水吸收氨填料塔设计

《化工原理》课程设计——水吸收氨气填料塔设计学院专业班级姓名学号指导教师2012年12月11 日设计任务书水吸收氨气填料塔设计（一）设计题目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____3200____m3/h，其中含氨为____8%____（体积分数），混合气体的进料温度为25℃。

要求：①塔顶排放气体中含氨低于____0.04%____（体积分数）；（二）操作条件（1）操作压力：常压（2）操作温度：20℃（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定（三）填料类型聚丙烯阶梯环吸收填料塔（四）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（A3号图纸）；（10）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）；（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

目录前言 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。

第一节填料塔主体设计方案的确定.................................................. 错误!未定义书签。

1.1装置流程的确定 .................................................................................. 错误!未定义书签。

1.2 吸收剂的选择.................................................................................. 错误!未定义书签。

前言在近代工业的发展中，塔设备已成为一个非常重要的单元设备，广泛应用于炼油、化工、制药等过程工业上，对吸收、蒸馏和洗涤有着不可或缺的作用。

它性能的优劣、技术水平的高低直接影响到产品的质量、产量、回收率、经济效益等各个方面。

所以研究新型的的塔设备和强化气液两相传质过程及工业生产有着重要的意义。

塔设备主要可分为两种：板式塔和填料塔。

板式塔和填料塔在过去几十年中的发展速度有快有慢，竞争能力时有强弱。

但总的来说，工业生产中因为处理量大所以还是以板式塔为主。

而对于填料塔，一般都是用于小量原料的处理。

但是在近些年来，人们对填料塔进行了大量的研究，却得了突破性的进展，目前应用规模的填料塔最大直径可达14~20m，突破了仅限于小塔的传统观念，并在现代化工生产中得到更为普遍的应用。

对于新型的填料塔来说，它还具有以下几个优点：（1）生产能力大，在需要大理论技术的分离过程中能耗小，可以更容易满足经济的应用热泵得要求。

（2）分离效率高（3）压降小（4）操作弹性大（5）持液量小利用填料塔去分离化工过程中的产物或者处理工业生产中对环境有害的污染物已越来越普遍，而且也趋于主流，对人们的日常生过也起着非常大的作用。

在使用填料塔进行分离物质时，必须事先对整个填料塔进行系统的计算与设计。

结合能效、操作条件、经济等方面去考虑。

充分了解到填料塔中个部分的物料情况和工作效益。

使整个填料塔分离过程能符合安全、环保、节能和高效益，能真正用于工业生产中。

氨是工业生产中一种极为重要的生产原料，在国民经济中占有重要地位。

除液氨可直接作为肥料外，农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。

合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。

但这种极为重要的化工原料却对人的生命有着严重的危害，如果在工业生产中操作有失误，会威胁这生产人员的性命安全。

化工原理课程设计(水吸收氨填料吸收塔设计)目录第1节前言31.1填料塔的主体结构与特点31.2填料塔的设计任务及步骤31.3填料塔设计条件及操作条件4第2节精馏塔主体设计方案的确定42.1装置流程的确定42.2吸收剂的选择52.3填料的类型与选择52.3.1填料种类的选择52.3.2填料规格的选择52.3.3填料材质的选择62.4基础物性数据62.4.1液相物性数据62.4.2气相物性数据72.4.3气液相平衡数据72.4.4物料横算8第3节填料塔工艺尺寸的计算93.1塔径的计算93.2填料层高度的计算及分段113.2.1传质单元数的计算113.2.2传质单元高度的计算113.2.3填料层的分段143.3填料层压降的计算14第4节填料塔内件的类型及设计154.1塔内件类型154.2塔内件的设计164.2.1液体分布器设计的基本要求：164.2.2液体分布器布液能力的计算16注：171.填料塔设计结果一览表 (17)2.填料塔设计数据一览 (18)3.参考文献 (19)4.后记及其他 (19)附件一：塔设备流程图20附件二：塔设备设计图20表索引表 21工业常用吸收剂 (5)表 22 常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值 (6)图索引图 11 填料塔结构图 (3)图 31 Eckert图 (15)第1节前言1.1填料塔的主体结构与特点结构图错误!文档中没有指定样式的文字。

1所示：图错误!文档中没有指定样式的文字。

1 填料塔结构图填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以她特别适用于处理量小，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。

液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。

因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。

1.2填料塔的设计任务及步骤设计任务：用水吸收空气中混有的氨气。

水吸收氨填料吸收塔设计课程设计合肥学院 Hefei University化工原理课程设计题目: 水吸收氨填料吸收塔设计系别: 生物与环境工程系任务书水吸收氨填料吸收塔设计（一）设计任务试设计一座填料吸收塔，用于脱出混于空气中的氨气。

混合气体的处理为（自己确定），其中含氨5%，要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%。

采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小量的1.1-2.0倍。

（二）操作条件1、操作压力常压2、操作温度 20℃（三）填料类型陶瓷拉西环、金属鲍尔环、陶瓷矩鞍，填料规格自选（四）工作日每年300天，每天24小时连续运行（五）厂址安徽地区（六）设计内容1、吸收塔的物料衡算2、吸收塔的工艺尺寸计算3、填料层压降的计算4、液体分布器简要设计5、绘制生产工艺流程图6、绘制吸收塔设计条件图7、对设计过程的评述和有关问题的讨论（七）设计基础数据20℃下氨在水中的溶解度系数为H=0.725Kmol/(m3*Kpa).目录一、文献综述 (4)（一）填料塔技术 (4)（二）填料塔的流体力学性能 (5)1．填料层的持液量 (5)2．填料层的压降 (5)3．液泛 (5)4．液体喷淋密度和填料表面的润湿 (5)5．返混 (5)（三）填料塔的内件 (5)1．填料支承装置 (5)2．填料压紧装置 (5)3．液体分布装置 (6)4．液体收集及再分布装置 (6)二、流程的确定与说明 (6)（一）吸收装置的流程确定 (6)（二）填料的选择 (6)三、工艺计算 (7)（一）基础物性数据 (6)1．液相物性数 (6)2．气相物性数据 (7)3．气相平衡数据 (7)4．混合气体的处理量 (7)（二）填料塔的工艺尺寸的计算 (7)1．物料衡算 (7)2. 塔径计算 (8)3．填料层高度计算 (9)4.填料层压降计算 (11)5.液体分布器简要设计 (11)四、设计结果概要 (12)五、主要符号说明 (12)六、参考文献 (13)七、对本设计的评述及心得 (13)一、文献综述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。

化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计
(1)
化工原理课程设计——水吸收氨填料吸收塔设计
一、选择填料
本设计所选用的填料为塔形环状填料，其主要优点在于能够提高氨气
与水接触的时间和接触面积，从而提高吸收效率。

其次，填料的表面
积大，对氨气的吸附强度较高。

二、计算填料高度
根据质量平衡公式，吸收塔中氨气的质量=进入氨气的质量-出口氨气
的质量-吸收氨气的质量。

结合我们所设计的填料种类和工艺流程，可
以得到计算填料高度的公式：
θ=（W/N） ln [(C0-C)/(Co-Ct)]
其中，W是空气中氨气的质量流量，单位为kg/h；N是塔形环状填料每立方米的比表面积，单位为m²/m³；C0是氨气从入口口进入吸收器的
浓度，单位为mg/Nm³；Ct是出口处氨气的平均浓度，单位为mg/Nm³；
C是入口处水的浓度，单位为mg/L。

三、塔的直径
根据经验公式可得：填料在瞬间液晶表面液流速等于液降的经验公式。

v=1.2/(μ)½ (ΔP/ρ) ¼
其中，v是液体在塔体内部的平均流速，单位为m/s；μ是液体的粘度，单位为Pa*s；ΔP是液体在塔体内产生的液降，单位为Pa；ρ是液体
的密度，单位为kg/m³。

四、结论
经过以上各个方面的计算和分析，我们得到了适合本工艺流程，并且
具有高效的填料塔高度及塔直径，使本工艺流程吸收效率达到最优化
程度。

我们所选用的填料塔设计方案具有成本低、效率高及运行稳定
等特点，非常符合实际工序的需要。

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），要求塔顶排放气体中含氨低于0.02％（体积分数），采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。

（20℃氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/（m3.kPa）(二)操作条件1.操作压力为常压，操作温度20℃.2.填料类型选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。

3.工作日取每年300天，每天24小时连续进行。

(三)设计内容1.吸收塔的物料衡算；2.吸收塔的工艺尺寸计算；3.填料层压降的计算；4.吸收塔接管尺寸计算；5.吸收塔设计条件图；6.对设计过程的评述和有关问题的讨论。

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，和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25×12.5×1.4聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积at ：22332/mm空隙率ε：0.90湿填料因子Φ：1172m-填料常数 A:0.204 K：1.75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 1.液相物性数据3998.2(/)L kg m ρ=6100410() 3.6(/)L Pa s kg m h μ-=⨯⋅=272.6(d y n /c )940896(/)L m k g h σ==931.7610(/)L D m s -=⨯2. 气相物性数据混合气体平均密度：31.166(/)v kg m ρ=c σ=427680(2/kg h )空气黏度：51.8110()0.065(/)v Pa s kg m h μ-=⨯⋅= 273K ，101.3Kpa.氨气在空气中扩散系数：200.17(/)D m s = (二)物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成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： 10.080.087010.08Y ==-出塔气相摩尔比：20.00020.00020010.0002Y ==- 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： 41.596(10.08)38.268V =⨯-= 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：12min 120.08700.0002000.752(0.0870/0.754)0e Y Y L V x X --⎛⎫=== ⎪--⎝⎭ 11e Y x m =取操作液气比为最小液气比的1.5倍，可得吸收剂用量为：0.75238.268 1.543.166/L Kmol h =⨯⨯= 根据全塔物料衡算式:()()()121212120.08700.0002000.07700.752 1.5V Y Y L X X V Y Y X LX L-=---=+==⨯液气比 ：43.166180.6661000 1.166l v W W ⨯==⨯ (三)塔径的计算 1.塔径的计算考虑到填料塔内塔的压力降,塔的操作压力为101.3KPa()()()()33330.08170.922928.04/101.31028.0410 1.166/8.314527320998.2/v L M Kg Kmol PM Kg m RT Kg m ρρ-=⨯+⨯=⨯⨯⨯∴===⨯+=液体密度可以近似取为采用贝恩----霍夫泛点关联式:112480.23lg f t v v L L L v L u a W A K g W ρρμρρε⎡⎤⎛⎫⎛⎫=-⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦即()20.231184223 1.166lg () 1.0049.81998.20.90 1.1660.204 1.750.666998.20.476f u ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎛⎫=-⨯⨯ ⎪⎝⎭=-3.017/f u m s = ()0.50.85f u u =-取泛点率为0.6. 即 0.60.6 3.017 1.810/f u u m s ==⨯=()4410000.4423.14 1.8103600sV D m u⨯===π⨯⨯圆整后取 ()()0.4400D m mm ==2.泛点率校核：210003600 2.212/0.7850.4u m s ==⨯ 2.2120.7333.017F u u ==（在0.5到0.85范围之间） 3.填料规格校核：40016825D d ==> 4.液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：)/(08.0)(3min h m m L W ⋅=23223/t a m m = 所以得32min min ()0.0822317.84/()W t U L a m m h =⋅=⨯=⋅263220.78543.16618998.2 6.17510/()0.7850.4hL U D m m h =⋅⨯⨯==⨯⋅⨯min U U >故满足最小喷淋密度的要求.(四)填料层高度计算 1.传质单元高度计算273K ，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数20.17(/)o D cm s =.由3/2000V p T D D p T ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭,则293K ，101.3kpa 下，氨气在空气中的扩散系数20.189(/)v D cm s =293K ，101.3kpa 下，氨气在水中的扩散系数()921.7610/L D m s -=⨯ (查化工原理附录)*110.7540.07700.0581Y mX ==⨯= *220Y mX ==脱吸因数为：0.7540.6680.752 1.5mV S L ===⨯ 气相总传质单元数为：()*12*221ln 11OGY Y N S S S Y Y ⎡⎤-=-+⎢⎥--⎣⎦=()10.08700ln 10.6680.66810.6680.0002000-⎡⎤-+⎢⎥--⎣⎦=14.992气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：0.050.20.10.752221exp 1.45w c L t L L t L t L L L t L a U a U U a a a g σσμρσρ-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭液体质量通量为：22243.166186186.21/()0.7850.7850.4L L W U Kg m h D ⨯===⋅⨯⨯ 气体质量通量为：2221000 1.1669283.44/()0.7850.7850.4v v W U Kg m h D ⨯===⋅⨯⨯ 故20.750.10.052820.24276806186.216186.212231exp{ 1.45()()()940896223 3.6998.2 1.27106186.21()}998.29408962230.2476w t a a -⨯=--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=气膜吸收系数：10.7310.74340.2379283.440.0652230.1891036000.2372230.0658.3142931.1660.189103600 0.1273V V t V G t V V V U a D k a D RT μμρ--⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⨯⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=液膜吸收系数:211323121833290.00956186.21 3.6 3.6 1.27100.00950.2476223 3.6998.2998.2 1.761036000.3037(/)L L L L w L L L L U g k a D m h μμμρρ---⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎛⎫⨯⨯⎛⎫⎛⎫=⨯⨯⨯ ⎪⎪ ⎪⨯⨯⨯⨯⨯⎝⎭⎝⎭⎝⎭=查表得ψ=1.35 故1.1G G W K a K a ψ==0.1273⨯0.2476⨯223⨯ 1.11.35=9.778()3/Kmol m h kpa ⋅⋅ 0.4L L W K a K a ψ==0.3037⨯0.2476⨯223⨯0.41.35=18.907()3/kmol m h kpaf =fuu =0.733>0.5 以下公式为修正计算公式：1.419.50.5G G f u K a K a u ⎡⎤⎛⎫'⎢⎥=+- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()()1.4319.50.2339.77821.864/Kmol m h kpa ⎡⎤=+⨯⨯⎣⎦=⋅⋅2.219.50.5L L f u K a K au ⎡⎤⎛⎫⎢⎥'=+- ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()()2.2319.50.23318.90726.194/kmol m h kpa =+⨯⨯=则 111G G L K a K a HK a =+'' （H 为溶解度系数）；=11121.8640.72526.194+⨯=10.1633/()Kmol m h kpa ⋅⋅由 OG Y G V VH K a K aP ==ΩΩ=238.26810.163101.30.7850.4⨯⨯⨯=0.296m 2. 填料层高度的计算由 0.29614.992 4.438OG OG Z H N m =⋅=⨯= 取上下活动系数为1.51.5 1.5 4.438 6.657Z m Z'==⨯=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/D ⊂8～15 max 6h m ≤ 取h/D=10 得 h=10⨯0.4=4m故 填料层需要分为二段，高度分别为3.5m. (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：0.50.51.1660.666998.2V LVL WW ρρ⎛⎫⎛⎫=⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=0.0228查[2]P 215表5-44得：189P m -Φ=纵坐标为：220.20.22.212891 1.166 1.0040.05239.81998.2V P L L u g ρψμρΦ⨯⨯⋅⋅=⨯⨯=查图得859.81833.85/Pp a m Z∆=⨯= 填料层压降为：833.857 5.84P pa Kpa ∆=⨯=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/m s ，故若取气体进出口流速近似为16m/s ，则由公式24V q d u π=可求得气体进出口内径为41000/3600148.710.78516V q d mm u π===⨯ 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1563mm mm Φ⨯热轧无缝钢管，则 2241000/3600'15.73/0.785(0.1560.0032)V q u m s d π===⨯-⨯（在符合范围内） 气体进出口压降:进口：()221111.16615.73144.2522p u Pa ρ∆==⨯⨯= 出口：()222110.50.5 1.16615.7372.1322p u Pa ρ∆=⨯=⨯⨯⨯=2、液体进料管由于常压下塔液体进出口管速可取13/m s ，故若取液体进出口流速近似为 2.6m/s ，则由公式24V q d u π=可求得液体进出口内径为46186.210.029998.236000.785 2.6V q d m u π===⨯⨯⨯ 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查得选择384mm mm Φ⨯热轧无缝钢管，则 2246186.21/(998.23600)' 2.44/0.785(0.0380.0042)V q u m s d π⨯===⨯-⨯（在符合范围内） (七)吸收塔设计条件图表 吸收塔类型聚丙烯阶梯环吸收填料塔混合气体处理量（m 3/h ） 1000 塔径D （m ） 0.4 填料层高度Z （m ） 7 气相总传质单元高度（m ） 0.296 气相总传质单元数 14.992 泛点气速（m/s ） 3.017 泛点率 0.733 压降（kpa ） 5.15 操作压力（kpa ） 101.3 操作温度（℃） 20 填料直径（mm ） 25 孔隙率ε0.90水吸收氨吸收塔设计填料比表面积a(㎡/m 3) 223 填料常数A 0.204 填料常数K1.75四、符号说明a ——填料层的有效传质比表面积（m ²/m ³）w a ——填料层的润滑比表面积m ²/m ³A ——吸收因数;无因次d ——填料直径，mm ；p d ——填料当量直径，mmD ——扩散系数，m ²/s ； 塔径E ——亨利系数，KPag ——重力加速度，kg/(m².h)H ——溶解度系数，kmol /(m ³.KPa)OG H ——气相总传质单元高度，mG k ——气膜吸收系数, kmol /(m ³.s.KPa)OG N ——气相总传质系数，无因次L k ——气膜吸收系数, kmol /(m ³.s.KPa)R ——气体通用常数，8.314kJ/(kmol.K)S ——解吸因子T ——温度，0Cu ——空塔速度，m/sf u ——液泛速度，m/sV ——惰性气体流量，kmol/hS V ——混合气体体积流量，m 3/h1V ——混合气体流量，kmol/hL ——是吸收液量 kmol/hΦ——填料因子， m-1S L ——吸收剂用量kmol/h; kmol/sΦp ——压降填料因子， m -1Ψ——液体密度校正系数x ——溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次y ——溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次Z ——填料层高度 mmin ——最小的max ——最大的μ——粘度 Pa.sρ——密度 kg/m 3σ——表面张力 N/mε——孔隙率m ——相平衡常数，无因次五、对设计过程的评述水吸收氨吸收塔设计这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。

可编辑修改精选全文完整版设计题目3000Nm3/h含氨5%填料吸收塔的设计试设计一座填料吸收塔，用于脱出混于空气中的氨气。

混合气体的处理量为3000Nm3/h，其中含氨为5%（体积分数），采用清水进行吸收。

要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%（体积分数）。

操作条件（1）操作压力101.33 kPa（常压）；（2）操作温度20℃；（3）吸收剂用量为最小用量的1.9倍填料类型：选用聚丙烯阶梯环填料。

工作日：每年300天，每天24小时连续运行厂址：合肥设计内容（1）设计方案的说明及流程说明；（2）吸收塔的物料衡算；吸收塔的工艺尺寸计算；（3）填料层压降的计算；（4）液体分布器简要设计；（5）吸收塔接管尺寸计算；（6）绘制生产工艺流程图；（7）绘制吸收塔设计条件图；（8）绘制液体分布器施工图；（9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。

目录第1章设计方案的简介 (1)1.1选定塔型 (1)1.2确定填料吸收塔的具体方案 (2)1.2.1装置流程的确定 (2)1.2选择吸收剂 (3)1.3操作温度与压力的确定 (3)1.3.1操作温度的确定 (3)1.3.2操作压力的确定 (3)第2章填料的类型与选择 (4)2.1填料的类型 (4)2.1.1散装填料 (4)2.1.2规整填料 (4)2.2填料的选择 (5)2.2.1填料种类的选择 (5)2.2.2填料规格的选择 (6)2.2.3填料材质的选择 (7)第3章填料塔工艺尺寸 (9)3.1设计基础数据 (9)3.1.1液相物性数据 (9)3.1.2气相物性数据 (9)3.2.3气液相平衡数据 (9)3.2.4物料衡算 (10)第4章填料塔的工艺尺寸的计算 (11)4.1塔径的计算 (11)4.2填料层高度计算 (12)4.3填料塔压降的计算 (14)第5章液体分布器简要设计 (16)5.1液体分布器 (16)5.2液体再分布器 (17)5.3 塔底液体保持管高度 (18)第6章吸收塔接管尺寸计算 (19)6.1气体进料管 (19)6.2液体进料管 (19)6.3 离心泵的选型 (19)6.4风机的选型 (20)第7章塔体附件设计 (22)7.1塔的支座 (22)7.2其他附件 (22)附图1 填料塔工艺图 (23)附图2 工艺流程图 (24)附录1 吸收塔设计条件图 (25)附录2 符号说明 (26)附录3 设计一览表 (27)附录4 Eckert通用关联图 (28)参考文献 (29)第1章设计方案的简介1.1选定塔型塔器是关键设备，例如在气体吸收、液体精馏（蒸馏）、萃取、吸附、增湿中、离子交换等过程中都有体现。

水吸收氨填料吸收塔设计1 题目含氨为5%的混合气体, 处理量为500m3/h, 尾气中含氨低于0.02%,采用清水进行吸收, 吸收剂的用量为最小用量的1.5倍. (均为体积分数).,2 设计任务和操作条件:(1)操作压力常压。

(2)操作温度 20℃(3)年工作300天,每天24小时运行.3 填料类型 聚丙烯阶梯环填料,规格自选.4 设计内容(1)吸收塔的物料衡算(2)填料层压降的计算(3)液体分布器的简单设计(4)吸收塔塔体工艺尺寸的计算(5)绘制分布器施工图(6)对本设计进行评述5 基础数据20℃下氨在水中的溶解度系数为0.725Kmol/( m3. kpa)一吸收工艺流程的确定采用常规逆流操作流程．流程如下。

二物料计算(l). 进塔混合气中各组分的量取塔平均操作压强为101.3kPa，故：混合气量＝ 500（）×＝ 20.80kmol／h混合气中氨量＝20.80×0.543 ＝1.129 kmol／h ＝ 19.2kg／h混合气中空气量＝20.80-1.129 = 19.671kmol／h＝570.5kg／h (2)．混合气进出塔的（物质的量）组成==0.05430;（3）．混合气进出塔（物质的量比）组成Y1==0.0574Y2=(1-)=0.0574×=0.0002296(以塔顶排放气体中氨含量0.02%计)三 平衡曲线方程查表知:20℃时,氨在水中的亨利系数E=277.3Kpa;m = = = 2.737故操作线方程为:Y=2.737X.吸收剂(水)的用量Ls由操作线方程知:当Y1＝0.0574时,X1*=0.021,计算最小吸收剂用量=19.671×＝53.77 kmol／h取安全系数为1.5，则Ls＝1.5×53.77＝80.65kmol／h = 1451.7kg/h依物料衡算式塔底吸收液浓度= 19.671×= 0.014四塔径计算塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气20℃)，101.325kPa图1 通用压降关联图（1）.采用Eckert通用关联图法(图1)计算泛点气速①有关数据计算塔底混合气流量V`S＝570.5＋19.2＝589.7kg／h吸收液流量L`＝1451.7kg／h进塔混合气密度＝×＝1.206kg／(混合气浓度低，可近似视为空气的密度)吸收液密度＝998.2kg/吸收液黏度＝1.005 mP a·s经比较，选DN38mm聚丙烯阶梯环。

36555吨/年水吸收氨填料吸收塔的设计计算书王栋（渭南师范学院化学与生命科学学院 07级应用化学一班）摘要：根据设计任务书，设计了一个年处理量36555吨混合气体的水吸收氨填料吸收塔。

进行了填料的选择与塔的工艺计算与校核。

当填料选用聚丙烯50D阶梯环，填料层高度N为3000mm,塔径为700mm，满足设计要求。

关键词：水吸收氨；填料塔；吸收1填料吸收塔技术的综述1.1 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.1.2 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。

化工原理课程设计——水吸收氨填料塔设计专业：化学工程与工艺学号：目录一前言 (3)二设计任务 (3)三设计条件 (3)四设计方案 (3)1．吸收剂的选择 (3)2．流程图及流程说明 (3)3．塔填料的选择 (4)五工艺计算 (4)1．物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成 (4)2．塔径的计算 (5)3.填料层高度计算 (6)4.填料层压降计算 (8)5.液体分布装置 (8)6.液体再分布装置 (9)7.填料支撑装置 (10)8.气体的入塔分布 (10)六设计一览表 (10)七对本设计的评述 (11)八参考文献 (11)七主要符号说明 (14)八附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图）一．前言课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。

通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。

通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。

同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。

课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。

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。

塔设备按其结构形式基本上可分为两类；板式塔和填料塔。

以前在工业生产中，当处理量大时多用板式塔，处理量小时采用填料塔。

近年来由于填料塔结构的改进，新型的、高负荷填料的开发，既提高了塔的通过能力和分离效能又保持了压降小、性能稳定等特点。

水吸收氨课程设计目录第一节前言 (5)1.1 填料塔的主体结构与特点 (5)1.2 填料塔的设计任务及步骤 (5)1.3 填料塔设计条件及操作条件 (5)第二节填料塔主体设计方案的确定 (6)2.1 装置流程的确定 (6)2.2 吸收剂的选择 (6)2.3填料的类型与选择 (6)2.3.1 填料种类的选择 (6)2.3.2 填料规格的选择 (6)2.3.3 填料材质的选择 (7)2.4 基础物性数据 (7)2.4.1 液相物性数据 (7)2.4.2 气相物性数据 (7)2.4.3 气液相平衡数据 (8)2.4.4 物料横算 (8)第三节填料塔工艺尺寸的计算 (9)3.1 塔径的计算 (9)3.2 填料层高度的计算及分段 (10)3.2.1 传质单元数的计算 (10)3.2.3 填料层的分段 (12)3.3 填料层压降的计算 (12)第四节填料塔内件的类型及设计 (13)4.1 塔内件类型 (13)4.2 塔内件的设计 (13)4.2.1 液体分布器设计的基本要求： (13)4.2.2 液体分布器布液能力的计算 (13)注：141填料塔设计结果一览表 (14)2 填料塔设计数据一览 (14)3 参考文献 (16)4 后记及其他 (16)附件一：塔设备流程图 (17)附件二：塔设备设计图 (17)化工学院关于专业课程设计的有关要求（草案）专业课程设计是学生学完专业基础课及专业课之后，进一步学习工程设计的基础知识，培养学生工程设计能力的重要教学环节，也是学生综合运用相关课程知识，联系生产实际，完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。

为了加强我院本科学生专业课程设计这一重要实践教学环节的规范化管理，保证专业课程设计工作有序进行及教学质量，特制定专业课程设计的有关要求并请遵照执行。

一、选题要求选题应以单元操作的典型设备为对象，进行单元操作过程中相关的设备与工艺设计，尽量从科研和生产实际中选题。

为了保证专业课程设计的质量和工作量，选题要求1人1题。

化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计-V1化工原理课程设计——水吸收氨填料吸收塔设计化工生产中，氨气是一种常见的化学气体，亦是一种毒性气体。

为了保证生产安全，常常需要使用填料吸收塔对氨气进行处理。

本次化工原理课程设计的主题是水吸收氨填料吸收塔设计，下面将从设计的流程、填料选择、设备选型及操作控制方面进行详细阐述。

一、设计流程1.确定设计要求：包括氨气的进入浓度、出口浓度、进入流量、处理效率要求等。

2.确定填料种类：选择适合水吸收氨的填料种类。

3.塔体设计：根据进入流量和处理效率要求计算出塔体高度，以及塔体的内径和壁厚。

4.设备选型：根据填料种类和塔体设计的要求选型。

5.操作控制：确定运行参数和控制策略等。

二、填料选择1.氨气水解和物理吸收的填料：骨炭、石英、聚丙烯、陶瓷、活性炭等。

2.氨气化学吸收的填料：硫酸铵、硝酸铵、硫酸钙、硝酸钙、硫酸钠等。

综合考虑吸附容积、吸附速度、吸附效率、化学稳定性等因素，本设计选择硝酸铵作为填料。

三、设备选型1.填料吸收塔：根据设计要求和填料种类选择适合的填料吸收塔。

2.进气风机：根据进气流量和风阻要求选型。

3.冷却器：为了防止氨气过热，常常需要在进入填料吸收塔前，在氨气进风口处安装冷却器。

四、操作控制1.进气速度：进气速度过快会导致氨气不能充分吸收，进气速度过慢则会影响处理效率。

一般控制在0.5-1.5m/s。

2.水位控制：为了保证填料的湿润度，需要控制水的流量和水位。

3.塔体温度控制：为了保证填料吸收效率，需要控制塔体温度，一般保持在20-35℃。

4.出口浓度控制：通过调节水的流量和塔体内填料的密度，控制出口浓度。

结语：本次化工原理课程设计通过设计流程、填料选择、设备选型及操作控制方面的详细阐述，较为全面地介绍了水吸收氨填料吸收塔的设计过程。

对于化工领域的实践和专业知识积累具有一定的参考价值。

计任务书 0吸收工艺流程的确定 0平衡曲线方程 (2)塔径计算 (2)填料层高度计算 (4)填料层压降计算 (7)填料吸收塔的附属设备 (7)主要符号说明 (8)计任务书（1）题目含氨为5%（体积分数，下同）的混合气体, 处理量为4000m3/h, 采用清水进行吸收, 氨的回收率90%，吸收剂的用量为最小用量的倍. (均为体积分数).,（2）设计任务和操作条件:(1)操作压力常压。

(2)操作温度20℃(3)年工作300天,每天24小时运行.（3）填料类型聚丙烯阶梯环填料,规格自选.（4）设计内容(1)吸收塔的物料衡算(2)填料层压降的计算(3)液体分布器的简单设计(4)吸收塔塔体工艺尺寸的计算(5)绘制分布器施工图(6)对本设计进行评述（5）基础数据20℃下氨在水中的溶解度系数H为( m3. kpa)吸收工艺流程的确定采用常规逆流操作流程．流程如下。

物料计算(l). 进塔混合气中各组分的量 取塔平均操作压强为，故： 混合气量＝ 4000（27327320+）×122.4 ＝／h混合气中氨量b V ＝× ＝ kmol ／h ＝／h 混合气中空气量＝ =／h ＝／h(2)．混合气进出塔的（物质的量）组成1y = 2y =*=（3）．混合气进出塔（物质的量比）组成 Y 1=111y y -=Y 2=221y y -= 平衡曲线方程查表知:20℃时,氨在水中的亨利系数E=; m =E P = 277.3101.3= 故操作线方程为:Y=. 吸收剂(水)的用量Ls由操作线方程知:当Y 1＝时,X 1*=,计算最小吸收剂用量,min S L12,min 12*S BY Y L V X X -=-=××0192.00005.0-0526.0＝／h取安全系数为，则 Ls ＝×=／h = h 依物料衡算式 塔底吸收液浓度1X1X = ×44.115800005.0-0526.0=塔径计算塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气20℃)， （1）.采用Eckert 通用关联图法(图1)计算泛点气速F u ①有关数据计算塔底混合气流量V`S ＝＋＝／h 吸收液流量L`＝／h 进塔混合气密度G ρ＝4.2229×20273273+＝／3m (混合气浓度低，可近似视为空气的密度)吸收液密度L ρ＝3m 吸收液黏度L μ＝ mP a ·s经比较，选DN38mm 聚丙烯阶梯环。

一.设计方案简介用水吸收氨气为提高传质效率，选用逆流吸收流程。

对于水吸收氨气的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。

在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用聚丙烯阶梯环填料。

[1][2]50N D 二．工艺计算1.基础物性数据1.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。

[1][3]由手册查得，25℃时水的有关物性数据如下：密度为 3997.05/L kg m ρ=粘度为 30.894910 3.2/()L Pa S kg m h μ-=⨯⋅=⋅表面张力为 271.9/931824/L dyn cm kg h σ==氨气在水中的扩散系数为 628.53210/L D m h -=⨯1.2.气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为0.05170.952928.4Vm i i M y M ==⨯+⨯=∑混合气体的平均密度为3101.328.41.161/8.314298Vm Vm PM kg m RT ρ⨯===⨯混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得25℃空气的粘度为0.066/()V kg m h μ=⋅查手册得氨气在空气中的扩散系数为20.0698/V D m h=1.3相平衡数据由手册查得，常压下25℃时氨气在水中的亨利系数为[1]99.78E kPa=相平衡常数为99.780.985101.3E m P ===溶解度系数为3997.050.555/()99.7818.02LSH kmol kPa m EM ρ===⋅⨯1.4物料衡算进塔气相摩尔比为1110.050.0526110.05y Y y ===--出塔气相摩尔比为2220.00020.0002110.0002y Y y ===--进塔惰性气相流量为1500273(10.05)58.28/22.427325V kmol h =⨯-=+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12min 12(/Y Y LV Y m X -=-对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为20X =min 0.05260.0002(0.9810.0526/0.9850L V -==-取操作液气比为min 2.0()L L V V =2.00.981 1.962LV=⨯=1.96258.28114.35/L kmol h=⨯=1212()()V Y Y L X X -=-158.28(0.05260.0002)0.0267114.35X -==2.填料塔的工艺尺寸的计算2.1.采用Eckert 通用关联图计算泛点气速气相质量流量为1500 1.1611741.5/V w kg h=⨯=液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即114.3518.022060.59/L w kg h =⨯=Eckert 通用关联图的横坐标为0.50.52060.59 1.161()(0.04031741.5997.05V L V L w w ρρ==查图5-21得20.20.19V F F L Lu g ρφψμρ=查表5-11得1127F m φ-= 3.55/F u m s ===取 0.70.7 3.55 2.485/F u u m s ==⨯=由0.462D m ===圆整塔径，取 。

课程设计-水吸收氨过程填料吸收塔的设计《水吸收氨过程填料吸收塔的设计》
水吸收氨过程填料吸收塔是在聚乙烯（PVC）凝胶沉淀的基础上改进后的填料式吸收塔。

它在吸收过程中利用水来吸收产气量较大的烟气中的氨离子。

该填料有一定的弹性及
磁性，可以吸附氨离子，使它们上升到分离区，并且具有抗结块和抗碳块的能力。

本工程
的设计对提高烟气吸收效率，减少废气排放至大气中，及其他环境污染方面具有重要意义。

水吸收氨过程填料吸收塔的设计关键包括塔身尺寸的计算和内部填料的选择、放置位
置的确定等。

首先，根据工艺需要计算出塔身的尺寸，一般情况下，吸收塔的最小内径及最大高度
应符合国家行业标准。

其次，根据吸收塔的安装位置、管道系统结构和新鲜气流速度等条件，选择最佳的填料材料以满足水吸收氨过程的要求。

具体来说，吸收塔内部装设填料应
符合下列要求：研磨流变性能好、不易突然结块、匹配反应表面润湿性；吸附氨效率高；
在热激发下抗崩解及煅烧的能力强；检漏及回收方便，粒径均匀；具有较低的比表面积及
混合均匀性好。

最后，根据实际情况适当确定吸收塔内填料的层次布置、层高及孔径和高度，以使填料具有更好的吸附效果。

总之，水吸收氨过程填料吸收塔的设计考虑许多复杂因素，重点需要考虑填料内部及
外式两方面因素，以保证最佳的烟气吸收效果。

在设计过程中，把数学模型应用到实际中，设计出工艺技术指标最佳的水吸收氨过程填料吸收塔，对于环保方面具有重要意义。