氨气吸收(水)化工原理课程设计

1 设计任务书 （一） 设计题目 试设计一座填料吸收塔， 采用清水吸收混于空气中的氨气。 混合气体的处理 量为 2200m3/h，其中含氨为 8（体积分数） ，混合气体的进料温度为 25℃。要 求 氨气的回收率达到97 。 （二） 操作条件 （1）操作压力 常压 （2）操作温度20℃ （3）采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的 1.5 倍。 （20C氨在水中 的溶解度系数为 H＝0.725kmol/m3.kPa） （三） 填料类型 采用散装聚丙烯 DN 50 阶梯环填料。 （四） 设计内容 （1）设计方案的确定和说明 （2）吸收塔的物料衡算； （3）吸收塔的工艺尺寸计算； （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）吸收塔接管尺寸计算； （8）设计参数一览表； （9）绘制生产工艺流程图（A3 号图纸） ； （10）绘制吸收塔设计条件图（A3 号图纸） ； （11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。 2 目 录 1. 设计方案简介 1 1.1 设计方案的确定1 1.2 填料的选择1 2. 工艺计算 2 2.1 基础物性数据2 2.1.1 液相物性的数据 2 2.1.2 气相物性的数据 2 2.1.3 气液相平衡数据 2 2.1.4 物料衡算 3 2.2 填料塔的工艺尺寸的计算4 2.2.1 塔径的计算 4 2.2.2 填料层高度计算 5 2.2.3 填料层压降计算 8 2.2.4 液体分布器简要设计 8 3. 辅助设备的计算及选型 9 3.1 填料支承设备 9 3.2 填料压紧装置10 3.3 液体再分布装置10 4. 设计一览表10 5. 后记11 6. 参考文献11 7. 主要符号说明12 8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）13 3 1. 设计方案简介 1.1 设计方案的确定 本设计任务为吸收空气中的氨气。用水吸收氨 气属易溶解的吸收过程， 所以本次设计的吸收剂为 清水。为提高传质效率，选用逆流吸收流程，对于 水吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，故 此采用散装聚丙烯 DN 50 阶梯环填料在该填料塔中， 氨气-空气混合气体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 作用下进行吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排 出，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。（如右 图所示） 1.2 填料的选择 塔填料简称为填料是填料塔中气液接触的基本构件， 其性能的优劣是决定 填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。 填料的种类很多， 根据装填方式的不同， 可分为散装填料和规整填料两大类。 散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形 填料等。工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。工业生产对填料的 基本要求如下 （1）传质分离效率高 ①填料的比表面积 a 大，及单位体积填料具有表面积要大，因为它是汽液两 相接触传质的基础。 ②填料表面的安排合理，以防止填料表面的叠合和出现干区，同时有利于汽 液两相在填料层中的均匀流动并能促进汽液两相的湍动和表面更新， 从而使填料 表面真正用于传质的有效面积增大，总体平均的传质系数和推动力增高。 ③填料表面对于液相润湿性好， 润湿性好易使液体分布成膜， 增大有效比表 面积。润湿性取决于填料的材质，尤其是表面状况。塑料的润湿性比较差，往往 需要进行适当的表面处理，金属表面粘着的加工用油脂需经过酸洗或碱洗清除。 2压降小，气液通量大 ①填料的孔隙率ε大压降就小，通量大。一般孔隙率大，则填料的比表面积 小。分离效率将变差。散装填料的尺寸大，孔隙率大，比表面积小，规整填料波 纹片的峰高增大，孔隙率大，比表面积也大。如果填料的表面积安排合理，可以 缓解 a 和ε的矛盾，达到最佳性能。 ②减少流道的截面变化，可减少流体的流动阻力。 ③具有足够的机械强度，陶瓷填料容易破碎，只有在强腐蚀性场合才采用。 4 ④重量轻，价格低 ⑤具有适当的耐蚀性能。 ⑥不被固体杂物堵塞其表面不会结垢。 工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76 等几种规格。 同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加 很多。 而大尺寸的填料应用于小直径塔中， 又会产生液体分布不良及严重的壁流， 使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，常用填料的 塔径与填料公称直径比值 D/d 的推荐值列于表 1。 表 1 塔径与填料公称直径的比值 D/d 的推荐值 填 料 种 类 D/d的推荐值 拉西环 D/d≥2030 鞍环 D/d≥15 鲍尔环 D/d≥1015 阶梯环 D/d8 环矩鞍 D/d8 对于水吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，故此采用散装聚丙烯 DN 50 阶梯环填料 2. 工艺计算 2.1 基础物性数据 2.1.1 液相物性的数据 对低浓度吸收过程， 溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。 由手册查的， 20℃ 水的有关物性数据如下 密度为ρ 1 998.2Kg／m 3 粘度为μ L0.001PaS3.6Kg／（mh） 表面张力为 σ L 72.6dyn／cm940 896Kg／h 2 氨气在水中的扩散系数为 D L1.8010 -9 m2/s1.8010-93600 m2/h6.480 10-6m2/h 2.1.2 气相物性的数据 混合气体平均摩尔质量为 452.2729 29 92. 0 17 08. 0 29 92. 0 17 29 92. 0 17 08. 0 17 08. 0 11     MyM VN 混合气体的平均密度为 RT PMVN VN  293314. 8 452.273 .101   0.98K