徐州工程學院
化工原理課程設計說明書
設計題目水吸收氨過程填料吸收塔設計
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目錄第一節前言 3
1.1 填料塔的設計任務及步驟 3
1.2 填料塔設計條件及操作條件 3
第二節填料塔主體設計方案的確定 3
2.1 裝置流程的確定 3
2.2 吸收劑的選擇 3
2.3填料的型別與選擇 3
2.3.1 填料種類的選擇 4
2.3.2 填料規格的選擇 4
2.3.3 填料材質的選擇 4
2.4 基礎物性資料 4
2.4.1 液相物性資料 4
2.4.2 氣相物性資料 5
2.4.3 物料橫算 5
第三節填料塔工藝尺寸的計算 6
3.1 塔徑的計算 7
3.2 填料層高度的計算及分段 7
3.2.1 傳質單元數的計算 7
3.2.2 填料層的分段 8
3.3 填料層壓降的計算 9
第四節填料塔內件的型別及設計 10
4.1 塔內件型別 10
4.2 塔內件的設計 10
注： 1填料塔設計結果一覽表 10
2 填料塔設計資料一覽 11
3 參考文獻 12
附件一：塔裝置流程圖 12
附件二：塔裝置設計圖 13
第一節前言
1.1 填料塔的設計任務及步驟
設計任務：用水吸收空氣中混有的氨氣。
設計步驟：（1）根據設計任務和工藝要求，確定設計方案;
（2）針對物係及分離要求，選擇適宜填料；
（3）確定塔徑、填料層高度等工藝尺寸（考慮噴淋密度）；
（4）計算塔高、及填料層的壓降；
（5）塔內件設計。
1.2 填料塔設計條件及操作條件
1. 氣體混合物成分：空氣和氨
2. 空氣中氨的含量: 5.0%（體積分數)，要求塔頂排放氣體中含氨低於0.02%;）
3. 混合氣體流量6000m3/h
4. 操作溫度293k
5. 混合氣體壓力101.3kpa
6. 採用清水為吸收劑，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。
7. 填料型別：採用聚丙烯鮑爾環填料
第二節精餾塔主體設計方案的確定
2.1 裝置流程的確定
本次設計採用逆流操作：氣相自塔低進入由塔頂排出，液相自塔頂進入由塔底排出，即逆流操作。
逆流操作的特點是：傳質平均推動力大，傳質速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業生產中多採用逆流操作。
2.2 吸收劑的選擇
因為用水做吸收劑，故採用純溶劑。
2.3填料的型別與選擇
填料的種類很多，根據裝填方式的不同，可分為散裝填料和規整填料兩大類。
2.3.1 填料種類的選擇
本次採用散裝填料。散裝填料根據結構特點不同，又可分為環形填料、鞍形填料、環鞍形填料及球形填料等。鮑爾環是目前應用較廣的填料之一，本次選用鮑爾環。
2.3.2 填料規格的選擇
工業塔常用的散裝填料主要有dn16\dn25\dn38\ dn76等幾種規格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用於小直徑塔中，又會產生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。
因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規定。
常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值d/d的推薦值列於。
表3-1
2.3.3 填料材質的選擇
工業上，填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類
聚丙烯填料在低溫（低於0度）時具有冷脆性，在低於0度的條件下使用要慎重，可選耐低溫效能良好的聚氯乙烯填料。
綜合以上：選擇塑料鮑爾環散裝填料 dn50
2.4 基礎物性資料
2.4.1 液相物性資料
對低濃度吸收過程，溶液的物性資料可近似取純水的物性資料。由手冊查得 20 ℃水的有關物性資料如下：
1.2.
3. 表面張力為:
4.5.
6.2.4.2 氣相物性資料
1. 混合氣體的平均摩爾質量為
(2-1)
2. 混合氣體的平均密度
由2-2)
r=8.314
3. 混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊得20時，空氣的黏度
注： 1 1pa..s=1kg/
2.4.3 物料橫算
1. 進塔氣相摩爾比為
2-52. 出他氣相摩爾比為
2-6)
3. 進塔惰性氣體流量: (2-7) 因為該吸收過程為低濃度吸收，平衡關係為直線，最小液氣比按下式計算。即：
2-8)
因為是純溶劑吸收過程，進塔液相組成
所以選擇操作液氣比為2-9）
l=1.2676356×234.599=297.3860441kmol/h
因為v(y1-y2)=l(x1-x2) x1
第三節填料塔工藝尺寸的計算
填料塔工藝尺寸的計算包括塔徑的計算、填料能高度的計算及分段
3.1 塔徑的計算
1. 空塔氣速的確定——泛點氣速法
對於散裝填料，其泛點率的經驗值u/u=0.5~0.85
貝恩（bain）—霍根（hougen）關聯式 ，即：
=a-k3-1）
即： 所以： /9.81（100/0.917）（1.1836/998.2）=0.246053756
uf=3.974574742m/s
其中：——泛點氣速，m/s;g ——重力加速度，9.81m/s，
wl=5358.89572㎏/h wv=7056.6kg/h
a=0.0942； k=1.75；
取u=0.7 =2.78220m/s
3-2圓整塔徑後 d=0.8m
1. 泛點速率校核： m/s
則在允許範圍內
2. 根據填料規格校核：d/d=800/50=16根據表3-1符合
3. 液體噴淋密度的校核：
(1) 填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量。
(2) 最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。對於直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率。
3-3）
3-4）
經過以上校驗，填料塔直徑設計為d=800mm 合理。
3.2 填料層高度的計算及分段
3-5）
3-6）
3.2.1 傳質單元數的計算
用對數平均推動力法求傳質單元數
3-7）
3-8）
==0.006895
3.2.2 質單元高度的計算
氣相總傳質單元高度採用修正的恩田關聯式計算：
（3-9）
即：αw/αt =0.37404748
液體質量通量為： =wl/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(㎡h)
氣體質量通量為： =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(㎡h)
氣膜吸收係數由下式計算：
3-10）
=0.152159029kmol/(㎡h kpa)
液膜吸收資料由下式計算：
3-11）
=0.566130072m/h
因為0.15215×0.3740×1.451.1×1008.565021kmol/(m3 h kpa3-12）
=0.56613×100×0.37404×1.450.43-13）
24.56912/h
因為： =0.8346
所以需要用以下式進行校正：
3-14）
=[1＋9.5(0.69999－0.5)1.4] 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa)
3-15）
1＋ 2.6 (0.6999－0.5)2.2] 24.569123=26.42106/h
3-16）
=1÷(1÷17.1358+1÷0.725÷26.4210)
9.038478 kmol/(m3 h kpa)
3-17
=234.599÷9.03847÷101.3÷0.785÷0.64
=0.491182 m
3-18）
=0.491182×9.160434=4.501360m,得
=1.4×4.501=6.30m
3. 填料層的分段
對於鮑爾環散裝填料的分段高度推薦值為h/d=5~10。
h=5×800～10×800=4～8 m
計算得填料層高度為7000mm，，故不需分段
3.3 填料層壓降的計算
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