吸收氨过程填料塔的设计、吸收塔设计(完整版)(共29页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目 录1. 设计任务书1.设计题目:吸收氨过程填料塔的设计试设计一座填料吸收塔,用于脱除混于空气中的氨气。混合气体的处理量为3.2万Nm3/h,其中含氨为7%(体积分数),要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%(体积分数)。2操作条件 (1)操作压力 常压 (2)操作温度 203工作日 每天24小时连续运行。4厂址 宁波地区5设计内容 (1)吸收塔的物料衡算; (2)吸收塔的工艺尺寸计算; (3)填料层压降的计算; (4)液体分布器简要设计; (5)吸收塔接管尺寸的计算; (6)绘制生产工艺流程图; (7)绘制吸收塔设计图; (9)对设计过程的评述和有关
2、问题的讨论。6设计基础数据20下氨在水中的溶解度系数为H=0.725kmol/(m3.kPa)。2. 设计方案简介2.1 吸收流程的确定 吸收流程主要有逆流操作、并流操作、吸收剂部分再循环操作、多塔串联操作、串联并联混合操作五种。通过分析五种吸收流程的特点,确定本实验采用逆流操作。 气相自塔底进入由塔顶排出,液相自塔顶进入由塔底排出,逆流操作有利于提高传质效率,传质平均推动力大,传质速率快,分离效率高,吸收剂的利用率高。2.2 吸收剂的选择 吸收剂的选择应考虑以下几方面:(1) 溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大,以提高吸收速率减少吸收剂用量。(2) 选择性 吸收剂对溶质组分要有良好的吸收能
3、力,对混合气体的其他组分吸收甚微。(3) 挥发度 操作温度下吸收剂的蒸汽压要低,以减小吸收和再生过程中吸收剂的会发损失。(4) 黏度 吸收剂在操作温度下的黏度越低,在塔内的流动性越好,有助于传质速率和传热速率的提高。(5) 其他 所选用的吸收剂应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、廉价易得及化学性质稳定等要求。对氨气的吸收一般吸收剂选择水或酸溶液。根据以上原则,本设计采用水作为吸收剂。 氨气易溶于水,且水对混合气体的吸收选择性较好,黏度低,在塔内流动性好,不易挥发。与酸溶液相比,酸溶液易腐蚀设备且成本比水高,所以采用水作为吸收剂。2.3 操作温度与压力 操作温度:20 操作
4、压力:常压2.4 塔填料的选择 填料的选择包括填料类型、规格、材质等选择填料的类型有拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩鞍填料、环矩鞍填料、球形填料,花环填料、金属丝网波纹填料等。对比得阶梯环综合性能较好(可增加填料间的空隙,有利于传质效率的提高)。 填料的规格通常指填料的公称直径,一般应满足填料塔直径上至少放置8块以上的填料,即D/d8。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。 填料的材质主要有陶瓷、金属、塑料三种材质。对比得塑料填料质轻、价廉、耐腐蚀性较好。国内一般采用聚丙烯材质。 综合以上结论,本设计采用聚丙烯阶梯环填料。2.5 初步流程图3. 工艺计算3.1 基础
5、物性数据3.1.1 液相物性的数据 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时水的有关五行数据如下:密度为 L=998.2 kg/m3粘度为 L=0.001 pas=3.6 kg/(mh)表面张力为 L=72.6 dyn/cm = kg/h2氨气在水中的扩散系数为 3.1.2 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 混合气体的黏度可近似的取为空气的黏度,查手册得20空气的黏度为 查手册得氨气在空气中的扩散系数为 101.3kp,0时 D0=0.17cm2/s 3.1.3 气液相平衡数据 由题得,20下氨在水中的溶解度系数为H=0.725km
6、ol/(m3.kPa)。 常压下20时氨气在水中的亨利系数为 相平衡常数为 3.1.4 物料衡算 进塔气相摩尔比为 出塔气相摩尔比为 混合气体处理量换算,常温,20时 进塔惰性气流量为 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 3.2 填料塔的工艺尺寸的计算3.2.1 塔径的计算 采用Eckert通用关联图1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 Eckert通用关联图的横坐标为 查Eckert通用关联图得 选用DN50塑料阶梯环 查散装填料泛点填料因子平均值表1得 取 由 圆整塔径,取D=
7、2.2m 泛点率校核: (在允许范围内) 填料规格校核: 查塔径与填料公称直径的比值D/d的推荐值表1得 液体喷淋密度校核: 取最小润湿速率为 查塑料阶梯环特性数据【1】得 经以上校核计算可知,填料塔直径D=2.2m,填料采用DN50聚丙烯阶梯环填料合理3.2.2 填料层高度计算 脱吸因数为 气相总传质单元数为 气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算: 查常见材质的临界便面张力值表1得液体质量通量为 气膜吸收系数由下式计算: 气体质量通量为 液膜吸收系数由下式计算: 由 ,查常见填料的形状系数表1得 由 ,得 则 由 由 得到填料层高度后,还应留出一定的安全系数 设计取填料层高度为 查表得
8、,对于阶梯环填料,取 ,则 计算得填料层高度为6000mm,故不需分段。3.2.3 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 查散装填料压降填料因子平均值表得 纵坐标为 查埃克特通用关联图得 填料层压降为 3.2.4 吸收塔接管尺寸的计算 液体进管体积: 液体经济流速为0.53m/s,取2m/s 液体进管横截面: 进液管口径:根据HG/T 20592-2009选择进液钢管内径为DNB为40mm,外径为45mm。 气体进出管体积: 气体经济流速取35m/s 气体进出管横截面:气体管口径:按标准不锈钢管管径规格选择钢管内径为DNB为600mm,外径为630mm。进口压降:出
9、口压降:4. 辅助设备的计算及选型填料塔操作性能的好坏,与塔内辅助设备的选型和设计紧密相关。合理的选型与设计,可保证塔的分离效率、生产能力及压降要求。塔的辅助设备包括喷淋装置、气体分布器、液体分布器、填料支承装置、填料压紧装置等。4.1 除沫器当空塔气速较大,塔顶溅液严重,以及工艺过程不允许出塔气体夹带雾滴的情况下,设置除沫器,从而减少液体的夹带损失,确保气体的纯度,保证后续设备的正常操作。 常用的除沫器装置有折板除沫器、丝网除沫器、以及旋流板除沫器。除沫器型式一般是根据所分离液滴的直径、要求的捕沫效率及给定的压力降来确定。 次次设计采用丝网除沫器。丝网除沫器具有比表面积大,重量轻,空隙率大以
10、及使用方便等优点。尤,其是它具有除沫效率高,压力降小的特点,从而成为一种广泛使用的除沫装置。丝网除沫器不宜用于气液中含有粘结物或固体物的场合,以免除沫器发生堵塞。 丝网规格选择高效性网,效率高,网较密。选用上装式丝网除沫器根据手册参数【3】(1)通过除沫器的气速:K一般取0.080.11,此处取0.11 (符合气速要求)(2)除沫器直径:(3)除沫器高度: 主要保证除沫器有足够的拦液表面和气液停留时间。所以根据表4.12可知上装式丝网除沫器,丝网厚度150mm,安装厚度410mm,有效直径2100mm。表4.1 上装式丝网除沫器基本参数2塔径Mm主要外形尺寸,mm丝网厚度H安装厚度H1除沫器有
11、效直径D质量,kg220010036021002081504102424.2 液体分布装置液体分布装置的作用是为了能有效地分布液体,提高填料表面的有效利用率。当液体分布装置设计不合理时,将导致液体分布不均,减少填料润湿 面积,增加液体沟流和壁流现象,直接影响填料的处理能力和分离效率。因此选择液体喷淋装量的原则是能使液体均匀地分散开来,使整个塔截面的填料表面很好地润湿,结构简单,制造和检修方便。液体在塔顶的初始均匀喷淋,是保证填料塔达到预期分离效果的重要条件。液体分布装置设于填料层顶部,用于将塔顶液体均匀分布在填料表面上,液体的分布装置性能对填料塔效率影响很大,特别是大直 径、低填料层的填料塔,
12、尤其需要性能良好的液体分布装置。主要的分布装置有多孔型和溢流型两大类,以及冲击式分布器,而目前常用的液体分布装置有莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔式分布器等。其中溢流型分布器有溢流盘式和溢流槽式两类。本设计选用溢流槽式分布器,其适合大流量操作且适合塔径D1000mm的场合。(1)溢流槽式分布器选型 由查表4得,由于塔径为2200 mm,所以,喷淋槽外径为20 mm,数量为6根,中心距为300 mm。分配槽数量为2根,即双槽式,中心距为850 mm。(2)分布点密度计算 表4.2 Eckert的散装填料塔喷淋点密度推荐值塔径,mm喷淋点密度,点/m2塔截面D=400330D=500285D=60024
13、6D=750170D120042按Eckert建议值,D1200 mm时,喷淋点密度为42点/m2,故喷淋点密度为42点/m2, 布液点数为: n=0.7852.2242=160点重力型液体分布器的送液能力依下式计算:式中,LS液体的体积流量,m3/s;n开孔数目(分布点数目);孔流系数,多孔型分布器通常可取0.600.62;d0孔径,m;H开孔上方的液位高度,m。取=0.60,H=160mm,则= 0.00866m = 8.66mm设计取d0 = 9mm。4.3 液体再分布器 实践表明,当喷淋液体沿填料层向下流动时,不能保持喷淋装置所提供的原始均匀分布状态,液体有向塔壁流动的趋势。因而导致壁
14、流增加、填料主体的流量减小、塔中心的填料不被润湿,影响了流体沿塔横截面分布的均匀性,降低传质效率。所以,设置再分布装置是十分重要的。液体分布器分为截锥形再分布器、边圈槽型再分布器、改进截锥形再分布器:(1)截锥式再分布器 截锥式再分布器分为两种,其中一个是将截锥体固定在塔壁上,其上下均可装满填料,锥体不占空间,是最简单的一种。另一个是在截锥上方设支承板,截锥以下隔一段距离再放填料,需分段卸出填料时可用此型。截锥体与塔壁的夹角一般取为35-40,截锥下口直径D1=(0.70.8)D。截锥型再分布器适于直径800mm以下的塔应用。(2)边圈槽形再分布器 壁流液汇集于边圈槽中,再由溢流管引入填料层。
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