化工课程设计1.doc

一、设计任务书
设计题目:填料吸收塔的设计
设计任务:试设计一填料吸收塔,用于脱除合成氨尾气中的氨气,要求塔顶排放气体中含氨低于200ppm,采用清水进行吸收
工艺参数与操作条件
工艺参数
表1—1
尾气处理量(Nm3/h)
混合气组成(%)
NH3
H2
N2
CH4+Ar
2020
8
60
20
12
(2)操作条件
常压吸收:P0=
混合气体进塔温度:30℃
吸收水进塔温度:20℃。
设计项目:
流程的确定及其塔型选择;
吸收剂用量的确定;
填料的类型及规格的选定;
吸收塔的结构尺寸计算及其流体力学验算,包括:塔径、填料层高度及塔高的计算;喷淋密度的校核、压力降的计算等;
吸收塔附属装置选型:喷淋器、支承板、液体再分布器等;
附属设备选型:泵、风机
附:
NH3~H2O系统填料塔吸收系数经验公式:
kGa=cGmWLn
kLa=bWLP
式中
kGa——气膜体积吸收系数,kmol/
kLa——液膜何种吸收系数,l/h
G——气相空塔质量流速,kg/
WL——液相空塔流速,kg/
表1—2,查手册(李功样《常用化工单元设备设计》华南理工大学出版社得)
填料尺寸(mm)
c
m
n
B
P












≥





2、(氨气—水)二成分气液平衡数据
表1—3
序号
温度(℃)
(液相)
x
(NH3液相摩尔分率)
pNH3(mmHg)
(NH3平衡分压)
1



2



3



4



5


26
6



7



8



9



10



二、工艺流程示意图(带控制点)
三、流程方案的确定及其填料选择的论证
塔型的选择:
塔设备是能够实现蒸馏的吸收两种分离操作的气液传质设备,广泛地应用于化工、石油化工、石油等工业中,其结构形式基本上可以分为板式塔和填料塔两大类。在工业生产中,一般当处理量较大时采用板式塔,而当处理量小时多采用填料塔。填料塔不仅结构简单,而且阻力小,便于用耐腐蚀材料制造,对于直径较小的塔,处理有腐蚀性的物料或要求压降较小的真空蒸馏系统,填料塔都具有明显的优越性。
根据本设计任务,是用水吸收法除去合成氨生产尾气的氨气,氨气溶于水生成了具有腐蚀性的氨水;本设计中选取直径为600mm,该值较小,且Φ800mm以下的填料塔对比板式塔,其造价便宜。基于上述优点,因此本设计中选取填料塔。
填料塔的结构
填料塔的主要构件为:填料、液体分布器、填料支承板、液体再分器、气体和液体进出口管等。
操作方式的选择
对于单塔,气体和液体接触的吸收流程有逆流和并流两种方式。在逆流操作下,两相传质平均推动力最大,可以减少设备尺寸,提高吸收率和吸收剂使用效率,因此逆流优于并流。因此,本设计采用逆流。
吸收剂的选择
水对由 NH3 、H2 、N2 、CH4+Ar组成的混合气中的NH3的溶解度很大,而对除NH3外的其它组成基本上不吸收或吸收甚微;
在操作温度下水的蒸气压小、粘度较低、不易发泡,可以减速少溶剂的损失,操作高效稳定。
水具有良好的化学稳定性和热稳定性,不易燃、不易爆,安全可靠;
水无腐蚀性、无毒性、无环境污染;
水价廉易得,十分经济。
因此选用水作为吸收剂。
填料的选择
鲍尔环的构造是在拉西环的壁上开两排长方形窗口,被切开的环壁形成叶片,一边与壁相连,另一端向环内弯曲,并在中心处与其他叶片相搭。鲍尔环的构造提高了环内空间和环内表面的有效利用率,使气体阻力降低,液体分布有所改善,提高了传质效果;其结构简单,制造容易,价格低廉,因此本设计采用塑料鲍尔环。
四、工艺及填料塔计算
物料衡算
,进塔混合气中各组分的量为
混合气量: 2020×122。4=
混合气中氨气量:×8%==×17=
操作条件下总气量:2020×273+30273=
氨