化工原理课程设计之清水吸收填料吸收塔设计
目录
一 清水吸收填料塔的设计 ................................. 3 1概述 ................................................... 3 2设计方案的确定 ......................................... 3 2.1设备方案 ............................................. 3 2.2 流程方案 ............................................ 3 2.3 吸收剂的选择 ........................................ 4
2.4填料的选择 ........................................ 4 二 工艺计算 ............................................. 5 2．1平衡关系的确定 ...................................... 5 2.2吸收剂用量与操作线的确定………………………………………………………7
（1） 吸收剂用量的确定 .................................. 7 （2） 操作线方程的确定 .................................. 9
2.3物性参数 ……………………………………………………………………9
2.4 塔径的计算……………………………………………………………………12 2.5核算 ................................................ 15 喷淋密度的核算 ......................................... 15
2.7 填料层的高度………………………………………………..……………….16 2.7.1传质系数的计算 .................................... 17 2.7.2 填料层高度 ....................................... 19 三 结果评价 ........................................... 19 学习心得 ............................................... 22 参考文献 ............................................... 23
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化工原理课程设计之清水吸收填料吸收塔设计
前言
根据混合气体中个组分在某溶液溶剂中的溶解度不同而将气体混合物分离的操作称为气体吸收，而吸收又是塔设备中的单元操作，属于气液传质过程。
化工生产中有些气体直接排出会造成大气的污染或者原料的浪费，为此出于对环境的保护和经济性两方面的考虑，在很多场合需要对混合气体的吸收处理。本说明书介绍的是清水吸收混合气中氨的原理，操作过程。主要介绍了填料塔的设计、填料层的高度。
填料塔是气液呈连续接触的气液传质设备，它的结构和安装比板式塔简单。塔的底部都有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。支撑板上的填料有整齐和乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。
在塔的设计中，填料的选择至关重要，它关系到塔的高度，整个操作的费用的高低、经济效益等。
在一个吸收的单元操作中应该充分考虑填料、塔高等方面的选择与计算，这才能使塔的效率最高，收益最大。
关键词：吸收、塔、填料
一、清水吸收填料吸收塔的设计拟定
1．概述
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气体吸收是利用气体在液体中的溶解度差异来分离气态均相混合物的一种单元操作。用于吸收的设备类型很多，如我们常见的填料塔、板式塔。
填料塔是气液成连续性接触的气液传质设备。塔的底部有支撑板用来支撑填料，并允许气液通过。支撑板上的填料有整砌和乱堆两种方式。填料层的上方有液体分布装置，从而使液体均匀喷洒于填料层上。当填料层较高时就可以通过分段来减少“壁流”现象的影响。
2.设计方案的确定 2.1设备方案
填料塔具有结构简单、容易加工、生产能力大、压降小、吸收效果好、操作弹性大等优点，所以在工业吸收操作中被广泛应用。在本次课设中，要求用清水吸收氨气，且氨气含量较高，故选用填料塔。
2.2 流程方案
由于氨气属于易溶气体，设计条件中氨气含量较高，逆流操作适用于平均推动力大的吸收，吸收剂利用率高，完成一定分离任务所需的传质面积小，故选为逆流操作。但吸收剂用量特别大时，逆流容易引起液泛，所以需要通过调节液体流量来控制。
根据设计任务书选用清水作为吸收剂。由于是逆流操作，需要泵将水抽到塔顶，因泵输送的是清水，所以只需选用满足工艺要求的普通水泵。气体则需选用风机。泵和风机一个型号需配置两台，供替换使用。实际操作中的流量计和压力表等也需要考虑出现问题以后不影响正常工作。 2.3 吸收剂的选择
本次课设的题目中，已给出吸收剂清水，对于吸收空气氨气混合气体选用清水有如下优点：
1. 溶解度大； 2．选择性好； 3. 挥发度低；
4. 吸收剂具有较低的黏度，且不易产生泡沫；
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5. 对设备腐蚀性小，无毒；
6. 价廉、易得、化学稳定性好，便于再生，不以燃烧。
2.4填料的选择
填料的选择要根据以下几个方面来考虑： 1. 比表面积要大；
2. 能提供大的流体通量； 3. 填料层的压降小； 4. 填料的操作性能好；
5. 液体的再分布性能要好； 6. 要有足够的机械强度； 7. 价格低廉。
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二、 工艺计算
整个工艺计算过程包括以下几点： 1. 确定气液平衡关系
2. 确定吸收剂用量与操作线方程 3. 准备计算所需的物性参数
4. 填料的选择以与确定塔径与塔的流体力学性能计算 5. 填料层高度的计算 （一）平衡关系的确定
由于原料气组成中，氨气占45%，含量较高，用清水吸收时会产生明显的热效应，使塔内温度显著升高，对气液平衡关系和吸收速度产生明显影响，属于非等温吸收。在逆流吸收塔中气液平衡关系是温度的函数，温度升高，平衡关系便要改变，所以，在这种情况下不能再利用亨利定律，应重新按照非等温吸收的热衡算，根据液相浓度和温度的变化情况，定出实际的平衡关系。
①非等温吸收的热效应主要包括：
②吸收质与吸收剂混合时产生的混合热，即溶解热。 ③气体溶解时由气态转变为液态时放出的潜热。 化学反应热。
物理吸收计算中只考虑溶解热，溶解热分为积分溶解热和微分溶解热。在吸收过程中所用的吸收剂量很大，液相浓度一般变化较小，于是混合热可考虑为微分溶解热。
在假定非等温吸收的平衡关系时，为简化计算，通常做如下三点假设：
①忽略热损失。
②忽略吸收剂带走的热量。 ③忽略气相带走的热量。
以上假设使溶解热全部用来液体温度升高。
在给定的设计条件中得知，要设计的是高浓度气体的非等温吸收。由塔顶到塔底的浓度与温度变化较大，平衡关系的确定常采用近似法。在液相浓度范围0-0.1内平均分为20份，浓度变化为=0.005。根据课程设计书中的推导过程与公式则有 5 / 26
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