水吸收氨过程填料吸收塔设计方案.docx

设计题目3000Nm3/h含氨5%填料吸收塔的设计试设计一座填料吸收塔，用于脱出混于空气中的氨气混合气体的处理量为 3000Nm3/h,其中含氨为5% (体积分数)，采用清水进行吸收要求塔顶排放气 体中含氨低于0.02% (体积分数)操作条件(1)操作压力101.33 kPa (常压)；(2)操作温度20C；(3)吸收剂用量为最小用量的1.9倍填料类型：选用聚丙烯阶梯环填料工作日：每年300天，每天24小时连续运行厂址：合肥设计内容(1)设计方案的说明及流程说明；(2)吸收塔的物料衡算；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)吸收塔接管尺寸计算；(6)绘制生产工艺流程图；(7)绘制吸收塔设计条件图；(8)绘制液体分布器施工图；(9)对设计过程的评述和有关问题的讨论第1章设计方案的简介1.1.1 选定塔型1..1.2 确定填料吸收塔的具体方案 21.2.1 装置流程的确定 21.2 选择吸收剂3.1.3 操作温度与压力的确定 31.3.1 操作温度的确定 31.3.2 操作压力的确定 3第2章 填料的类型与选择 4.2.1 填料的类型4.2.1.1 散装填料4.2.1.2 规整填料4.2.2 填料的选择5.2.2.1 填料种类的选择 52.2.2 填料规格的选择 62.2.3 填料材质的选择 7第3章填料塔工艺尺寸9.3.1 设计基础数据 9.3.1.1 液相物性数据9.3.1.2 气相物性数据9.3.2.3 气液相平衡数据93.2.4 物料衡算10第4章填料塔的工艺尺寸的计算 1.14.1 塔径的计算1.14.2 填料层高度计算124.3 填料塔压降的计算14第5章液体分布器简要设计1.65.1 液体分布器1.65.2 液体再分布器 175.3 塔底液体保持管高度1.8第6章吸收塔接管尺寸计算1.96.1 气体进料管1.96.2 液体进料管1.96.3 离心泵的选型196.4 风机的选型20第7章塔体附件设计227.1 塔的支座227.2 其他附件22附图1填料塔工艺图23附图2工艺流程图24附录1吸收塔设计条件图 25附录2符号说明26附录3设计一览表27附录4 Eckert通用关联图28参考文献29第1章设计方案的简介1.1 选定塔型塔器是关键设备，例如在气体吸收、液体精储（ 蒸储）、萃取、吸附、增湿 中、离子交换等过程中都有体现。

通常我们将塔分为板式塔和填料塔两大类其中填料塔是一个圆筒塔体，塔内装载一层或多层填料，气相由下而上，液 相由上而下接触，传热和传质主要在填料表面进行，填料的选择是填料塔的关键填料塔制造方便，结构简单，采用材料可是耐腐蚀的材料或者金属以及塑料， 在塔径较小的情况较有效，使用金属材料省，一次投料较少，塔高较低表1-1板式塔与填料塔对比序号填料塔板式塔①800 mm以下，造价低，直径大则价高①600mm以下时，安装困难用小填料时，小塔的效率高，塔径增大，效率下效率较稳定大塔板效率降，所需高度急增比小塔板有所提高空塔速度（生产能力）低空塔速度高大塔检修费用高，劳动量大检修清理比填料塔容易压降小，对阻力要求小的场合较适用（ 如：真空压降比填料塔大操作）对液相喷淋量有一定要求气液比的适应范围大内部结构简单，便于非金属材料制作，可用于腐多数不便于非金属材料的制作蚀较严重的场合持液量小持液量大吸收塔设计基本原则是：生产能力大，有足够的弹性；满足工艺要求，分离效率高；运行可靠性高，操作、维修方便，少出故障;结构简单，加工方便，造价较低；塔压降小综上考虑，吸收3000 Nm3/h含5%的氨的生产任务较小，我们采用填料吸收 塔完成该项生产任务。

它结构简单，造价较低，便于采用耐蚀材料使得寿命较长1.2 确定填料吸收塔的具体方案1.2.1 装置流程的确定装置流程主要有以下几种：(1)逆流操作 气相自塔底进入由塔顶排出，液相由塔顶流入由塔底流出， 其传质速率快，分离效率、吸收剂利用率高工业生产中多采用此操作2)并流操作 气液两相均由塔顶流向塔底，其系统不受液流限制，可提 高操作气速，以提高生产能力通常用于以下情况：当吸收过程的平衡曲线较平 坦时，液流对推动力影响不大；易溶气体的吸收或吸收的气体不需吸收很完全； 吸收剂用量很大，逆流操作易引起液泛3)吸收剂部分循环操作 在逆流操作过程中，用泵将吸收塔排除的一部 分冷却后与补充的新鲜吸收剂一同送回塔内， 通常以下情况使用：当吸收剂用量 较少，为提高塔的喷淋密度，对于非等温吸收过程，为控制塔内的温度升高，需 取出一部分热量该流程特别适用于相平衡常数 m较小的情况，通过吸收液的 部分再循环，提高吸收剂的利用率需注意吸收剂的部分再循环较逆流操作费用 的平均推动力较小，且需设置循环泵，操作费用提高由于氨在水中的溶解度很大逆流操作时平均推动力大，传质速率快，分离 效率高，吸收剂利用率高逆流操作是完成该项任务的最佳选择。

在生产工艺流程图中，吸收剂水由离心泵输送至填料塔的塔顶， 经液体分布 器均匀的分布在填料上，使填料整个的充分润湿气体由风机从塔底送入，含少 量氨气的空气经过填料时，与填料上的吸收剂水相接触，此时在填料的表面发生 传质过程实现氨的吸收吸收剂水通过填料吸收氨后由塔底排除， 而带有少量氨 的空气完成吸收后氨的含量已在 0.02%以下由塔顶放空1.2 选择吸收剂吸收过程是依靠气体溶质在溶剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂的性能的和优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择时有以下考虑方面：溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的 用量选择性吸收剂对溶质组分要有良好的选择吸收能力，而对混合气体中的其 他组分不吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离挥发度要低操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，要减少吸收和再生过程中吸 收剂的挥发和损失粘度 吸收剂在操作温度下的粘度越低，其在塔内的流动性越好，有助于传 质速率和传热速率的提高其他 所选的吸收剂尽量的满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、 冰点低、廉价易得以及化学性质稳定等要求在吸收空气中少量的氨时，水是最理想的溶剂，由于氨在水中的溶解度很大。

常温常压下，水的挥发度很小、粘度较小、价格低廉等1.3 操作温度与压力的确定1.3.1 操作温度的确定由于吸收过程的气液平衡关系可知，温度降低可增加溶质组分的溶解度即 低温有利于吸收，当操作温度的低限应由吸收系统的具体情况决定1.3.2 操作压力的确定由吸收过程的气液平衡关系可知，压力升高可增加溶质组分的溶解度，即加 压有利于吸收但随着操作压力的升高，对设备的加工制造要求提高，且能耗增 加因此需结合具体工艺的条件综合考虑，以确定操作压力在该任务中，由于在常温常压下操作且在此条件下氨的溶解度很大，且受温 度与压力的影响不大，在此不做过多的考虑第2章填料的类型与选择2.1 填料的类型填料种类很多，根据装填方式不同，可分为散装填料和规整填料两大类2.1.1 散装填料散装填料是一个个具有一定集合形状和尺寸的颗粒体一般以随机的方式堆 积在塔内的,又称为乱堆填料和颗粒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、和环鞍的填料等以下是典型的散装填料：拉西环填料 拉西环填料是最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等 的圆环，可用陶瓷、塑料、金属等材质制成拉西环填料的气液分布较差、传质 效率低、阻力大、通量小，目前工业上用得较少。

鲍尔环填料鲍尔环是在拉西环的基础上改进而得其结构为在拉西环的侧 壁上开出两排长方形的窗口，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内 弯曲，形成内伸的舌叶诸舌叶的侧边与环中间相搭，可用陶瓷、塑料、金属制造 鲍耳环由于环内开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率气流阻力小，液体分布均匀与拉西环相比通量可提高 50%以上，传质效率提高30%左右鲍 尔环是目前应用较广的填料之一阶梯环填料 阶梯环是对鲍尔环的改进鲍尔环相比阶梯环高度减少了一 半，并在一端增加了一个锥形的翻边由于高径比减少， 使得气体绕填料外外壁的 平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力锥形翻边不仅提高了填料的 机械强度，而且使填料之间由线接触为主变为点接触为主，这样不但增加了填料层之间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新有利于传质效率的提高阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前环形 填料中最为优良的一种2.1.2 规整填料规整填料是按一定的的几何图形排列，整齐堆砌的填料规整填料种类很多，根据其几何结构分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料工业上使用的绝大多数规 整填料为波纹填料波纹填料按结构分为网波纹填料和板波纹填料可用陶瓷、塑料、金属制造。

金属丝波纹填料是网波纹填料的主要形式， 是由金属丝制成其特点是压降 低、分离效率高，特别适用于精密精储及真空精储装置，为难分离物系、热敏性 的精储提供了有效的手段尽管造价高，但性能优越仍得到了广泛应用金属板波纹填料是板填料的主要形式该填料的波纹板片上冲压有许多①4mm~ 6mm的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用波 纹板片上扎成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用 金属孔板波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔及气液负荷较大的 场合波纹填料的优点是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积 大其缺点是不适用于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清洗困 难、造价高2.2 填料的选择填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等所选的填料既要满足工艺 的要求，又要设备投资和操作费用低2.2.1 填料种类的选择填料种类的选择要考虑到分离工艺的要求，有以下几方面：传质效率 传质效率即分离效率它的表示方法有两种：一是每个理论级当 量的填料层高度，即HETP值；二是每个单元相当的填料层高度既 HTU值在 满足工艺要求的条件下，应选用传质效率高，即 HETP(HTU)值低的填料。

通常在相同的液体负荷下，填料的泛点气速或气相动能因子愈大， 则通量愈 大，塔的处理能力愈大因此，在选择填料种类的时，在保证具有较高的传质效 率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料填料层的压降 填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降愈低， 动力消耗愈低，操作费用愈小选择低压降的填料对热敏系的分离尤为重要比 较填料的压降有两种方法，一是比较填料层单位高度的压降 AP/Z;另一是比 较填料层单位传质效率的比压降 AP/N To填料的操作性能填料的操作性能主要是指操作弹性、抗污堵性及抗热敏性 等所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气液负荷发生波动时维持操作 稳定同时，还应有一定的抗堵、抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度的 变化止匕外，所选的要便于安装、拆卸和检修2.2.2 填料规格的选择通常，散装填料与规整填料的规格表示方法不同，选择方法也有所不同，选择的方法亦不尽相同，现在分别加以介绍散装调料规格的选择散装填料的规格通常是指填料的公称直径工业塔常 用的散装填料主要有 DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格同类填 料，尺寸。