化工原理课程设计说明书（填料吸收塔设计）姓名：班级：应化BG081 -系别：药化学院指导教师：日期2011.1.3~2011.1.12目录1.化工原理设计任务书............................................... 错误！未定义书签。
1.1设计题目 ........................................................ 错误！未定义书签。
1.2设计条件 ........................................................ 错误！未定义书签。
1.1设计内容和要求............................................ 错误！未定义书签。
1.3设计成果 ........................................................ 错误！未定义书签。
2.设计方案与工艺流程............................................... 错误！未定义书签。
2.1设计方案 ........................................................ 错误！未定义书签。
2.2工艺流程 ........................................................ 错误！未定义书签。
3.基础数据 ................................................................... 错误！未定义书签。
3.1气相物性参数................................................ 错误！未定义书签。
3.2液相物性参数................................................ 错误！未定义书签。
4.物料衡算 ................................................................... 错误！未定义书签。
4.1混合气体进出塔组成.................................... 错误！未定义书签。
4.2塔底吸收液浓度............................................ 错误！未定义书签。
5.填料塔工艺尺寸的计算........................................... 错误！未定义书签。
5.1塔径计算 ........................................................ 错误！未定义书签。
5.11填料层高度计算.......................................... 错误！未定义书签。
6.填料层压降计算 ....................................................... 错误！未定义书签。
7.填料吸收塔附属设备............................................... 错误！未定义书签。
7.1填料支承板 .................................................... 错误！未定义书签。
7.2填料压板和床层限制版................................ 错误！未定义书签。
7.3气体进出口装置和排液装置........................ 错误！未定义书签。
8.主要符号说明 ............................................................ 错误！未定义书签。
9.填料塔的设备尺寸图................................................ 错误！未定义书签。
参考文献： (13)化工原理课程设计任务书一、设计题目：氨填料吸收塔设计二、设计条件：设计一座填料吸收塔，用于脱出混合气体中的氨气。
混合气体的处理量为850kg/h，进塔混合气含氨6﹪（体积），吸收剂为清水。
要求氨的回收率为99﹪。
操作压力为常压，操作温度为20℃。
平衡关系为y=0.9x.三、设计的内容和要求:针对给定物系的填料塔立题，确定设计方案。
选择吸收剂、流程及生产条件选定，进行物料、吸收剂用量、吸收液塔底组成计算。
采用关联图法计算塔径，操作气速的计算；核算喷淋密度、径比、填料高度的计算；进行填料层压降的核算等工艺设计计算。
主要辅助设备的选型设计，编写设计说明书，绘制吸收塔的工艺条件图。
四、设计成果：1、设计说明书一份；2、A4设计图纸：填料塔的设备尺寸图。
一、 设计方案与工艺流程图1、设计方案本次课程设计的任务是设计氨填料塔。
用清水吸收混合气中的氨，为提高传质效率，选用单塔逆流吸收流程，即液体由上至下，气体由下而上流动。
在逆流操作时，气、液两相传质的平均推动力最大，可以减少塔设备尺寸。
此外，流出的吸收剂与浓度最大的进塔气体接触，溶液的最终浓度可达到最大值；而出塔气体与新鲜的或浓度较低的吸收剂接触，出塔气中溶质的浓度可降至最低。
吸收过程通常在塔内完成，吸收剂（清水）由泵送到吸收塔顶，对送来的混合气体进行吸收。
吸收液从塔底流入贮槽，吸收尾气放空。
吸收剂进入塔前设置冷却器对其降温，以利于吸收。
二、基础数据1、 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为M=0.06×17+0.94×29=28.28kmolkg /混合气体的平均密度为 G ρ＝4.2228.28×20273273+＝1.176kg ／3m 混合气体的摩尔流率为 G=kmolkg hkg /28.28/850=30.06h kmol /混合气体的体积流量为 s V =3/176.1/850mkg hkg =722.79h m /3 2、 液相物性数据对于低浓度吸收过程，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 ρ=998.23/m kg粘度为L μ＝1.005 mP a ·s三 、物料衡算1．混合气体进出塔（物质的量比）组成 Y 1=111y y -=0.0638 Y 2=1Y (1- A φ)=0.0638×0.01=0.000638(以塔顶排放气体中氨含量1%计) 2．塔底吸收液浓度 操作线方程为:Y=0.9X. 吸收剂(水)的用量Ls由操作线方程知:当Y 1＝0.0638时,X 1*=0.0709,计算最小吸收剂用量,min S L12,min12*S B Y Y L V X X -=-=30.06×0.0709106.38-0.0638-4⨯＝ 26.78kmol ／h取安全系数为3.0，则Ls ＝3.0×26.78＝80.34kmol ／h = 1446.08kg/h 依物料衡算式 塔底吸收液浓度1X1X =34.8006.30×（0.0638-0.000638）= 0.024 四 、填料塔工艺尺寸的计算图（一）1、塔径计算塔底气液负荷大，依塔底条件(混合气20℃)，101.325kPau （1）.采用Eckert通用关联图法(图1)计算泛点气速F ①有关数据计算＝850kg／h塔底混合气流量V`S吸收液流量L`＝1446.08kg／hρ＝1.176kg／3m进塔混合气密度Gρ＝998.2kg/3m吸收液密度Lμ＝1.005 mP a·s吸收液黏度L经比较，选DN38mm 聚丙烯阶梯环。
查《化工原理》教材附录可得，其填料因子φ=1751m -，比表面积a t ＝132.523/m m ②关联图的横坐标值``V L (L G ρρ)1/2=85008.1446(2.998176.1)1/2=0.058 ③由图1查得纵坐标值为0.15即L LG 2F g μρρμ）（Φ0.2=0.15求得液泛气速F u =2.67m/s (2)．操作气速取u ＝0.6F u ＝0.6×2.67 ＝1.60m/s (3).塔径4S V D uπ==60.1785.0360079.722⨯⨯= 0.3998 m=399.8mm取塔径为0.4m(＝400mm) (4)．核算操作气速U=24.0785.0360079.722⨯⨯=1.60m/s < F u(5)．核算径比D/d ＝400/38＝10.5 > 8，满足阶梯环的径比要求。
(6)．喷淋密度校核取min ()w L = 0.083m /(m ·h) 最小喷淋密度L 喷min= 0.08×132.5＝10.6 3m /(m 2·h)因L 喷＝24.0785.02.99808.1446⨯⨯＝11.5343m /(m ·h) >L 喷min故满足最小喷淋密度要求。
2、填料层高度计算(1)．传质单元高度OG H 计算本设计采用恩田式计算填料润湿面积a w 作为传质面积a ，依改进的恩田式分别计算L k 及G k ，再合并为La k 和Ga k 。
①列出备关联式中的物性数据气体性质(以塔底20℃，101.325kPa 空气计)；G ρ＝1.176 kg/3m (前已算出)； G μ＝0.0181×310-.Pa s (查附录)；G D ＝1．98×510-2/m s ；液体性质L ρ＝998.2 kg/3m ；L μ＝1.005×310-Pa ·s ；L D =1.344×910-2/m s ；L σ＝72.6×310-N ／m(查化工原理附录)。
气体与液体的质量流速：L G `=24.0785.0360008.1446⨯⨯=3.21/kg 2（m .s ）V G `=24.0785.03600850⨯⨯=1.88/kg 2（m .s ）DN38mm 聚丙烯阶梯环(乱堆)特性：p d ＝38mm; t a ＝132.523/m m ;C σ=33×10-3 N/m; 有关形状系数ψ，ψ=1.45（阶梯环为开孔环） ②依式⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎩⎨⎧--=2.0'05.02'1.075.022')(45.1exp 1L t t t a a L g a L a L c a a L G L G L t G L t w σρρμσσ=1exp -{-1.45（3106.2710333-⨯⨯-）0.75（3101.00532.51 3.21-⨯⨯）0.1（81.98.29932.513.2122⨯⨯）-0.05（32106.2798.29 3.21-⨯⨯）0.2}=10.317-=0.683 故w a =t t.a a wa =0.683×132.5=90.523/m m ③依式K L =0.0095(G w G a L μ`)2/3(L L L D ρμ)-1/2(LL g ρμ)1/3=0.0095(3100181.05.9021.3-⨯⨯)2/3(9310334.12.99810005.1--⨯⨯⨯)-1/2(2.99881.9005.1⨯)1/3=1.17×10-2 m/s ④依式k G= 0.237(G t G a V μ`)0.7(G G G D ρμ)1\3(RTD a Gt ) = 0.237 (3100181.05.13230.1-⨯⨯)0.7(531098.1176.1100181.0--⨯⨯⨯)1/3(293314.81098.15.1325⨯⨯⨯-)=8.168×10-6kmol/(m 2·S ·kPa)故 1.1G G w k a k a ψ==8.168×610-×90.5× 1.11.45=1.1×10-3 (m/s)0.4L L w k a k a ψ==1.17×10-2×90.5×0.41.45=1.23m/s (2)计算Y K aY K a ＝G K a P ，而111G GL a K a k a H k=+，H=0.725kmol/(3.m kpa )aK G 1=3101.11-⨯＋725.023.11⨯求得: a K G =1.09×10-33/(..)kmol m S kPaY K a ＝G K aP =1.09×10-3×101.3=0.113/(.)kmol m S(3)计算OG HOG H =Ωa K V Y B=24.0785.011.03600/06.30⨯⨯=0.60m(4)．传质单元数OG N 计算1Y ∆=1Y -m 1X =0.0638-0.9×0.024=0.04222Y ∆=22mX Y -=6.38×10-4 m Y ∆=)ln(2121Y Y Y Y ∆∆∆∆-=0.0099 N OG =mY Y Y ∆-21=6.38 所以:H=OG H ×N OG =0.6×6.38=3.83m取安全系数1.2， 则完成本设计任务需DN38mm 聚丙烯阶梯环的填料层高度z ＝1.2×3.83=4.59m 。