氨吸收塔的设计.doc

电信工程系毕业设计(论文)学生自拟课题审批表
学生姓名

班级
1
届数

专业(专业方向)
精细化学品生产技术
选题名称
填料塔得设计
选题理由及准备情况:
　 　 填料塔就是以塔内得填料作为气液两相间接触构件得传质设备。它就是化工企业中最常见得气液传质设备之一。而填料塔内件及工艺流程又就是填料塔技术发展得关键。聚丙烯材料填料作为塔填料得重要一类,在化工上应用较为广泛，与其她材质得填料相比,具有质轻、价廉、耐腐蚀、不容易破碎及加工方便等优点,但明显得缺点就是表面润湿不足。
学生签名:
　　 　 　 　　　　　 　　 　　 　　　 　 　 201４年8 月 １　日
指导教师意见:
　 　 　 　 　　 　 　 　 指导教师签名:
年　 月　　　　日

江苏联合职业技术学院
江苏省惠山中等专业学校(办学点)
毕业设计(论文)任务书
设计课题 　 　填 料 吸 收 塔　得 设 计 　
系 部 　 　 电 信 工 程 系 　 　
专 业 　精细化学品生产技术 　 　 　　 　
年 　 级 　 　　班 　 　级 　　
姓 　名 　 　 　 　　 　
学 号　 　　 　 　 　 　　
指导教师 　　职 称 　　
２014年 4月 2 3 日
毕业设计(论文)任务书
　　精细化学品生产技术 　专业 G1051 教学班
课题名称
填 料 吸 收 塔 得 设 计
毕业论文(设计)起始时间
200９年 9 月 1 日　至 2010年　10　月 30 日
指导教师

职称

学生姓名

学号

任务下达时间
201４年8月25日
课题内容:
　 　填 料 吸 收 　塔　　得 设 　计

课题任务得具体要求：
1、ﻩ流程布置与说明
2、 工艺过程得计算
3、ﻩ填料得选择
4、ﻩ填料塔工艺尺寸得确定

拟定得工作进度（以周为单位)：
20１４年5月28:学生开始毕业设计,指导老师审核开题报告
20１4年9月10号:学生对毕业设计进行中期汇报,系部组织老师对毕业设计进行中期检查(周五)
2014年1０月1０号：学生完成毕业论文初稿
２０１4年10月15号:成立系答辩委员会，布置毕业答辩各项工作
20１４年10月１9号:学生完成毕业论文终稿;教师完成对论文得评阅；组织学生进行毕业论文答辩

主要参考文献：
1、《化工原理》　 　　 王振中主编 　 化学工业出版社20０5
2、《化工单元操作及设备》　 冷士良主编　　 　化学工业出版社2007
　 ３、《化工单元过程课程设计》 王明辉主编　 　　 化学工业出版社2001

任务下达人（签字)： 　 　　 　 　　 日期: 年 月　 　 日
任务接受人(签字)： 　　　 　　 　　 　 　 日期： 　年 　　　月 　　日

吸收塔课程设计
摘要:氨就是化工生产中极为重要得生产原料,但就是其强烈得刺激性气味对于人体健康与大气环境都会造成破坏与污染,因此，为了避免化学工业产生得大量得含有氨气得工业尾气直接排入大气而造成空气污染,需要采用一定方法对于工业尾气中得氨气进行吸收,本次化工原理课程设计得目得就是根据设计要求采用填料吸收塔吸收得方法来净化含有氨气得工业尾气,使其达到排放标准。设计采用填料塔进行吸收操作就是因为填料可以提供巨大得气液传质面积而且填料表面具有良好得湍流状况,从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点,从而可以使吸收操作过程节省大量人力与物力。 
引言:填料塔就是以塔内装有大量得填料为相间接触构件得汽液传质设备。填料塔于1９世纪中期已应用于工业生产，此后,它与板式塔竞相发展,构成了两类不同得汽液传质设备。填料塔属于连续接触式得汽液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。
与板式塔相比，填料塔具有以下特点:①生产能力大。②分离效率高。③压力降小。④持液量小。⑤操作弹性大。但就是,填料塔也有一些不足之处，如填料造价高;当液体负荷较小时不能有效得润湿填料表面，使传质效率降低;不能直接用于有悬浮物或容易聚合得物料；对侧线进料与出料等复杂精馏不太合适等。因此,在选择塔得类型时，应根据分离物系得具体情况与操作所追求得目标综合考虑上述各因素。
填料得种类很多,根据装填方式不同,可分为散装填料与规整填料两大类。散装填料中较为典型得有拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍填料、矩鞍填料、金属环矩鞍填料、球形填料。工业上常用得规整填料有格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。
塔型得合理选择就是做好塔设备设计得首要环节,选择时应考虑物料得性质、操作得条件、塔设备得性能以及塔设备得制造、安装、运转与维修等方面得因素。板式塔得研究起步较早,具有结构简单、造价较低、适应性强、易于放大等特点。
目录
第一章设计任务与条件ﻩ5
1、1 设计任务 5
１、2　操作条件ﻩ5
第二章设计方案得确定与流程说明 6
2、1　设计方案得确定 6
2、１、1吸收剂得选择 ６
２、1、2 设计方案得流程说明 7
第三章吸收塔得物料衡算 8
3、1 基础物性数据 8
第四章吸收塔得工艺尺寸计算 10
４、1 填料塔得工艺尺寸得计算 10
4、１、1塔径得计算 10
　　 4、1、2填料层高度计算ﻩ11
　4、1、３填料层压降计算 13
４、1、4吸收塔接管口径得计算ﻩ1４
第五章辅助设备计算选型 １６
5、1液体分布器得选择 １８
5、2设计一览表 17
第六章对本设计得评价ﻩ18
附录ﻩ1９
参考文献ﻩ２1
致谢 2２
第一章 设计任务与条件
1、1设计任务 　 　 　　 　　　 　 　　 　　 　
1、设计方案简介: 
工程概况 
试设计一座填料吸收塔,用于脱除混于空气中得氨气。混合气体得处理量为3、8万Nm３/ｈ，其中含氨为5、2%(体积分数),要求塔顶排放气体中含氨低于0、０25%(体积分数)
1、2操作条件
(1)混合气(空气+ 氨）处理量:10000０m3/h;
(2）混合气得温度：30℃
（3)进塔混合气中氨得体积分数:0、02％;
（4）进塔吸收剂(清水)温度：2０℃;
(5)操作压力:常压。
(６)操作温度:2０℃。
(7)工作日:每年300天,每天2４小时连续运转。
(８)厂址:江苏
第二章 设计方案得确定与流程说明
２、1设计方案得确定
2、1、1吸收剂得选择
吸收过程就是依靠气体溶质在吸收剂中得溶解来实现得,因此吸收剂性能得优劣,就是决定吸收操作效果得关键之一,选择吸收剂时应着重考虑以下几个方面: 溶解度:吸收剂对溶质组分得溶解度要大。以提高吸收速率并减少吸收剂得需用量。
选择性：吸收剂对溶质组分要有良好地吸收能力,而对混合气体中得其她组分不吸收或吸收甚微,否则不能直接实现有效得分离。
挥发度要低:操作温度下吸收剂得蒸汽压要低，以减少吸收与再生过程中吸收剂得挥发损失。
粘度：吸收剂在操作温度下得粘度越低。其在塔内得流动性越好，有助于传质速率与传热速率得提高。
其她:所选用得吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。 
因为设计要求用水做吸收剂,故采用纯溶剂。
2、１、2设计方案得流程说明
该填料塔中,氨气与空气混合后,经由填料塔得下侧进入填料塔中,与从填料塔顶流下
得清水逆流接触,在填料得作用下进行吸收。经吸收后得混合气 体由塔顶排除,吸收了氨气得水 由填料塔得下端流出。(如下图所示) 

第三章 吸收塔得物料衡算
3、１基础物性数据
试设计一座填料吸收塔,用于脱除混于空气中得氨气。混合气体得处理量为３、8万Nm3／h,其中含氨为5、2%(体积分数）,要求塔顶排放气体中含氨低于0、０25％（体积分数)空气与水得物性常数如下:
空气: 。

H=0、７2５kmｏｌ/（ｍ３、kPa）
混合气体得平均摩尔质量为：

混合气体流量:
混合气体流量:
最小液气比：
取实际液气比为最小液气比得1、5倍,则可得吸收剂用量为：

液气比:
第四章 填料塔得工艺尺寸
采用散装填料,并使用综合性能较好得金属环矩鞍填料,而且工业应用普遍,实践性能好。对于本吸收,由于吸收量大,估计所需得塔径较大,塔高也较高,环矩鞍无论在直径比上,还就是填料分段高度上都有很好得选择性。
4、１填料塔得工艺尺寸得计算
4、1、1塔径得计算
混合气体得密度：

采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度:

UF=6、89ｍ/s
取泛点率为0、6,即u=0、6*6、89=４、134m/s

圆整塔径,取D=1、９m
选用金属换矩鞍散装填料
4、1、2填料层高度计算
参照《化学工程手册》,选择公称直径为76mm得金属环矩鞍。主要特性如下: 
比表面积a＝57、6㎡*m﹣3　空隙率ε=9７%干填料因子∅=６3ｍ﹣1 
填料层得计算
查表知（注２）,0℃,1０1、3kpa下,NH３在空气中得扩散系数D。=0、１7cm2/s
液相扩散系数DL=1、８０*１０ｍ2/s
液体质量通量为11487、2ｋg／（ｍ2、h)
气体质量通量为17115、58kg／(m2、h)

脱吸因数为S==０、670２所以气相总传质单元数为:

气相总传质单元高度采用修正恩田关联式计算：

查表5-１3(注1）知,
所以,

气膜吸收系数由下式计算：
查手册可知(注2):
氨气在空气中得扩散系DV=0、06804m2／h
混合气体得黏度可近似取为空气得黏度:
Ｕv=0、0６5kg/(ｍ、h)

液膜吸收系数由下式计算:

查表得:
则

=0、６02＞0、５

得到

所以

Z’＝１、25*12、68６≈15、8５7m
设计取填料层高度为：Ｚ=15、９ｍ
4、1、３填料层压降计算
采用Eckert通用关联图计算填料层压降
横坐标为:

查表5-18得(注1):
纵坐标为:
查表得:
填料层压降为:
选用槽式液体分布器,D≥120０mｍ,喷淋密度为４２点／m^2，因该塔液相负荷较大,设计取喷淋点密度为1２0点/m^2 ,布液点数:n=34０点 
4、１、４吸收塔接管口径得计算

气体管径:
低压气体,根据经济流速范围，选用20ｍ/s得气体流速
=0、8５２ｍ=８5２mm
选用内径为９０0mm,壁厚为１9、5ｍｍ，有效长度为4０00mm得承插式铸铁管

进口压降:
出口压降:
液体管径:
液体为水，根据经济流速范围,选用２、0m/s得液体流速
液体流量V=180８、5×１８÷998、2÷360０=0、0０９06ｍ3／ｓ
d＝0、07６m=７6ｍｍ
选用外径为83ｍm,壁厚为3mｍ得热轧无缝钢管

进口阻力:
出口阻力:
离心泵得选择:
压头:
得估算:裙座高度5m,进气口高度2m,填料层高度１6m,
再分器高度1ｍ,喷头与填料层表面高度0、５ｍ,故≈25m
:对于全管路，忽略管壁损失，根据进出口得阻力，由于可能用到２-3个弯头,有可能引起弯头损失，故计算:
=进口阻力+出口阻力＋弯头阻力=(1、5+3、0+１、5)/9、81=0、510ｍ 

Hｅ=25、816m

根据压头与流量查IS型离心泵得型谱，考虑到效率,选用型号为IS10０－80-160离心泵,其转速为２9０0  r/miｎ ,流量为60m³/h
风机得选择:
流量为４１0０0hm/3全压＝42８4４、3１+186、4＋93、2＝43１23pa≈4３123pａ

根据流量与全压。考虑到效率,选用风机类型:
8-09单吸机号26、5传动类型:A  转速：１4５0 r／miｎ
第五章 辅助设备计算选型
5、１液体分布器设计
液体在塔顶得初始均匀喷淋,就是保证填料塔达到预期分离效果得重要条件。
　液体分布装置得安装位置,须高于填料层表面2００mm,以提供足够得自由空间，让上升气流不受约束地穿过分布器。根据该物系性质,可选用目前应用较为广泛得多孔型布液装置中得排管式喷淋器。多孔型布液装置能提供足够均匀得液体分布与空出足够大得气体通道(自由截面一般在70%以上）,也便于制成分段可拆结构。
液体引入排管喷淋器得方式采用液体由水平主管一侧引入,通过支管上得小孔向填料层喷淋。
　 由于液体得最大负荷低于)／(2523hmm×，按照设计参考数据可提供良好得液体分布：主管直径---50mm,支管排数---５,排管外缘直径-－-160ｍｍ,最大体积流量－--12、5ｍ³／h
填料支撑装置
填料支撑装置对于保证填料塔得操作性能具有重大作用。采用结构简单、自由截面较大、金属耗用量较小得栅板作为支撑板。为了改善边界状况，可采用大间距得栅条,然后整砌一、二层按正方形排得瓷质十字环,作为过渡支撑,以取得较大得孔隙率。由于采用得就是得填料，所以可用７5ｍm得十字环。
气体得入塔分布 
设计位于塔底得进气管时，主要考虑两个要求：压力降要小与气体分布要均匀。由于填料层压力降较大,减弱了压力波动得影响,从而建立了较好得气体分布;同时，本装置由于直径较小,可采用简单得进气分布装置。 
由于对排放得净化气体中得液相夹带要求不严,可不设除液沫装置。
5、2设计一览表
填料吸收塔设计一览表

第六章 对本设计得评价
通过这次吸收氨得课程设计，检查了我平时得化学计算得基础知识,就是对自己得基础知识情况进一步得了解。 
由于就是第一次做此课程设计，虽然参考了一些课程文件与前人得案例,有些大同小异。在设计过程中,我感受到查阅一些手册参数就是十分重要得。对于填料得选择,由于我此次进料量大,导致吸收塔直径较宽,选择性较广,参考最佳范围,我选择了金属环矩鞍。 
可能设计上会有很多缺憾,但就是有这第一次得感受。我知道了自己得缺陷，下次一定会完善学习计划，提高知识水平,做得更好。
附录
主要符号说明
a——填料层得有效比表面积,;
—单位体积填料得润湿面积;
Ｅ—亨利系数,;
—平衡常数;
—气体得粘度, ;
uL—气体得粘度， ;
—水得密度与液体得密度之比;
—重力加速度,;
,—分别为气体与液体得密度,;
wＬ,wG—分别为气体与液体得质量流量, ;
—气相总体积传质系数，;
Z—填料层高度，;
Ω—塔截面积，m2;
—气相总传质单元高度,;
—气相总传质单元数,m；
—以分压差表示推动力得气膜传质系数，;
—以摩尔浓度差表示推动力得液摩尔传质系数,;
—溶解度系数，;
V—惰性气体得摩尔流速kｍol/ｈ;
L—溶剂得摩尔流量kmｏｌ／h;
—气体常数,;
—溶质在气相中得扩散系数,
DL—溶质在液体中得扩散系数，
参考文献:
【1】贾绍义、柴诚敬《化工单元操作课程设计》[M]、 天津：天津大学出版社,2011．
【2】蒋维钧、《化工原理》上、下册［M]、北京:清华大学出版社，2003、
【3】贾绍义,柴诚敬．《化工原理课程设计》［M]、 天津:天津大学出版社,2003，14９、
【4】柴诚敬,天津大学化工学院、《化工原理》（下册)[M]、 北京:高等教育出版社,2０09、
【5】魏姚灿等.塔设备设计．上海:上海科学技术出版社,1988、
【6】谭天恩,麦本熙,丁惠华．《化工原理》（上、下册)第二版[M］、 北京:化学工业出版社,20０1、
【７】《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册--气液传质设备．北京:化学工业出版社,198９、
【8】《化工原理课程设计》申迎华郝晓刚主编化学工业出版社2009
【9】《化工原理课程设计指导》任晓光主编化学工业出版社20０9
【１０】《化学工程手册》化学工业出版社198９年
致谢
光阴似箭,转眼间四年大学本科生活即将结束,陪伴我走入象牙塔得笔记本依然伴着我,忠实地书写全部情绪。在我最开心得时候,它记录了绚烂得幸福与快乐;在我孤独彷徨得时候,它就是唯一得伙伴，用沉默安抚绝望得灵魂。现在,行将毕业,成了校园老人得我依然坐在这个老伙计面前敲敲打打，将浮躁击碎,将烦恼碾成一枚枚灵动得小字。
回首这几年,似乎伤感并不明显。身边来来去去得不再就是亲密得室友,换了同事与领导。在这里没有人诉说要离开校园得伤感,四面八方充斥流程化公事化得执行。伤感…潜流在心底，静静蛰伏。毕业,一个人置身小屋中,顿时如复活般全部苏醒了痛楚与艰辛。离开学校再没有人中午来敲门问我去不去吃饭,再没有人与我反坐在板凳上大声闲聊放肆大笑,再没有人幽幽地问句“吃什么好呢？”,再没有人背着重重得书包与我一起上课实习变态逗趣……她们得声音在时空里混杂渐渐远去了……ﻫ　可怜天下父母心,这些年来，真得非常感谢爸爸妈妈得默默支持关心。ﻫ 感谢同学们带给我轻松得生活氛围。
感谢各位老师为我们创造得实习机会;感谢老师得悉心指导与敦促;感谢所有关心我得人！