填料吸收塔设计说明书.doc

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填料吸收塔设计

学 校：华东交通大学
学 院：基础科学学院
姓 名： 王 业 贵
学 号：20100810030111
指导老师：周枚花老师
时 间：2013.12.30-2014.1.10 一、设计任务书
一、设计题目
年处理量为吨氮气填料吸收塔的设计
二、设计任务及操作条件
试设计一座填料吸收塔，用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为2400 m3/h，其中含空气95%，含氨气为5％（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02％（体积分数）。
采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3.kPa）
三、工艺操作条件
1.厂址为南昌地区
2.操作压力为101.3kpa
3.操作温度20℃
4.每年生产时间：300天，每天24小时
5.自选填料类型及规格
四、设计内容
1. 吸收流程选择
2. 填料选择（根据处理量选择）
3. 基础物性数据的搜集与整理
4. 吸收塔的物料衡算
5. 填料塔的工艺尺寸计算（塔径，填料层高度，填料层压降）
6. 流体分布器简要设计
7.辅助设备的计算及选型
8.设计结果一览表
9.后记（对设计过程的评述和有关问题的讨论）
10.绘制有关图纸
11.编写设计说明
五、化工设计说明书的内容
完整的化工设计报告由说明书图纸两部分组成。设计说明书中应包括所有论述、原始数据、计算、表格等，编排顺序如下：
（1）标题页；
（2）设计任务书；
（3）目录；
（4）设计方案简介；
（5）工艺流程草图；
（6）工艺计算以主体设备设计计算及选型；
（7）辅助设备的计算及选择；
（8）设计结果概要或设计一览表；
（9）对本设计的评述；
（10）附图（工艺流程图（设计说明书中）、主体设备工艺条件图（A3））；
（11）参考文献；
二、设计方案
(一)流程图及流程说明
该填料塔中，氨气和空气混合后，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吸收。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水 由填料塔的下端流出。
(二)填料及吸收剂的选择
该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用25×12.5×1.4聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：
比表面积at：223 空隙率：0.90
湿填料因子： 填料常数 A:0.204 K：1.75
见下图：

根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。
三、工艺计算
(一)基础物性数据
1.液相物性数据

2. 气相物性数据
混合气体平均密度：
=427680()
空气黏度：
273K，101.3Kpa.氨气在空气中扩散系数：
(二)物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成
20℃，101.3Kpa下氨气在水中的溶解度系数

进塔气相摩尔比：
出塔气相摩尔比：
对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：
混合气体流量 ： kmol/h
进塔惰性气体流量： kmol/h
吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算：

取操作液气比为最小液气比的1.5倍，可得吸收剂用量为：

根据全塔物料衡算式:

液气比 ：
(三)塔径的计算
1.塔径的计算
考虑到填料塔内塔的压力降,塔的操作压力为101.3

采用贝恩----霍夫泛点关联式:

即

取泛点率为0.6. 即

圆整后取
2.泛点率校核：

（在0.5到0.85范围之间）
3.填料规格校核：
4.液体喷淋密度校核：
取最小润湿速率为：
所以得

故满足最小喷淋密度的要求.
(四)填料层高度计算
1.传质单元高度计算
273K，101.3kpa下，氨气在空气中的扩散系数.由,则
293K，101.3kpa下，氨气在空气中的扩散系数
293K，101.3kpa下，氨气在水中的扩散系数 (查化工原理附录)

脱吸因数为：
气相总传质单元数为：

=
=14.992
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：

液体质量通量为：
气体质量通量为：
故

气膜吸收系数：

液膜吸收系数:
查表得=1.35 故
=0.0890.2476223=6.8361
=0.2160.2476223=16.5911
f =0.670>0.5
以下公式为修正计算公式：

则 （H为溶解度系数）；
==4.8731
由
==0.264m
2. 填料层高度的计算
由
取上下活动系数为1.5

故 取填料层高度为6m.
查[2]化工原理课程设计213页表5-41散装填料分段高度推荐值查得：
塑料阶梯环 h/D8～15
取h/D=10 得 h=100.8=8m
故 填料层需要分为二段，高度分别为4m.
(五) 填料塔压降的计算
采用Eckert通用关联图计算填料层压降
横坐标为：=0.0228
查[2]P215表5-44得：
纵坐标为：
查图得
填料层压降为：

Eckert图

(六) 吸收塔的主要接管尺寸的计算
1、气体进料管
由于常压下塔气体进出口管气速可取12～20，故若取气体进出口流速近似为16m/s，则由公式可求得气体进出口内径为

采用直管进料，由《化工原理》 第三版 上册 [谭天恩等主编 化学工业出版社]P269查得
选择热轧无缝钢管，则
（在符合范围内）
气体进出口压降:
进口：
出口：
2、液体进料管
由于常压下塔液体进出口管速可取，故若取液体进出口流速近似为2.6m/s，则由公式可求得液体进出口内径为

采用直管进料，由《化工原理》第三版 上册 [谭天恩等主编 化学工业出版社]P368查得
选择热轧无缝钢管，则
（在符合范围内）
(七)吸收塔设计条件图表
吸收塔类型
聚丙烯阶梯环吸收填料塔
混合气体处理量（m3/h）
2400
塔径D（m）
0.8
填料层高度Z（m）
8
气相总传质单元高度（m）
0.264
气相总传质单元数
14.992
泛点气速（m/s）
3.017
泛点率
0.670
压降（kpa）
3.70
操作压力（kpa）
101.3
操作温度（℃）
20
填料直径（mm）
25
孔隙率ε
0.90
填料比表面积a(㎡/m3)
223
填料常数A
0.204
填料常数K
1.75
四、符号说明
——填料层的有效传质比表面积（m²/m³）
——填料层的润滑比表面积m²/m³
——吸收因数;无因次
——填料直径，mm；
——填料当量直径，mm
——扩散系数，m²/s； 塔径
——亨利系数，KPa
——重力加速度，kg/(m².h)
——溶解度系数，kmol /(m³.KPa)
——气相总传质单元高度，m
——气膜吸收系数, kmol /(m³.s.KPa)
——气相总传质系数，无因次
——气膜吸收系数, kmol /(m³.s.KPa)
——气体通用常数，8.314kJ/(kmol.K)
——解吸因子
——温度，0C
——空塔速度，m/s
——液泛速度，m/s
——惰性气体流量，kmol/h
——混合气体体积流量，m3/h
——混合气体流量，kmol/h
——是吸收液量 kmol/h
——填料因子， m-1
——吸收剂用量kmol/h; kmol/s
——压降填料因子， m-1
Ψ——液体密度校正系数
x——溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次
y——溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次
Z——填料层高度 m
min——最小的
max——最大的
——粘度 Pa.s
——密度 kg/m3
——表面张力 N/m
ε——孔隙率
——相平衡常数，无因次
五、对设计过程的评述
这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。
通过这次的课程设计，让我从中体会到很多。课程设计是我们在校大学生必须经过的一个过程，通过课程设计的锻炼，可以为我们即将来的毕业设计打下坚实的基础！使我充分理解到化工原理课程的重要性和实用性，更特别是对各方面的了解和设计，对实际单元操作设计中所涉及的各个方面要注意问题都有所了解。
在课程设计过程中,我加深了对课本知识的认识，也巩固了所学到的知识。此次课程设计按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。在设计过程中，我通过跟同学之间相互讨论与向老师提问，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牢固，需加强学习，扩大知识面的广度。另外，我通过这次的课程设计，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、有一定的了解与认识。
通过这次对填料吸收塔的设计，培养了我们的能力：首先培养了我们查阅资料，选用公式和数据的能力，其次还可以从技术上的可行性与经济上的合理性两方面树立正确的设计思想，分析和解决工程实际问题的能力，最后熟练应用计算机绘图的能力以及用简洁文字，图表表达设计思想的能力。不仅让我将所学的知识应用到实际中，而且对知识也是一种巩固和提升充实。在老师和同学的帮助下，及时的按要求完成了设计任务，通过这次课程设计，使我获得了很多重要的知识，同时也提高了自己的实际动手和知识的灵活运用能力。

参考文献
[1]涂伟萍.陈佩珍.程达芳编.化工过程及设备设计.北京:化学工业出版社,2003
[2]付家新等. 化工原理课程设计(典型化工单元操作设备设计).北京:化学工业出版社，2010
[3]谭天恩等.化工原理.第三版（上册）.北京: 化学工业出版社,2010
[4]郑津泽.荣其伍.桑芝富 编.过程设备设计.北京: 化学工业出版社，2004[1] 大连理工 大学等．化工容器与设计手册．北京：化学工业出版社，1989*
[5]贾绍义,柴诚敬. 化工原理课程设计[M]. 天津:天津大学出版社, 2002.