一．课程名称。
氨吸收填料塔的设计。
二、课题条件。
1．混合气体处理量：4460
2.原料气组成： 45%，空气：55%
3原料气温度：35
4吸收率：不低于95%
5吸收剂：x2<0.005的稀氨水（25c）
6操作压力：常压（按呼市地区大气压计为89590）
三设计要求：
1流程布置与说明。
2填料的选择，采用两种填料进行计算，从中选出较为优方案。
3工艺过程的计算。
4填料塔工艺尺寸的确定。
5输送机械功率的计算与选型。
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。
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，要求用低浓度氨水吸收氨气，且氨气含量较高，故选用填料塔。填料的选择见1.
4 。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，可以暂定为逆流。当吸收剂用量特别大时，逆流容易引起液泛，可以通过调节液体流量来控制。但此时吸收剂用量未知，我们可以按照逆流进行物料衡算得出吸收剂用量后，以此作为一个评判标准，判断是否该用逆流。
浓度小于0.005稀氨水（温度是25℃）做吸收剂，由于是逆流操作，需要泵将水抽到塔顶，因泵输送的是稀氨水，所以选用水泵。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。
本次课设的题目中，已给出吸收剂为浓度为0.005的稀氨水，其优点为：
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；
5. 价廉，易得，化学稳定性好。
填料的选择要根据以下几个方面来考虑：
1. 比表面积要大，有较高的传质效率。
2. 有较大的通量。
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. **低廉。
填料的选取包括确定其种类、规格、及材质等。
1.3.2.1 填料的种类。
颗粒填料包括拉西环、鲍尔环、阶梯环等；规整填料主要有波纹填料、格栅填料、绕卷填料等。
1.3.2.2 填料的尺寸。
径比d/d有一个下限值（一般为10），若径比低于此下限值时，塔壁附近的填料层空隙率大而不均匀，气流易走短路、液体壁流加剧。
1.3.2.3 填料的材质
塑料材质的主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，其特点是耐腐蚀性能好，质量轻，**适中，但耐温性及湿润性较差。金属材质有碳钢、铝铝和铝合金等，多用于操作温度较高而无显著腐蚀性的操作。陶瓷材质的材料耐腐蚀性较好，、耐湿性强，**便宜，但易破损。
在此设计中是常压，温度较低，选取的两种塑料材质的填料特性见表1-1
表1-1 选取的金属和陶瓷材质的填料的特性。
整个工艺计算过程包括以下几点：
1. 确定气液平衡关系（若为非等温吸收，各物性参数随组成变化而变化，求取时应取平均值，计算时应注意这一点）
2. 确定吸收剂用量及操作线方程。
3. 填料的选择。
4. 确定塔径及塔的流体力学性能计算。
5. 填料层高度的计算。
6. 管路及辅助设备的计算。
由于原料气组成中，氨气占45%，含量较高，用稀氨水吸收时会产生很大的热效应，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我们熟悉的亨利定律，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。
非等温吸收的热效应主要包括：
吸收质与吸收剂混合时产生的混合热，即溶解热。
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：
不考虑热损失。
吸收剂带走的潜热不计。
气相带走的热量不计。
以上假设，即是假定吸收过程中所释放出的热量全部用来加热液体。
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及温度变化较大，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及公式则有。
式中：， 第i段两端的液相温度，℃；
第i段两端的液相浓度差；
溶液流率，kmol/h(由于很小，l可视为常数)
溶液的平均比热kj/kmol·℃，溶质的微分溶解热，kj/kmol(取和间的平均值)
在非等温吸收操作中，吸收塔内液相的浓度和温度分别由塔顶处的，增加到塔底处的，。在此液相浓度和温度范围内，随着和t的变化，气液两相的平衡关系也在改变，即不同温度对应着不同的平衡曲线。
实际平衡关系可由温度与浓度的关系得到，也可由经验公式来确定。对于氨气和水溶液的平衡物系，若选用经验公式，可作如下计算：
式中：— 氨在水溶液中的摩尔分率。
t — 溶液的温度， k
— 溶液上方氨的平衡风压 ，㎜hg
由于是常压下吸收，气相可是为理想气体，按道尔顿分压定律，计算与相平衡的：
式中：p — 操作压强，㎜hg
此设计过程的温度是25℃，计算过程如下：(以第二组数据为例)由式（2-1）——2-4）得。
由化工流体流动与传热第二版第335页附表六得10℃和20℃水的比热分别为4.191kj/kg℃和4.183kj/kg℃，所以得出。
（4.191+4.183)/2185.366(kj/kmol·℃)
解得p=7.8421mmhg
1pa=0.0075mmhg
p=89590pa=895900.0075=671.925mmhg
所有计算结果如下表2-1所示。
表2-1 计算结果。
根据计算结果，以为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上绘出非等温吸收的平衡关系曲线。
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