化工原理课程设计--填料吸收塔设计（水吸收氨气）
一、精馏塔主体设计方案的确定。
1.1装置流程的确定。
本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。
逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。
1.2 吸收剂的选择。
因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。
2-1 工业常用吸收剂。
1.3填料的类型与选择。
填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。
1.3.1 填料种类的选择。
本次采用散装填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。鲍尔环是目前应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。
1.3.2 填料规格的选择。
工业塔常用的散装填料主要有dn16\dn25\dn38\ dn76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。
因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。
常用填料的塔径与填料公称直径比值d/d的推荐值列于。
表3-11.3.3 填料材质的选择。
工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。
聚丙烯填料在低温（低于0度）时具有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重，可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。
综合以上：选择塑料鲍尔环散装填料 dn50
1.4 基础物性数据。
1.4.1 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 ℃水的有关物性数据如下：
3. 表面张力为：
1.4.2 气相物性数据。
1. 混合气体的平均摩尔质量为。
2. 混合气体的平均密度。
由2-2)r=8.314
3. 混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20时，空气的黏度。
注： 1 1pa..s=1kg/
2.4.3 气液相平衡数据。
由手册查得，常压下，20时，nh在水中的亨利系数为 e=76.3kpa
在水中的溶解度： h=0.725kmol/m
相平衡常数2-3)
溶解度系数2-4
1.4.4 物料横算。
1. 进塔气相摩尔比为。
2. 出他气相摩尔比为
3. 进塔惰性气体流量： (2-7) 因为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。即：
因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成。
所以 选择操作液气比为2-9）
l=1.2676356×234.599=297.3860441kmol/h
因为v(y1-y2)=l(x1-x2) x1
第二节填料塔工艺尺寸的计算。
填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段。
2.1 塔径的计算。
1. 空塔气速的确定——泛点气速法。
对于散装填料，其泛点率的经验值u/u=0.5~0.85
贝恩（bain）—霍根（hougen）关联式 ，即：
a-k3-1）
即： 所以： /9.81（100/0.917）（1.1836/998.2）=0.246053756
uf=3.974574742m/s
其中：—泛点气速，m/s;
g ——重力加速度，9.81m/s
wl=5358.89572㎏/h wv=7056.6kg/h
a=0.0942； k=1.75；
取u=0.7 =2.78220m/s
圆整塔径后 d=0.8m
1. 泛点速率校核： m/s
则在允许范围内。
2. 根据填料规格校核：d/d=800/50=16根据表3-1符合。
3. 液体喷淋密度的校核：
1) 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。
2) 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率。
经过以上校验，填料塔直径设计为d=800mm 合理。
2.2 填料层高度的计算及分段。
2.2.1 传质单元数的计算。
用对数平均推动力法求传质单元数。
2.2.2 质单元高度的计算。
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：
即：αw/αt =0.37404748
液体质量通量为： =wl/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(㎡h)
气体质量通量为： =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(㎡h)
气膜吸收系数由下式计算：
0.152159029kmol/(㎡h kpa)
液膜吸收数据由下式计算：
0.566130072m/h因为。
8.565021kmol/(m3 h kpa)
24.56912/h
因为： =0.8346
所以需要用以下式进行校正：
=[1＋9.5(0.69999－0.5)1.4] 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa)
1＋ 2.6 (0.6999－0.5)2.2] 24.569123=26.42106/h
9.038478 kmol/(m3 h kpa)
0.491182 m
0.491182×9.160434=4.501360m,得。
1.4×4.501=6.30m
2.2.3 填料层的分段。
对于鲍尔环散装填料的分段高度推荐值为h/d=5~10。
h=5×800～10×800=4～8 m
计算得填料层高度为7000mm，，故不需分段。
2.3 填料层压降的计算。
取 eckert (通用压降关联图)；将操作气速(＝2.8886m/s) 代替纵坐标中的查表，dg50mm塑料鲍尔环的压降填料因子＝125代替纵坐标中的．
则纵标值为：
横坐标为：
查图得。981pa/m3-21)
全塔填料层压降 =981×7=6867 pa
至此，吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出。
第三节填料塔内件的类型及设计。
3.1 塔内件类型。
填料塔的内件主要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理的选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。
3.2 塔内件的设计。
4.2.1 液体分布器设计的基本要求：
1）液体分布均匀。
2）操作弹性大。
3）自由截面积大。
4）其他。3.2.2 液体分布器布液能力的计算。
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