水吸收氨气过程填料吸收塔设计.docx

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一、设计题目:水汲取氨气过程填料汲取塔的设计;
试设计一座填料汲取塔,采纳清水汲取混于空气中的氨气。混杂气体的办理
3
量为2600m/h,此中含氨为7%(体积分数),混杂气体的进料温度为25℃。要求:
氨气的回收率达到98%。(20℃氨在水中的溶解度系数为H=()
二、工艺操作条件:
(1)操作均匀压力常压
(2)操作温度:t=20℃
(3)汲取剂用量为最小用量的倍数自己确立
(4)采纳填料种类及规格自选。
三、设计内容
1)设计方案的确定和说明
2)汲取塔的物料衡算;
3)汲取塔的工艺尺寸计算;
4)填料层压降的计算;
5)液体分布器简要设计;
6)绘制液体分布器施工图
7)汲取塔接收尺寸计算;
8)设计参数一览表;
9)绘制生产工艺流程图(A4号图纸);
10)绘制汲取塔设计条件图(A4号图纸);
11)对设计过程的评论和有关问题的谈论。
目录
方案介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
方案的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
1
填料的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
1
工算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
基物性数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1液相物性的数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1气相物性的数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1气液相均衡数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1物料衡算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
填料塔的工尺寸的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2塔径的算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2填料高度算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3填料降算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6
液体分布器要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7
助的算及型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8
填料支承⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
8
填料装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
8
液体再分布装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
8
4.
一表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
9
5.
后⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
9
6.
参照文件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
9
7.
主要符号明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
10
附(工流程、主体条件)
设计方案简介设计方案的确定
该填料塔中,氨气和空气混杂后,经由填料塔的下侧进入填料塔中,与从填料塔顶流下的清水逆流接触,在填料的作用下进行汲取。经汲取后的混杂气
体由塔顶消除,汲取了氨气的水由填料塔的下端流出。
填料的选择
金属环矩鞍
采纳50×40×的金属环矩鞍填料,其主要参数以下:
2
/m
3
空隙率
:
比表面积a:m
t
湿填料因子:84m1填料常数A:K:
工艺计算基础物性数据
液相物性的数据
L
(kg/m3)
L1004106(Pas)(kg/mgh)
L
(dyn/cm)
940896(kg/h2)
(m3/s)
气相物性的数据
混杂气体均匀密度:
vm

c=427680(kg/h2
)
空气黏度:
v

105(Pa
s)
(kg/mgh)
气液相均衡数据
273K,.氨气在空气中扩散系数:D0
(m2/s)
物料衡算
20℃,下氨气在水中的溶解度系数H

E
s


m
18


Y1

进塔气相摩尔比:

1

出塔气相摩尔比:
Y2
Y1
(1)
()
对于纯溶剂汲取过程,进塔液相构成:
X2
0
:V1
1000
273
混杂气体流量
293


进塔惰性气体流量:V
2600
273()


298
汲取过程属于低浓度汲取,均衡关系为直线,最小液气比可按下式计算:
L
Y1
Y2
Y1Y2

V
X1*
X2
Y1

min
X2

m
0

取操作液气比为最小液气比的倍,可得汲取剂用量为:

依据全塔物料衡算式:
V(Y1-Y2)=L(X1-X2)
X1
V(Y1
Y2)
LX


L
2



液气比:WL



WV

填料塔的工艺尺寸的计算
塔径的计算
采纳贝恩----
霍夫泛点关系式:
2
1
1
uf
4
8
at
v

v
AK
WL
lg
3
L
Wv
g
L
L
即
uF2
at
G

]
lg[
3
L
g
L
1

1


()4
(
)8


uF2at
G


g3
L
L
uF








取泛点率为,
D

4VS
u
42600


圆整后取

泛点率校核:
2600
3600


u


(在同意的范围内)
uF

填料规格校核:
D
600
12
8
d
50
液体喷淋密度校核:
取最小润湿速率为:(LW)min

m3/(mh)
at

所以Umin
(LW)minat

/(m2h)
U
Lh

D2


/(m2h)Umin


经以上校核可知,。
填料层高度计算
查表知,0C
,kpa下,NH3在空气中的扩散系数Do

由DG
Do(Po)(T)23,
P
To
则
293k
,kpa
下,NH3
在空气中的
扩散系数为
DG
Do()(293)23


273

液体质量通量为
UL



/(
m
2
)


kg
h
气体质量通量为
UV
2600

/(
m
2
)


kg
h
Y1
mX1


Y2
mX2
0
脱吸因数为S
mV



气相总传质单元数为:
NOG
1
Y1
Y2
S]
Ln[(1
S)
Y2
1S
Y2
1
)

0

1
Ln[(1

]

0
气相总传质单元高度采纳修正的恩田关系式计算:
aw
1exp{

(
c
)

UL
)

UL
2at
)

UL
2
)

}
(
(
2g
(
at
L
at
L
L
L
Lat
查表知,
c
75dyn/cm
972000kg/h2
aw
1
exp{
972000
)


)

(


)

所以,at
(
(
2
8

940896




(

)}

940896

气膜汲取系数由下式计算:
(UV
)
1
(atDV)
G
(
V
)3
at
v
VDV
RT
()

1
(

3600104
(
)3
)




104
3600

293
/(m2
hkpa)
液膜汲取系数由下式计算:
2
1
1
L
(
UL
)3
(
L
)2
(L
g)3
aw
L
L
DL
L

2

1
(
108
1

(
)3
(
3600
)2
)3





109


查表得:
Ga
G
aw





/(m3hkpa)
则
aw






1
La
L
h
u

uF
Ga
[1

(u
)]
Ga
由
uF
得,
u
La
[1

(
)]
La
uF
Ga
[1
(
)]

/(m3hkpa)
La
[1
(
)]

h
Ga
1
1
1
则
Ga
H
La
1
1
1
/(m3hkpa)



HOG
V
KYa
由
V


GaP




由Z
HOG
NOG




设计取填料层高度为:Z6m
查表:对于环矩鞍填料,
h
hmax
6m
8~15,
D
计算得填料高度为6000mm,故不需分段。
填料层压降计算
采纳Eckert通用关系图计算填料层压降
横坐标为:
L
(V)

()

V
L

查表得:
P
71m1
纵坐标为:
u2
P


71


g
L



L

查图,得
P

pa/m
Z
填料层压降为:
P

液体分布器简要设计
液体分布器简的种类
该汲取塔液相负荷较大,而气相负荷相对较低,应采纳槽式液体分布器。
槽式液体分布器
分布密度的计算
为了使液体初始分布均匀,原则上应增添单位面积上的喷淋点数。
构的限制,不行能将喷淋点设计得很多。依据Eckert

但是,因为结建议,当
D750mm时,分布点密度为

170点/m2时。则总布液孔数为:


2



170


取补液孔数为:48点
布液计算:
由L
d
2n
g
H
S
4
o
2
LS

18m3/s

3600

取

,H
2000mm
do
4LS
n
2g
H
则
4

10
4

48

2



取d04mm
有计算得,设计布液点数为48点,直径为4mm
辅助设备的计算及选型填料支承设备
填料支承结构用于支承塔内填料及其所拥有的气体和液体的重量之装置。对
填料的基本要求是:有足够的强度以支承填料的重量;供给足够的自由截面以使
气液两相流体顺利经过,防范在此产生液泛;有益于液体的再分布;耐腐化,易
制造,易装卸等。常用填料支承板有栅板式平和体发射式。这里采纳分块梁式支
承板。
驼峰支撑
填料压紧装置
为保持操作中填料床层为一高度恒定的固定床,从而保持均匀一致的空隙结构。
使操作正常,稳固,在填料安装后在其上方要安装填料压紧装置。这样可以防范
在高压降,瞬时负荷颠簸等状况下填料床层发生松动和跳动。
填料床层限位器适用于除脆性易碎材质填料之外的填料(如金属、塑料填料)。
本次设计的填料是金属环矩鞍,所以选择填料床层限位器。
驼峰支撑

在离填料顶面必定距离处,喷淋的液体便开始向塔壁偏流,而后沿塔壁下贱,塔中心处填料的不到好的润湿,形成所谓的“干锥体”的不正常现象,减少了气液
两相的有效接触面积。所以每隔必定的距离设置液体再分布装置,以战胜此现象。因为填料塔层高度为6米,所以不需要液体再分布器
设计一览表
汲取塔种类
金属环矩鞍汲取填料塔
3
2600
混杂气体办理量(m/h)
塔径D(m)
填料层高度Z(m)
6
气相总传质单元高度(m)
气相总传质单元数
泛点气速(m/s)
泛点率
压降(pa)
操作压力(kpa)
操作温度(℃)
20
填料直径(mm)
25
孔隙率ε
填料比表面积a(㎡/m3)
填料常数A
填料常数K
后记
在课程设计过程中,我加深了对课本知识的认识,也坚固了所学到的知识。此次
课程设计依据设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。在设计过程中,我通
过跟同学之间互相谈论与向老师发问,整体设计基本满足使用要求,但是在设计
指导过程中也发现一些问题,发现自己基础知识不坚固,需增强学****扩大知识
面的广度。别的,我经过此次的课程设计,我对从填料塔设计方案到填料塔设计
的基本过程的设计方法、步骤、思路、有必定的认识与认识。
参照文件
[1]
:化学工业第一版社,
1989*
[2]
:化学工业第一版社,2004
[3]
匡国柱,:化学工业出社,
2002
[4]

[M].广州:
华南理工大学第一版
社,1986.
贾绍义,[M].天津:天津大学第一版社,2002.

a——填料层的有效传质比表面积(
m2/m
aw——填料层的润滑比表面积
m2/m3
3)
A——汲取因数;无因次
d——填料直径,mm;
dp——填料当量直径,mm
D——扩散系数,m2/s;塔径
E——亨利系数,KPa
g——重力加速度,kg/()
H——溶解度系数,kmol/()
HOG——气相总传质单元高度,
m
kG——气膜汲取系数,kmol/(m
3.
NOG——气相总传质系数,无因次