化工原理课程设计-非等温填料吸收塔的设计.docVIP

目录 一.设计任务说明 1.1设计题目 1.2设计任务 1.3原始数据 二.方案选择 2.1塔型选择 2.2吸收流程选择 2.3吸收剂的选择 三.塔工艺理论计算 3.1吸收剂用量计算 3.2出塔氨水液的温度tb的计算 3.3变温下的平衡曲线 3.4操作线 3.5传质单元数NOG计算（图解积分或近似计算）和 有效传质比表面积a(Onda公式或润湿分率法) 3.6塔性能分析 3.7填料的选择 3.8塔径计算 3.9系统填料高度的压力降 3.10传质系统高度的计算 四.主要设备的计算与选型 4.1圆筒外壳 4.2封头 4.3填料 4.4填料支承以及限位装置 4.5液体分布器 4.6液体再分布器 4.7管口结构 4.8除沫器 4.9法兰 4.10支座 4.11液封 4.12塔高设计计算 4.13 补强设计 五.辅助设备的计算与选型 5.1风机 5.2离心泵 六.计算结果及选型汇总 七.结果分析与总结 八.参考文献 一.设计任务说明 1.1设计题目 用清水吸收放空气中的氨的非等温吸收填料塔的设计 1.2设计任务 为了使尿素生产厂合成氨放空气中的有害物质NH3 达到国家环保废气排放标准，需 设计一吸收填料塔，用清水吸收放空气中的氨，为达到国家环保尾气排放标准，处理后放空气中的氨浓度必须不超过400ppm（ppm是百万分之一的单位） 1.3原始数据 1.31．放空气的流量1000kg/h 1.32．其摩尔组成为： 表1物料摩尔组成 物质名 NH3 H2 N2 mol% 3.7% 69.3% 26.7% 1.33．另外含有微量Ar气（）同时其他参数的选择如下： 表2 其他参数数值 微量的Ar气 H2:N2 吸收操作压强 吸收剂入塔温度 吸收率 0.3% 2.62 9bar 300C 99% 附：吸收率求解： 吸收前：3.7% 吸收后：400ppm=400/1000000=0.0004（既是体积分数也是摩尔分数） 吸收率 = (0.037-0.0004)/0.037=98.9% 圆整后，取吸收率99% 1.34．稀氨水的比热近似等于清水的比热。 从图一种可以得知：由于放入空气中氨浓度较大，吸收过程中放出的热量使吸收系统温度上升。填料塔的散热损失忽略不计。 二.方案选择 2.1.塔型选择 本设计任务为设计填料塔,填料塔是化工过程中最为常用的气液接触设备之一,广泛用于蒸馏、吸收等单元操作。填料塔主要由踏体、填料及塔内件构成(如图4-1)。液体通过液体分布器均匀分布于填料顶层，在重力作用下沿填料表面向下流动，与再填料空隙中流动的气体相互接触，发传质与传热。填料塔通常在气液两相逆流状态下操作，用于吸收操作时也有采用并流操作。与板式塔相比，填料塔具有以下优点： eq \o\ac(○,1) 填料塔更适合处理腐蚀性物料，因为采用瓷质或者工程塑料材质的填料可耐腐蚀。 eq \o\ac(○,2) 填料塔更适合处理易起泡物系，填料对泡沫有限制和破碎的作用。 eq \o\ac(○,3) 填料塔更适合处理热敏性物料，因为料塔内的液体滞留量比板式塔少，物料在塔内停留时间较短。 eq \o\ac(○,4) 填料塔更适合真空操作，因为填料塔的压降比板式塔的小。 总之，填料塔有效率高、压降低、结构简单、便于采用耐腐蚀材料制造等显著优点[1]。 2.2吸收流程的确定 本设计选用单塔逆流接触方式,吸收剂无再循环吸收。 单塔：可以满足任务需求，且构造相对简单，维护方便。 逆流：在实际操作过程中，气液传质设备内气液两相大多呈逆流接触，因为当两进、出口浓度相同的情况下，逆流时的平均推动力大于并流，且利用气液相密度差，有利于两相分离[2]。 无循环：本设计中，需吸附的氨的含量较大，且循环需要动力装置，综合考虑经济效益，选用无循环为佳。 2.3.吸收剂的选择 从吸收的原理可知，吸收剂的性能好坏直接影响到吸收操作的分离效果及经济性。因此对吸收剂的选择应满足如下几点要求： （1）在混合气体中，溶质的溶解度要大，这样在相同的操作条件下，处理一定量混合气所需的溶剂数量就会减少，平衡时气体中溶质残余液浓度也可降低，溶解速率增大。吸收、解析的设备尺寸和能耗也会减少。 （2）在混合气中，除溶质外的其他组分的溶解度要小，即有较高的选择性。这样才能使混合气中溶质实现有效分离。 （3）不易挥发，即蒸汽压低、蒸发损失少，同时可减小在气体中混入的吸收剂蒸汽。 （4）粘度低，无腐蚀性，无毒，不易燃，不发泡，来源广泛，价格低廉，易于再生［3］。 综合考虑这些因素，本设计采用水作为吸附剂。 图一 填料塔结构示意图 三.塔工艺理论计算 3.1.吸收剂用量计算 放空气的平均相对分子质量为: M 放空气的摩尔流量: q= 放空气中氨气的载气摩尔流量: q′=q*ω′