化工吸收塔

化工原理课程设计——吸收塔1前言：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。氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次化工原理课程设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。设计采用填料塔进行吸收操作是因为填料可以提供巨大的气液传质面积而且填料表面具有良好的湍流状况，从而使吸收过程易于进行，而且，填料塔还具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，从而可以使吸收操作过程节省大量人力和物力。在化工原理课程设计——吸收塔2设计任务书一、题目净化含氮2%的废气，气体处理量为5150Nm3/h.二、原始设计数据1.气体组成：气体名称NH3N2H2CO含量2%91%5%2%2.净化要求：99.9%3.操作条件：(1)操作压力：常压(1atm)(2)操作温度：30℃4.吸收液：清水三、设计内容1.吸收流程选定2.填料塔塔径、塔高等工艺尺寸的计算及输送机械的选型四、设计要求1.写出设计说明书2.给出工艺流程3.绘出填料塔的总装配图4.输送机械选型化工原理课程设计——吸收塔3内容摘要1．操作条件和工艺参数的计算2．塔设备和附件的选择3．塔设备的装配图工艺流程图及说明化工原理课程设计——吸收塔4设计计算过程一、简化证明吸收过程是一复杂的物理化学过程，为使计算方便特作如下的简化：1.确定过程为单组分吸收气体各组分30℃下的亨利系数：气体组分NH3H2CON2亨利系数E（Kpa）122.577.39×1066.28×1069.36×106由表格中各气体组份的亨利系数数据可知，在操作条件下（30℃，1atm），H2,,CO,N2的亨利系数均比NH3的亨利系数大104倍以上，即H2,,CO,N2在该条件下的溶解度小于NH3溶解度的1/10000，因此，在工程计算过程中可以认为该操作只吸收NH32.确定过程为低浓度吸收气体中被吸收组分含量10%即可认为是低浓度吸收，根据任务条件，混合气中NH3含量为2%符合低浓度吸收，因此，该操作可视为低浓度吸收。3.假定过程为恒温吸收，在后面计算过程中加以验证。二、塔的设计（一）塔径的计算1．气体物理性质及工艺参数：（1）气体平均分子量mVM（表一）气体组分NH3H2CON2气体含量2%5%2%91%分子量17.0312.01628.0128.013molKgMxMiimV493.2601.28%2016.2%5013.28%91031.17%2（2）气体流量GG=(QV/22.4)(T+273)/273=5150/22.4273/)27320(=246.75hKmol（3）混合气体密度VGMWmVV26.493×246.75=6536.41hKg化工原理课程设计——吸收塔5382.1mkgQWvvvRTMmnRTPVRTRTVmPMT11221TT3/0650.1303273182.1303273)273()300(mKgKKvv2．液体物理性质及工艺参数：（1）液体密度和粘度因为吸收液中NH3的含量很低，近似认为水V水L37.995mKg水smPa8007.0水（2）液体流量2121minxxyyGLe210.1325.10157.122TPEm02.01y52102%1.002.0y0165.0210.102.011myxe02x2109.100165.010202.05minGLmin2~1.1GLGL*查《化工原理》（上）附表*比例系数取2进行计算，喷淋密度)/(44.523hmmU,U＜minU,不符和设计要求。因此，假定L的大小，经计算的乙下数据：（表二）计算数据L(hKmol)140015001600170018001900U()/(23hmm)22.3717.6218.7919.9621.1422.31min1.1U()/(23hmm)16.72塔径(m)1.201.401.401.401.401.40smuf1.7991.7651.7311.6601.6241.517)/(60.0smuuf1.0791.0591.0390.99620.97440.9102fuu/70.31%52.65%53.68%55.98%57.22%61.25%化工原理课程设计——吸收塔6依据设计要求，U＞min1.1U，u值0.2~1.0m/s,fuu/在50%～80%范围内，塔径只有1.40m的设计尺寸。根据以上设计要求，L=1900Kmol/h才能符合设计要求。本次设计计算，取1900LhKmolhKgLMWOHL/342001819002即当min4.675.24634200GLGL时（3）氨的含量：)()(2121yyGxxL代入数据：)10202.0(75.246)0(190051x0026.01x（4）确定操作过程为等温吸收：因为混合气中氨气含量很少，可以认为溶解到液体中的NH3所放出的热量绝大部分被液体吸收。NH3溶解的放热速率：30C时，KmolKJ34900CKgKJCP17.4水（为NH3在水中的熔解热，水PPCC）hKJLxxQ/1724063490019000026.0)(21209.13420017.4172406LPWCQtCC5一般，当气体溶解温度变化小于5度时，操作过程可视为等温过程。3．填料物理性质及工艺参数：（表三）(填料工艺尺寸)4.塔径计算hKmolL/1900hKgWL/34200171.07.9950650.141.6536342005.05.0LVVLWW填料种类尺寸mm比表面积32mm空隙率)/(32mm填料因子)1(m气膜填充系数RG液膜填充系数RL陶瓷拉西环（乱堆）25*25*2.51900.784002.70.88化工原理课程设计——吸收塔7查《化工原理》P199图10-54得：096.02.02LVFguL25×25×2.5mm陶瓷拉西环（乱堆）的填料因子1400m；又因液体是清水，故液体密度校正系数1，水的粘度smPaL8007.0。smguLVLF517.18007.0065.114007.99581.9096.0096.02.02.0一般空塔气速为泛点气速的50%-80%，且一般填料塔的气速范围为sm0.12.0，此可取空塔气速为泛点气速的60%。9102.0517.160.060.0Fuusm*41.136009102.051504)4(uQDVm圆整得：D=1.40m再算空塔气速：*9293.036004.151504422DQuVsm泛点率（安全系数）：*%25.61517.19293.0Fuu因为填料规格为25×25×2.5。塔径与填料尺寸之比大于8，又因为填料尺寸小于75mm，故取08.0minWLhmm3，则最小喷淋密度：minU2.1519008.0minWLhmm23操作条件下的喷淋密度为：*31.224.147.995342002SQULhmm23为安全起见，喷林密度应略大于1.1Umin，1.1minU=16.72hmm23因此，吸收塔的喷淋密度符合标准5.每米填料层的压降横坐标：：17.0)(5.0LVVLWW纵坐标：036.0096.0)6125.0()(22.0222.02LLVfFLLVguuuugu化工原理课程设计——吸收塔8查化工原理（下）P199图得mPaZP/335（二）塔高的计算1．传质单元数：22112211)()(mxymxylmxymxyynm1y01685.00026.021.102.011mxy2y55221020102mxy对数平均推动力：22112211)()(mxymxylmxymxyynm00250.010201685.010201685.055nl传质单元数：0.800250.010202.0521mOGyyyN2．传质单元高度：（1）计算气相传质单元高度GH32175.025.0')1(1.363600CCCVVVaCRHGLGGG①GV和LV的计算：*hmaULW/3117.019031.22查表得液膜厚度cm043.0表修正系数078.1)005.12.9988007.07.995()(3131''LLLLB液膜厚度cmB0399.0078.1043.0043.0持液量0758.0190100399.02ahm3湿空隙率70419.00758.078.0'33mm查液体表面速度smVL/077.0表0830.0078.1077.006.0BVLsm化工原理课程设计——吸收塔9气体表面速度3197.170419.09293.0'uVGsm②气相物性因数C：5.025.0)10(gVVDC75.0%959510071.072.071.0%5510076.042.142.1C③浓度较正系数1C：GLnGLlmpPpPlPpPpPPpPC)()()(1可溶性气体在气相中的浓度不超过5%—10%，1C可视为1。④压力较正系数2C：25.02PC（P为系统总压，单位：atm）所以1125.02C⑤温度较正系数3C：56.056.03)(2.12)293(293fGfGTTTTC对于温度在60C以下的物系不考虑3C查表，mm5.22525陶瓷拉西环（乱堆）的7.2GR，以上数据带入公式得：mHG1869.011)3197.10830.01()3197.1(19075.07.21.3670419.0360075.075.0（2）计算液相传质单元高度LH3.0544.32WLLLLCRCCH查表得mm5.22525陶瓷拉西环（乱堆）的88.0LR相物性因数：5.053.010LLLLDC液相物性因数05.0LC润湿指数较正系数4C：化工原理课程设计——吸收塔10查表可知：乱堆拉西陶瓷环，25n=0.750272.1117.02.0)2.0(7.075.07.04nWLC③温度较正系数5C：78.0)005.13038007.0293()005.17.9958007.02.998()293()(5.053.05.0''53.0''5LLLLLLTCmLCRCCHWLLL2953.0117.088.005.04.3278.00272.14.323.03.054（3）总传质单元高度：mHLmGHHLGOG2333.02953.0190075.246210.11869.03.填料层高度：mHNHOGOG8664.10.82333.0加上0