填料塔设计说明书

word格式文档专业整理填料塔设计说明书设计题目：水吸收氨填料吸收塔学院：资源环境学院指导老师：吴根义罗惠莉设计者：赵海江学号：200840408107专业班级：08级环境工程1班word格式文档专业整理一、设计题目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2400m3/h，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1.5倍。二、操作条件1、操作压力常压2、操作温度20℃三、吸收剂的选择吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。所以本设计选择用清水作吸收剂，氨气为吸收质。水廉价易得，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。且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。四、流程选择及流程说明逆流操作气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特点是传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多用逆流操作。五、塔填料选择阶梯环填料。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间隙，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，成为目前使用的环形填料中最为优良的一种选用聚丙烯阶梯环填料，填料规格：填料类型公称直径DN/mm外径×高×厚比表面积at（m2/m3）空隙率m3/m3(%)word格式文档专业整理塑料阶梯环5050*25*1.5114.20.927六、填料塔塔径的计算1、液相物性数对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20℃水的有关物性数据如下：密度为:L=998.2kg/m3粘度为:μL=0.001004Pa·S=3.6kg/（m·h）表面张力为σL=72.6dyn/cm=940896kg/h22、气相物性数据：20℃下氨在水中的溶解度系数为：H=0.725kmol/(m3·kPa)。混合气体的平均摩尔质量为：Mvm=0.05×17.03g/mol+0.95×29g/mol=28.40g/mol,混合气体的平均密度为：ρvm=1.183kg/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:μv=1.81×10-5Pa·S=0.065kg/(m·h)3、气相平衡数据20℃时NH3在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3·kPa),常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为E=76.41kPa。4、物料衡算：亨利系数SLHME相平衡常数754.03.10102.18725.02.998PHMPEmSLE——亨利系数H——溶解度系数Ms——相对摩尔质量word格式文档专业整理m——相对平衡常数进塔气相摩尔比为：05263.005.0105.01Y出塔气相摩尔比为：000105263.005.01)998.01(05.02Y混合气体流量：)/(83.994.2212932732400hkmol惰性气体流量：)/(8385.94)05.01(83.99nhkmolGQ最小液气比：X2=0752.00754.005263.0000105263.005263.0)min(21212121XmYYYXXYYQnGQnL取实际液气比为最小液气比的1.5倍，则可得吸收剂用量为：)/(977828.1065.18385.94752.0nlhkmolQ04656.0977828.1068385.94*)000105263.005263.0()(nG211QnlYYQX则液气比：6792.04.28*04.24/240018*977828.106nLQQ气体质量流量：h/kg2.2839183.12400VW液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：hkgWL/74.192702.18977828.106填料总比表面积：at=114.2m2/m38/14/12.032gulgLVVLLLVtFKAaword格式文档专业整理4803.02.998183.12.283974.192775.1204.0004.12.998183.1927.02.1149.81ulg8/14/12.032F331.0004.12.998183.1927.02.1149.81u2.032F331.0007987.1*001185.0*36.1439.81u2F1.19007987.1*001185.0*36.143/81.33199.0u2F）（Fu=4.37m/su=0.80*Fu=0.80*4.37=3.496m/smuVDS497.0496.33600/240044取证后D=0.5m=500m2785.0hDLu泛点率校核：smu/397.35.0785.03600/24002777.037.4/397.3/Fuu符合三散装的0.5——0.8581050/500dD液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：)/(08.0)(3minhmmLW32/2.114mmat所以)/(136.92.11408.0)(23minminhmmaLUtWword格式文档专业整理min232)/(830.92.9985.0*5.0785.018*977828.106785.0UhmmDLUh经以上校核可知，填料塔直径选用mD5.0合理。七、填料层高度计算查表知，0C，101.3kpa下，3NH在空气中的扩散系数scmD/17.02o23))((oooTTPPDDG，则293k，101.3kpa下，3NH在空气中的扩散系数为/s2cm192.01.75)273293)(101.3101.3(DGD液相扩散系数smDL/1080.129液体质量通量为)/(97923.98115.0785.018977828.10622hmkgUL气体质量通量为)/(26115.144675.0785.0183.1240022hmkgUV})()()()(45.1exp{12.0205.0221.075.0tLLLLtLLtLLctwaUgaUaUaa2/427680/33hkgcmdync351124.0})2.1149408962.99897923.9811()1027.12.9982.11497923.9811()6.32.11497923.9811()940896427680(45.1exp{12.0205.08221.075.0twaa气膜吸收系数由下式计算：word格式文档专业整理)/(143.0)293314.8103600192.02.114()360010192.0183.1065.0()065.02.11426115.14467(237.0)()()(237.0243147.0317.0kpahmkmolRTDaDaUVtVVVvtVG液膜吸收系数由下式计算：517.0)2.9981027.16.3()36001080.12.9986.3()6.32.114351124.097923.9811(0095.0)()()(0095.031821932312132LLLLLLwLLgDaU查表得：45.1haakpahmmolaawLLwGG105.2445.12.114351.0517.0)/(63.845.12.114351.0143.04.04.031.11.1777.037.4/397.3/Fuu0.5需要矫正由auuaauuaLFLGFG])5.0(6.21[])5.0(5.91[2.24.1得，hakpahmkmolaLG15.2805.24])5.08.0(6.21[)/(83.2363.8])5.08.0(5.91[2.234.1则)/(21.115.28725.018.23111113kpahmkmolaHaaLGGGak——气膜体积吸收系数，)/(3kPahmkmol；Lak——液膜体积吸收系数，h/1；word格式文档专业整理mPaVaKVHGYOG42.05.0785.03.10121.118385.942气相总传质单元数为：0037549.00498.0754.02211mXYmXY668.0977828.1068385.94*754.0mnGnlqqS1.15]668.00000105263.0005263.0)668.01ln[(668.011])1ln[(112221SYYYYSSNOGmNHZOGOG342.61.1542.0设计取填料层高度为：mZ7对于阶梯环填料，mhDh6,15~8max将填料层分为2段设置，每段3.5m，两段间设置一个液体再分布器。八、压降的计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为：0233.0)2.998183.1(183.1240018977828.106)(5.05.0LVVL已知：1127mP纵坐标为：177.0004.12.998183.181.91127397.32.022.02LLVPgu查图得，mpaZP/1962word格式文档专业整理填料层压降为：kpapaP734.1371962九、进出口管径的计算常压塔气体进出口管气速可取10～20m/s（高压塔气速低于此值）；液体进出口管气速可取0.8～1.5m/s。管径依所选气速决定后，应按标准管规格进行圆整，并规定其厚度。气体进气口气速取18m/s，液体进液口流速取1.2m/s气体进出口管直径：mm217m217.036001814.340024u4VsD1液体流量：h/m93.12.99802.18977828.106h/kmol977828.106L3液体进出口管直径：mm1.26m0261.03600114.393.14D2按标准管规格进行圆整后得气体进出口管直径D1=200mm液体进出口管直径D2=32mm十、分布器与在分布器选择1、分布器莲蓬式喷淋器:液体经半球形喷头的小孔喷出。小孔直径为3~10m，做同心圆排列，喷洒角不超过80。这种喷淋器结构简单，但只适用于直径小于600mm的塔中，且小孔易堵塞。2、再分布器截锥型再分布器：截锥体与塔壁的夹角一般取为35-400，截锥下口直径D1=（0.7～0.8）D。适于直径800mm以下的塔应用十一、根据计算绘制填料塔图word格式文档专业整理十二、填料塔设计一览表表：填料吸收塔设计一览表吸收塔类型：聚丙烯阶梯环吸收填料塔混合气处理量：2400m3/h名称工艺参数物料名称清水混合气体操作压力，kPa101.3101.3操作温度，℃2020流体密度，kg/m3998.21.183黏度，kg/(m*h)3.60.065表面张力，kg/h9408964