氨氣吸收(清水)化工原理課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　?。ㄒ唬?設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量為2200m3/h，其中含氨為8%（體積分?jǐn)?shù)），混合氣體的進(jìn)料溫度為25℃。要求： 氨氣的回收率達(dá)到97% 。</p><p>&l

2、t;b>　?。ǘ?操作條件</b></p><p>　?。?）操作壓力： 常壓 </p><p>　?。?）操作溫度：20℃</p><p>　?。?）采用清水進(jìn)行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。（20C°氨在水中的溶解度系數(shù)為H＝0.725kmol/m3.kPa）</p><p><b>　　

3、（三） 填料類型</b></p><p>　　采用散裝聚丙烯DN50階梯環(huán)填料。</p><p><b>　?。ㄋ模?設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　?。?）設(shè)計(jì)方案的確定和說(shuō)明</p><p>　?。?）吸收塔的物料衡算； </p><p>　?。?）吸收塔的工藝尺寸計(jì)算； &l

4、t;/p><p>　　（4）填料層壓降的計(jì)算； </p><p>　?。?）液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)； </p><p>　　（6）繪制液體分布器施工圖</p><p>　?。?）吸收塔接管尺寸計(jì)算； </p><p>　　（8）設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表；</p><p>　　（9）繪制生產(chǎn)工藝流程圖（A3號(hào)圖紙）

5、； </p><p>　?。?0）繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖（A3號(hào)圖紙）； </p><p>　?。?1）對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1. 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 ……………………………………………………………………1</p><p>　

6、　1.1設(shè)計(jì)方案的確定………………………………………………………………1</p><p>　　1.2填料的選擇……………………………………………………………………1</p><p>　　2. 工藝計(jì)算 …………………………………………………………………………2</p><p>　　2.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)…………………………………………………………………2</p&

7、gt;<p>　　2.1.1液相物性的數(shù)據(jù) ………………………………………………………2</p><p>　　2.1.2氣相物性的數(shù)據(jù) ………………………………………………………2</p><p>　　2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù) ………………………………………………………2</p><p>　　2.1.4 物料衡算 …………………………………………………

8、……………3</p><p>　　2.2 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算……………………………………………………4</p><p>　　2.2.1 塔徑的計(jì)算 ……………………………………………………………4</p><p>　　2.2.2 填料層高度計(jì)算 ………………………………………………………5</p><p>　　2.2.3 填料層壓降計(jì)算

9、………………………………………………………8</p><p>　　2.2.4 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì) …………………………………………………8 3. 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 ………………………………………………………9 3.1 填料支承設(shè)備 ……………………………………………………………9</p><p>　　3.2填料壓緊裝置………………………………………………………………10</p

10、><p>　　3.3液體再分布裝置……………………………………………………………10</p><p>　　4. 設(shè)計(jì)一覽表………………………………………………………………………10</p><p>　　5. 后記………………………………………………………………………………11</p><p>　　6. 參考文獻(xiàn)………………………………………………

11、…………………………11</p><p>　　7. 主要符號(hào)說(shuō)明……………………………………………………………………12</p><p>　　8. 附圖（工藝流程簡(jiǎn)圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）………………………………13</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介</b></p><p>　　1.1設(shè)計(jì)方案的確定</p&

12、gt;<p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)為吸收空氣中的氨氣。用水吸收氨氣屬易溶解的吸收過(guò)程，所以本次設(shè)計(jì)的吸收劑為清水。為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程，對(duì)于水吸收氨氣的過(guò)程，操作溫度及操作壓力較低，故此采用散裝聚丙烯DN50階梯環(huán)填料在該填料塔中，氨氣-空氣混合氣體經(jīng)由填料塔的下側(cè)進(jìn)入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進(jìn)行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排出，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。（如右圖所示）<

13、;/p><p><b>　　1.2填料的選擇</b></p><p>　　塔填料(簡(jiǎn)稱為填料)是填料塔中氣液接觸的基本構(gòu)件，其性能的優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填

14、料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。工業(yè)生產(chǎn)對(duì)填料的基本要求如下：</p><p>　　（1）傳質(zhì)分離效率高</p><p>　?、偬盍系谋缺砻娣ea大，及單位體積填料具有表面積要大，因?yàn)樗瞧簝上嘟佑|傳質(zhì)的基礎(chǔ)。</p><p>　　②填料表面的安排合理，以防止填料表面的疊合和出現(xiàn)干區(qū)，同時(shí)有利于汽液兩相在填料層中的均勻流動(dòng)并

15、能促進(jìn)汽液兩相的湍動(dòng)和表面更新，從而使填料表面真正用于傳質(zhì)的有效面積增大，總體平均的傳質(zhì)系數(shù)和推動(dòng)力增高。</p><p>　?、厶盍媳砻鎸?duì)于液相潤(rùn)濕性好，潤(rùn)濕性好易使液體分布成膜，增大有效比表面積。潤(rùn)濕性取決于填料的材質(zhì)，尤其是表面狀況。塑料的潤(rùn)濕性比較差，往往需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚饘俦砻嬲持募庸び糜椭杞?jīng)過(guò)酸洗或堿洗清除。</p><p>　　(2)壓降小，氣液通量大</p

16、><p>　?、偬盍系目紫堵师糯髩航稻托?，通量大。一般孔隙率大，則填料的比表面積小。分離效率將變差。散裝填料的尺寸大，孔隙率大，比表面積小，規(guī)整填料波紋片的峰高增大，孔隙率大，比表面積也大。如果填料的表面積安排合理，可以緩解a和ε的矛盾，達(dá)到最佳性能。</p><p>　?、跍p少流道的截面變化，可減少流體的流動(dòng)阻力。</p><p>　?、劬哂凶銐虻臋C(jī)械強(qiáng)度，陶瓷填料容

17、易破碎，只有在強(qiáng)腐蝕性場(chǎng)合才采用。</p><p><b>　?、苤亓枯p，價(jià)格低</b></p><p>　　⑤具有適當(dāng)?shù)哪臀g性能。</p><p>　　⑥不被固體雜物堵塞其表面不會(huì)結(jié)垢。</p><p>　　工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效

18、率越高，但阻力增加，通量減小，填料費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值列于表1。 </p><p>　　表1 塔徑與填料公稱直徑的比值D/d的推薦值</p><p>　　對(duì)于水吸收氨氣的過(guò)程，操作溫度及

19、操作壓力較低，故此采用散裝聚丙烯DN50階梯環(huán)填料</p><p><b>　　2. 工藝計(jì)算 </b></p><p>　　2.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　2.1.1液相物性的數(shù)據(jù)</p><p>　　對(duì)低濃度吸收過(guò)程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊(cè)查的，20℃水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p

20、><p>　　密度為：ρ1 =998.2Kg／m3</p><p>　　粘度為：μL=0.001Pa·S=3.6Kg／（m·h）</p><p>　　表面張力為： σL =72.6dyn／cm=940 896Kg／h2</p><p>　　氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù)為： DL=1.80×10-9 m2/s=1.80

21、15;10-9×3600 m2/h=6.480 ×10-6m2/h</p><p>　　2.1.2氣相物性的數(shù)據(jù) </p><p>　　混合氣體平均摩爾質(zhì)量為 </p><p>　　混合氣體的平均密度為</p><p>　　==0.98Kg／m3</p><p>　　混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘

22、度，查手冊(cè)的20℃空氣的粘度為 μV=1.81×10—5Pa·s=0.065Kg／（m·h）</p><p>　　查手冊(cè)得氨氣在20℃空氣中擴(kuò)散系數(shù)為 Dv= 0.189 cm2/s=0.068 m2/</p><p>　　2.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù) </p><p>　　20℃時(shí)NH3在水中的溶解度系數(shù)為  H=0.725

23、kmol/(m3·kPa),常壓下20℃時(shí)NH3在水中的亨利系數(shù)為</p><p>　　E===76.6KPa</p><p><b>　　相平衡常數(shù)為</b></p><p><b>　　m==0.76</b></p><p>　　2.1.4 物料衡算 </p><p

24、><b>　　進(jìn)塔氣相摩爾比為</b></p><p>　　Y1===0.148</p><p>　　出塔氣相摩爾比為Y2=Y1（1—φ）=0.148×（1—0.97）=0.00444</p><p><b>　　進(jìn)塔惰性氣相流量為</b></p><p>　　V=×

25、15;（1—0.129）=79.7Kmol／h</p><p>　　該吸收過(guò)程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算，即：</p><p><b>　?。ǎ﹎in=</b></p><p>　　對(duì)純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為 X2=0，則</p><p>　?。ǎ﹎in==0.737</p>

26、<p>　　取操作液氣比為最小液氣比2倍</p><p>　　=2×0.737=1.474</p><p>　　L=1.474×79.7=117.48Kmol／h</p><p><b>　　由全塔物料衡算得</b></p><p>　　V（Y1—Y2）=L（X1—X2）</p>

27、;<p>　　X1==0.0974</p><p>　　2.2 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　2.2.1 塔徑的計(jì)算 </p><p>　　塔徑氣相質(zhì)量流量為:</p><p>　　=2200×0.98=2156Kg／h</p><p>　　液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即:

28、 </p><p>　　=117.48×18.02=2138.136㎏/h</p><p>　　塑料階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)據(jù)如下</p><p>　　用貝恩—霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)氣速：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　查表得比表面積 =114.2m2/m3 ,A=0.2

29、04,K=1.75，=0.927 </p><p>　　因此計(jì)算得 = 4.36m/s</p><p>　　取u =0.8uF=0.8×4.36m/s =3.488m/s</p>

30、;<p>　　由 D===0.4724m </p><p>　　圓整塔徑，取  D=0.5m</p><p>　　泛點(diǎn)率校核: u==3.11m／s</p><p>　　×100％=71.42％（在允許范圍內(nèi)）</p><p><b>　　填料規(guī)格校核：</b></p>&

31、lt;p><b>　　>8</b></p><p><b>　　液體噴淋密度校核：</b></p><p>　　因填料為50mm×25mm×1.5mm,塔徑與填料尺寸之比大于8，固取最小潤(rùn)濕速度為（Lw）min=0.08 m3/(m·h)，查常用散裝填料的特性參數(shù)表，得at=114.2m2/m3</

32、p><p>　　Umin=（LW）min at =0.08×114.2=9.136m3／m2·h</p><p><b>　　U=>Umin</b></p><p>　　經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D= 500mm是合理的。</p><p>　　2.2.2 填料層高度計(jì)算 </p>

33、<p>　　Y1*=mX1=0.76×0.0974=0.074</p><p><b>　　Y2*=mX2=0</b></p><p><b>　　脫吸因數(shù)為</b></p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：</p><p><b>　　==5.81</b>

34、</p><p>　　氣相總傳單元高度采用修正的思田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：</p><p>　　液體質(zhì)量通量為UL==10787.2Kg／m2·h</p><p>　　氣體質(zhì)量通量為Uv=Kg／m2·h</p><p><b>　　查表知，</b></p><p><b>　　

35、所以，</b></p><p>　　氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：</p><p>　　液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：</p><p><b>　　查表得：</b></p><p>　　×100％=71.42％>50％</p><p><b>　　由 得</b&g

36、t;</p><p>　　Kmol／（m3·h·KPa）</p><p><b>　　由HOG=</b></p><p><b>　　由</b></p><p>　　設(shè)計(jì)取填料層高度為 </p><p>　　查表，對(duì)于階梯環(huán)填料，h/D=2.5,hmax4

37、m ，故分為兩段，每段2m。</p><p>　　2.2.3 填料層壓降計(jì)算 </p><p>　　采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降</p><p><b>　　橫坐標(biāo)為：</b></p><p><b>　　查表得：</b></p><p><b>　　縱

38、坐標(biāo)為：</b></p><p><b>　　查圖得，</b></p><p><b>　　填料層壓降為：</b></p><p>　　2.2.4 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)</p><p><b>　　液體分布器的選型</b></p><p>　　

39、該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低。故選用槽式分布器。</p><p><b>　　分布點(diǎn)密度計(jì)算</b></p><p>　　按Eckert建議值，D=750時(shí)，噴淋點(diǎn)的密度為設(shè)計(jì)取噴淋密度為200點(diǎn)／m2。</p><p>　　布液點(diǎn)數(shù)為：n=0.785×</p><p>　　按分布點(diǎn)集合均勻與流量

40、均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為二級(jí)槽共設(shè)五道，在槽側(cè)面開(kāi)孔，槽寬度為50 mm，槽高度為210 mm，兩槽中心距為100 mm。分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為n=40點(diǎn)。</p><p>　　輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 </p><p>　　3.1 填料支承設(shè)備</p><p>　　支持板對(duì)于支撐支持圈，同時(shí)為支撐填料起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)需考慮通量大，

41、阻力要小，安裝要方便，最好具有一定的氣液均一功能。結(jié)構(gòu)形式有孔管型、波紋型、柵板型、駝峰形。本設(shè)計(jì)中選用柵板型支持板，為了方便安裝，將柵板分為兩塊，柵條間距為填料直徑的0.6~0.8倍。</p><p>　　塔徑D=500mm，可以采用整體柵板，柵板直徑D=480mm,柵板間距t=45mm，需要將其擱置在焊接于塔壁的支持圈或支持塊上。支持圈采用碳鋼，厚度為8mm,重量為63.5kg。</p><

42、;p><b>　　3.2填料壓緊裝置</b></p><p>　　為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)或跳動(dòng)，保持操作中填料床層為一恒定的固定床，從而必須保持均勻一致的空隙結(jié)構(gòu)，使操作正常、穩(wěn)定，故需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置。</p><p>　　填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。對(duì)于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填

43、料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定；對(duì)于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設(shè)計(jì)中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于70﹪。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的填料塔采用押緊網(wǎng)板，設(shè)置自由截面積為85%。采用支耳固定。</p><p>　　3.3液體再分布裝置</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是分配錐形的再分布器，其最簡(jiǎn)單

44、沿壁流下的液體用分配錐再將它導(dǎo)入中央截錐小頭的直徑一般為 ,本設(shè)計(jì)取500×0.8=400mm，為了增加氣體流過(guò)是的自由截面積，在分配錐上開(kāi)設(shè)4個(gè)管孔，錐體與塔壁夾角取在，取h=80mm。</p><p><b>　　4. 設(shè)計(jì)一覽表</b></p><p><b>　　后記</b></p><p>　　過(guò)本次

45、的課程設(shè)計(jì)，我受到一次化工設(shè)計(jì)專業(yè)技術(shù)方面的基本訓(xùn)練，從而了解和掌握化工計(jì)算的基本知識(shí)、基本方法，培養(yǎng)我獨(dú)立分析和解決化工技術(shù)問(wèn)題的能力。作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，是把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，明白了課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過(guò)綜合分析，找出學(xué)習(xí)中

46、存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。</p><p>　　通過(guò)課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我的能力：首先培養(yǎng)了我查閱資料，選用公式和數(shù)據(jù)的能力，其次還可以從技術(shù)上的可行性與經(jīng)濟(jì)上的合理性兩方面樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，圖表表達(dá)設(shè)計(jì)思想的能力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>

47、　　[1]賈紹義，柴誠(chéng)敬 編.化工原理課程設(shè)計(jì).天津: 天津大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[2]楊祖榮 編.化工原理.北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[3]鄭津澤,榮其伍,桑芝富 編.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì).北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p><p><b>　　主要符號(hào)說(shuō)明</b></p><