吸收氨氮气体设计方案简介

吸收氨氮气体设计方案简介（一）方案的确定1在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。本方案选用聚丙烯阶梯环作为填料设计填料塔，规格为50mm×25mm×1.5mm，其主要参数如下：填料类型公称直径DN/mm外径×高×厚比表面积at（m2/m3）空隙率/%个数n/m-3堆积密度（kg/m3）干填料因子m-1塑料阶梯环5050×25×.5114.292.7107405408143经吸收后的混合气体出口清水入口二）工艺流程图及说明：在该填料塔中，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入口混合气体有塔顶排除，吸收了氨气的水有填料塔的下端流出。（如右图所示）吸收氨气后的液体出口四工艺计算（一）基础物性数据1液相物性数对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20℃水的有关物性数据如下：密度为=998.2kg/m3粘度为μL=0.001Pa·S=3.6kg/（m·h）表面张力为σL=72.6dyn/cm=940896kg/h2NH3在水中的扩散系数为DL=2.04×10-9m2/s=2.04×10-9×3600m2/h=7.344×10-6m2/h2气相物性数据：混合气体的平均摩尔质量为Mvm=0.05×17.03+0.95×29=28.40,混合气体的平均密度为ρvm==0.991kg/m3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:μv=1.81×10-5Pa·S=0.065kg/(m·h)查手册得NH3在空气中的扩散系数为Dv=0.225cm2/s=0.081m2/h3气相平衡数据20℃时NH3在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3·kPa),常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为E=相平衡常数为m==4物料衡算：进塔气相摩尔比为：Y1=出塔气相摩尔比为：Y2=进塔惰性气相流量：V=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：，对纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0，则：因此有：Ｌ＝1.343×3315.04kmol/h=4452.10kmol/h所以由全塔物料衡算式V(Y1-Y2)=L(X1-X2)可得：（二）填料塔的工艺尺寸的计算1塔径计算气相质量流量为:kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即:=4452.10×18.02=80226.84㎏/h用贝恩—霍根关联式计算泛点气速：=0.927,at=114.2m2/m3因此计算得uF=4.69m/s取u=0.8uF=0.8×4.69m/s=3.752m/s由m圆整塔径，取D=3.2m泛点率校核:m/s(在允许范围内)填料规格校核：液体喷淋密度校核：因填料为50mm×25mm×1.5mm,塔径与填料尺寸之比大于8，固取最小润湿速度为（Lw）min=0.08m3/(m·h)，查常用散装填料的特性参数表，得at=114.2m2/m3Umin=（Lw）min×at=114.2×0.08=9.136m3/m2·h所以操作条件下的喷淋密度：经以上校核可知，填料塔直径选用D=3200mm是合理的。2填料层高度计算：Y1*=mX1=0.8989×0.039=0.03506Y2*=mX2=0脱吸因数为气相总传质单元数为：气相总传单元高度采用修正的思田关联式计算：查表1.1得c=33dyn/cm=427680kg/h2表1.1常见材质的临界表面张力材质碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯钢石蜡表面张力56617333407520液体质量通量为kg/(m2·h)=0.3531所以，=0.3515114.2=40.32气膜吸收系数由公式计算，气体质量通量为kg/(m2·h)则液膜吸收系数有下式计算：由kGα=kGαwψ1.1查表1.2得ψ=1.45查表1.2常见填料的形状系数填料类型球形棒形拉西环弧鞍开孔环值0.720.7511.191.45则kGα=0.150640.321.451.1=9.138KLα=KLαwψ0.4=0.554540.321.450.4=25.94又有50%固由=20.7529kmol/(m3·h·kPa)=28.799m/h由m由Z=HOG×NoG=0.4662×13.527=6.3m，得Z`=1.25×6.3=7.857m设计取填料高度为Z=8m。对于该填料塔，由于塔径为3200mm，为了防止壁流、沟流现象的发生，提高填料塔的效率，故将其分为三段，每段平均2700mm。3填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降（如下图所示）。横坐标为：查表得：，纵坐标为：查图得，Pa/m所以填料层压降为Pa4．液体分布器简要设计（1）液体分布器的选型该吸收塔的塔径为3200mm，因此，根据各种液体分布器的适用范围选取槽式分布器。（2）分布点密度计算按Eckert建议值，D≥1200时，喷淋点密度为60点/m2，所以，塔径为3200mm时，布液点数为：n=0.785×3.22×60=482.3≈483点按分布点几何均匀与流量均匀原则进行布点设计，设计结果为：二级槽工设15道，在槽面开孔，槽宽为80mm，两槽中心距为160mm，分布点采用三角形排列，实际设计布点数为480点。（3）布液计算：由取φ=0.6△H=160mmm设计取d0=8mm主要符号说明a——填料的有效比表面积，㎡/m3at——填料的总比表面积，㎡/m3aw——填料的润湿比表面积，㎡/m3d——填料直径，md0——筛孔直径，mD——塔径，mDL——液体扩散系数，m2/sDV——气体扩散系数，m2/sE——亨利系数，kPah——填料层分段高度，mH——开孔上方的液位高度，mH——溶解度系数，kmol/（m3·kPa）HOG——气相总传质单元高度，mNOG——气相总传质单元数kG——气膜吸收系数，kmol/（m2·h·kPa）kL——液膜吸收系数，m/hK——稳定系数，无因次Mave——混合气体的平均摩尔质量，kmol/kgLh——液体体积流量，m3/hLs——液体体积流量，m2/hLw——润湿速率，m3/（m·h）m——相平衡常数，无因次n——筛孔数目（分布点数目）P——操作压力，PaＰ——标准状况下的压力，PaP——压力降，Pau——空塔气速，m/suF——泛点气速，m/sU——液体喷淋密度，m3/（m2·h）UL——液体质量通量，㎏/（m2·h）Umin——最小液体喷淋密度，m3/（m2·h）Uv——气体质量通量，㎏/（m2·h）Vh——气体体积流量，m3/hwL——液体质量流量，㎏/hwV——气体质量流量，㎏/hX——液相摩尔比y——气相摩尔分数Y——气体摩尔比Z——填料层高度，mV——惰性气相流量，kmol/hS——吸脱因数R——通用气体常数，8.314（m3kPa）/（kmol·K）T——温度，KT——标准状况下温度，KΩ——塔的截面积，m2ΦP——压降填料因子，m-1L——液体的粘度，kg/（m·h）V——混合气体的粘度，kg/（m·h）ave——混合气体的平均密度，kg/m3L——液体的密度，kg/m3L——液体的表面张力c——填料材质的临界表面张力，㎏/h2（1dyn/cm=12960㎏/h2）——液体密度校正系数或填料形状系数，无因次——空隙率，无因次下标max——最大的min——最小的L——液相V——气相——平均二文献综述关键词：填料塔；聚丙烯；吸收摘要:填料塔洗涤吸收净化工艺不单应用在化工领域,在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。工程实践表明,合理的系统工艺和塔体设计,是保证净化效果的前提。本文简述聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。（一）引言填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。而塔填料塔内件及工艺流程又是填料塔技术发展的关键。从塔填料、塔内件以及工艺流程,特别是塔填料三方面对填料塔技术的现状与发展趋势作了介绍,说明了塔填料及塔内件在填料塔技术中的重要性。与板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特点：（1）生产能力大；（2）分离效率高；（3）压降小；（4）操作弹性大；（5）持液量小。聚丙烯材质填料作为塔填料的重要一类，在化工上应用较为广泛，与其他材质的填料相比，聚丙烯填料具有质轻、价廉、耐蚀、不易破碎及加工方便等优点，但其明显的缺点是表面润湿性能差。研究表明，聚丙烯填料的有效润湿面积仅为同类规格陶瓷填料的40%，由于聚丙烯填料表面润湿性能差，故传质效率较低，使应用受到一定的限制.为此，对聚丙烯填料表面进行处理，以提高其润湿及传质性能的研究日益受到人们的重视.近年来，国内外一些学者做了该方面的研究工作，研究结果表明，聚丙烯填料经表面处理后，润湿及传质性能得到了较大的提高。聚丙烯阶梯环填料为外径是高度的两倍的圆环,在侧壁上开出两排长方形的窗孔,并在一端增加了一个锥形翻边，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连,另一侧向环内弯曲,形成内伸的舌叶,各舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔,大大提高了环内空间及环内表面的利用率,气流阻力小,液体分布均匀。阶梯环与鲍尔环相比,其高度减少了一半,并在一端增加了一个锥形翻边。（二）填料塔技术填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等1填料的类型填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。（1）散装填料散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料。其中有拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍环、矩鞍环、金属环矩鞍环、球形填料等。（2）规整填料规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。规整填料种类很多，根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填