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1、化工原理课程设计说明书（填料吸收塔设计）姓 名： 班 级： 应化BG081 -系 别： 药化学院 指导教师： 日 期 2011.1.32011.1.12 目录1.化工原理设计任务书- 1 -1.1设计题目- 1 -1.2设计条件- 1 -1.1设计内容和要求- 1 -1.3设计成果- 1 -2.设计方案与工艺流程- 2 -2.1设计方案- 2 -2.2工艺流程- 2 -3.基础数据- 3 -3.1气相物性参数- 3 -3.2液相物性参数- 4 -4.物料衡算- 4 -4.1混合气体进出塔组成- 4 -4.2塔底吸收液浓度- 4 -5.填料塔工艺尺寸的计算- 4 -5.1塔径计算- 5 -5.1
2、1填料层高度计算- 7 -6.填料层压降计算- 9 -7.填料吸收塔附属设备- 9 -7.1填料支承板-10-7.2填料压板和床层限制版-10-7.3气体进出口装置和排液装置-10-8.主要符号说明-10-9.填料塔的设备尺寸图-11-参考文献：-12-化工原理课程设计任务书一、设计题目：氨填料吸收塔设计二、设计条件：设计一座填料吸收塔，用于脱出混合气体中的氨气。混合气体的处理量 为850kg/h，进塔混合气含氨6（体积），吸收剂为清水。要求氨的回收率为99。操作压力为常压，操作温度为20。平衡关系为y=0.9x. 三、设计的内容和要求: 针对给定物系的填料塔立题，确定设计方案。选择吸收剂、流
3、程及生产条件选定，进行物料、吸收剂用量、吸收液塔底组成计算。采用关联图法计算塔径，操作气速的计算；核算喷淋密度、径比、填料高度的计算；进行填料层压降的核算等工艺设计计算。主要辅助设备的选型设计，编写设计说明书，绘制吸收塔的工艺条件图。四、设计成果：1、 设计说明书一份；2、 A4设计图纸：填料塔的设备尺寸图。一、 设计方案与工艺流程图1、设计方案 本次课程设计的任务是设计氨填料塔。用清水吸收混合气中的氨，为提高传质效率，选用单塔逆流吸收流程，即液体由上至下，气体由下而上流动。在逆流操作时，气、液两相传质的平均推动力最大，可以减少塔设备尺寸。此外，流出的吸收剂与浓度最大的进塔气体接触，溶液的最终
4、浓度可达到最大值；而出塔气体与新鲜的或浓度较低的吸收剂接触，出塔气中溶质的浓度可降至最低。吸收过程通常在塔内完成，吸收剂（清水）由泵送到吸收塔顶，对送来的混合气体进行吸收。吸收液从塔底流入贮槽，吸收尾气放空。吸收剂进入塔前设置冷却器对其降温，以利于吸收。2、工艺流程图二、基础数据1、 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为 M=0.0617+0.9429=28.28混合气体的平均密度为 1.176kg混合气体的摩尔流率为 G=30.06混合气体的体积流量为 =722.792、 液相物性数据对于低浓度吸收过程，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=9
5、98.2 粘度为1.005 mPas三 、物料衡算1混合气体进出塔（物质的量比）组成Y1=0.0638Y2=(1- )=0.06380.01=0.000638(以塔顶排放气体中氨含量1%计)2塔底吸收液浓度操作线方程为:Y=0.9X.吸收剂(水)的用量Ls 由操作线方程知:当Y10.0638时,X1*=0.0709,计算最小吸收剂用量=30.06 26.78kmolh取安全系数为3.0，则Ls3.026.7880.34kmolh = 1446.08kg/h依物料衡算式塔底吸收液浓度= （0.0638-0.000638）= 0.024四 、填料塔工艺尺寸的计算图（一） 1、塔径计算塔底气液负荷大
6、，依塔底条件(混合气20)，101.325kPa（1）.采用Eckert通用关联图法(图1)计算泛点气速有关数据计算塔底混合气流量VS850kgh吸收液流量L1446.08kgh进塔混合气密度1.176kg吸收液密度998.2kg/吸收液黏度1.005 mPas经比较，选DN38mm聚丙烯阶梯环。查化工原理教材附录可得，其填料因子=175，比表面积132.5关联图的横坐标值 ()1/2=()1/2 =0.058由图1查得纵坐标值为0.15 即0.2=0.15求得液泛气速=2.67m/s(2)操作气速 取u0.60.62.67 1.60m/s(3).塔径= 0.3998 m=399.8mm取塔径
7、为0.4m(400mm)(4)核算操作气速U=1.60m/s 8，满足阶梯环的径比要求。(6)喷淋密度校核取= 0.08/(mh)最小喷淋密度= 0.08132.510.6 /(m2h)因 11.534/(mh) 故满足最小喷淋密度要求。2、填料层高度计算(1)传质单元高度计算本设计采用恩田式计算填料润湿面积aw作为传质面积a，依改进的恩田式分别计算及，再合并为和。列出备关联式中的物性数据气体性质(以塔底20，101.325kPa空气计)；1.176 kg/ (前已算出)；0.0181 (查附录)；198；液体性质998.2 kg/；1.005Pas；=1.344；72.6Nm(查化工原理附录
8、)。气体与液体的质量流速：LG=3.21VG=1.88DN38mm聚丙烯阶梯环(乱堆)特性：38mm; 132.5;=3310-3 N/m; 有关形状系数，=1.45（阶梯环为开孔环）依式=-1.45（）0.75（）0.1（）-0.05（）0.2=0.683故=0.683132.5=90.5依式KL=0.0095()2/3()-1/2()1/3=0.0095()2/3()-1/2()1/3=1.1710-2 m/s依式kG= 0.237()0.7()13()= 0.237 ()0.7()1/3()=8.16810-6kmol/(m2SkPa)故=8.16890.5=1.110-3 (m/s)=
9、1.1710-290.5=1.23m/s(2)计算 ，而，H=0.725kmol/() =求得: =1.0910-3=1.0910-3101.3=0.11 (3)计算=0.60m(4)传质单元数计算=-m=0.0638-0.90.024=0.0422=6.3810-4=0.0099NOG=6.38所以:H=NOG=0.66.38=3.83m取安全系数1.2， 则完成本设计任务需DN38mm聚丙烯阶梯环的填料层高度z1.23.83=4.59m。五、 填料层压降计算之前计算得:空塔气速u=1.60m/s 横坐标值:0.058纵坐标值: ()(1.005) 0.2=0.054查图1得 P/z=309
10、.81=294.3Pa/m 填料全塔填料层压降 =4.59294.3=1350.837Pa六、填料吸收塔的附属设备1、填料支承板分为两类：气液逆流通过平板型支承板，板上有筛孔或栅板式;气体喷射型，分为圆柱升气管式的气体喷射型支承板和梁式气体喷射型支承板。2、填料压板和床层限制板在填料顶部设置压板和床层限制板。有栅条式和丝网式。3、气体进出口装置和排液装置填料塔的气体进口既要防止液体倒灌，更要有利于气体的均匀分布。对400mm直径以下的小塔，可使进气管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使气流折转向上。对1.5m以下直径的塔，管的末端可制 成下弯的锥形扩大器。气体出口既要保证气
11、流畅通，又要尽量除去夹带的液 沫。最简单的装置是除沫挡板（折板），或填料式、丝网式除雾器。液体出口装置既要使塔底液体顺利排出，又能防止塔内与塔外气体串通，常压吸收塔可采用液封装置。本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器；且填料层不高，可不设液体再分布器。 七、主要符号说明E亨利系数， 气体的粘度， 平衡常数 水的密度和液体的密度之比 重力加速度， 分别为气体和液体的密度，分别为气体和液体的质量流量，气相总体积传质系数， 填料层高度， 塔截面积，气相总传质单元高度， 气相总传质单元数以分压差表示推动力的总传质系数，单位体积填料的润湿面积以分压差表示推动力的气膜传质系数，溶解度系数，以摩尔
12、浓度差表示推动力的液摩尔传质系数，气体常数， 溶质在气相中的扩散系数， 参考文献：1. 夏清、陈常贵主编：化工原理（上册），天津、天津大学出版社出版2005。2. 奖维钧戴猷元、顾慧君编著：化工原理（第2版）上册，北京、清华大学出版社 2002。3. 王绍良主编、化工设备基础北京化学出版社出版2002。4. 管国锋、赵汝薄主编：化工原理第二版，北京化学工艺出版社2003。5. 匡国柱、史起才主编：化工单元过程及设备课程设计，北京化工原理出版社2000。6. 陈声宗主编：化工设计，北京化学出版社2000。7. 箐璐、五保国编：化工设计，北京化学出版社2000。8. 藩国昌、郭庆丰编著：化工设备设
13、计，北京清华大学出版社1996。9. 国家医药管理局上海医院设计院编：化工工艺设计手册，北京化学出版社1985。10.夏清、陈常贵主编：化工原理（上册），天津、天津大学出版社出版2005。11.奖维钧、戴猷元、顾慧君编著：化工原理（第2版）上册，北京、清华大学出版社2002。12.王绍良主编、化工设备基础北京化学出版社出版2002。13.管国锋、赵汝薄主编：化工原理第二版，北京化学工艺出版社2003。14.匡国柱、史起才主编：化工单元过程及设备课程设计，北京化工原理出版社2000。15.陈声宗主编：化工设计，北京化学出版社2000。序号名称指标1操作压力101.3KPa2操作温度20水3工作介质变换气4填料形式鲍尔环5塔径0.4m6填料高度4.59m 符号公式尺寸连接方式用途a300富液出口b200气体进口c40测液口d200气体出口e200貧液进口f400入口g25测压口h25液面计接口i50排液口
