化工原理課程設(shè)計-- 水吸收氨過程填料吸收塔設(shè)計

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計說明書</p><p>　　設(shè)計題目 水吸收氨過程填料吸收塔設(shè)計 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　學(xué) 院 </p

2、><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　完成時間 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一節(jié)前言3</b></p

3、><p>　　1.1填料塔的設(shè)計任務(wù)及步驟3</p><p>　　1.2填料塔設(shè)計條件及操作條件3</p><p>　　第二節(jié) 填料塔主體設(shè)計方案的確定3</p><p>　　2.1裝置流程的確定3</p><p>　　2.2 吸收劑的選擇3</p><p>　　2.3填料的類型

4、與選擇3</p><p>　　2.3.1 填料種類的選擇4</p><p>　　2.3.2 填料規(guī)格的選擇4</p><p>　　2.3.3 填料材質(zhì)的選擇4</p><p>　　2.4 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)4</p><p>　　2.4.1 液相物性數(shù)據(jù)4</p><p>　　2.4.

5、2 氣相物性數(shù)據(jù)5</p><p>　　2.4.3 物料橫算5</p><p>　　第三節(jié) 填料塔工藝尺寸的計算6</p><p>　　3.1 塔徑的計算7</p><p>　　3.2 填料層高度的計算及分段7</p><p>　　3.2.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計算7</p><p&g

6、t;　　3.2.2 填料層的分段8</p><p>　　3.3 填料層壓降的計算9</p><p>　　第四節(jié)填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計10</p><p>　　4.1 塔內(nèi)件類型10</p><p>　　4.2 塔內(nèi)件的設(shè)計10</p><p>　　注：1填料塔設(shè)計結(jié)果一覽表10</p>&

7、lt;p>　　2 填料塔設(shè)計數(shù)據(jù)一覽11</p><p><b>　　3 參考文獻12</b></p><p>　　附件一：塔設(shè)備流程圖12</p><p>　　附件二：塔設(shè)備設(shè)計圖13</p><p><b>　　第一節(jié) 前言</b></p><p>　　填

8、料塔的設(shè)計任務(wù)及步驟</p><p>　　設(shè)計任務(wù)：用水吸收空氣中混有的氨氣。</p><p>　　設(shè)計步驟：（1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計方案;</p><p>　?。?）針對物系及分離要求，選擇適宜填料；</p><p>　?。?）確定塔徑、填料層高度等工藝尺寸（考慮噴淋密度）；</p><p>　　（4）

9、計算塔高、及填料層的壓降；</p><p><b>　　（5）塔內(nèi)件設(shè)計。</b></p><p>　　填料塔設(shè)計條件及操作條件</p><p>　　1. 氣體混合物成分：空氣和氨</p><p>　　2. 空氣中氨的含量: 5.0%（體積分數(shù))，要求塔頂排放氣體中含氨低于0.02%;）</p><p

10、>　　3. 混合氣體流量6000m3/h</p><p>　　4. 操作溫度293K</p><p>　　5. 混合氣體壓力101.3KPa</p><p>　　6. 采用清水為吸收劑，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。</p><p>　　7. 填料類型：采用聚丙烯鮑爾環(huán)填料</p><p>　　第二節(jié) 精餾塔

11、主體設(shè)計方案的確定</p><p><b>　　裝置流程的確定</b></p><p>　　本次設(shè)計采用逆流操作：氣相自塔低進入由塔頂排出，液相自塔頂進入由塔底排出，即逆流操作。</p><p>　　逆流操作的特點是：傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。</p><p>　

12、　2.2 吸收劑的選擇</p><p>　　因為用水做吸收劑，故采用純?nèi)軇?lt;/p><p>　　2.3填料的類型與選擇</p><p>　　填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。</p><p>　　2.3.1 填料種類的選擇</p><p>　　本次采用散裝填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特

13、點不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一，本次選用鮑爾環(huán)。</p><p>　　2.3.2 填料規(guī)格的選擇</p><p>　　工業(yè)塔常用的散裝填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\ Dn76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的

14、壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定。</p><p>　　常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值列于。</p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　　2.3.3 填料材質(zhì)的選擇</p><p>　　工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類</p>

15、<p>　　聚丙烯填料在低溫（低于0度）時具有冷脆性，在低于0度的條件下使用要慎重，可選耐低溫性能良好的聚氯乙烯填料。</p><p>　　綜合以上：選擇塑料鮑爾環(huán)散裝填料 Dn50</p><p>　　2.4 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)</p><p>　　2.4.1 液相物性數(shù)據(jù)</p><p>　　對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近

16、似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得 20 ℃水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　1. </b></p><p><b>　　2. </b></p><p>　　3. 表面張力為:</p><p><b>　　4. </b></p><p&

17、gt;<b>　　5. </b></p><p><b>　　6. </b></p><p>　　2.4.2 氣相物性數(shù)據(jù)</p><p>　　1. 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　2

18、. 混合氣體的平均密度</p><p>　　由 (2-2)</p><p><b>　　R=8.314 </b></p><p>　　混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊得20時，空氣的黏度</p><p>　　注： 1 1Pa..s=1kg/m.s</p><

19、;p>　　2.4.3 物料橫算</p><p>　　1. 進塔氣相摩爾比為</p><p>　　(2-5) </p><p>　　2. 出他氣相摩爾比為 </p><p>　　(2-6) </p><p>　　3. 進塔惰性氣體流量: (2-7) 因為該吸

20、收過程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式計算。即：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　因為是純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　選擇操作液氣比為 （2-

21、9）</p><p>　　L=1.2676356×234.599=297.3860441kmol/h</p><p>　　因為V(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1</p><p>　　第三節(jié) 填料塔工藝尺寸的計算</p><p>　　填料塔工藝尺寸的計算包括塔徑的計算、填料能高度的計算及分段</p><p

22、><b>　　3.1 塔徑的計算</b></p><p>　　1. 空塔氣速的確定——泛點氣速法</p><p>　　對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值u/u=0.5~0.85</p><p>　　貝恩（Bain）—霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式 ，即：</p><p>　　=A-K （3-1）&

23、lt;/p><p><b>　　即：</b></p><p>　　所以：/9.81（100/0.917）（1.1836/998.2）=0.246053756</p><p>　　UF=3.974574742m/s</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　—

24、—泛點氣速，m/s;g ——重力加速度，9.81m/s，</p><p>　　WL=5358.89572㎏/h WV=7056.6kg/h</p><p>　　A=0.0942； K=1.75；</p><p>　　取u=0.7 =2.78220m/s</p><p>　?。?-2） </p>&l

25、t;p>　　圓整塔徑后 D=0.8m</p><p>　　1. 泛點速率校核： m/s</p><p><b>　　則在允許范圍內(nèi)</b></p><p>　　2. 根據(jù)填料規(guī)格校核：D/d=800/50=16根據(jù)表3-1符合</p><p>　　3. 液體噴淋密度的校核：</p><p>

26、　　(1) 填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量。</p><p>　　(2) 最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率。</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b><

27、;/p><p>　　經(jīng)過以上校驗，填料塔直徑設(shè)計為D=800mm 合理。</p><p>　　3.2 填料層高度的計算及分段</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　?。?-6） </b></p><p>　　3.2.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計算<

28、/p><p>　　用對數(shù)平均推動力法求傳質(zhì)單元數(shù)</p><p><b>　　（3-7）</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0.006895</b&g

29、t;</p><p>　　3.2.2 質(zhì)單元高度的計算</p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　即：αw/αt =0.37404748</p><p>　　液體質(zhì)量通量為： =WL/0.785×

30、;0.8×0.8=10666.5918kg/(㎡?h)</p><p>　　氣體質(zhì)量通量為： =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(㎡?h)</p><p>　　氣膜吸收系數(shù)由下式計算：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　=0.1

31、52159029kmol/(㎡h kpa)</p><p>　　液膜吸收數(shù)據(jù)由下式計算：</p><p><b>　　(3-11）</b></p><p>　　=0.566130072m/h</p><p>　　因為0.15215×0.3740×1.451.1×100 =

32、8.565021kmol/(m3 h kpa) （3-12）</p><p>　　=0.56613×100×0.37404×1.450.4 （3-13）</p><p>　　=24.56912/h</p><p>　　因為： =0.8346<

33、;/p><p>　　所以需要用以下式進行校正：</p><p><b>　　（3-14）</b></p><p>　　=[1＋9.5(0.69999－0.5)1.4] 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa)</p><p><b>　?。?-15）</b></p>

34、<p>　　=[1＋ 2.6 (0.6999－0.5)2.2] 24.569123=26.42106/h</p><p><b>　　（3-16）</b></p><p>　　=1÷(1÷17.1358+1÷0.725÷26.4210)</p><p>　　=9.038478 kmol/(m

35、3 h kpa)</p><p>　?。?-17） </p><p>　　=234.599÷9.03847÷101.3÷0.785÷0.64</p><p>　　=0.491182 m</p><p><b>　　（3-18）</b></p>&l

36、t;p>　　=0.491182×9.160434=4.501360m,得 </p><p>　　=1.4×4.501=6.30m</p><p><b>　　3. 填料層的分段</b></p><p>　　對于鮑爾環(huán)散裝填料的分段高度推薦值為h/D=5~10。</p>

37、<p>　　h=5×800～10×800=4～8 m</p><p>　　計算得填料層高度為7000mm，，故不需分段</p><p>　　3.3 填料層壓降的計算</p><p>　　取 Eckert (通用壓降關(guān)聯(lián)圖)；將操作氣速(＝2.8886m/s) 代替縱坐標中的查表，DG50mm塑料鮑爾環(huán)的壓降填料因子＝125代替縱坐標中的

38、．</p><p><b>　　則縱標值為：</b></p><p>　　=0.1652 (3-19)</p><p><b>　　橫坐標為：</b></p><p>　　=0.02606

39、 (3-20)</p><p><b>　　查圖得</b></p><p>　　981Pa/m (3-21)</p><p>　　全塔填料層壓降 =981×7=6867 Pa</p><p>　　至此，吸收塔的

40、物科衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出。</p><p>　　填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計</p><p><b>　　4.1 塔內(nèi)件類型</b></p><p>　　填料塔的內(nèi)件主要有填料支撐裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理的選擇和設(shè)計塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。</p>

41、<p>　　4.2 塔內(nèi)件的設(shè)計</p><p>　　液體分布器設(shè)計的基本要求：（1）液體分布均勻（2）操作彈性大（3）自由截面積大（4）其他</p><p>　　液體分布器布液能力的計算</p><p>　?。?）重力型液體分布器布液能力計算</p><p>　　（2）壓力型液體分布器布液能力計算</p><

42、p>　　1填料塔設(shè)計結(jié)果一覽表</p><p>　　2 填料塔設(shè)計數(shù)據(jù)一覽</p><p><b>　　3 參考文獻</b></p><p>　　[1] 夏清.化工原理（下）[M]. 天津:天津大學(xué)出版社, 2005.</p><p>　　[2] 賈紹義,柴誠敬. 化工原理課程設(shè)計[M]. 天津:天津大學(xué)出版社,