【正文】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生課程設(shè)計說明書題 目：水吸收氨氣的填料吸收塔設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué) 號：專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝班 級：10化工3班指導(dǎo)老師：赫文秀緒 論為了避免化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對于工業(yè)尾氣中的氨氣進行吸收，本次課程設(shè)計的目的是根據(jù)設(shè)計要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有氨氣的工業(yè)尾氣，使其達到排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計采用填料塔進行吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液傳質(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進行，而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，從而可以使吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。 利用混合氣體中各組分在同一種液體(溶劑)中溶解度差異而實現(xiàn)組分分離的過程稱為氣體吸收是一種重要的分離操作，它在化工生產(chǎn)中主要用來達到以下幾種目的。(1) 分離混合氣體以獲得一定的組分。(2) 除去有害組分以凈化氣體。(3) 制備某種氣體的溶液。本次課程設(shè)計最主要的目的是使我們對化工原理有一定的感性和理性認識；對水吸收氨等方面的相關(guān)知識做進一步的理解；培養(yǎng)和鍛煉我們的思維實踐能力，使我們的理論知識與實踐充分地結(jié)合，能自主分析問題和解決問題。目 錄1 設(shè)計方案的確定 1 流程選擇及說明 1 吸收劑的選擇 22 填料的選擇 4 4 4 規(guī)整填料 5 散裝填料 53 工藝計算 9 氣液平衡 9 非等溫吸收的熱量衡算 9 平衡關(guān)系的確定 10 物料衡算 12 吸收劑用量 13 操作線的計算 14 操作線溫度的計算 14 操作線方程的確定 14 塔徑計算 15 泛點率校核： 17 液體噴淋密度校核 17 填料層高度的計算 18 傳質(zhì)系數(shù)的計算 20 填料層壓降計算 224 填料吸收塔附件設(shè)計及選型 25 液體分布裝置 25 填料支撐裝置 26 輔助設(shè)備的選型 27 管徑的計算 27 泵的選型 285 設(shè)計一覽表 30參考文獻 31課程設(shè)計心得 3234 / 381 設(shè)計方案的確定 流程選擇及說明 吸收裝置的流程主要有以下幾種：(1) 逆流操作 氣相自塔底進入由塔頂排出，液相自塔頂進入由塔底排出，此即逆流操作。逆流操作的特點是傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多用逆流操作。 (2) 并流操作 氣、液兩相均從塔頂流向，此即并流操作。并流操作的特點是，系統(tǒng)不受液流限制，可提高操作氣速，以提高生產(chǎn)能力。并流操作通常用于以下情況：當(dāng)吸收過程的平衡曲線較平坦時，流向?qū)ν苿恿τ绊懖淮?；易溶氣體的吸收或處理的氣體不需吸收很完全；吸收劑用量特別大，逆流操作易引起液泛。 (3) 吸收劑部分再循環(huán)操作 在逆流操作系統(tǒng)中，用泵將吸收塔排除液體的一部分冷卻后與補充的新鮮吸收劑一同送回塔內(nèi)，即為部分再循環(huán)操作。通常用于以下操作：當(dāng)吸收劑用量較小，為提高塔的液體噴淋密度。對于非等溫吸收過程，為控制塔內(nèi)的溫升，需取出一部分熱量。該流程特別適宜于相平衡常數(shù)m值很小的情況，通過吸收液的部分再循環(huán)，提高吸收劑的使用效率。應(yīng)當(dāng)指出，吸收劑部分再循環(huán)操作較逆流操作的平均推動力要低，且需設(shè)置循環(huán)泵，操作費用增加。
(4) 多塔串聯(lián)操作 若設(shè)計的填料層高度過大，或由于所處理物料等原因需經(jīng)常清理填料，為便于維修，可把填料層分裝在幾個串聯(lián)的塔內(nèi)，每個吸收塔通過的吸收劑和氣體量都相等，即為多塔串聯(lián)操作。此種操作因塔內(nèi)需留較大空間，輸液、噴淋、支撐板等輔助裝置增加，使設(shè)備投資加大。 (5) 串聯(lián)并聯(lián)混合操作 若吸收過程處理的液量很大，如果用通常的流程，則液體在塔內(nèi)的噴淋密度過大，操作氣速勢必很?。ǚ駝t易引起塔的液泛），塔的生產(chǎn)能力很低。實際生產(chǎn)中可采用氣相作串聯(lián)、液相作并聯(lián)的混合流程；若吸收過程處理的液量不大而氣相流量很大時，可采用液相作串聯(lián)、氣相作并聯(lián)的混合流程。 幾種常見的吸收過程如下圖所示：(a) 并流 (b)逆流圖21 吸收流程 用水吸收NH3屬高溶解度的吸收過程，為提高傳質(zhì)效率和分離效率，所以，本設(shè)計 選用逆流吸收流程。該填料塔中，氨氣和空氣混合氣體，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進入填料塔中，與從填料塔頂流下的水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。 吸收劑的選擇 吸收過程是依靠氣體溶質(zhì)在吸收劑中的溶解來實現(xiàn)的，因此，吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇吸收劑時應(yīng)著重考慮以下幾方面。
(1) 溶解度 吸收劑對溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的用量。
(2) 選擇性 吸收劑對溶質(zhì)組分要有良好的吸收能力，而對混合氣體中其他組分不吸收或吸收甚微，否則不能直接實現(xiàn)有效分離。 (3) 揮發(fā)度要低 操作溫度下吸收劑的蒸氣壓要低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)損失。
(4) 黏度 吸收劑在操作溫度下的黏度越低，其在塔內(nèi)的流動性越好，有助于傳質(zhì)速率和傳熱速率的提高。
(5) 其他 所選用的吸收劑應(yīng)盡可能滿足無毒性、無腐蝕性，不易燃易爆、不發(fā)泡、冰點低、價廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。吸收劑對溶質(zhì)的組分要有良好地吸收能力，而對混合氣體中的其他組分不吸收，且揮發(fā)度要低。因為本設(shè)計氨氣為吸收質(zhì)，所以選擇用清水作吸收劑，水廉價易得，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，而且氨氣極易溶于水，符合吸收過程對吸收劑的基本要求。因此本課程設(shè)計用水吸收氨氣，即水作為吸收劑是最佳選擇。2 填料的選擇塔填料（簡稱為填料）是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣、液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，其性能優(yōu)劣是決定填料塔操作性能的主要因素。填料的比表面積越大，氣液分布也就越均勻，傳質(zhì)效率也越高，它與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。因此，填料的選擇是填料塔設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。 塔填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材料。填料的種類主要從傳質(zhì)效率、通量、填料層的壓降來考慮，填料規(guī)格的選擇常要符合填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d。 填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通常考慮一下幾個方面:
(1) 傳質(zhì)效率 傳質(zhì)效率即分離效率，它有兩種表的方法：一是以理論級進行計算的表示方法，以每個理論級當(dāng)量的填料層高度表示，即HETP值；另一方面是以傳質(zhì)速率進行計算的表示方法，以每個傳質(zhì)單元相當(dāng)高度表示，即HTU值。在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)選用傳質(zhì)效率高，即HEYP(或HTU值)低的填料。對于常用的工業(yè)填料，其HEYP(或HTU值)可由有關(guān)手冊或文獻中查到，也可以通過一些經(jīng)驗公式來估算。
(2) 通量 在相同的液體負荷下，填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大，則通量愈大，塔的處理能力亦越大。因此在選擇填料種類時，在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。對于大多數(shù)常用填料其泛點氣速或氣相動能因子可由有關(guān)手冊或文獻中查到，也可以通過一些經(jīng)驗公式來估算。 (3) 填料層的壓降 填料層的壓降是填料的主要應(yīng)用性能，填料層的壓降越低，動力消耗越低，操作費用越小。選擇低壓降的填料對熱敏性物系的分離尤為重要。所以要比較填料的壓降。
(4) 填料的操作性能 填料的操作性能主要指操作彈性、抗污堵性及抗熱敏性等。所選填料應(yīng)具有較大的操作彈性，以保證塔內(nèi)氣、液負荷發(fā)生波動時維持操作穩(wěn)定。 同時，還應(yīng)具有一定的抗污堵、抗熱敏能力，以適應(yīng)物料的變化及塔內(nèi)溫度變化。 此外，所選的填料要便于安裝、