填料塔设计完全版

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1、化工原理课程设计一、设计方案的确定吸收是根据气体混合物各组分在选定的液体吸收剂中溶解度的差异或化学反应的不同而实现气体组分分离的传质单元操作。根据给定的吸收仟务，从技术与经济相结合的观点选择合适的吸收剂，本次任务所用的吸收剂是清水。用水吸收空气中的氨属于物理吸收过程，氨能与任何比例的水混合，分了量17.03。1．装置流程的确定吸收装置的流程主要有逆流、并流、吸收剂部分再循环、多塔并联、串联—并联混合操作等方式。逆流操作是指气相自塔底进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出。逆流操作的特点是，传质平均推动力大，传质速率快，分离效

2、率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。从传质的效率等因素综合考虑，本吸收操作选择单塔逆流吸收。2．吸收剂的选择吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几方面。(1)溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的需用量。(2)选择性吸收剂对溶质组分要有良好地吸收能力，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。(3)挥发度要低操作温度下吸收剂的蒸气压要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发

3、损失。(4)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、价廉易得以及化学性质稳定等要求。一般说来，任何一种吸收剂都难以满足以上所有要求，选用时应针对具体情况和主要矛盾，既考虑工艺要求又兼顾到经济合理性。本次吸收操作已经规定选择清水作为吸收剂。3．操作温度与压力的确定(1)操作温度的确定由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，但操作温度的低限应由吸收系统的具体情况决定

4、；例如水吸收CO2的操作中用水量极大，吸收温度主要出水温决定，而水温又取决于大气温度，故应考虑夏季循环水温高时补充—定量地下水以维持适宜温度。(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，因此需结台具体工艺条件综合考虑，以确定操作压力。本次任务已经规定吸收操作在常温常压下进行。4．填料的选择塔填料的选择是填料塔设计中重要一环，一般要求塔填料具有较大的通量，较低的压降，较高的传质效率，同时操作弹性大，性能稳定，能满足

5、物系的腐蚀性、污堵性、热敏性等特殊要求，填料的强度要高，便于塔的拆装、检修、并且价格要低廉。为此填料应具有较大的比表面积，较高的空隙率，结构要敞开，死1化工原理课程设计角小，液体的再分布性能好，填料的类型、尺寸、材质选择适当。塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100℃以下使用。对于水吸收氨过程，在常温常压下进行，所以采用工艺上采用塑料乱堆填料。塑料阶梯环的综合性能比较好，所以

6、选择D38聚丙烯阶梯环填料。二、基础物性数据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3密度ρL=998.2kg/m粘度μL=0.001Pa·S=3.6kg/（m·h）表面张力σL=72.6dyn/cm=940896kg/hNH3在水中的扩散系数为-92-92-62DL=2.04×10m/s=2.04×10×3600m/h=7.344×10m/h2．气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为M混气=ΣyiMi=0.055×17.03+0.945×29=28.343混合气体的

7、平均密度为ρ混气=1.178kg/m3ρ混气=PM混气/RT=101.325×28.34/(8.314×293.15)=1.178kg/m混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得20℃空气的粘度为:-5μ空气=1.81×10Pa·S=0.065kg/(m·h)查手册得NH3在空气中的扩散系数为2D空气=1.89×10-5m2/s=0.068m/h三、物料衡算进塔气相摩尔比：Yb=yb/(1-yb)=0.055/(1-0.055)=0.0582NH3吸收率（体积分数）：93%（已知）η=(yb-ya)/ybNH3排放含量（体

8、积分数）：ya=yb-ηyb=0.055-0.055×0.93=0.00385出塔气相摩尔比：Ya=ya/(1-ya)=0.00385/(1-0.00385)=0.003865Ya=0.003865进塔惰性气体流量：GB=2900×273.15×(1-0.055)÷293.1