文档介绍：设计说明书
学院:机械与汽车工程学院
专业:过程装备与控制工程
指导教师:邹华生
姓名:陈学亮
学号:201030050496
合作者:黄锦洲
目录
五. 填料塔外接管的补强设计
六. 填料塔强度校核计算
七. 填料塔辅助设备设计计算和选型
八. 吸收后尾气与釜液的处理
九. 放空气能量的利用
十. 计算结果及选型汇总
:
非等温吸收填料塔
:
为了使尿素生产厂合成氨放空气中的有害物质NH3 达到国家环保废气排放标准,需设计一吸收填料塔,用清水吸收放空气中的氨,为达到国家环保尾气排放标准,处理后放空气中的氨浓度必须不超过400ppm,放空气的流量1000kg/h,其摩尔组成为:
物料摩尔组成
物质名
NH3
H2
N2
mol%
%
%
%
表1
另外含有微量的Ar气(%),吸收剂为水、压力设定为10bar.
本设计任务为设计填料塔,填料塔是化工过程中最为常用的气液接触设备之一,广泛用于蒸馏、吸收等单元操作。填料塔主要由踏体、填料及塔内件构成(如图4-1)。液体通过液体分布器均匀分布于填料顶层,在重力作用下沿填料表面向下流动,与再填料空隙中流动的气体相互接触,发传质与传热。填料塔通常在气液两相逆流状态下操作,用于吸收操作时也有采用并流操作。与板式塔相比,填料塔具有效率高、压降低、结构简单、便于采用耐腐蚀材料制造等显著优点[1]。
本设计选用单塔逆流接触方式,吸收剂无再循环吸收。
单塔:可以满足任务需求,且构造相对简单,维护方便。
逆流:在实际操作过程中,气液传质设备内气液两相大多呈逆流接触,因为当两进、出口浓度相同的情况下,逆流时的平均推动力大于并流,且利用气液相密度差,有利于两相分离[2]。
无循环:本实验中,需吸附的氨的含量较大,且循环需要动力装置,综合考虑经济效益,选用无循环为佳。
从吸收的原理可知,吸收剂的性能好坏直接影响到吸收操作的分离效果及经济性。因此对吸收剂的选择应满足如下几点要求:
(1)在混合气体中,溶质的溶解度要大,这样在相同的操作条件下,处理一定量混合气所需的溶剂数量就会减少,平衡时气体中溶质残余液浓度也可降低,溶解速率增大。吸收、解析的设备尺寸和能耗也会减少。
(2)在混合气中,除溶质外的其他组分的溶解度要小,即有较高的选择性。这样才能使混合气中溶质实现有效分离。
(3)不易挥发,即蒸汽压低、蒸发损失少,同时可减小在气体中混入的吸收剂蒸汽。
(4)粘度低,无腐蚀性,无毒,不易燃,不发泡,来源广泛,价格低廉,易于再生[3]。
综合考虑这些因素,本设计采用水作为吸附剂。
图1
放空气的平均相对分子质量为:
M=ω1×M1+ω2×M2+ω3×M3+ω4×M4=×17+×2+×28+×40=
放空气的摩尔流量:
q=LM==(kmol·h-1)
放空气中氨气的载气摩尔流量:
q´=q×ω´´=×1-=(kmol·h-1)
氨气进塔的摩尔比为:
Y1=-=
Y2=Y1×1-η=×=
达到设计任务要求,
由于水吸附氨气为一个放热过程,因而,在吸附过程中水温会升高,出塔溶液温度取决于溶剂量,为此可先假设溶液的浓度为6%(质量)。当溶解的氨量为:
××=(kmolkmol·h-1)
由此可知,吸收剂用量为:
qL=×=×h-1=×h-1
出塔水的摩尔比为:
X1=6179418=
每100kg水中氨的溶解量为:
×=
查图2可知,,入塔水温选定为25oC,所以氨水出塔温度为:
tb=ta+∆t=25℃+℃=℃
可见吸收过程中,系统的温度变化较大,平衡系统当然也会产生极为显著的变化,而不能采用恒温下的平衡系统来考虑问题,应该做出非等温平衡曲线。当然,由于塔体散热,实际的