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: ____________
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：
4.操作温度：298K
5.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
基础物性数据 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 -=⨯ 气相物性数据
混合气体的平均摩尔质量为 混合气体的平均密度为
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 查手册得氨气在空气中的扩散系数为 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] 相平衡常数为 溶解度系数为 物料衡算
进塔气相摩尔比为 出塔气相摩尔比为 进塔惰性气相流量为
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
对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为 取操作液气比为
填料塔的工艺尺寸的计算
采用Eckert 通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 Eckert 通用关联图的横坐标为 查图5-21得 查表5-11得
取 s m u u F /476.2537.37.07.0=⨯==
由 m u
V D S
767.0476
.214.33600
/25273273
450044=⨯+⨯
⨯==
π 圆整塔径，取 m D 8.0=。
泛点率校核：
οοοο44.646444.0100537
.3279.2==⨯=F u u （在允许的范围之内）
填料规格校核： 液体喷淋密度校核： 取最小润湿速率为 查附录五得
经以上校核可知，填料塔直径选用D=800mm 合理。
填料层高度计算
脱吸因数为
气相总传质单元数为
气相总传质单元数采用修正的恩田关联式计算：
查表5-13得 液体质量通量为 气漠吸收系数由下式计算：
气体质量通量为
液漠吸收系数由下式计算： 由 1.1G G W k a k a ψ=，查表得 :
则 1.1G G W k a k a ψ= 由 , 1.4, 2.2[19.5(
0.5)],[1 2.6(0.5)]G G L L F F
u u
k a k a k a k a u u =+-=+-，得 则 ,,11
1
G G L k a k a Hk a =
+
由 OG Y G V V
H K a K aP =
=ΩΩ
由 5.960m 7389.10555.0=⨯==OG OG N H Z 设计取填料层高度为 查表，对于阶梯环填料，m h D
6,158h
max ≤-= 取
8,h
D
=则 计算得填料层高度为8000 mm ，故需分段，分为两段，每段4000mm 。
填料层压降计算
采用Eckert 通用关联图计算填料层压降。
横坐标为
查表得，189P m -Φ= 纵坐标为 查图得
填料层压降为 液体分布器简要设计
该吸收塔塔径较小D=500mm ，而多孔直管式喷淋器适用于600mm 以下的塔，因此在本次设计中我采用多孔直管式喷淋器作为液体的喷淋装置。
按Eckert 建议值，D=500mm 时，喷淋点密度为285点2/m ，，因此设计取喷淋点为285点2/m 。
布液点数为
按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。
设计结果为：分布为11道环圆孔，每道孔分布5个孔，实际设计布点数为n=55点，如图1-1所示。
图1-1 直管式液体分布器的分液点示意图
由 204
S L d n π
=
取 0.60,160H mm φ=∆= 设计取 04d mm =。
3. 辅助设备的计算及选型
填料支承装置
支承板是用以支承填料和塔内持液的部件。
常用的填料支承板有栅板型、孔管型、驼峰型等。
对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型支承板。
设计中，为防止在填料支承装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支承装置的自由截面积应大于75%。
在本次设计中，我选用的是孔管型支承装置。
填料压紧装置
为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动，需在填料层上方设置填料压紧装置。
填料压紧装置有压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等不同类型。
对于散装填料，可选用压紧网板，也可选用压紧栅板。
设计中，为防止在填料压紧装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料压紧装置的自由截面积应大于70%。
在本次设计中，我选用的是压紧栅板。
4.结论
这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。
填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。
填料塔的结构较简单，压降低等特点。
在本次设计过程中，我通过各种书籍独立查找出各个物性数据，然后根据设计书上的步骤按要求算出各个物理量。
但是在整个计算过程中，由于有些物理量没有完全掌握，所以计算过程中出现了不少问题。
而在运用Eckert通用关联图计算泛点气速中，我觉得通过查表得出的数据有一定的差距，不能得到较为精确的数值。
在整个设计过程中，由于数据繁多，所以整个计算过程都必须特别的小心，尽管如此，我认识还是有一些失误存在。
通过这次设计，让我学习到了很多以前没有接触过的知识。
能够学习到不同方面的知识。
通过这次设计，不仅能提高自己的动手能力和思维能力，同时也能够提高相关知识的运用能力。
5．参考文献
[1] 贾绍义 , 柴成敬.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，2004.
[2] 王树盈 .现代填料塔技术 .北京：中国石化出版社，2010.
[3] 夏清 .化工原理.天津:天津科学技术出版社.
6.附录。