水吸收氨过程填料吸收塔设计.doc

一、设计任务书
(一)设计题目
试设计一座填料吸收塔,用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为1000 m3/h,其中含氨气为8%(体积分数),%(体积分数),采用清水进行吸收,。(20℃氨在水中的溶解度系数为H=/()
(二)操作条件
,操作温度20℃.
,填料规格自选。
,每天24小时连续进行。
(三)设计内容
;
;
;
;
;
。
二、设计方案
(一)流程图及流程说明
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。
(二)填料及吸收剂的选择
该过程处理量不大,所用的塔直径不会太大,可选用25××,其主要性能参数如下:
比表面积at:223 空隙率:
湿填料因子: 填料常数 A: K:
见下图:
根据所要处理的混合气体,可采用水为吸收剂,其廉价易得,物理化学性能稳定,选择性好,符合吸收过程对吸收剂的基本要求。
三、工艺计算
(一)基础物性数据


2. 气相物性数据
混合气体平均密度:
=427680()
空气黏度:
273K,:
(二)物料衡算,确定塔顶、塔底的气液流量和组成
20℃,
进塔气相摩尔比:
出塔气相摩尔比:
对于纯溶剂吸收过程,进塔液相组成:
混合气体流量: kmol/h
进塔惰性气体流量: 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:

,可得吸收剂用量为:
根据全塔物料衡算式:
液气比:
(三)塔径的计算

考虑到填料塔内塔的压力降,
采用贝恩----霍夫泛点关联式:
即

. 即
圆整后取
:
()
:
:
取最小润湿速率为:
所以得
故满足最小喷淋密度的要求.
(四)填料层高度计算

273K,,
,则
293K,,氨气在空气中的扩散系数
293K,,氨气在水中的扩散系数(查化工原理附录)

脱吸因数为:
气相总传质单元数为:
=
=
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:
液体质量通量为:
气体质量通量为:
故

气膜吸收系数:
液膜吸收系数:
查表得= 故
==
==
f =>
以下公式为修正计算公式:

则(H为溶解度系数);
==
由
==
2. 填料层高度的计算
由

故取填料层高度为7m.
查[2]化工原理课程设计213页表5-41散装填料分段高度推荐值查得:
塑料阶梯环 h/D8~15
取h/D=10 得 h==4m
故填料层需要分为二段,.
(五) 填料塔压降的计算
采用Eckert通用关联图计算填料层压降
横坐标为:=
查[2]P215表5-44得:
纵坐标为:
查图得
填料层压降为:
Eckert图
(六) 吸收塔的主要接管尺寸的计算
1、气体进料管
由于常压下塔气体进出口管气速可取12~20,故若取气体进出口流速近似为16m/s,则由公式可求得气体进出口内径为

采用直管进料,由《化工原理》第三版上册[谭天恩等主编化学工业出版社]P269查得
选择热轧无缝钢管,则
(在符合范围内)
气体进出口压降:
进口:
出口:
2、液体进料管
由于常压下塔液体进出口管速可取,,则由公式可求得液体进出口内径为

采用直管进料,由《化工原理》第三版上册[谭天恩等主编化学工业出版社]P368