化工原理课程设计课程名称: _ 化工原理设计题目: __水吸收空气中氨填料塔的工艺设计____ 院系: ___化学与生物工程学院__________学生姓名: _____王永奇__________学号: ____200907117________专业班级: __化学工程与工艺093_指导教师: ______张玉洁_________化工原理课程设计任务书一、设计题目：水吸收空气中的氨填料塔的工艺设计二、设计条件1.生产能力：每小时处理混合气体4500Nm/h；2.设备型式：填料塔3.操作压力：101.3KPa4.操作温度：298K5.进塔混合气中含氨8%（体积比）6.氨的回收率为99%7.每年按330天计，每天24小时连续生产8.建厂地址：兰州地区9.要求每米填料的压降都不大于103Pa三、设计步骤及要求1. 确定设计方案（1）流程的选择（2）初选填料类型（3）吸收剂的选择2.查阅物料的物性数据（1）溶液的密度、粘度、表面张力、氨在水中的扩散系数（2）气相密度、粘度、表面张力、氨在空气中的扩散系数（3）氨在水中溶解的相平衡数据3.物料衡算（1）确定塔顶、塔底的气液流量和组成（2）确定泛点气速和塔径（3）校核D/d>8～10（4）液体喷淋密度校核：实际的喷淋密度要大于最小的喷淋密度。
4.填料层高度计算5.填料层压降校核如果不符合上述要求重新进行以上计算6.填料塔附件的选择（1）液体分布装置（2）液体在分布装置（3）填料支撑装置（4）气体的入塔分布7.计算结果列表（见下表）四、设计成果1. 设计说明书（A4）（1）内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录（2）格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印。
2.精馏塔工艺条件图（2号图纸）（手绘）五、时间安排（1）第十九周---第二十二周（2）第二十二周的星期五（7月20日）下午两点本人亲自到指定地点交设计成果，最迟不得晚于星期五的十八点钟。
六、设计考核（1）设计是否独立完成；（2）设计说明书的编写是否规范（3）工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范（4）答辩七、参考资料1.《化工原理课程设计》贾绍义柴成敬天津科学技术出版社2.《现代填料塔技术》王树盈中国石化出版社3.化工原理夏清天津科学技术出版社填料吸收塔设计一览表1.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。
对于水吸收氨气的过程，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50N D 聚丙烯阶梯环填料。
[1][2]2．工艺计算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。
[1][3]由手册查得，25℃时水的有关物性数据如下：密度为 3997.05/L kg m ρ=粘度为 30.894910 3.2/()L Pa S kg m h μ-=⨯⋅=⋅ 表面张力为 271.9/931824/L dyn cm kg h σ== 氨气在水中的扩散系数为 628.53210/L D m h -=⨯ 2.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为04.282992.01708.0=⨯+⨯==∑i i Mm M y M混合气体的平均密度为146.1298314.804.283.101m =⨯⨯==RT PM Vm V ρ 混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得25℃空气的粘度为0.066/()V kg m h μ=⋅查手册得氨气在空气中的扩散系数为20.0698/V D m h =2.1.3相平衡数据由手册查得，常压下25℃时氨气在水中的亨利系数为[1]99.78E kPa =相平衡常数为99.780.985101.3E m P === 溶解度系数为3997.050.555/()99.7818.02LSH kmol kPa m EM ρ===⋅⨯2.2 物料衡算 进塔气相摩尔比为0870.008.0-108.0-y 1Y 211===y 出塔气相摩尔比为000870.0)99.0-1(0870.0)-1(12=⨯==ηY Y进塔惰性气相流量为82kmol/h.184)08.01(4.224500=-⨯=V 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，即12min 12()/Y Y LV Y m X -=- 对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为20X =975.00-985.0/0870.0000870.0-0870.0/22121min=--=X Y Y Y Y V L ）（ 取操作液气比为4625.1975.05.1)L(5.1)(min =⨯==VV L 30.2704625.182.184=⨯=L1212()()V Y Y L X X -=-0589.030.270)000870.00870.0(82.1841=-⨯=X2.3 填料塔的工艺尺寸的计算2.3.1 采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为h kg w v /4724298273273146.14500=+⨯⨯=液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即h kg w L /81.487002.1830.270=⨯=Eckert 通用关联图的横坐标为035.0)05.997146.1(472481.4870)(5.05.0=⨯=L V V L w w ρρ 查图5-21得205.02.02=L LV F F g u μρρψφ查表5-11得1-143m F =φ537.38949.0146.1114305.99781.9205.0205.02.02.0=⨯⨯⨯⨯⨯==LV F LF g u μψρφρ 取 s m u u F /476.2537.37.07.0=⨯==由 m uV D S767.0476.214.33600/25273273450044=⨯+⨯⨯==π 圆整塔径，取 m D 8.0=。
泛点率校核：s m u /279.2476.214.33600/252732734500=⨯+⨯=οοοο44.646444.0100537.3279.2==⨯=F u u （在允许的范围之内）填料规格校核：81650800d >==D 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为3min ()0.08/W L m m h =⋅ 查附录五得23114.2/t a m m =32min min ()0.08114.29.136/W t U L a m m h ==⨯=⋅min 2724.90.80.78581/997.05.4870U U >=⨯=经以上校核可知，填料塔直径选用D=800mm 合理。
2.3.2填料层高度计算0580.00589.0985.0m 1*1=⨯==X Y *220Y mX == 脱吸因数为6735.030.27082.184985.0m =⨯==L V S 气相总传质单元数为*12*221[(1)]1OGY Y N In S S S Y Y -=-+-- ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=6735.00-000870.00-0870.06735.0-1n 6735.011I 7389.10=气相总传质单元数采用修正的恩田关联式计算：220.750.10.050.221exp{1.45()()()()}W C L t L L t L t L L L L tU U U a g ασαασμρρσα-=-- 查表5-13得233/427680/C dyn cm kg h σ==液体质量通量为()h U L ⋅=⨯=22m 08kg/.96958.0785.081.4870⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯=0.220.05-820.10.75)114.2940896997.059695.08()1027.1997.05114.29695.08()3.2114.29695.08()931824427680(45.1-exp -1t w αα 355.0=气漠吸收系数由下式计算：0.71/30.237()()()VV t VG t VV V U D k D RTμααμρ= 气体质量通量为()h m U V /kg/59.94038.0785.0146.125273273450022=⨯⨯+⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=298314.8698.02.114698.0146.1066.0066.02.11459.9403237.0k 317.0G()kpa h m ⋅⋅=210518kmol/.0 液漠吸收系数由下式计算：2/31/21/30.0095()()()LL L L W LL L LU g k D μμαμρρ-= 3121-6-3205.9971027.12.310532.805.9972.33.20.3552.11408.96950095.08⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=6443m/h .0=由 1.1G G W k a k a ψ=，查表得 : 1.45ψ=则 1.1G G W k a k a ψ=)m 4170koml/(.645.12.114355.010518.031.1kpa h ⋅⋅=⨯⨯⨯= 1.1L L W k a k a ψ=h 306/.3045.12.114355.06443.00.4=⨯⨯⨯=︒︒>︒︒=5044.64Fu u由 , 1.4, 2.2[19.5(0.5)],[1 2.6(0.5)]G G L L F Fu u k a k a k a k a u u =+-=+-，得[])koml/(m 472.104170.60.5)-(0.64435.91k 31.4,G kpa h a ⋅⋅=⨯+=()[]h a L /398.31306.305.0-6443.06.21k 2.2,=⨯+=则 ,,111G G L k a k a Hk a =+()kpa h m ⋅⋅=⨯+3541koml/.6398.31555.01472.1011由 OG Y G V VH K a K aP ==ΩΩ555m .08.0785.03.101541.682.1842=⨯⨯⨯由 5.960m 7389.10555.0=⨯==O G O G N H Z, 1.25 4.953 6.19Z m =⨯=45m .7960.525.1z ,=⨯=设计取填料层高度为m Z 8,=查表，对于阶梯环填料，m h D6,158hmax ≤-= 取8,hD=则 mm 64008008h =⨯=计算得填料层高度为8000 mm ，故需分段，分为两段，每段4000mm 。