化工原理课程设计--填料吸收塔设计（水吸收氨气）一、精馏塔主体设计方案的确定1.1装置流程的确定本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，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。

工业生产中多采用逆流操作。

1.2 吸收剂的选择因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。

2-1 工业常用吸收剂1.3填料的类型与选择填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。

1.3.1 填料种类的选择本次采用散装填料。

散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。

鲍尔环是目前应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。

1.3.2 填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\ Dn76等几种规格。

同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。

而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。

因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。

常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于。

表3-1填料种类 D/d 的推荐值 拉西环 D/d ≥20~30 鞍环 D/d ≥15 鲍尔环 D/d ≥10~15 阶梯环 D/d>8 环矩鞍D/d>81.3.3 填料材质的选择工业上，填料的材质分为瓷、金属和塑料三大类聚丙烯填料在低温（低于0度）时具有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重，可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。

综合以上：选择塑料鲍尔环散装填料 Dn501.4 基础物性数据1.4.1 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 ℃水的有关物性数据如下：1. 3998.2/l kg m ρ=2. 0.001.3.6/.l pa s kg m h μ==黏度：3. 表面力为:272.6/940896/z dyn cm kg h σ==4. 3320:0.725/CNH H kmol m kpa ︒=⋅5. 62320:7.3410/l CNH D m h -︒=⨯6. 22320:0.225//v CNH D cm s m h ︒==1.4.2 气相物性数据1. 混合气体的平均摩尔质量为0.0617.03040.942928.2818vm i i M y m =∑=⨯+⨯= (2-1)2. 混合气体的平均密度由3101.328.2818 1.17618.314293VM vm PM kg m RT ρ⨯===⨯(2-2) R=8.314 3/m KPa kmol K ⋅⋅3. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。

查手册得20C ︒时，空气的黏度551.7310622810/v pa s kg m h μ--=⨯⋅=⨯⋅注：211/N kg m s =⋅ 12211/1/Pa N m kg s m ==⋅ 1Pa..s=1kg/m.s2.4.3 气液相平衡数据由手册查得，常压下，200C 时，NH 3在水中的亨利系数为 E=76.3kpa0320NH C 时,在水中的溶解度: H=0.725kmol/m相平衡常数：0.7532Em P == (2-3)溶解度系数:3998.2/76.318.020.726/L SH EM kmol kpa m ρ==⨯=⋅ (2-4)1.4.4 物料横算1. 进塔气相摩尔比为1110.060.06383110.06y Y y ===-- (2-5)2. 出他气相摩尔比为21(1)0.06383(10.99)0.0006383A Y Y ϕ=-=⨯-= (2-6)3. 进塔惰性气体流量:6000273(10.6)234.59922.427320V kmol h =⨯-=+ (2-7) 因为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。

即：12min 12/Y Y L V Y m X -⎛⎫= ⎪-⎝⎭ (2-8) 因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成20X =所以 121min 20.063830.00063830.74560.063830.753Y Y L Y V X m--⎛⎫=== ⎪⎝⎭-选择操作液气比为min1.7 1.2676L L V V ⎛⎫== ⎪⎝⎭ （2-9） L=1.2676356×234.599=297.3860441kmol/h 因为V(Y 1-Y 2)=L(X 1-X 2) X 10498.0=第二节 填料塔工艺尺寸的计算填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段2.1 塔径的计算1. 空塔气速的确定——泛点气速法对于散装填料，其泛点率的经验值u/u f =0.5~0.85贝恩（Bain ）—霍根（Hougen ）关联式 ，即：2213lg V F L L u a gρμερ⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎣⎦=A-K 141V L V L w w ρρ⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ （3-1） 即：112480.23100 1.18363202.59 1.1836lg[()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2Fu ⎛⎫⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭所以：2F u /9.81（100/0.9173）（1.1836/998.2）=0.246053756UF=3.974574742m/s其中：f u ——泛点气速，m/s;g ——重力加速度，9.81m/s 2 23t m /m α--填料总比表面积，33m /m ε--填料层空隙率33V 998.2/1.1836kg /m l kg m ρρ==液相密度。

气相密度W L =5358.89572㎏/h W V =7056.6kg/h A=0.0942； K=1.75； 取u=0.7 F u =2.78220m/s0.7631D === （3-2）圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核：260003.31740.7850.83600u ==⨯⨯ m/s3.31740.83463.9746F u u == 则Fuu 在允许围 2. 根据填料规格校核：D/d=800/50=16根据表3-1符合 3. 液体喷淋密度的校核：(1) 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。

(2) 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。

对于直径不超过75mm 的散装填料，可取最小润湿速率()3min 0.08m /m h w L ⋅为。

()32min min 0.081008/w t U L m m h α==⨯=⋅ （3-3）225358.895710.6858min 0.75998.20.7850.8L L w U D ρ===>=⨯⨯⨯⨯ （3-4）经过以上校验，填料塔直径设计为D=800mm 合理。

2.2 填料层高度的计算及分段*110.049850.75320.03755Y mX ==⨯= （3-5）*220Y mX == （3-6）2.2.1 传质单元数的计算用对数平均推动力法求传质单元数12OG MY Y N Y -=∆ （3-7） ()**1122*11*22()lnMY Y Y Y Y Y Y Y Y---∆=-- （3-8）=0.063830.00063830.037550.02627ln0.0006383--=0.0068952.2.2 质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：()0.750.10.0520.2221exp 1.45/t c l L t LL V t w l t l L U U Ug ασαρσαασαμρ-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--⎨⎬ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭（3-9）即：αw/αt =0.37404748液体质量通量为：L u =WL/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(㎡•h)气体质量通量为： V u =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(㎡•h) 气膜吸收系数由下式计算：()10.730.237()/Vt VG v v V t vU D k D RTαμραμ⋅⎛⎫=⋅⎪⎝⎭（3-10）=0.237(14045.78025÷100.6228×10-5)0.7(0.06228÷0.081÷1.1761)0.3(100×0.081÷8.314÷293)=0.152159029kmol/(㎡h kpa) 液膜吸收数据由下式计算：2113230.0095L L L L w l L L L U g K D μμαμρρ-⎛⎫⎛⎫⎛⎫⋅= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ (3-11）=0.566130072m/h因为 1.45ψ=1.1G G W K K ααϕ==0.15215×0.3740×1.451.1×100 （3-12）=8.565021kmol/(m3 h kpa)0.4L L W K K ααϕ= =0.56613×100×0.37404×1.450.4 （3-13）=24.56912/h 因为：Fu u =0.8346所以需要用以下式进行校正：1.4'19.50.5G G F u k k u αα⎡⎤⎛⎫⎢⎥⋅=+-⋅ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（3-14）=[1＋9.5(0.69999－0.5)1.4] 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa)2.2'1 2.60.5l L F u k k u αα⎡⎤⎛⎫⎢⎥⋅=+-⋅ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦（3-15）=[1＋ 2.6 (0.6999－0.5)2.2] 24.569123=26.42106/h''111G G L K K HK ααα=+ （3-16）=1÷(1÷17.1358+1÷0.725÷26.4210)=9.038478 kmol/(m3 h kpa)OG Y G V V H K K P αα==ΩΩ（3-17）=234.599÷9.03847÷101.3÷0.785÷0.64 =0.491182 mOG OG Z H N = （3-18）=0.491182×9.160434=4.501360m,得'Z =1.4×4.501=6.30m2.2.3 填料层的分段对于鲍尔环散装填料的分段高度推荐值为h/D=5~10。