水吸收氨过程填料吸收塔的设计.doc

化工原理课程设计任务书

设计题目： 水吸收氨过程填料吸收塔的设计

化工原理课程设计任务书
1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
⑴.处理能力：34225m3/h混合气体
⑵.设备型式：填料吸收塔
⑶.操作条件：
①混合气体含氨量为5%，塔顶排放气体中含氨量低于0.02%，采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。
②操作压力：常压
③操作温度：20℃
④填料类型：选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。
⑤每年按300天计，每天24小时连续运行。
⑥厂址：天津地区。
⑷设计要求：
①吸收塔的物料衡算；
②吸收塔的工艺尺寸设计；
③填料层压降的计算；
④液体分布器简要设计；
⑤绘制吸收塔计算结果列表；
⑥对设计过程的评述和有关问题的讨论。
⑸设计基础数据
20℃下氨在水中的溶解度系数为。
化工原理课程设计任务书
2．对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：
1. 设计出满足课程设计要求的填料吸收塔。
2. 制作相关的任务书、说明书及设计结果表。
3. 绘制液体分布器布液点示意图。
3．主要参考文献：
[1] 陈敏恒，丛德兹等. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京：化学工业出版社，2000
[2] 时钧，汪家鼎等. 化学工程手册，北京：化学工业出版社，1996年
[3] 上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下). 北京：化学工业出版社，1986
[4] 柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，1995
4．课程设计工作进度计划：
序号
起 迄 日 期
工 作 内 容
1
2010-1-2至2009-1-3
对题目进行初步设计，查阅相关资料及收集数据
2
2010-1-3至2010-1-4
对设计进行修改并计算设计过程
3
2010-1-4至2010-1-7
完成设计题目相关任务书、说明书及结果表
4
2010-1-7至2010-1-8
检查设计题目的数据并完善相关任务书、说明书

主指导教师

日期：
年 月 日

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天津农学院

课程设计说明书

设计名称 化工原理课程设计
设计题目 水吸收氨过程填料吸收塔设计
设计时间 2010年 1 月 4日
系 别 食品科学系
专 业 生物工程
班 级 1 班
姓 名 周 浪
指导教师 王步江

2010 年 1 月 4 日

化工原理课程设计说明书

目 录

一.设计方案简介 …………………………………………………………………………… 1
二.设计计算 ………………………………………………………………………………… 2
（一）设计方案的确定 …………………………………………………………………… 2
（二）填料的选择 ………………………………………………………………………… 2
（三）基础物性数据 ……………………………………………………………………… 2
1.液相物性数据 ………………………………………………………………………… 2
2.气相物性数据 ………………………………………………………………………… 2
3.气液相平衡数据 ……………………………………………………………………… 2
（四）物料衡算 …………………………………………………………………………… 3

（五）填料塔的工艺尺寸的衡算 ………………………………………………………… 3
1.塔径计算 ……………………………………………………………………………… 3
2.填料层高度计算 ……………………………………………………………………… 4
（六）填料层压降计算 …………………………………………………………………… 6
（七）液体分布器简要设计 ……………………………………………………………… 6
1.液体分布器的选型 …………………………………………………………………… 6
2.分布点密度计算 ……………………………………………………………………… 7
3.布液计算 ……………………………………………………………………………… 7
（八）计算结果列表 ……………………………………………………………………… 8
三．设计体会 ………………………………………………………………………………… 8
四．参考文献 ………………………………………………………………………………… 8
一、设计方案简介：

塔设备是化工、石油化工、生物化工、制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备，根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。
板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上的液层，进行传质与传热。在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流操作过程。
填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上流动，气液两相密切接触进行传质与传热。在正常操作下，气相为连续相，液相为分散相，气相组成呈连续变化，属微分接触逆流操作过程。
工业上，塔设备主要用于蒸馏和吸收传质单元操作过程。蒸馏过程多选用板式塔，而吸收过程多选用填料塔。
本次题目要求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341300，其中含氨为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。
⑴操作条件：
①操作压力：常压
②操作温度：20℃
③填料类型：选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。
④每年按300天计，每天24小时连续运行。
⑤厂址：天津地区。
⑵设计要求：
①吸收塔的物料衡算；
②吸收塔的工艺尺寸设计；
③填料层压降的计算；
④液体分布器简要设计；
⑤绘制吸收塔绘制吸收塔计算结果列表；
⑥对设计过程的评述和有关问题的讨论。
⑶设计基础数据
20℃下氨在水中的溶解度系数为。二、设计计算：

（一）设计方案的确定
用水吸收属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，且不作为产品，故采用纯溶剂。
（二）填料的选择
对于水吸收的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用聚丙烯阶梯环填料。
（三）基础物性数据
1.液相物性数据
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。由手册查得，20℃时水的有关物性数据如下：
密度为
粘度为
表面张力为
在水中的扩散系数为
2.气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为

混合气体的平均密度为

混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为

查手册并计算得在空气中的扩散系数为

3.气液相平衡数据
由题目已经20℃下氨在水中溶解度系数为

则常压下20℃时在水中的亨利系数为

相平衡常数为

（四）物料衡算
进塔气相摩尔比为

出塔气相摩尔比为

进塔惰性气体流量为

该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为

由题意知，操作液气比为

（五）填料塔的工艺尺寸的计算
1.塔径计算
采用Eckert通用关联图计算泛点气速。
气相质量流量为

液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即

Eckert通用关联图的横坐标为

查通用关联图得

查散装填料泛点填料因子平均值表得

取
由
圆整塔径，取
泛点率校核：

填料规格校核：

液体喷淋密度校核：
取最小润湿速率为

查常用散装填料的特性参数表得

经以上校核可知，填料塔直径选用合理。
2.填料层高度计算

脱吸因数为

气相总传质单元数为

气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：

查常见材质的临界便面张力值表得

液体质量通量为

气膜吸收系数由下式计算：

气体质量通量为

液膜吸收系数由下式计算：

由 ，查常见填料的形状系数表得

则

由 ，得

则
由
由

设计取填料层高度为

查表得，对于阶梯环填料，
取 ，则

计算得填料层高度为10000mm，故不需分段。
（六）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

查散装填料压降填料因子平均值表得

纵坐标为

查埃克特通用关联图得

填料层压降为

（七）液体分布器简要设计
1.液体分布器的选型
该吸收塔液相负荷较小，而气相负荷相对较大，故选用槽式液体分布器
2.分布点密度计算
按Eckert建议值，时，喷淋点密度为，因该塔液相负荷较小，设计取喷淋点密度为
布液点数为

按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：二级槽共设七道，在槽面开孔，槽宽度为80mm，槽高度为210mm，两槽中心矩为340mm。分布点采用三角形排列，实际设计布点数为n=5086点示意图如下图所示

槽式液体分布器二级槽的布液点示意图

3.布液计算
由
取

设计取
（八）计算结果列表
操作压力
常压
Y1
0.0526
操作温度
20℃
Y2
0.0002
工作介质
变换气，水
X1
0.0524
填料形式
阶梯环
X2
0.0000
塔径
1800mm
填料层压降
39240Pa
填料高度
10000mm
布液点数
5086
d0
33mm

三、设计体会
经过了一周多时间的课程设计，现在终于完成了这次的课程设计要求，现在终于有了一点的心得。
在本学期，我们学习了《化工原理》这一课程，《化工原理》是化学工程专业的一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成一定加工目的的基本过程，其特点是化工生产过程中以物理为主的操作过程，包括流体流动过程、传热过程和传质过程。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。

四、参考文献

1.陈敏恒，丛德兹等. 化工原理(上、下册)(第二版). 北京：化学工业出版社，2000
2.时钧，汪家鼎等. 化学工程手册，北京：化学工业出版社，1996年
3.上海医药设计院. 化工工艺设计手册(上、下). 北京：化学工业出版社，1986
4.柴诚敬，刘国维，李阿娜. 化工原理课程设计. 天津：天津科学技术出版社，1995
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