1、环境工程原理课程设计清水吸收氨的填料塔装置设计说明书院（系）另U：专业:年级班:姓名:学号:指导老师:资源与环境学院环境工程前言：课程设计是比较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、
2、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。经过学习，我知道，填料塔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。工程实践表明，合理的系统工艺和塔体设计，是保证净化效果的前提。这次课程设计我把聚丙烯阶梯填料应用于水吸收氨过程的工艺设计以及工程问题。目录一、设计任务书3二、设计方案简介31、方案的确定42、填料的类型与选择43、设计步骤4三、工艺计算41、基础物性数据52、工艺尺寸计算6四、辅助设备的计算及选型错误!未定义书签。1、除雾沫器错误!未定义书签。2、液体分布器简要设计错误!未定义书签。3、填料支承装置错误!未定义书签
3、4、填料限制装置错误!未定义书签。五、设计结果汇总20六、工艺流程图21七、课程设计总结22八、主要符号说明22九、参考文献23十、附图（氨气吸收塔条件图）错误!未定义书签。一设计任务书（一）设计题目水吸收NH3过程填料吸收塔的设计：试设计一座填料吸收塔，用于脱除焙烧炉送出的混合气体（先冷却）中的NH3,其余为惰性组分，采用清水进行吸收。混合气体的处理量ms/h10800混合气体NH3含量（体积分数）5.5%NH3的回收率不低于96%吸收剂的用量与最小用量之比1.6（二）操作条件（1）操作压力常压（2）操作温度20（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
4、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。二设计方案简介2.1 方案的确定用水吸收NH3属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，且NH3不作为产品，故采用纯溶剂。2.2 填料的类型与选择对于水吸收NH3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DN38聚丙烯阶梯环填料。阶梯环是对鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半，并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路
5、径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。2.3 设计步骤本课程设计从以下几个方面的内容来进行设计（一）吸收塔的物料衡算；（二）填料塔的工艺尺寸计算；主要包括：塔径，填料层高度，填料层压降；（三）设计液体分布器及辅助设备的选型；（四）绘制有关吸收操作图纸。三、工艺计算3.1 基础物性数据3.1.1 液相物性数据对低浓度吸收过程,溶液的物性
6、数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得,20时水的有关物性数据如下：密度为pL=998.2kgm3粘度为L=0.001Pas=3.6kg(mh)表面张力为L=72.6dyncm=940896kgh2NH3在水中的扩散系数为DL=2.04xl012s=7.344xl0-6m2h(依Wilke-ChangW计算，查化学工程基础)3.1.2 气相物性数据设进塔混合气体温度为20,混合气体的平均摩尔质量为Mvm=yiMi=0.0517.03+0.9529=28.40gmol混合气体的平均密度为pvm=1.18O6kg/m3混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20空气的粘度为v=1.8110-5
7、Pas=0.065kg(mh)查手册得NH3在空气中的扩散系数为Dv=0.255cm2s=0.08lm2h3.1.3 气液相平衡数据由手册查得，常压下20时NH3在水中的亨利系数为E=76.41kPa相平衡常数为m=EP=76.41101.3=0.754溶解度系数为H=pEM=998.276.4118.02=0.7254kmolkPam33.1.4 物料衡算(1) .进塔混合气中各组分的量近似取塔平均操作压强为101.3kPa,故：l8f273.15V混合气量=127315+20；22.4=441.7混合气NH3中量=441.7x0.055=24.29kmol/h=24.2917.03=413
8、66kg/h设混合气中惰性气体为空气，则混合气中空气量=441.71-24.29=417.42kmol/h=417.4229=12105.18kg/h(2) .混合气进出塔的摩尔组成y=0.05524,29(1-0.96)y2=41742+24290O.96)=o.oo2323(3)混合气进出塔摩尔比组成进塔气相摩尔比为V0.0551=1-0.055=0.0582出塔气相摩尔比为Y2=0.0582(1-0.96)=0.002328(4)出塔混合气量出塔混合气量=417.42+24.29x0.04=418.3916kmolh=12105.18+441.70.04=12122.848kgh(5)
9、吸收剂(水)的用量L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对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2=0fL0.0582-0.002328min=V)0.0582/0.754-0=0724取操作液气比为L_V=1.60.724=1.158L=1.158417.42=483.432kmol/h(6)塔底吸收液组成XiV(Yl-Y2)=L(Xi-X2)417.42x(0.0582-0.002328)483.432=0.0482(7)操作线方程依操作线方程483.432417.42X+0.002328Y=1.158X+0.0023283.2 填料塔的工艺尺寸的计算3.2.1 塔径
10、的计算采用ECkert通用关联图计算泛点气速。气相质量流量为wv=10800l.1806=12751.4kg/h液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即Wl=483.43218.02=8711.4kgh其中：PL=998.2kgm3pv=1.1806kgm3g=9.81ms2=1.27108mh2Wv=12751.4kg/hWL=8711.4kghL=0.001Pas(1)采用Ecekert通用关联图法计算泛点气速ufo通用填料塔泛点和压降的通用关联图如下：图一填料塔泛点和压降的通用关联图(引自化工原理)0.00100020.01OSoo爷Of020(LI图中m空塔气速，m/s；湿填料因子，简称
11、填料因子，1/m；水的密度和液体的密度之比；g重力加速度，m/s2；pV、pL分别为气体和液体的密度，kg/m3；VrV、wL分别为气体和液体的质量流量，kg/So此图适用于乱堆的颗粒形填料，如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等，其上还绘制了整砌拉西环和弦栅填料两种规整填料的泛点曲线。对于其他填料,尚无可靠的填料因子数据。Eckert通用关联图的横坐标为Wl_(PA8711.4p,1806WpJo.5=12751.4V998.2Jo.5=OO235查图一查得纵坐标值为表一散装填料泛点填料因子平均值填料类型填料因子，1/mDN16DN25DN38DN50DN76金属鲍尔环410117160
12、金属环矩鞍170150135120金属阶梯环160140塑料鲍尔环55028018414092塑料阶梯环260170127瓷矩鞍1100550200226瓷拉西环1300832600410(化工原理课程设计附录十一)查得：f=170a11-1F=I03gaJ0.3X9.81x998.2一Fpv俨=170ll.18O6l02=3,826(2)操作气速由以下公式计算塔径：(化工原理课程设计)D=-Vnu对于散装填料，其泛点率的经验值为山产0.50.85取u=0.7Wf=O.73.826=2.678ms(3)塔径d47s4x10800/3600由Vn=3.14x2.678=1.19圆整塔径，取。=L
13、2m。（4）泛点率校核：10800/3600u=丁0.7851.22_P_2,653UF-3.826D_12007-88711.4/998.20.7851.22匕*=加%=0CmV0.754417.42S=483.4321-0.651lnt-65三+65n1Ki-Ki*Nog=S）+SI-SY2-Y2*、0.2Ul=8711.40.7851.22OC竺_1_eL145(427680丫7755.88YY7755.88?x114.2117755.88?，Z-exp，940896；114.2x3.6；k998.221.27108J1998.2940896x114.2TT108001.1806UV=0
14、7851.22KG=。237(U279610065J142(三)114.2x0.065；塔顶取样掉入地沟一塔底取样选择和条件的最优化；（5）对工艺流程图的理解以及绘制简单的流程图和设备结构；（6）还有一些其他的问题，例如计算的准确度等等。最后，深感要完成一个设计是相当艰巨的一个任务，如何细节的出错都有可能造成实际操作中的经济损失甚至生命安全塔顶空间高度，m；UO.mino液体通过降液管底隙的速度，m/s；Z板式塔的行效高度，m；九、参考文献1 .武汉大学，化学工程基础，高等教育出版社,2001.2 .马江权，化工原理课程设计（第二版），江苏工业学院，2007.3 .眶国柱,史启才,化工单元过程及备课程设计，北京：化学工业出版社，2002.4 .贾绍义，柴诚敬，化工原理课程设计，天津大学出版社,2002.5 .涂伟萍，陈佩珍，程达芳，化工过程及设备设计，北京：化学工业出版社,2000.6 .杨祖荣，刘丽英，刘伟，化工原理，北京：化学工业出版社,2004.7 .管国峰，化工原理，北京：化学工业出版，2003.
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