1.5=106.977828(kmol/h)QnG(Y-Y) (0.05263-0.000105263)*94.8385X- 1 2- -0.04656i Qnl 106.977828則液氣比：QnL 106.977828*18n — —0.6792Q2400/24.04*28.4氣體質(zhì)量流量：叫-2400x1.183-2839.2kg/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即W厶-106.977828x18.02-1927.74kg/h填料總比表面積：at=114.2m2/m3丿卩0.2LK—L1/4￡丿卩0.2LK—L1/4￡vIPL\1/8丿lgU2(114.2 1.183)—— 9.81J0.9273人998.2丿l.OO4o.2=0.204lgU2(114.2 1.183)—— 9.81J0.9273人998.2丿l.OO4o.2=0.204-1.75(1927.74)、2839.2丿1/4(1.183]、998.2丿1/8-0.4803u2—F(114.2N1.183\9.81J0.9273人998.2丿1.0040.2=0.331U2143.36*0.001185*1.007987=0.3319.81U2二0.33199.81/(143.36*0.001185*1.007987)=19.1FUF=4.37m/su=0.80*UF=0.80*4.37=3.496m/si4VD=4x2400/3600=0.497m兀x3.496取證后D=0.5m=500mLhu=0.785xD2泛點(diǎn)率校核：=3.397m/s=3.397m/su=0.785x0.52u/u=3.397/4.37=0.777F符合三散裝的0.5——0.85—=500/50=10>8d液體噴淋密度校核：取最小潤(rùn)濕速率為：(L) =0.08m3/(m-h)Wmina=114.2m2/m3t所以U=(L) -a=0.08x114.2=9.136m3/(m2-h)minWmintLh 0.785?D2106.977828*180.785106.977828*180.785x0.5*0.5x998.2=9.830m3/(m2?h)〉Umin經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=0.5m合理。七、填料層高度計(jì)算查表知，0。C,101.3kpa下，N3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)Do=0.17cm2/sPT3D=D(r)(—)2GoPT，o則293k,101.3kPa下，NH3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為Dg=D。（冊(cè)嚅嚴(yán)=0.192cm2/s液相擴(kuò)散系數(shù)D=1.80x10-9m2Dg=D。（冊(cè)嚅嚴(yán)=0.192cm2/s液相擴(kuò)散系數(shù)D=1.80x10-9m2/sL液體質(zhì)量通量為U=106.977828x18=9811.97923kg/(m2?h)L0.785x0.52氣體質(zhì)量通量為=2400x1.1830.785x0.52=14467.26115kg/(m2?h)a

―watC U U2a U2=1一exp{-1.45?(L)0.75?(L)0.1?(L "-0.05?( L——)0.2}c a屮 p2g pcaL tL L LLt=33dyn/cm=427680kg/h2a—wat=1-exp{-1.45x(427680)0.75x(9811.97923)0.1x嚴(yán)11'979232x114?2)”940896 114.2x3.6 998.22x1.27x10s9811.979232X(998.2x940896x114.2}=0.351124氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：k=0.237(-^)0.7k=0.237(-^)0.7?(-^)：?()G aHPDRTtv VV14467.26115、=0.237x( )0.7x( )3x(114.2x0.065 1.183x0.192x10-4x36000.0651 114.2x0.192x3600x10-4)8.314x293=0.143kmol/(m2-h-kpa)液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：U2Hk=0.0095-(——)3-(丹L a-HwLLU2Hk=0.0095-(——)3-(丹L a-HwLL-p?DLL9811.97923=0.0095X(0.351124x114.2x3.63.62)3x(998.2x1.80x10-9x3600998.2=0.517查表得：屮=1.45ka=k-a?屮1.1GGka=k-a?屮0.4L Lw=0.143x0.351x114.2x1.451」=8.63mol/(m3-h-kpa)=0.517x0.351x114.2x1.450.4=24.05u/u=3.397/4.37=0.777>0.5需要矯正k'a=[1+9.5-(—-0.5)1.4]?kaGuGFk'a=[1+2.6-(上-0.5)2.2]?ka由L uF L得，k'a=[1+9.5x(0.8—0.5)1.4]x8.63=23.83kmol/(m3-h-kpa)Gk；a=[1+2.6x(0.8-0.5)2.2]x24.05=28.51h+

k'aH?k'aGL11+23.8 0.725x28.5=11.21kmol/(m3-h-kpa)kGa氣膜體積吸收系數(shù)，kmo1/(m3-h-kPa)；kLa液膜體積吸收系數(shù)，1/h；OGKa-QYV_ 94.8385ka?P-Q_11.21x101.3xOGKa-QYV_ 94.8385ka?P-Q_11.21x101.3x0.785x0.52G_0.42m氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：Y*_mX_0.754x0.0498_0.03754911Y*_mX_022mq 0.754*94.8385S_nG_ _0.668q 106.977828nl1 Y-Y*_rln[(1—S)-—-+S]1-S Y-Y*22xln[(1-0.668)x0.05263-0 +0.668]_15.1NOG1-0.668 0.000105263-0Z_H-N _0.42x15.1_6.342mOGOG設(shè)計(jì)取填料層高度為：Z_7mh—_8~15,h <6m對(duì)于階梯環(huán)填料，Dmax將填料層分為2段設(shè)置，每段3.5m，兩段間設(shè)置一個(gè)液體再分布器。八、壓降的計(jì)算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降 L-橫坐標(biāo)為：P(4)0.5PL106.977828x18x(竺)0.52400x1.183 998.2_0.0233已知：①_127m-1P縱坐標(biāo)為：1.1831.183二一x1.0040.2_0.177998.2u2①屮pP-楚?卩0.2gPLL查圖得，_1962pa/m3.3972x127x1填料層壓降為：AP=1962x7pa=13.734kpa九、進(jìn)出口管徑的計(jì)算常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取10?20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口管氣速可取0.8?1.5m/s。管徑依所選氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整,并規(guī)定其厚度。氣體進(jìn)氣口氣速取18m/s，液體進(jìn)液口流速取1.2m/s氣體進(jìn)出口管直徑：=0.217m=217mm_[4M_[ 4=0.217m=217mmD= =1Ku3.14x18x3600液體流量：=106.977828kmol/h==106.977828kmol/h=106.977828x18.02998.2=1.93m3/h液體進(jìn)出口管直徑：| 4x1.93D= =0.0261m=26.1mm2 3.14x1x3600按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整后得氣體進(jìn)出口管直徑D1=200mm液體進(jìn)出口管直徑D2=32mm十、分布器與在分布器選擇1、分布器蓮蓬式噴淋器: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800。這種噴淋器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但只適用于直徑小于600mm的塔中，且小孔易堵塞。2、再分布器截錐型再分布器：截錐體與塔壁的夾角一般取為35-400，截錐下口直徑D1=（0.7?0.8）D。適于直徑800mm以下