化工原理课程设计说明书（水吸收氨气填料塔）

Keywords: absorption, packed tower, ammonia

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第1章 设计方案简介

用水吸收氨气为提高传质效率，选用逆流吸收流程；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。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。填料选择的是聚丙烯阶梯环，属于塑料填料；塑料填料的耐腐蚀性能较好，并且具有质轻、价廉、耐冲击、不易破碎等优点。阶梯环填料属于散装填料，规格选用DN50聚丙烯阶梯环填料。氨气在水中溶解度较大，故吸收剂选用清水；温度在填料的适宜温度下选择20℃。

第2章 工艺计算及主体设备选型

2.1基础物性数据

2.1.1液相物性数据

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℃时水的有关物性数据如下： 密度：ρL?998.2kg/m3；粘度：μL?1.0mPa?s?3.6kg/(m?h) 表面张力：?L?940896kg/h2；

NH3在水中的扩散系数：DL?6.336?10?6m2/h 2.1.2气相物性数据

①进塔前混合气体的流量2000 m3/h为标况下，所以0℃时气体有关物性数据由手册查得如下：

混合气体的平均摩尔量：M?0.94?29?0.06?17?28.28g/mol； 混合气体的平均密度：?G?

PM101.3?28.28??1.26kg/m3； RT8.314?273.15- 3 -

② 进塔后操作温度为20℃，20℃时气体有关物性数据如下： 混合气体的平均密度：?G?PM101.3?28.28??1.175kg/m3； RT8.314?293.15NH3在20℃空气中的扩散系数：DG?8.28?10?2m2/h； 混合气体粘度可近似取为空气的粘度；

/m?h）混合气体的粘度：?G?1.81?10-5Pa?s?0.065kg（；

2.1.3气液相平衡数据

已知20℃时氨在水中的溶解度系数H=0.725 kmol/(m3?kPa) 常压下20℃时氨在水中的亨利系数【1】为：

E?ρS998.2??76.406KPaHMS0.785?18MS为溶剂的摩尔质量，kg/kmol; ρS为溶剂即水的密度，kg/m3 相平衡常数为：m?2.1.4.物料衡算

G—惰性气体的流量，kmolh；L—纯吸收剂的流量，kmolh； Y1，Y2—进出吸收塔气体的摩尔比； X1，X2—出塔及进塔液体中溶质物质量的比 进塔气体摩尔比：Y1?出塔气体摩尔比：Y2?y10.06??0.0641-y11-0.06E76.406?≈0.754 P101.3

y20.0002??0.02% 1?y21?0.0002进塔惰性气体的流量：G?2000??1-0.06??83.93kmol/h 22.4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【1】计算，即(L)min?Y1-Y2；

GY1m-X2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：

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X2?0

代入数值，得：

L0.064?0.0002()min??0.75160.064G-00.754；

取实际液气比为最小液气比的1.8倍，即 ?1.8()min有： L?1.8?0.7516≈1.35 GLGLG得：L =83.93?1.35?113.3 kmol/h

由G?Y1-Y2??L?X1-X2?，求得吸收液出塔浓度为：

X1?G?Y1-Y2?83.93(0.064-0.0002)?X2??0≈0.047 L113.32.2填料塔的工艺尺寸的计算

2.2.1塔径的计算 气相质量流量为

G'?2000?1.26?2520kg/h；

液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即

L'?113.3?18.02?2041.67kg/h；

填料的泛点气速可用经验方程式计算，即贝恩-霍根关联式【2】：

0.25?uF2?at???G?0.2??L'???G lg??3???????L??A?K?G'???g?????L???L???????0.125

式中：

uF——泛点气速，m/s；g——重力加速度，9.8m/s2；

at——填料总比表面积，m2/m3；?——填料层空隙率，%；

A、K——关联常数；

常数A和B与填料的形状及材质有关，本次所选的塑料阶梯环填料的

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