化工原理課程設(shè)計(jì)--填料吸收塔設(shè)計(jì)（水吸收氨氣）

1、<p>　　化工原理課程設(shè)計(jì)--填料吸收塔設(shè)計(jì)（水吸收氨氣）</p><p>　　一、精餾塔主體設(shè)計(jì)方案的確定</p><p>　　1.1裝置流程的確定</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用逆流操作：氣相自塔低進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，即逆流操作。</p><p>　　逆流操作的特點(diǎn)是：傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳質(zhì)速率快，分離

2、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>　　1.2 吸收劑的選擇</p><p>　　因?yàn)橛盟鑫談?，故采用純?nèi)軇?lt;/p><p>　　2-1 工業(yè)常用吸收劑</p><p>　　1.3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

3、兩大類。</p><p>　　1.3.1 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)特點(diǎn)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>　　1.3.2 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\Dn3

4、8\ 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(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)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>

5、<p>　　1.3.3 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><p>　　聚丙烯填料在低溫（低于0度）時(shí)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>　　1.4 基礎(chǔ)

6、物性數(shù)據(jù)</p><p>　　1.4.1 液相物性數(shù)據(jù)</p><p>　　對(duì)低濃度吸收過(guò)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(cè)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><

7、p>　　3. 表面張力為:</p><p><b>　　4. </b></p><p><b>　　5. </b></p><p><b>　　6. </b></p><p>　　1.4.2 氣相物性數(shù)據(jù)</p><p>　　1. 混合

8、氣體的平均摩爾質(zhì)量為</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　2. 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

9、度可近似取為空氣黏度。查手冊(cè)得20時(shí)，空氣的黏度</p><p>　　注： 1 1Pa..s=1kg/m.s</p><p>　　2.4.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)</p><p>　　由手冊(cè)查得，常壓下，20時(shí)，NH在水中的亨利系數(shù)為 E=76.3kpa</p><p>　　在水中的溶解度: H=0.725kmol/m</p>&l

10、t;p>　　相平衡常數(shù)： (2-3)</p><p>　　溶解度系數(shù): (2-4) </p><p>　　1.4.4 物料橫算</p><p>　　1. 進(jìn)塔氣相摩爾比為</p><p>　　(2-5) </

11、p><p>　　2. 出他氣相摩爾比為 </p><p>　　(2-6) </p><p>　　3. 進(jìn)塔惰性氣體流量: (2-7) 因?yàn)樵撐者^(guò)程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式計(jì)算。即：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　因?yàn)?/p>

12、是純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　選擇操作液氣比為 （2-9）</p><p>　　L=1.2676356×234.599=297.3860441kmol/h</p><p>　　因?yàn)閂(Y1-Y2)=L(

13、X1-X2) X1</p><p>　　第二節(jié) 填料塔工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　填料塔工藝尺寸的計(jì)算包括塔徑的計(jì)算、填料能高度的計(jì)算及分段</p><p><b>　　2.1 塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　1. 空塔氣速的確定——泛點(diǎn)氣速法</p><p>　　對(duì)于散裝填料

14、，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)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）</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　所以：/9.81（100/0.917）（1.1836/998.2）=0.2

15、46053756</p><p>　　UF=3.974574742m/s</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　——泛點(diǎn)氣速，m/s;</p><p>　　g ——重力加速度，9.81m/s</p><p>　　WL=5358.89572㎏/h WV=7056.6kg/

16、h</p><p>　　A=0.0942； K=1.75；</p><p>　　取u=0.7 =2.78220m/s</p><p>　?。?-2） </p><p>　　圓整塔徑后 D=0.8m</p><p>　　1. 泛點(diǎn)速率校核： m/s</p><p>&l

17、t;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>　　(1) 填料塔的液體噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量。</p><p>　　(2) 最小潤(rùn)濕速率是指在塔的截面上，單位長(zhǎng)

18、度的填料周邊的最小液體體積流量。對(duì)于直徑不超過(guò)75mm的散裝填料，可取最小潤(rùn)濕速率。</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)以上校驗(yàn)，填料塔直徑設(shè)計(jì)為D=800mm 合理。</p><p>　　2.2 填料層高度的計(jì)算

19、及分段</p><p><b>　　（3-5）</b></p><p><b>　?。?-6） </b></p><p>　　2.2.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算</p><p>　　用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法求傳質(zhì)單元數(shù)</p><p><b>　　（3-7）</b&g

20、t;</p><p><b>　　（3-8）</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=0.006895</b></p><p>　　2.2.2 質(zhì)單元高度的計(jì)算</p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田

21、關(guān)聯(lián)式計(jì)算：</p><p><b>　　（3-9）</b></p><p>　　即：αw/αt =0.37404748</p><p>　　液體質(zhì)量通量為： =WL/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(㎡?h)</p><p>　　氣體質(zhì)量通量為： =60000×

22、1.1761/0.64=14045.78025kg/(㎡?h)</p><p>　　氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：</p><p><b>　　（3-10）</b></p><p>　　=0.237(14045.78025÷100.6228×10-5)0.7(0.06228÷0.081÷1.1761)</

23、p><p>　　0.3(100×0.081÷8.314÷293)</p><p>　　=0.152159029kmol/(㎡h kpa)</p><p>　　液膜吸收數(shù)據(jù)由下式計(jì)算：</p><p><b>　　(3-11）</b></p><p>　　=0.566130

24、072m/h</p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p>　　0.15215×0.3740×1.451.1×100 （3-12）</p><p>　　=8.565021kmol/(m3 h kpa)</p><p>　　=0.56613×100&#

25、215;0.37404×1.450.4 （3-13）</p><p>　　=24.56912/h</p><p>　　因?yàn)椋?=0.8346</p><p>　　所以需要用以下式進(jìn)行校正：</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　=[1＋

26、9.5(0.69999－0.5)1.4] 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa)</p><p><b>　　（3-15）</b></p><p>　　=[1＋ 2.6 (0.6999－0.5)2.2] 24.569123=26.42106/h</p><p><b>　?。?-16）</b>&

27、lt;/p><p>　　=1÷(1÷17.1358+1÷0.725÷26.4210)</p><p>　　=9.038478 kmol/(m3 h kpa)</p><p>　?。?-17） </p><p>　　=234.599÷9.03847÷101.3÷

28、;0.785÷0.64</p><p>　　=0.491182 m</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　=0.491182×9.160434=4.501360m,得 </p><p>　　=1.4×4.501=6.30m&

29、lt;/p><p>　　2.2.3 填料層的分段</p><p>　　對(duì)于鮑爾環(huán)散裝填料的分段高度推薦值為h/D=5~10。</p><p>　　h=5×800～10×800=4～8 m</p><p>　　計(jì)算得填料層高度為7000mm，，故不需分段</p><p>　　2.3 填料層壓降的計(jì)算<

30、;/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(biāo)中的查表，DG50mm塑料鮑爾環(huán)的壓降填料因子＝125代替縱坐標(biāo)中的．</p><p><b>　　則縱標(biāo)值為：</b></p><p>　　=0.1652 (3-19)&l

31、t;/p><p><b>　　橫坐標(biāo)為：</b></p><p>　　=0.02606 (3-20)</p><p><b>　　查圖得</b></p><p>　　981Pa/m

32、 (3-21)</p><p>　　全塔填料層壓降 =981×7=6867 Pa</p><p>　　至此，吸收塔的物科衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出。</p><p>　　第三節(jié) 填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 塔內(nèi)件類型</b></p>

33、<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(jì)塔內(nèi)件，對(duì)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><p>　　3.2 塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 液體分布器設(shè)計(jì)的基本要求：</p><p><b>　?。?）液體分布均勻</b><

34、/p><p><b>　?。?）操作彈性大</b></p><p><b>　　（3）自由截面積大</b></p><p><b>　?。?）其他</b></p><p>　　3.2.2 液體分布器布液能力的計(jì)算</p><p>　　（1）重力型液體分布器布

35、液能力計(jì)算</p><p>　　（2）壓力型液體分布器布液能力計(jì)算</p><p>　　注：(1)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。 </p><p>　　(2)塔徑及液體負(fù)荷不大，可采用較簡(jiǎn)單的柵板型支承板及壓板。其它塔附件及氣液出口裝置計(jì)算與選擇此處從略。</p><p><b&

36、gt;　　注：</b></p><p>　　1填料塔設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</p><p>　　2 填料塔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一覽</p><p><b>　　3 參考文獻(xiàn)</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

37、紹義,柴誠(chéng)敬. 化工原理課程設(shè)計(jì)[M]. 天津:天津大學(xué)出版社, 2002.</p><p>　　[3] 華南理工大學(xué)化工原理教研室著．化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)[M]．廣州: 華南理工大學(xué)出版社, 1986.</p><p>　　[4] 周軍.張秋利 化工AutoCAD制圖應(yīng)用基礎(chǔ) 。北京. 化學(xué)工業(yè)出版社。</p><p><b>　　4 后記及其他 <

38、/b></p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)從填料塔設(shè)計(jì)方案到填料塔設(shè)計(jì)的基本過(guò)程的設(shè)計(jì)方法、步驟、思路、有一定的了解與認(rèn)識(shí)。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中,使我加深了對(duì)課本知識(shí)的認(rèn)識(shí)，也鞏固了所學(xué)到的知識(shí)。此次課程設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)任務(wù)書、指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。同學(xué)之間相互討論，整體設(shè)計(jì)基本滿足使用要求，但是在設(shè)計(jì)指導(dǎo)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)自己基礎(chǔ)知識(shí)不牢固，需加強(qiáng)學(xué)習(xí)，擴(kuò)大知識(shí)面的廣度。</p>