1、化工原理課程設計課程名稱：_化工原理設計題目：二水吸收空氣中氨填料塔的工藝設計院 系：化學與生物工程學院學生姓名： 王永奇學 號： 200907117專業班級：/化學工程與工藝093指導教師： 張玉潔化工原理課程設計任務書一、設計題目：水吸收空氣中的氨填料塔的工藝設計二、設計條件1.生產能力：每小時處理混合氣體 4500Nm/h；2.設備型式：填料塔.操作壓力：101.3KPa.操作溫度：298K.進塔混合氣中含氨 8%（體積比）.氨的回收率為 99%.每年按 330天計，每天 24小時連續生產.建廠地址：蘭州地區.要求每米填料的壓降都不大于 103Pa三、設計步驟及要求. 確定設計方案（1）

2、流程的選擇（2）初選填料類型（3）吸收劑的選擇.查閱物料的物性數據（1）溶液的密度、粘度、表面張力、氨在水中的擴散系數（2）氣相密度、粘度、表面張力、氨在空氣中的擴散系數（3）氨在水中溶解的相平衡數據.物料衡算（1）確定塔頂、塔底的氣液流量和組成（2）確定泛點氣速和塔徑（3）校核 D/d810（4）液體噴淋密度校核：實際的噴淋密度要大于最小的噴淋密度。.填料層高度計算.填料層壓降校核如果不符合上述要求重新進行以上計算.填料塔附件的選擇（1）液體分布裝置（2）液體在分布裝置（3）填料支撐裝置（4）氣體的入塔分布.計算結果列表（見下表）四、設計成果. 設計說明書（ A4）（1）內容包括封面、任務書

3、、目錄、正文、參考文獻、附錄（2）格式必須嚴格按照蘭州交通大學畢業設計的格式打印。.精餾塔工藝條件圖（ 2號圖紙）（手繪）五、時間安排（1）第十九周-第二十二周（2）第二十二周的星期五（ 7月20日）下午兩點本人親自到指定地點交設計成果，最遲不得晚于星期五的十八點鐘 。六、設計考核（1）設計是否獨立完成；（2）設計說明書的編寫是否規范（3）工藝計算與圖紙正確與否以及是否符合規范（4）答辯七、參考資料.化工原理課程設計 賈紹義 柴成敬 天津科學技術出版社.現代填料塔技術 王樹盈 中國石化出版社.化工原理 夏清 天津科學技術出版社填料吸收塔設計一覽表參數符號單位計算結果操作條件平均壓力平均溫度平均

4、 流率氣相液相氨的濃度塔頂塔底物性參數平均 密度氣相 液相平勺粘度平均表面張力主要工藝結構尺寸填料的類型填料的規格空塔氣速泛點氣速塔徑填料層高度氣膜傳質系數液膜傳質系數總傳質系數壓降操作液氣比最小噴淋密度實際噴淋密度1.設計方案簡介用水吸收氨氣為提高傳質效率， 選用逆流吸收流程。 對于水吸收氨氣的過程， 操作溫度及操作壓力較低，工業上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中， 塑料階梯環填料的綜合性能較好，故此選用 D N 50聚丙烯階梯環填料。 12 2工藝計算基礎物性數據液相物性數據對低濃度吸收過程，溶液的物性數據可近似取純水的物性數據。 13由手冊 查得，25時水的有關物性數據如下：密度為

5、 L 997.05kg /m 3粘度為 L 0.8949 10 3Pa S 3.2kg /(m h)表面張力為 L 71.9dyn/cm 931824kg /h2氨氣在水中的擴散系數為 DL 8.532 10 6m2/h氣相物性數據混合氣體的平均摩爾質量為M MmyiM i 0.08 17 0.92 29 28.04混合氣體的平均密度為PM vm101.3 以04 1.146Vm RT 8.314 298混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得 25空氣的粘度為V 0.066kg /(m h)查手冊得氨氣在空氣中的擴散系數為D V0.0698m 2 /h2.1.3 相平衡數據由手冊查得，常

6、壓下 25時氨氣在水中的亨利系數為 1E 99.78kPa相平衡常數為99.78101.30.985溶解度系數為LEMS997.0599.78 18.020.555kmol /(kPa m 3)2.2 物料衡算進塔氣相摩爾比為丫 工 0.080.0870i 1-y 1-0.08出塔氣相摩爾比為Y2 Y1(1- ) 0.0870 (1-0.99) 0.000870進塔惰性氣相流量為V i50 1 0.08) 184.82kmol/h22.4該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關系為直線，最小液氣比可按下式計算，(L、 Y Y(一)12V min Y /m X12對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成為X2 0

7、(L)V minYYY /Y1220.0870-0.000870 0 975X 0.0870/0.985-0.2取操作液氣比為(L) 1.5(L) i 1.5 0.975 1.4625L 184.82 1.4625 270.30V (Y1 Y2) L(X1 X2)X 184.82 (0.0870 0.000870)1270.300.05892.3 填料塔的工藝尺寸的計算2.3.1采用Eckert通用關聯圖計算泛點氣速氣相質量流量為w 4500 1.146 -273 4724kg/hv273 298液相質量流量可近似按純水的流量計算，即wL 270.30 18.02 4870.81kg/hEck

8、ert 通用關聯圖的橫坐標為w()0.5wVL487081 -)0.5 0,0354724997.05查圖5-21得u2FVgL查表5-11得0.2 0.205L143m -1：0.205gL-0.2 V L. 0.205 9.81 997.05 o ror71 3.537143 1 1.146 0.89490.20.7u F0.73.537 2.476m /s：4V，一u：4 4500273 /3600:273 250.767m，3.14 2.476圓整塔徑，取0.8m。泛點率校核：4500-273 /3600273 25 2.279m/s3.14 2.4762279 100 / 0.644

9、4 64.44，(在允許的范圍之內)3.537填料規格校核：D 啊 16 8d 50 液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為(LW )min 0.08m 3 /m h查附錄五得at 114.2m 2 /m 3U i(LW ) i at 0.08 114.2U 4870.81/997.05 9.724 U0.785 0.82經以上校核可知，填料塔直徑選用9.136m 3 /m 2 hminD=800mm 合理。2.3.2 填料層高度計算Y1*mX10.985 0.0589 0.0580Y*mX2脫吸因數為mVS LNOG 士0.985 184.82 0.6735270.30氣相總傳質單元數為Y Y*

10、In(1S)-SY Y*221-0.6735 0.0870-00.67350.000870-010.7389氣相總傳質單元數采用修正的恩田關聯式計算：1 exp 1.45。)0.75( L )0.( L2 t) 0.05( U L2)0.2 a2gtLtLLL Lt查表5-13得33dyn /cm427680kg /h2C液體質量通量為4870.810.785 0.821-exp -1.45(4276809318240.3559695.08kg/m2 h)0.75( 9695.08 )0.1(.114.2 3.219695.08 114.2997.052 1.27 108)-0.059695.

11、082(997.05 940896 114.0.2氣漠吸收系數由下式計算：kG 0.237(U)0.7(-tV7)1/3 (VDV2)RT氣體質量通量為2734500273 251.1460.785 0.829403.59kg/m 2/h9403.590.237114.2 0.0660.70.0661.146 0.6980.10518kmol/m2 h kpa液漠吸收系數由下式計算：kL 0.0095(U+WL)2/3 (L) 1/2 (LDLLg)1/30.00959695.08114.2 0.355 3.20.6443m/hkGakG aW1.1，查表得kGa1.45kG aW1.10.1

12、05180.355 114.2 1.451.1ka ka1.1LW13 114.2 0.6988.314 2983.23.2 1.27 108 3997.05 8.532 10-66.4170koml/(m 3 h kpa)0.6443 0.355 114.2 1.450.4 30.306/h997.0564.44，. 50 /k, a 1 9.5(L 0.5)4k a k，aGuGLF1 2.6(uF0.5ka,得LkG, a1 9.5(0.6443-0.5)1.4 6.4170 10.472koml/(m3 h kpa)k,La 1 2.60.6443-0.5 2.2 30.306 31.

13、398/h則 k a一-g11k, a Hk , aGL1116.541koml/m 3 h kpa10.472 0.555 31.398HOGVK-aVKGaP0.555m184.826.541 101.3 0.785 0.82由 Z HOGNOG 0.555 10.7389 5.960mZ, 1.25 4.953 6.19m z, 1.25 5.960 7.45m設計取填料層高度為Z, 8m查表，對于階梯環填料，h 8 15,h 6m Dmaxh取（8,則h 8 800 6400mm4000mm。計算得填料層高度為8000 mm，故需分段，分為兩段，每段2.3.3 填料層壓降計算采用Eck

14、ert通用關聯圖計算填料層壓降。橫坐標為wLwV0.50.035查表得，89m 1縱坐標為u2pVgL0.22.2792 89 1 1.1460.89490.2 0.05309.81997.05查圖得P，Z 350Pa/m填料層壓降為P 350 8 2800pa2.4 液體分布器簡要設計2.4.1 液體分布器的選型該吸收塔塔徑較小口=500山山，而多孔直管式噴淋器適用于600mm以下的塔，因此在本次設計中我采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋裝置。2.4.2 分布點密度計算點/m 2，因此設計取噴淋按Eckert建議值，D=500mm時，噴淋點密度為285 點為285點加2。布液點數為n 0.7

15、85 0.52 285 56點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計結果為：分布為11道環圓孔，每道孔分布 5個孔，實際設計布點數為n=55點，如圖1-1所示。圖1-1 直管式液體分布器的分液點示意圖2.4.3 布液計算由 LS d02nq2 g H取 0.60, H 160mm4L(VTT)1/2 (4 2060.59/997.05 3600)1/2 0 0043.14 55 0.6/2 9.81 0.16.設計取d0 4mm 。輔助設備的計算及選型填料支承裝置支承板是用以支承填料和塔內持液的部件。常用的填料支承板有柵板型、孔 管型、駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰

16、型支承板。設計中，為 防止在填料支承裝置處壓降過大甚至發生液泛， 要求填料支承裝置的自由截面積 應大于 75%。在本次設計中，我選用的是孔管型支承裝置。填料壓緊裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發生松動或跳動，需在填料層上方設置 填料壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網板、金屬壓緊器等不同類型。 對于散裝填料，可選用壓緊網板，也可選用壓緊柵板。設計中，為防止在填料壓 緊裝置處壓降過大甚至發生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應大于 70%。在本次設計中，我選用的是壓緊柵板。4.結論這次我的課程設計題目是水吸收氨過程填料塔的設計，這是關于吸收中填料 塔的設計。填料塔是以塔內裝有大量的填料為

17、相接觸構件的氣液傳質設備。 填料 塔的結構較簡單，壓降低等特點。在本次設計過程中，我通過各種書籍獨立查找出各個物性數據，然后根據設 計書上的步驟按要求算出各個物理量。 但是在整個計算過程中， 由于有些物理量 沒有完全掌握，所以計算過程中出現了不少問題。而在運用Eckert 通用關聯圖計算泛點氣速中，我覺得通過查表得出的數據有一定的差距，不能得到較為精確的數值。在整個設計過程中，由于數據繁多，所以整個計算過程都必須特別的小 心，盡管如此，我認識還是有一些失誤存在。通過這次設計，讓我學習到了很多以前沒有接觸過的知識。能夠學習到不同 方面的知識。通過這次設計，不僅能提高自己的動手能力和思維能力，同時

18、也能 夠提高相關知識的運用能力。5參考文獻賈紹義 , 柴成敬.化工原理課程設計 .天津：天津科學技術出版社， 2004.王樹盈 .現代填料塔技術 .北京：中國石化出版社， 2010.夏清 .化工原理.天津:天津科學技術出版社 .6.附錄6.1主要符號說明符號意義及單位符號意義及單位a填料的有效比表面積，U液體噴淋密度，m3/(m2 h)m 3 /(m 2 h)UL液體質量通量，at填料的總比表面積，m 3 /(n 2h)m 2 /m 3aw填料的潤濕比表面積，m 2 /m 33d填料直徑，m 3 /hD塔徑，mDL液體擴散系數，m2/sDV氣體擴散系數，m 2 /ssE亨利系數，kPah填料層分段高度，mH溶解度系數，kmol/(m3kPa)H OG氣相總傳質單兀高度，mNOG氣相總傳質單元數KG氣膜吸收系數kmol / (n 2 h kPa)K L液膜吸收系數，m /hK穩定系數，無因次MV混合氣體的平均摩爾質量L液體體積流量，m3/hm相平衡常數，無因次n篩孔數目(分布點數目)P操作壓力