水吸收氨气过程填料吸收塔的设计

1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；（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。2目录1.设计方案简介……………………………………………………………………11.1设计方案的确定………………………………………………………………11.2填料的选择……………………………………………………………………12.工艺计算…………………………………………………………………………12.1基础物性数据…………………………………………………………………12.1.1液相物性的数据………………………………………………………12.1.2气相物性的数据………………………………………………………12.1.3气液相平衡数据………………………………………………………12.1.4物料衡算………………………………………………………………12.2填料塔的工艺尺寸的计算……………………………………………………22.2.1塔径的计算……………………………………………………………22.2.2填料层高度计算………………………………………………………32.2.3填料层压降计算………………………………………………………62.2.4液体分布器简要设计…………………………………………………73.辅助设备的计算及选型………………………………………………………83.1填料支承设备……………………………………………………………83.2填料压紧装置………………………………………………………………83.3液体再分布装置………………………………………………………………84.设计一览表……………………………………………………………………95.后记………………………………………………………………………………96.参考文献…………………………………………………………………………97.主要符号说明……………………………………………………………………108.附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图）11.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at：74.932/mm空隙率：0.96湿填料因子：184m填料常数A:0.06225K：1.752.工艺计算2.1基础物性数据2.1.1液相物性的数据3998.2(/)Lkgm6100410()3.6(/)LPaskgmh272.6(dyn/c)940896(/)Lmkgh931.7610(/)LDms2.1.2气相物性的数据混合气体平均密度：3/151.1mkgvmc=427680(2/kgh)空气黏度：51.8110()0.065(/)vPaskgmh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(/)Dms2.1.4物料衡算20℃，101.3Kpa下氨气在水中的溶解度系数30.725/Hkmolmkpa2998.20.7540.72518101.3sSEmPHMP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YY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(2982734.222600Vkmol/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*121minXmYYYXXYYVL取操作液气比为最小液气比的1.5倍，可得吸收剂用量为：hKmolL/620.109891.98739.05.1根据全塔物料衡算式:V(Y1-Y2)=L(X1-X2)hkmolLXLYYVX/0666.05.1739.000151.00753.0)(2211液气比：660.0151.1260002.18620.109VLWW2.2填料塔的工艺尺寸的计算2.2.1塔径的计算采用贝恩----霍夫泛点关联式:112480.23lgftvvLLLvLuaWAKgW即3smugauaguFLLGtFLLGtF/940.4004.1151.19.742.99896.081.9243.0243.0615.0.0)2.998151.1()661.0(75.106225.0]lg[2.032.03281412.032取泛点率为0.6，即smuuF/964.294.46.06.0muVDS557.03600285.114.3260044圆整后取mD6.0泛点率校核：smu/556.26.0785.0360026002517.094.4556.2Fuu（在允许的范围内）填料规格校核：81250600dD液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：)/(08.0)(3minhmmLW32/9.74mmat所以)/(992.511008.0)(23minminhmmaLUtWmin2322)/(002.76.0785.02.99802.1862.109785.0UhmmDLUh经以上校核可知，填料塔直径选用mD6.0合理。2.2.2填料层高度计算查表知，0C，101.3kpa下，3NH在空气中的扩散系数scmD/17.02o4由23))((oooTTPPDDG，则293k，101.3kpa下，3NH在空气中的扩散系数为scmDDG/189.0)273293)(3.1013.101(223o液相扩散系数smDL/1080.129液体质量通量为)/(92.69896.0785.002.1862.10922hmkgUL气体质量通量为)/(53.105896.0785.0151.1260022hmkgUV00568.00753.0754.02211mXYmXY脱吸因数为6802.05.1739.0754.0LmVS气相总传质单元数为：790.8]6802.0000151.000753.0)6802.01[(6802.011])1[(112221LnSYYYYSLnSNOG气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：})()()()(45.1exp{12.0205.0221.075.0tLLLLtLLtLLctwaUgaUaUaa查表知，2/972000/75hkgcmdync所以，5552.0})9.749408962.99892.6989()1027.12.9989.7492.6989()6.39.7492.6989()940896972000(45.1exp{12.0205.08221.075.0twaa气膜吸收系数由下式计算：5)/(1011.0)293314.8103600189.09.74()360010189.0151.1065.0()065.09.7453.10589(237.0)()()(237.0243147.0317.0kpahmkmolRTDaDaUVtVVVvtVG液膜吸收系数由下式计算：1056.78)2.9981027.16.3()36001080.12.9986.3()6.39.745552.092.6989(0095.0)()()(0095.031821932312132LLLLLLwLLgDaU查表得：45.1则haakpahmkmolaawLLwGG1089.376445.19.745552.01056.78)/(3269.645.19.745552.01011.04.04.031.11.15.0517.0Fuu由auuaauuaLFLGFG])5.0(6.21[])5.0(5.91[2.24.1得，hakpahmkmolaLG134.3765089.3764])5.0517.0(6.21[)/(5271.63269.6])5.0517.0(5.91[2.234.1则)/(5115.634.3765725.015271.6111113kpahmkmolaHaaLGG由mPaVaKVHGYOG5305.06.0785.03.1015115.6891.982由mNHZOGOG663.4790.8531.06mZ596.5663.420.1设计取填料层高度为：mZ6查表：对于环矩鞍填料，mhDh6,15~8max计算得填料高度为6000mm，故不需分段。2.2.3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：0224.0)2.998151.1(660.0)(5.05.0LVVL查表得：171mP纵坐标为：0546.0004.12.9981551.181.9171556.22.022.02LLVPgu查图，得mpaZP/6.34填料层压降为：paP6.20766.342.2.4液体分布器简要设计2.2.4.1液体分布器简的类型该吸收塔液相负荷较大，而气相负荷相对较低，故选用槽式液体分布器。7槽式液体分布器2.2.4.2分布密度的计算为了使液体初始分布均匀，原则上应增加单位面积上的喷淋点数。但是，由于结构的限制，不可能将喷淋点设计得很多。根据Eckert建议，当2/170750mmmD点时，分布点密度为时。则总布液孔数为：04.481706.0785.022Dn取补液孔数为：48点布液计算：由HgndLoS242smsmLS/1049.5/2.99836001862.109343取60.0，mmH2000则mHgnLdSo0035.02.081.926.04814.31049.54244取mmd40有计算得，设计布液点数为48点，直径为4mm3.辅助设备的计算及选型3.1填料支承设备填料支承结构用于支承塔内填料及其所持有的气体和液体的重量之装置。对填料的基本要求是：有足够的强度以支承填料的重量;提供足够的自由截面以使气液两相流体顺利通过，防止在此产生液泛；有利于液体的再分布；耐腐蚀，易制造