水吸收氨气过程填料吸收塔的设计

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课程设计任务书

一、设计题目：水吸收氨气过程填料吸收塔的设计；

试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的氨气。混合气体的处理量为2600m3/h，其中含氨为7%（体积分数），混合气体的进料温度为25℃。要求：氨气的回收率达到98%。（20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3.kPa）

二、工艺操作条件：

（1）操作平均压力常压

（2）操作温度: t=20℃

（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定

（4）选用填料类型及规格自选。

三、设计内容

（1）设计方案的确定和说明

（2）吸收塔的物料衡算；

（3）吸收塔的工艺尺寸计算；

（4）填料层压降的计算；

（5）液体分布器简要设计；

/ v .

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（6）绘制液体分布器施工图

（7）吸收塔接管尺寸计算；

（8）设计参数一览表；

（9）绘制生产工艺流程图（A4号图纸）；

（10）绘制吸收塔设计条件图（A4号图纸）；

（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

目录

1. 设计方案简介 (1)

1.1设计方案的确定 (1)

1.2填料的选择 (1)

2. 工艺计算 (1)

2.1 基础物性数据 (1)

2.1.1液相物性的数据 (1)

2.1.2气相物性的数据 (1)

2.1.3气液相平衡数据 (1)

2.1.4 物料衡算 (1)

2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (2)

2.2.1 塔径的计算 (2)

2.2.2 填料层高度计算 (3)

2.2.3 填料层压降计算 (6)

2.2.4 液体分布器简要设计 (7)

/ v .

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3. 辅助设备的计算及选型 (8)

3.1 填料支承设备 (8)

3.2填料压紧装置 (8)

3.3液体再分布装置 (8)

4. 设计一览表 (9)

5. 后记 (9)

6. 参考文献 (9)

7. 主要符号说明 (10)

8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）

/ v .

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/ v . 1. 设计方案简介

1.1设计方案的确定

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。

1.2填料的选择

金属环矩鞍

选用50×40×1.0的金属环矩鞍填料，其主要参数如下：

比表面积a t ：74.932/m m 空隙率ε：0.96

湿填料因子Φ：184-m 填料常数 A:0.06225 K ：1.75

2. 工艺计算

2.1 基础物性数据

2.1.1液相物性的数据

3998.2(/)L kg m ρ= 6100410() 3.6(/)

L Pa s kg m h μ-=??= 272.6(dyn /c )940896(/)

L m kg h σ== 931.7610(/)L D m s -=?

2.1.2气相物性的数据

混合气体平均密度：3

/151.1m kg vm =ρ c σ=427680(2/kg h )

. /

/ v . 空气黏度：51.8110()0.065(/)v Pa s kg m h μ-=??=

2.1.3气液相平衡数据

273K ，101.3Kpa.氨气在空气中扩散系数：200.17(/)D m s =

2.1.4 物料衡算

20℃，101.3Kpa 下氨气在水中的溶解度系数 30.725/H kmol m kpa = 998.20.7540.72518101.3s S E m P HM P ρ====??

进塔气相摩尔比： 0753.007.0107.01=-=Y

出塔气相摩尔比： 00151.0)98.01(0753.0)1(12=-?=-?=ηY Y

对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：20X =

混合气体流量 ：1100027341.59629322.4V ?==? kmol/h

进塔惰性气体流量:891.98)07.01(298

2734.222600=-?=V 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：

739.00754.00753.000151.00753.021212*121

min =--=--=--=??? ??X m

Y Y Y X X Y Y V L 取操作液气比为最小液气比的1.5倍，可得吸收剂用量为：

h Kmol L /620.109891.98739.05.1=??=

根据全塔物料衡算式:

V(Y 1-Y 2)=L(X 1-X 2)

h kmol LX L Y Y V X /0666.05

.1739.000151.00753.0)(2211=?-=+-= 液气比 ：

660.0151.1260002.18620.109=??=V L W W 2.2 填料塔的工艺尺寸的计算

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/ v . 2.2.1 塔径的计算

采用贝恩----霍夫泛点关联式:

11

248

0.23lg f t v v

L L L v L u a W A K

g W ρρμρρε??????

=-?? ? ?

????????

即

s

m u g a u a g u F L L

G t F L L

G

t F /940.4004.1151.19.742

.99896.081.9243.0243

.0615.0.0)

2.998151.1()661.0(75.106225.0]

lg[2.032

.032

8

1

412

.032

=?????==?-=??-=???μρερμρρε

取泛点率为0.6，即s m u u F /964.294.46.06.0=?==

m

u V D S

557.03600285.114.32600

44=???==π

圆整后取 m D 6.0=

泛点率校核：

s m u /556.26.0785.03600

2600

2=?=

517.094.4556

.2==F

u u

（在允许的范围内）

填料规格校核： 81250600

>==d D

液体喷淋密度校核：

. /

/ v . 取最小润湿速率为：)/(08.0)(3min h m m L W ?=

32/9.74m m a t =

所以 )/(992.511008.0)(23min min h m m a L U t W ?=?=?=

min 2322

)/(002.76

.0785.02.99802.1862.109785.0U h m m D L U h

??=?÷?=?= 经以上校核可知，填料塔直径选用m D 6.0=合理。

2.2.2 填料层高度计算

查表知， 0C ，101.3 kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数s cm D /17.02=o 由23

))((o o o T T P P D D G =， 则293k ，101.3kpa 下，3NH 在空气中的扩散系数为

s cm D D G /189.0)273

293)(3.1013.101(223==o 液相扩散系数s m D L /1080.129-?= 液体质量通量为)/(92.69896

.0785.002.1862.10922h m kg U L ?=??=

气体质量通量为)/(53.105896.0785.0151.1260022h m kg U V ?=??= 00568

.00753.0754.02211===?==**mX Y mX Y 脱吸因数为6802.05

.1739.0754.0=?==L mV S 气相总传质单元数为：

790.8]6802.0000151.000753.0)6802.01[(6802.011])1[(112221=+--?-?-=+--?--=**Ln S Y Y Y Y S Ln S N OG

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