本次设计主要是利用所学的化工原理知识，进行一次填料吸收塔设计，即用水吸收空气中的氨气。
2设计部分
2.1设计任务书
2.1.1设计题目
试设计一座填料吸收塔，用与脱除混于10万吨/年合成氨驰放气中的氨气，合成每吨氨能排出150~250Nm驰放气。换算为处理量1000m/h,其中含氨气为8%(体积分数)，要求塔顶排放气体中含氨低于0.02%（体积分数），采用清水进行吸收，吸收剂用量为最小用量的1.5倍。 2.1.2操作条件
（1）操作压力 常压 （2）操作温度 20℃
3
3
2.1.3填料类型
选用聚丙烯阶梯环填料，规格自选 2.1.4工作日
每年300天，每天24小时连续运行 2.1.5厂址
自贡地区 2.1.6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（可根据实际情况先作）；
（9）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
2.2方案的确定
用清水吸收合成氨驰放气氨属中等溶解度的吸收过程，为提高传质效率，选用逆流吸收流程。因用水作为吸收剂，故采用纯溶剂。
2.3 填料的类型与选择
2.3.1填料的类型 (1) 拉西环
拉西环是一外径与高相等的圆环。为了装卸方便，一般直径在75毫米以下的拉西环采用乱堆方式，但是气体阻力较大，直径大于100毫米的拉西环多采用整砌方式，以降低流动阻力。拉西环的流体力学性能及传质规律已有较详细的研究，是最早使用的一种填料。但其容易形成较严重的塔壁偏流和沟流现象，导致传质效率很低。 (2) 鲍尔环
鲍尔环的构造是在拉西环的壁上开两排长方形窗口，被切开的环壁形成叶片，一边与壁相连，另一端向环内弯曲，并在中心处与其它叶片相搭。尽管鲍尔环填料的孔隙率和比表面积与拉西环差不多，但由于其管壁上有孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气体流动阻力降低液体分布也较均匀，同种条件下，鲍尔环的气体通量可较拉西环增大50%以上。又由于鲍尔环上的两排窗口交错排列，气体流动通畅，避免了液体的严重沟流及壁流现象。因此鲍尔环较拉西环传质效率高操作弹性大，但价格较高。
（3）阶梯环
阶梯环是对鲍尔环的改进而发展起来的新型环形填料。其构造与鲍尔环类似，环壁上开有长方形孔，环内有两层交错45度的十字形翅片，阶梯环高度通常只有直径的一半，其一端制成喇叭口形状，因此，在填料层中填料之间呈多点接触，床层均匀且孔隙率大，气体流动阻力降低，生产能力较高，圆筒一端为向外翻卷的喇叭口，其高度约为全高的1/5，而直筒高度为填料直径的一半。由于两端形状不对称，在填料中各环相
互呈点接触，增大了填料的空隙率，使填料的表面积得以充分利用，使压降降低，传质效果提高。
另还有鞍形类填料，鞍型填料主要有弧鞍形填料、矩鞍形填料和环矩鞍填料。十字环填料 网形填料等。
图2.1 几种填料的形状
2.3.2填料的选择
低浓度吸收，逆流吸收流程，对于水吸收NH3的过程，操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中，塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用DN50聚丙烯阶梯环填料。
表2.1 DN50聚丙烯阶梯环主要参数
填料类型 公称直径 外径×高×比表面积 空隙率 个数n/ 堆积密度 干填料因DN/mm 厚 d×h×l m3） at（m2/ /% m3 /（kg/ m3） 子? / m?1 143 塑料阶梯环
50 50×25×1.5 114.2 92.7 10740 54.8 2.4工艺计算
2.4.1基础物性数据 一 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℃时水的有关物性数据如下：
密度为：ρL=998.2kg/m3； 粘度为μL=100.50×10-5Pa·s=3.618kg/(m·h)； 表面张力为σL=72.6dyn/cm=940896 kg/h2；
NH3在水中的扩散系数为 DL=1.76×10-9m2/s=6.336×10-6m2/h 二 气相物性数据
设进塔混合气体温度为：20℃，
混合气体的平均摩尔质量为：MVm=ΣyiMi=0.08×17+0.92×29=28.04g/mol； 混合气体的平均密度为：ρ=1.166kg/ m3；
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： μV=1.81 ×10-5Pa?s=0.065kg/(m?h)；
查手册得，在273.15K 时，NH3空气中的扩散系数为：DV=1.7×10-5m2/s=0.0612 m2/h 三 气液相平衡数据 由手册查得
常压下20℃时NH3在水中的亨利系数为：E=76.99 kPa； 相平衡常数为 ：m=E/P=76.99/101.33=0.760；
溶解度系数为：H=ρL /E MS =998.2/76.99×18.02=0.725kmol/（kPa?m3）。 四 物料衡算
进塔气相摩尔比为：Y1?出塔气相摩尔比为：Y2?0.08?0.0870
1?0.08Vm
=PM/RT=101.33×28.04/（8.314×293.15）
0.0002?0.000200
1?0.0002对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：X2?0(清水)
混合气体的平均摩尔质量为：M?0.08?17?0.92?29?28.04 混合气体流量：1000?2731293?22.4?41.596(kmol/h) 惰性气体流量：V?41.596?(1?0.08)?38.268(kmol/h)
?L?Y1?最小液气比：??V???Y2minx?0.0870?0.000200?0.7521e?X2(0.0870/0.754)?0 取实际液气比为最小液气比的1.5倍 液气比：
LV?1.5??L??V???1.5?0.752?11.28 min吸收剂用量为：L?0.752?38.268?1.5?43.166(kmol/h)
V?Y1?Y2??L?X1?X2?
XV(Y1?Y2)1?L?LX2?0.0870?0.000200
0.752?1.5?0.0770液气比：
Wl43.166?W?18?0.666 v1000?1.166V——单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s; L——单位时间内通过吸收塔的溶解剂，kmol/s;
Y1、Y2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，X1、X2——分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;
2.4.2填料塔的工艺尺寸的计算
2.4.2.1塔径的计算
采用Eckert通用关联图计算泛点气速 气相质量流量为Wv=
???s=1.166×1000=1166kg/h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即： WL=MLL=18×43.166=776.988kg/h
x1e?Y1m
koml/koml;