水吸收氨填料吸收塔设计带图.doc

1.1设计任务书 0
1.2吸收工艺流程的确定 2
1.3 物料计算 2
1.4 平衡曲线方程 3
1.5 塔径计算 3
1.6 填料层高度计算 5
1.7 填料层压降计算 8
1.8 填料吸收塔的附属设备 8
1.9 主要符号说明 10
计任务书
（1） 题目
含氨为5%（体积分数，下同）的混合气体, 处理量为4000m3/h, 采用清水进行吸收, 氨的回收率90%，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍. (均为体积分数).,
（2）设计任务和操作条件:
(1)操作压力 常压。
(2)操作温度 20℃
(3)年工作300天,每天24小时运行.
（3） 填料类型 聚丙烯阶梯环填料,规格自选.
（4）设计内容
(1)吸收塔的物料衡算
(2)填料层压降的计算
(3)液体分布器的简单设计
(4)吸收塔塔体工艺尺寸的计算
(5)绘制分布器施工图
(6)对本设计进行评述
（5）基础数据
20℃下氨在水中的溶解度系数H为0.725Kmol/( m3. kpa)

1.2吸收工艺流程的确定
采用常规逆流操作流程．流程如下。

1.3 物料计算
(l). 进塔混合气中各组分的量
取塔平均操作压强为101.3kPa，故：
混合气量＝ 4000（）× ＝166.38kmol／h
混合气中氨量＝166.38×0.5 ＝83.19 kmol／h ＝1414.23kg／h
混合气中空气量＝166.38-83.19 =83.19kmol／h＝2412.51kg／h
(2)．混合气进出塔的（物质的量）组成
=0.05
=0.05*0.01=0.0005
（3）．混合气进出塔（物质的量比）组成
Y1==0.0526
Y2==0.0005
1.4 平衡曲线方程
查表知:20℃时,氨在水中的亨利系数E=277.3Kpa;
m = = = 2.737
故操作线方程为:Y=2.737X.
吸收剂(水)的用量Ls
由操作线方程知:当Y1＝0.0526时,X1*=0.0192,计算最小吸收剂用量
=166.38×0.95×＝428.91kmol／h
取安全系数为1.5，则
Ls＝1.5×428.91=643.36kmol／h = 11580.44kg/h
依物料衡算式
塔底吸收液浓度
= 158.06×= 0.00071
1.5 塔径计算
塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气20℃)，101.325kPa
（1）.采用Eckert通用关联图法(图1)计算泛点气速
①有关数据计算
塔底混合气流量V`S＝570.5＋19.2＝589.7kg／h
吸收液流量L`＝1451.7kg／h
进塔混合气密度＝×＝1.206kg／ (混合气浓度低，可近似视为空气的密度)
吸收液密度＝998.2kg/
吸收液黏度＝1.005 mPa·s
经比较，选DN38mm聚丙烯阶梯环。查《化工原理》教材附录可得，其填料因子=175，比表面积＝132.5
②关联图的横坐标值
()1/2=()1/2 =0.086
③由图1查得纵坐标值为0.15
即0.2=0.15
求得液泛气速=2.64m/s
(2)．操作气速
取u＝0.6＝0.6×2.64 ＝1.58 m/s
(3).塔径
== 0.335 m=335mm
取塔径为0.4m(＝400mm)
(4)．核算操作气速
U==1.11m/s <
(5)．核算径比
D/d＝400/38＝10.5 > 8，满足阶梯环的径比要求。
(6)．喷淋密度校核
取= 0.08/(m·h)
最小喷淋密度= 0.08×132.5＝10.6 /(m2·h)
因 ＝＝11.6/(m·h) >
故满足最小喷淋密度要求。

图1 通用压降关联图

1.6 填料层高度计算
(1)．传质单元高度计算
本设计采用恩田式计算填料润湿面积aw作为传质面积a，依改进的恩田式分别计算及，再合并为和。
①列出备关联式中的物性数据
气体性质(以塔底20℃，101.325kPa空气计)：＝1.206 kg/ (前已算出)；＝0.0181× (查附录)；＝1．98×
液体性质＝998.2 kg/；＝1.005×Pa·s；=1.344×
,＝72.6×N／m(查化工原理附录)。
气体与液体的质量流速：
LG`==3.21
VG`==1.30
DN38mm聚丙烯阶梯环(乱堆)特性：＝38mm; ＝132.5;=33×10-3 N/m; 有关形状系数，=1.45（阶梯环为开孔环）
②依式

={-1.45（）0.75（）0.1（）-0.05（）0.2}
==0.683
故==0.683×132.5=90.5
③依式
KL=0.0095()2/3()-1/2()1/3
=0.0095()2/3()-1/2()1/3
=1.17×10-2 m/s
④依式
kG= 0.237()0.7()1\3()
= 0.237 ()0.7()1/3()
=8.1×10-6kmol/(m2·S·kPa)
故=8.1××90.5×=1.1×10-3 (m/s)
=1.17×10-2×90.5×=1.23m/s
(2)计算
＝，而，H=0.725kmol/()
=＋
求得: =1.09×10-3
＝=1.09×10-3×101.3=0.11
(3)计算
===0.40m

(4)．传质单元数计算
=-m=0.0574-2.737×0.014=0.019
==2.296×10-4
==0.010
NOG==5.573
所以:z=×NOG=0.4×5.573=2.23m
取安全系数1.2， 则完成本设计任务需DN38mm聚丙烯阶梯环的填料层高度z＝1．2×2.23=2.28m。
1.7 填料层压降计算
之前计算得:
空塔气速u=1.11m/s 横坐标值:0.086
纵坐标值: ×()×(1.005) 0.2=0.027
查图1得
P/z=19×9.81=186.4Pa/m 填料
全塔填料层压降 =2.28×186.4=425Pa

1.8 填料吸收塔的附属设备
1、填料支承板
分为两类：气液逆流通过平板型支承板，板上有筛孔或栅板式;气体喷射型，分为圆柱升气管式的气体喷射型支承板和梁式气体喷射型支承板。
2、填料压板和床层限制板
在填料顶部设置压板和床层限制板。有栅条式和丝网式。
3、气体进出口装置和排液装置
填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对500mm直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制 成下弯的锥形扩大器。气体出口既要保证气流畅通，又要尽量除去夹带的液  沫。最简单的装置是除沫挡板（折板），或填料式、丝网式除雾器。
液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。
本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器；且填料层不高，可不设液体再分布器。 排管式液体分布器简单设计如下:
取孔径=5mm,孔径系数=0.6;取开孔上方液位高度H=1/6D=0.067m ;
由公式得
开孔数 n=34.23/0.012=2950;
1.9 主要符号说明
E—亨利系数， —气体的粘度，
—平衡常数 —水的密度和液体的密度之比
—重力加速度， —分别为气体和液体的密度，
—分别为气体和液体的质量流量，
—气相总体积传质系数，
—填料层高度， —塔截面积，
—气相总传质单元高度， —气相总传质单元数
—以分压差表示推动力的总传质系数，
—单位体积填料的润湿面积
—以分压差表示推动力的气膜传质系数，
—溶解度系数，
—以摩尔浓度差表示推动力的液摩尔传质系数，
—气体常数， —溶质在气相中的扩散系数，
水吸收氨填料吸收塔
工艺设计图

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