填料吸收塔設(shè)計工原理課程設(shè)計

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計說明書</p><p><b>　?。ㄌ盍衔账O(shè)計）</b></p><p>　　姓 名： </p><p>　　班 級： 應(yīng)化BG081 -</p><p>　　系 別： 藥化學(xué)院 </

2、p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　日 期 2011.1.3~2011.1.12 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1.化工原理設(shè)計任務(wù)書- 1 -</p><p>　　1.1設(shè)計題目- 1 -</

3、p><p>　　1.2設(shè)計條件- 1 -</p><p>　　1.1設(shè)計內(nèi)容和要求- 1 -</p><p>　　1.3設(shè)計成果- 1 -</p><p>　　2.設(shè)計方案與工藝流程- 2 -</p><p>　　2.1設(shè)計方案- 2 -</p><p>　　2.2工藝流程- 2 -&l

4、t;/p><p>　　3.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)- 3 -</p><p>　　3.1氣相物性參數(shù)- 3 -</p><p>　　3.2液相物性參數(shù)- 4 -</p><p>　　4.物料衡算- 4 -</p><p>　　4.1混合氣體進出塔組成- 4 -</p><p>　　4.2塔底吸收液濃度-

5、 4 -</p><p>　　5.填料塔工藝尺寸的計算- 4 -</p><p>　　5.1塔徑計算- 5 -</p><p>　　5.11填料層高度計算- 7 -</p><p>　　6.填料層壓降計算- 9 -</p><p>　　7.填料吸收塔附屬設(shè)備- 9 -</p><p>

6、　　7.1填料支承板-10-</p><p>　　7.2填料壓板和床層限制版-10-</p><p>　　7.3氣體進出口裝置和排液裝置-10-</p><p>　　8.主要符號說明-10-</p><p>　　9.填料塔的設(shè)備尺寸圖-11-</p><p>　　參考文獻：-12-</p>&

7、lt;p>　　化工原理課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　一、設(shè)計題目：</b></p><p><b>　　氨填料吸收塔設(shè)計</b></p><p><b>　　二、設(shè)計條件：</b></p><p>　　設(shè)計一座填料吸收塔，用于脫出混合氣體中的氨氣?；旌蠚怏w的

8、處理量 </p><p>　　為850kg/h，進塔混合氣含氨6﹪（體積），吸收劑為清水。要求氨的回收率為99﹪。操作壓力為常壓，操作溫度為20℃。平衡關(guān)系為y=0.9x. </p><p>　　三、設(shè)計的內(nèi)容和要求:</p><p>　　針對給定物系的填料塔立題，確定設(shè)計方案。選擇吸收劑、流程及生產(chǎn)條件選定，進行物料、吸收劑用量、吸收液塔底組成計算。采用關(guān)聯(lián)

9、圖法計算塔徑，操作氣速的計算；核算噴淋密度、徑比、填料高度的計算；進行填料層壓降的核算等工藝設(shè)計計算。主要輔助設(shè)備的選型設(shè)計，編寫設(shè)計說明書，繪制吸收塔的工藝條件圖。</p><p><b>　　四、設(shè)計成果：</b></p><p>　　1、 設(shè)計說明書一份；</p><p>　　2、 A4設(shè)計圖紙：填料塔的設(shè)備尺寸圖。</p>

10、<p>　　設(shè)計方案與工藝流程圖</p><p><b>　　1、設(shè)計方案</b></p><p>　　本次課程設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計氨填料塔。用清水吸收混合氣中的氨，為提高傳質(zhì)效率，選用單塔逆流吸收流程，即液體由上至下，氣體由下而上流動。在逆流操作時，氣、液兩相傳質(zhì)的平均推動力最大，可以減少塔設(shè)備尺寸。此外，流出的吸收劑與濃度最大的進塔氣體接觸，溶液的最終濃度

11、可達到最大值；而出塔氣體與新鮮的或濃度較低的吸收劑接觸，出塔氣中溶質(zhì)的濃度可降至最低。吸收過程通常在塔內(nèi)完成，吸收劑（清水）由泵送到吸收塔頂，對送來的混合氣體進行吸收。吸收液從塔底流入貯槽，吸收尾氣放空。吸收劑進入塔前設(shè)置冷卻器對其降溫，以利于吸收。</p><p><b>　　2、工藝流程圖</b></p><p><b>　　二、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b&g

12、t;</p><p><b>　　氣相物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為</p><p>　　M=0.06×17+0.94×29=28.28</p><p>　　混合氣體的平均密度為</p><p>　?。?#215;＝1.176kg／</p&

13、gt;<p>　　混合氣體的摩爾流率為</p><p><b>　　G==30.06</b></p><p>　　混合氣體的體積流量為</p><p><b>　　==722.79</b></p><p><b>　　液相物性數(shù)據(jù)</b></p>&

14、lt;p>　　對于低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(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>　　密度為=998.2</b></p><p>　　粘度為＝1.005 mPa·s</p><p><b>　　三 、物料衡算</b></p><p&

15、gt;　　1．混合氣體進出塔（物質(zhì)的量比）組成</p><p>　　Y1==0.0638</p><p>　　Y2=(1- )=0.0638×0.01=0.000638(以塔頂排放氣體中氨含量1%計)</p><p><b>　　2．塔底吸收液濃度</b></p><p>　　操作線方程為:Y=0.9X.<

16、;/p><p>　　吸收劑(水)的用量Ls</p><p>　　由操作線方程知:當Y1＝0.0638時,X1*=0.0709,計算最小吸收劑用量</p><p>　　=30.06×＝ 26.78kmol／h</p><p>　　取安全系數(shù)為3.0，則</p><p>　　Ls＝3.0×26.78＝80.

17、34kmol／h = 1446.08kg/h</p><p>　　依物料衡算式塔底吸收液濃度</p><p>　　= ×（0.0638-0.000638）= 0.024</p><p>　　四 、填料塔工藝尺寸的計算</p><p><b>　　圖（一）</b></p><p><

18、;b>　　1、塔徑計算</b></p><p>　　塔底氣液負荷大，依塔底條件(混合氣20℃)，101.325kPa</p><p>　?。?）.采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法(圖1)計算泛點氣速</p><p><b>　?、儆嘘P(guān)數(shù)據(jù)計算</b></p><p>　　塔底混合氣流量V`S＝850kg／h

19、</p><p>　　吸收液流量L`＝1446.08kg／h</p><p>　　進塔混合氣密度＝1.176kg／</p><p>　　吸收液密度＝998.2kg/</p><p>　　吸收液黏度＝1.005 mPa·s</p><p>　　經(jīng)比較，選DN38mm聚丙烯階梯環(huán)。查《化工原理》教材附錄可得，其填

20、料因子=175，比表面積＝132.5</p><p><b>　?、陉P(guān)聯(lián)圖的橫坐標值</b></p><p>　　()1/2=()1/2 =0.058</p><p>　　③由圖1查得縱坐標值為0.15</p><p><b>　　即0.2=0.15</b></p><p>

21、　　求得液泛氣速=2.67m/s</p><p><b>　　(2)．操作氣速</b></p><p>　　取u＝0.6＝0.6×2.67 ＝1.60m/s</p><p><b>　　(3).塔徑</b></p><p>　　== 0.3998 m=399.8mm</p>

22、<p>　　取塔徑為0.4m(＝400mm)</p><p>　　(4)．核算操作氣速</p><p>　　U==1.60m/s < </p><p><b>　　(5)．核算徑比</b></p><p>　　D/d＝400/38＝10.5 > 8，滿足階梯環(huán)的徑比要求。</p>&l

23、t;p>　　(6)．噴淋密度校核</p><p>　　取= 0.08/(m·h)</p><p>　　最小噴淋密度= 0.08×132.5＝10.6 /(m2·h)</p><p>　　因 ＝＝11.534/(m·h) > </p><p>　　故滿足最小噴淋密度要求。</p&g

24、t;<p><b>　　2、填料層高度計算</b></p><p>　　(1)．傳質(zhì)單元高度計算</p><p>　　本設(shè)計采用恩田式計算填料潤濕面積aw作為傳質(zhì)面積a，依改進的恩田式分別計算及，再合并為和。</p><p>　　①列出備關(guān)聯(lián)式中的物性數(shù)據(jù)</p><p>　　氣體性質(zhì)(以塔底20℃，101

25、.325kPa空氣計)；</p><p>　　＝1.176 kg/ (前已算出)；</p><p>　　＝0.0181× (查附錄)；</p><p><b>　?。?．98×；</b></p><p>　　液體性質(zhì)＝998.2 kg/；</p><p>　?。?.005

26、15;Pa·s；</p><p><b>　　=1.344×；</b></p><p>　?。?2.6×N／m(查化工原理附錄)。</p><p>　　氣體與液體的質(zhì)量流速：</p><p><b>　　LG`==3.21</b></p><p>

27、;<b>　　VG`==1.88</b></p><p>　　DN38mm聚丙烯階梯環(huán)(亂堆)特性：＝38mm; ＝132.5;=33×10-3 N/m; 有關(guān)形狀系數(shù)，=1.45（階梯環(huán)為開孔環(huán)）</p><p><b>　?、谝朗?lt;/b></p><p>　　={-1.45（）0.75（）0.1（）-0.05

28、（）0.2}</p><p><b>　　==0.683</b></p><p>　　故==0.683×132.5=90.5</p><p><b>　?、垡朗?lt;/b></p><p>　　KL=0.0095()2/3()-1/2()1/3</p><p>　　=0

29、.0095()2/3()-1/2()1/3</p><p>　　=1.17×10-2 m/s</p><p><b>　?、芤朗?lt;/b></p><p>　　kG= 0.237()0.7()1\3()</p><p>　　= 0.237 ()0.7()1/3()</p><p>　　=8

30、.168×10-6kmol/(m2·S·kPa)</p><p>　　故=8.168××90.5×=1.1×10-3 (m/s)</p><p>　　=1.17×10-2×90.5×=1.23m/s</p><p><b>　　(2)計算</b>

31、</p><p>　?。?，而，H=0.725kmol/()</p><p><b>　　=＋</b></p><p>　　求得: =1.09×10-3</p><p>　?。?1.09×10-3×101.3=0.11</p><p><b>　　(3)計算&

32、lt;/b></p><p><b>　　===0.60m</b></p><p>　　(4)．傳質(zhì)單元數(shù)計算</p><p>　　=-m=0.0638-0.9×0.024=0.0422</p><p>　　==6.38×10-4</p><p><b>　　=

33、=0.0099</b></p><p><b>　　NOG==6.38</b></p><p>　　所以:H=×NOG=0.6×6.38=3.83m</p><p>　　取安全系數(shù)1.2， 則完成本設(shè)計任務(wù)需DN38mm聚丙烯階梯環(huán)的填料層高度z＝1.2×3.83=4.59m。</p>&

34、lt;p>　　五、 填料層壓降計算</p><p><b>　　之前計算得:</b></p><p>　　空塔氣速u=1.60m/s 橫坐標值:0.058</p><p>　　縱坐標值: ×()×(1.005) 0.2=0.054</p><p><b>　　查圖1得</b>

35、;</p><p>　　P/z=30×9.81=294.3Pa/m 填料</p><p>　　全塔填料層壓降 =4.59×294.3=1350.837Pa</p><p>　　六、填料吸收塔的附屬設(shè)備</p><p><b>　　1、填料支承板</b></p><p>　　分

36、為兩類：氣液逆流通過平板型支承板，板上有篩孔或柵板式;氣體噴射型，分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支承板和梁式氣體噴射型支承板。</p><p>　　2、填料壓板和床層限制板</p><p>　　在填料頂部設(shè)置壓板和床層限制板。有柵條式和絲網(wǎng)式。</p><p>　　3、氣體進出口裝置和排液裝置</p><p>　　填料塔的氣體進口既要防止液體倒

37、灌，更要有利于氣體的均勻分布。對400mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制 成下彎的錐形擴大器。氣體出口既要保證氣流暢通，又要盡量除去夾帶的液  沫。最簡單的裝置是除沫擋板（折板），或填料式、絲網(wǎng)式除霧器。</p><p>　　液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采

38、用液封裝置。</p><p>　　本設(shè)計任務(wù)液相負荷不大，可選用排管式液體分布器；且填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。 </p><p><b>　　七、主要符號說明</b></p><p>　　E—亨利系數(shù)， </p><p>　　—氣體的粘度， </p>

39、<p>　　—平衡常數(shù) </p><p>　　—水的密度和液體的密度之比</p><p>　　—重力加速度， </p><p>　　—分別為氣體和液體的密度，</p><p>　　—分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，</p><p>　　—氣相

40、總體積傳質(zhì)系數(shù)， </p><p>　　—填料層高度， </p><p><b>　　—塔截面積，</b></p><p>　　—氣相總傳質(zhì)單元高度， </p><p><b>　　—氣相總傳質(zhì)單元數(shù)</b></p><

41、p>　　—以分壓差表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，</p><p>　　—單位體積填料的潤濕面積</p><p>　　—以分壓差表示推動力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)，</p><p><b>　　—溶解度系數(shù)，</b></p><p>　　—以摩爾濃度差表示推動力的液摩爾傳質(zhì)系數(shù)，</p><p><b&

42、gt;　　—氣體常數(shù)， </b></p><p>　　—溶質(zhì)在氣相中的擴散系數(shù)，</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　夏清、陳常貴主編：化工原理（上冊），天津、天津大學(xué)出版社出版2005。</p><p>　　獎維鈞戴猷元、顧慧君編著：化工原理（第2版）上冊，北京、清華大學(xué)出

43、版社 </p><p><b>　　2002。</b></p><p>　　王紹良主編、化工設(shè)備基礎(chǔ)北京化學(xué)出版社出版2002。</p><p>　　管國鋒、趙汝薄主編：化工原理第二版，北京化學(xué)工藝出版社2003。</p><p>　　匡國柱、史起才主編：化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計，北京化工原理

44、出版社2000。</p><p>　　陳聲宗主編：化工設(shè)計，北京化學(xué)出版社2000。</p><p>　　箐璐、五保國編：化工設(shè)計，北京化學(xué)出版社2000。</p><p>　　藩國昌、郭慶豐編著：化工設(shè)備設(shè)計，北京清華大學(xué)出版社1996。</p><p>　　國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)院設(shè)計院編：化工工藝設(shè)計手冊，北京化學(xué)出版社1985。<

45、/p><p>　　10.夏清、陳常貴主編：化工原理（上冊），天津、天津大學(xué)出版社出版2005。</p><p>　　11.獎維鈞、戴猷元、顧慧君編著：化工原理（第2版）上冊，北京、清華大學(xué)出版社2002。</p><p>　　12.王紹良主編、化工設(shè)備基礎(chǔ)北京化學(xué)出版社出版2002。</p><p>　　13.管國鋒、趙汝薄主編：化工原理第二版，