環(huán)境工程課程設(shè)計(jì)--hcl廢棄吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　環(huán)境工程課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課題：HCl廢棄吸收系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　一任務(wù)及操作條件</b></p&

2、gt;<p>　　二吸收工藝流程的確定</p><p><b>　　三計(jì)算</b></p><p><b>　　1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　2）物料計(jì)算</b></p><p>　　3）塔徑計(jì)算及填料的選擇</p><p&

3、gt;<b>　　4）填料層高度計(jì)算</b></p><p><b>　　5）填料層壓降計(jì)算</b></p><p>　　6）填料吸收塔的附屬設(shè)備</p><p><b>　　7）廢棄處理系統(tǒng)</b></p><p><b>　　8）主要符號(hào)說明</b>&

4、lt;/p><p><b>　　十參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　十一附圖</b></p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　概論</b></p><p>　　填料吸收塔利用塔內(nèi)填料，以增加吸收

5、劑（植物油或礦物油）與尾氣接觸面積的溶劑回收設(shè)備。通過氣液接觸進(jìn)行的一種氣液交換設(shè)備。</p><p>　　填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效地潤濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側(cè)線進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。 </p>

6、<p>　　塔設(shè)備有許多種類型，塔設(shè)備是化工、石油化工和煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。它可使氣液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到相際傳質(zhì)及傳熱的目的。可在塔設(shè)備中完成常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。</p><p>　　在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個(gè)組分加以分離，其主要目的是回收氣體混合物中的有用物質(zhì)，以制取產(chǎn)品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進(jìn)一步加工處理，或除

7、去工業(yè)放空尾氣中的有害成分，以免污染空氣。吸收操作是氣體混合物分離方法之一，它是根據(jù)混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度不同而達(dá)到分離的目的。</p><p>　　HCl是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，但是為了避免化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有的HCl氣體的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對于工業(yè)尾氣中的HCl氣體進(jìn)行吸收，本次化工原理課程設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有HC

8、l氣體的工業(yè)尾氣，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)采用填料塔進(jìn)行吸收操作是因?yàn)樘盍峡梢蕴峁┚薮蟮臍庖簜髻|(zhì)面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進(jìn)行，而且，填料塔還具有結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)，從而可以使吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。</p><p>　?。ㄔ僬乙稽c(diǎn)相關(guān)信息復(fù)制黏貼過來）</p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件</p><

9、p><b>　　1.設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　HCl氣體最高允許排放濃度;100㎎/m³設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于某生產(chǎn)工藝過程中的工藝廢棄（經(jīng)冷卻后）中的HCl,其余為惰性組分，采用清水進(jìn)行吸收。</p><p>　　其他要求：混合氣體的處理量1200m³/h</p><p>　　混合氣體HCl含量（體積

10、分?jǐn)?shù)）4%</p><p>　　吸收塔鹽酸出口濃度<1%(w%)</p><p>　　HCl氣體允許排放速率:0.26kg/h</p><p>　　參考標(biāo)準(zhǔn)：GB16197-1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，新建二類區(qū)執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在排氣筒高為15米的情況下，HCl的最高允許排放速率為0.26kg/h，最高允許排放濃度100㎎/m³。</p&

11、gt;<p><b>　　2.操作條件</b></p><p><b>　　操作壓力：常壓</b></p><p><b>　　操作溫度：20℃</b></p><p>　　在操作范圍內(nèi)，相平衡常數(shù)m=2.75</p><p>　　二、吸收工藝流程的確定</

12、p><p>　　工藝流程圖說明：在該填料塔中，HCl氣體和空氣混合后，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進(jìn)入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進(jìn)行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體從塔頂排除。</p><p><b>　　工藝流程圖</b></p><p><b>　　三、計(jì)算</b></p><p><

13、;b>　?。ㄒ唬┗A(chǔ)物性數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　1、液相物性數(shù)</b></p><p>　　對低濃度吸收過程，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>　　密度為ρ=998.2 kg/m3</p><p>　　粘度為  μ

14、L=0.001 Pa·S=3.6 kg/（m·h）</p><p>　　表面張力為  σL=72.6 dyn/cm=940896 kg/h2</p><p>　　HCl在水中的擴(kuò)散系數(shù)為D=1.73 *10-9m2/s</p><p><b>　　2  氣相物性數(shù)據(jù)</b></p><

15、p>　　混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 Mavg=0.04×36.5+0.96×29=29.3g/mol</p><p>　　混合氣體的平均密度為  ρa(bǔ)vg=PM/RT=101.3×29.3/（8.314×293.15）=1.218kg/㎡</p><p>　　混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得20℃空氣的粘度為:</p&

16、gt;<p>　　μv=1.81×10-5 Pa·S=0.065 kg/(m·h)</p><p>　　查手冊得 HCl在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為   Dv=0.103 cm2/s</p><p><b>　　氣相平衡數(shù)據(jù)</b></p><p>　　HCl幾乎完全溶于水，不符合亨利定律

17、</p><p>　　相平衡常數(shù)為m==2.75</p><p><b>　　物料衡算：</b></p><p>　　進(jìn)塔混合氣中各組分的量</p><p>　　取塔平均壓強(qiáng)為101.325kPa,所以</p><p>　　混合氣量=1200（273/293）*1/22.4=49.91kmol/h

18、</p><p>　　混合氣中HCl的量Vb=49.91*0.04=1.996kmol/h=72.9 kg/h</p><p>　　混合氣中空氣量=49.91-1.996 =47.914 kmol/h=1389.5 kg/h</p><p>　　(2)．混合氣進(jìn)出塔的（物質(zhì)的量）組成</p><p>　　=1.996/49.91=0.0400

19、</p><p><b>　　0;</b></p><p>　　（3）．混合氣進(jìn)出塔（物質(zhì)的量比）組成</p><p>　　Y1==0.0417</p><p>　　吸收塔鹽酸出口濃度為1%（w%）</p><p>　　換算成體積濃度=1/36.5/（1/36.5+99/18）=0.00495&l

20、t;/p><p>　　Y2=(1- )=0.0417×0.00495=2.067*10-4 </p><p>　　三 平衡曲線方程 已知：20℃時(shí),HCl在水中的相平衡常數(shù)m=2.75; 故操作線方程為:Y=2.75X.</p><p>　　吸收劑(水)的用量Ls</p><p>　　由操作線方程知:當(dāng)Y1＝0.0417時(shí),X

21、1*=0.0152,計(jì)算最小吸收劑用量</p><p>　　=47.914×(0.0417-2.067*10-4)/0.0152＝130.80 kmol／h</p><p>　　取安全系數(shù)為1.5，則</p><p>　　Ls＝1.5×130.80＝196.20kmol／h = 3531.6kg/h</p><p>　　依

22、物料衡算式塔底吸收液濃度</p><p>　　= 47.914× (0.0471-2.067*10-4)/196.2= 0.01145</p><p>　　四 塔徑計(jì)算及填料選擇</p><p>　　塔底氣液負(fù)荷大，依塔底條件(混合氣20℃)，101.325kPa</p><p>　　圖1 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖（P1

23、42）</p><p>　?。?）.采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法(圖1)計(jì)算泛點(diǎn)氣速</p><p><b>　　①有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算</b></p><p>　　塔底混合氣流量V`S＝1389.5+72.9＝1462.4kg／h</p><p>　　吸收液流量L`＝3531.6kg／h</p><p>

24、;　　進(jìn)塔混合氣密度＝×＝1.206kg／ (混合氣濃度低，可近似視為空氣的密度)</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10*10*1.5拉西環(huán)。查《化工原理》教材附錄可得，其填料因子=1500，比表面積＝440</p><p&

25、gt;<b>　　②關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)值</b></p><p>　　()1/2=(3531.6/1462.4)()1/2 =0.084</p><p>　?、塾蓤D1查得縱坐標(biāo)值為0.1</p><p><b>　　即0.2=0.1</b></p><p>　　求得液泛氣速=4.30m/s</p&

26、gt;<p><b>　　(2)．操作氣速</b></p><p>　　取u＝0.6＝0.6×4.30 ＝2.58 m/s</p><p><b>　　(3).塔徑</b></p><p>　　== 0.406 m=406mm</p><p>　　取塔徑為0.5m(＝500m

27、m)</p><p>　　(4)．核算操作氣速</p><p>　　U==1.70m/s < </p><p><b>　　(5)．核算徑比</b></p><p>　　D/d＝500/38＝13.2> 8，滿足拉西環(huán)的徑比要求。</p><p>　　(6)．噴淋密度校核</p&

28、gt;<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 ＝＝18.0/(m·h) > </p><p>　　故滿足最小噴淋密度要求。</p><p>　　五 填料層高度計(jì)算<

29、;/p><p>　　(1)．傳質(zhì)單元高度計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用恩田式計(jì)算填料潤濕面積aw作為傳質(zhì)面積a，依改進(jìn)的恩田式分別計(jì)算及，再合并為和。</p><p>　?、倭谐鰝潢P(guān)聯(lián)式中的物性數(shù)據(jù)</p><p>　　氣體性質(zhì)(以塔底20℃，101.325kPa空氣計(jì))：＝1.206 kg/ (前已算出)；＝0.0181× (查

30、附錄)； </p><p>　　液體性質(zhì)＝998.2 kg/；＝1.00×Pa·s； </p><p>　　,＝72.6×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`==5.00</b></p><p>&

31、lt;b>　　VG`==2.07</b></p><p>　　DN38mm聚丙烯階梯環(huán)(亂堆)特性：＝10mm; ＝440;=61×10-3 N/m; 有關(guān)形狀系數(shù)，=1 </p><p><b>　?、谝朗?lt;/b></p><p>　　={-1.45（）0.75（）0.1（）-0.05（）0.2}</p>

32、;<p>　　=1-0.249=0.751</p><p>　　故==0.751×132.5=99.5</p><p><b>　?、垡朗?lt;/b></p><p>　　kL=0.0095()2/3()-1/2()1/3</p><p>　　=0.0095()2/3()-1/2()1/3</p

33、><p>　　=1.47×10-3 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>　　=2.64×10-5kmol/(m2·S&

34、#183;kPa)</p><p>　　故=2.64×10-5×90.5×=3.6×10-3 (m/s)</p><p>　　=1.47×10-3×90.5×=0.154m/s</p><p><b>　　(2)計(jì)算</b></p><p>　?。?，而

35、1/=1/(p kG)+m/(Cm kL)，m=2.75</p><p>　　因?yàn)樵谝合嘀凶枇茷榱?，不服從亨利定律。所以總傳質(zhì)阻力約為氣相中的傳質(zhì)阻力。</p><p>　　求得: =2.67×10-3</p><p><b>　　(3)計(jì)算</b></p><p><b>　　===25.4

36、m</b></p><p>　　(4)．傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算</p><p>　　=-m=0.0417-2.75×0.01145=0.0102</p><p>　　==2.067*10-4 -2.75×0=2.067×10-4</p><p>　　==2.56×10-3</p>&l

37、t;p><b>　　NOG==3.90</b></p><p>　　所以:z=×NOG=25.4×3.90=99.06m</p><p>　　取安全系數(shù)1.2， 則完成本設(shè)計(jì)任務(wù)需DN38mm聚丙烯階梯環(huán)的填料層高度z＝1．2×99.06=118.9m。</p><p><b>　　六 填料層壓降計(jì)

38、算</b></p><p><b>　　之前計(jì)算得:</b></p><p>　　空塔氣速u=1.11m/s 橫坐標(biāo)值:0.084</p><p>　　縱坐標(biāo)值: ×()×(1.000) 0.2=0.027</p><p><b>　　查圖1得</b></p&g

39、t;<p>　　P/z=19×9.81=186.4Pa/m 填料</p><p>　　全塔填料層壓降 =118.9×186.4=22.16kPa</p><p>　　七 填料吸收塔的附屬設(shè)備</p><p><b>　　1、填料支承板</b></p><p>　　分為兩類：氣液逆流通

40、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><b>　　八 廢棄處理系統(tǒng)</b></p><p>　　氣體進(jìn)出口裝置和排液裝

41、置</p><p>　　填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)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(kuò)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>　　

42、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，常壓吸收塔可采用液封裝置。</p><p>　　本設(shè)計(jì)任務(wù)液相負(fù)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。 排管式液體分布器簡單設(shè)計(jì)如下:</p><p>　　取孔徑=5mm,孔徑系數(shù)=0.6;取開孔上方液位高度H=1/6D=0.067m ; </p><p><b>

43、　　由公式得</b></p><p>　　開孔數(shù) n=34.23/0.012=2950;九 主要符號(hào)說明</p><p>　　—?dú)怏w的粘度， </p><p>　　—平衡常數(shù) —水的密度和液體的密度之比</p><p>　　—重力加速度， —分別為氣

44、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>　　—?dú)庀嗫傮w積傳質(zhì)系數(shù)， </p><p>　　—填料層高度， —塔截面積，</p><p>　　—?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度， —?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元數(shù)</p><p>　　—

45、以分壓差表示推動(dòng)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(dòng)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(dòng)力的液摩爾傳質(zhì)系數(shù)，</p><p>　　—?dú)怏w常數(shù)， —溶質(zhì)