4000m3/h空氣—氨填料吸收塔的設計

■魏 兵 ■吉化集團吉林市北方建設有限責任公司，吉林 132021

選擇合理的塔型是做好本次設計的首要前提，主要需要考慮操作的條件、物料性質、塔設備性能［1］。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有支承板，填料亂堆或規則地放置在支承板上。氣體經塔底進入，液體經分布器從塔頂淋到填料上，自上向下沿填料塔的表面流下來，自下向上連續流過填料的空隙，在填料層中氣液兩相互相接觸進行傳質，沿塔高兩相組成一直變化，在填料層中液體向下流動時，向塔壁有流動的傾向。所以，當填料層比較高時，可以把它分成數段，段間用再分布器隔離，使已經到達塔壁的液體再一次流向填料的層內［2］。在填料塔中氣液的通過能力，兩相接觸面的大小，傳質速率的快慢等與填料的材料和幾何形狀有關。，新型的填料塔性能與傳統板式塔相比，有如下優點:大生產性力、分離純化效率強、持液量小等優點。因此，為了改善填料塔的操作性能，人們一直致力于發展性能優良的填料。近年來，由于新型填料的開發以及塔內分布器等附件的改進，填料塔的應用范圍在不斷擴大，高效、新型的、高負荷填料的開發設計，既提高了塔的分離能力和通過能力，也保持了性能穩定及壓力降小等特點，不僅在中小塔中得到廣泛運用，甚至出現了塔徑10m以上的填料精餾塔［3］。本次設計就是針對氨-空氣體系，而進行的常壓下二元氣體混合物填料吸收塔的工藝計算及其設備的設計。

1 設計任務書

1．1 設計題目

4000m3/h空氣-氨填料吸收塔的設計

1．2 設計條件

混合物組分:空氣、氨氣

氨氣的體積分數:6．5%

操作壓力:101．3kPa

壓力降:≤9kPa

進塔氣體流量:4000m3/h

工作溫度289K

回收百分比:99．9%

1．3 設計主要內容

設計方案和選擇流程;

選擇填料的類型;

計算填料塔直徑﹑高度及壓力降;

2 空氣-氨填料吸收塔設計方案

2．1 選擇吸收劑

由于所分離的是氨氣和空氣混合物，吸收劑選擇為水，來源廣泛，選擇性高，性質穩定，能夠滿足此吸收過程的要求

2．2 流程說明

混合氣體由塔的下端進入，清水由塔的頂部進入，兩股流體逆流接觸，在填料表面分離，廢氣由塔頂排出，吸收劑由塔的底部排出。

2．3 塔填料的選擇

填料是填料塔內氣(汽)液介質進行兩相傳質的關鍵元件，直接關系到填料塔性能的好壞。對填料的基本要求［3］:單位體積填料的表面積，即比表面積要大，填料表面被液體所潤濕;單位體積的空隙體積，即空隙率要高，以提高氣(汽)液通過能力，減小流動阻力;具有良好的耐蝕性、較高的機械強度;取材容易，價格低廉。

3 空氣—氨填料吸收塔工藝計算數據一覽表

吸收塔的類型為聚丙烯階梯環吸收填料塔，混合氣處理量為4000m3/h，填料吸收塔的主要結構尺寸和計算結果見表3-1。

表3-1 填料吸收塔設計一覽表

4 結論

本設計在給定的生產條件下，首先確定設計方案，選擇水為吸收劑、氣液兩相逆流接觸進行傳質、選用38mm聚丙烯階梯環填料作為塔填料。通過工藝計算，得出氣液兩相質量流量分別為4735kg/h和3226．2kg/h，塔徑為 0．8m，填料層高度為 12m，填料層壓力降為 5．86kPa(小于 10kPa)，氣相流速為2．212m/s，泛點率為0．5611(介于0．5和0．8之間)，符合設計要求。

［1］陳敏恒，叢德滋，方圖南等．化工原理，下冊［M］．第三版，北京:化學工業出版社，2006:139～141．

［2］朱寶軒．化工工藝基礎［M］．第二版，北京:化學工業出版社，2008:130．

［3］譚天恩，竇梅，周明華等．化工原理，下冊［M］．第三版，北京:化學工業出版社，2006:146～151．