化工原理課程設(shè)計(jì)--水吸收氨填料塔設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　——水吸收氨填料塔設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目    錄</b></p><p>　　一 前言………………………………………………………………………………………3</p><p>　

2、　二 設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………………………………………3</p><p>　　三 設(shè)計(jì)條件…………………………………………………………………………………3</p><p>　　四 設(shè)計(jì)方案…………………………………………………………………………………3</p><p>　　1．吸收劑的選擇…………………………………………………………

3、……………3</p><p>　　2．流程圖及流程說明…………………………………………………………………3</p><p>　　3．塔填料的選擇………………………………………………………………………4</p><p>　　五 工藝計(jì)算…………………………………………………………………………………4</p><p>　　1．物料衡算，確定塔

4、頂、塔底的氣液流量和組成…………………………………4</p><p>　　2．塔徑的計(jì)算…………………………………………………………………………5</p><p>　　3.填料層高度計(jì)算……………………………………………………………………6</p><p>　　4.填料層壓降計(jì)算……………………………………………………………………8</p><p

5、>　　5.液體分布裝置………………………………………………………………………8</p><p>　　6.液體再分布裝置……………………………………………………………………9</p><p>　　7.填料支撐裝置………………………………………………………………………10</p><p>　　8.氣體的入塔分布……………………………………………………………………1

6、0</p><p>　　六 設(shè)計(jì)一覽表……………………………………………………………………………10</p><p>　　七 對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述………………………………………………………………………11</p><p>　　八 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………11</p><p>　　七 主要符

7、號(hào)說明…………………………………………………………………………14</p><p>　　八 附圖（帶控制點(diǎn)的工藝流程簡(jiǎn)圖、主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖）</p><p><b>　　一．前言</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)中綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問題復(fù)雜性、學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)基本知識(shí)的初次

8、嘗試。通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合利用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的化工設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計(jì)的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力。同時(shí)，通過課程設(shè)計(jì)，還可以使學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度責(zé)任感的工作作風(fēng)。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是增強(qiáng)工程觀念，培

9、養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。</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>　　塔

10、設(shè)備按其結(jié)構(gòu)形式基本上可分為兩類；板式塔和填料塔。以前在工業(yè)生產(chǎn)中，當(dāng)處理量大時(shí)多用板式塔，處理量小時(shí)采用填料塔。近年來由于填料塔結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，新型的、高負(fù)荷填料的開發(fā)，既提高了塔的通過能力和分離效能又保持了壓降小、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。因此，填料塔已經(jīng)被推廣到大型氣、液操作中，在某些場(chǎng)合還代替了傳統(tǒng)的板式塔。如今，直徑幾米甚至幾十米的大型填料塔在工業(yè)上已非罕見。隨著對(duì)填料塔的研究和開發(fā)，性能優(yōu)良的填料塔必將大量用于工業(yè)生產(chǎn)中</p>

11、;<p>　　氨是化工生產(chǎn)中極為重要的生產(chǎn)原料，但是其強(qiáng)烈的刺激性氣味對(duì)于人體健康和大氣環(huán)境都會(huì)造成破壞和污染，氨對(duì)接觸的皮膚組織都有腐蝕和刺激作用，可以吸收皮膚組織中的水分，使組織蛋白變性，并使組織脂肪皂化，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。氨的溶解度極高，所以主要對(duì)動(dòng)物或人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，常被吸附在皮膚粘膜和眼結(jié)膜上，從而產(chǎn)生刺激和炎癥?？陕楸院粑览w毛和損害粘膜上皮組織，使病原微生物易于侵入，減弱人體對(duì)疾病的抵抗力。氨通

12、常以氣體形式吸入人體，氨被吸入肺后容易通過 肺泡進(jìn)入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞運(yùn)氧功能。進(jìn)入肺泡內(nèi)的氨，少部分為二氧化碳所中和，余下被吸收至血液，少量的氨可隨汗液、尿液或呼吸排出體外。　　短期內(nèi)吸入大量氨氣后會(huì)出現(xiàn)流淚、咽痛、咳嗽、胸悶、呼吸困難、頭暈、嘔吐、乏力等。若吸入的氨氣過多，導(dǎo)致血液中氨濃度過高，就會(huì)通過三叉神經(jīng)末梢的反射作用而引起心臟的停搏和呼吸停止，危及生命?！　￠L(zhǎng)期接觸氨氣，部分人可能會(huì)出現(xiàn)皮膚色素沉積或手指潰瘍

13、等癥狀；氨氣被呼入肺后容易通過肺泡進(jìn)入血液，與血紅蛋白結(jié)合，破壞運(yùn)氧功能。嚴(yán)重者可發(fā)生肺水腫、成人呼吸窘迫綜合癥，同時(shí)可能生呼吸道刺激癥狀。因此，吸</p><p>　　因此，為了避免化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(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(duì)于工業(yè)尾氣中的氨氣進(jìn)行吸收，本次課程設(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氨氣的工業(yè)尾氣,使</p><

14、p><b>　　2</b></p><p>　　其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)采填料塔進(jìn)行吸收操作是因?yàn)樘盍峡梢蕴峁┚薮?的氣液傳質(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(jiǎn)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>

15、;　　利用混合氣體中各組分在同一種液體(溶劑)中溶解度差異而實(shí)現(xiàn)組分分離的過程稱為氣體吸收氣體吸收是一種重要的分離操作，它在化工生產(chǎn)中主要用來達(dá)到以下幾種目的。(1)分離混合氣體以獲得一定的組分。(2)除去有害組分以凈化氣體。(3)制備某種氣體的溶液。一個(gè)完整的吸收分離過程，包括吸收和解吸兩個(gè)部分。典型過程有單塔和多塔、逆流和并流、加壓和減壓等。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)：</b&

16、gt;</p><p>　　完成填料塔的工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型，繪制吸收系統(tǒng)的工藝流程圖和填料塔裝置圖，編寫設(shè)計(jì)說明書。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　1、氣體混合物成分：空氣和氨；</p><p>　　2、氨的含量： 6.0％（體積）；</p>&

17、lt;p>　　3、混合氣體流量： 120000m3/h；</p><p>　　4、操作溫度：293K；</p><p>　　5、混合氣體壓力：101.3KPa；</p><p>　　6、回收率： 99％。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1．吸收劑的選擇

18、 </p><p>　　根據(jù)所要處理的混合氣體，可采用水為吸收劑，其廉價(jià)易得，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對(duì)吸收劑的基本要求。</p><p>　　2．流程圖及流程說明</p><p>　　該填料塔中，氨氣和空氣混合后，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 體由塔頂排除，吸收了氨氣的水

19、 由填料塔的下端流出。（如右圖所示）</p><p>　　3．塔填料選擇 </p><p>　　該過程處理量不大，所用的塔直徑不會(huì)太大，可選用76mm聚丙烯鮑爾環(huán)填料，其主要性能參數(shù)如下：</p><p>　　比表面積：72 空隙率：0.92</p><p>　　干填料因子：92m-1</p&g

20、t;<p><b>　　五、工藝計(jì)算</b></p><p>　　對(duì)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)。混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度。</p><p>　　空氣和水的物性常數(shù)如下：</p><p><b>　　空氣：</b></p><p><b>　

21、　水：</b></p><p>　　物料衡算，確定塔頂、塔底的氣液流量和組成</p><p>　　查表知，20下氨在水中的溶解度系數(shù)</p><p>　　亨利系數(shù) </p><p><b>　　相平衡常數(shù)</b></p><p>　　進(jìn)塔氣相摩爾比為：Y1=</p&

22、gt;<p>　　出塔氣相摩爾比為：Y2= </p><p>　　對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：(清水)</p><p>　　混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：</p><p><b>　　混合氣體流量：</b></p><p><b>　　惰性氣體流量：</b></p>

23、<p><b>　　最小液氣比：</b></p><p>　　取實(shí)際液氣比為最小液氣比的1.5倍，則可得吸收劑用量為：</p><p>　　混合氣體的密度 =1.176Kg/m3</p><p><b>　　液氣比 </b></p><p><b>　　2．塔徑計(jì)算</b&

24、gt;</p><p>　　采用貝恩-霍根泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度：</p><p>　　式中A=0.0942，K=1.75，</p><p>　　t=72，=0.92</p><p><b>　　代入，得：</b></p><p>　　取泛點(diǎn)率為0.8，即</p><p>

25、<b>　　圓整后取 </b></p><p>　　再計(jì)算空塔氣速，即：</p><p><b>　　（在允許的范圍內(nèi)）</b></p><p>　　因填料為76×76×2.6mm,塔徑與填料尺寸之比大于8.</p><p><b>　　液體噴淋密度校核：<

26、;/b></p><p>　　因填料尺寸大于75mm，故取最小潤(rùn)濕速率為：</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。</p><p>　　3． 填料層高度計(jì)算</p><p>　　查表知， 0，101.3 下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)&

27、lt;/p><p><b>　　由，</b></p><p>　　則293，101.3下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為</p><p><b>　　液相擴(kuò)散系數(shù)</b></p><p><b>　　液體質(zhì)量通量為</b></p><p><b>　　氣體質(zhì)

28、量通量為</b></p><p><b>　　脫吸因數(shù)為</b></p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：</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(jì)算：</p><p><b>　　查表知，</b></p><p><b>　　所以，

29、</b></p><p><b>　　=0.4058</b></p><p><b>　　從而 </b></p><p>　　氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：</p><p>　　液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：</p><p>　　查常見填料的形狀系數(shù)表得：</p&

30、gt;<p><b>　　則</b></p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　由 </b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，填料層高度通常取 </p>&

31、lt;p>　　在本次設(shè)計(jì)中，=1.4Z=1.4 ×13.00=18.2m</p><p>　　取填料層高度為： =18.0m</p><p>　　查表：對(duì)于散裝聚丙稀鮑爾環(huán)填料，</p><p>　　將填料層分為三段設(shè)置，每段6m，兩段間設(shè)置一個(gè)液體再分布器。</p><p>　　4．填料層壓降計(jì)算：</p>&

32、lt;p>　　采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降</p><p>　　圖 2-5 Eckert通用關(guān)聯(lián)圖 [2]</p><p>　　， - 液氣相的質(zhì)量流量，Kg/s ,— 液氣相密度，Kg/</p><p>　　— 液相粘度，mPa.s — 液相密度校正系數(shù)，=</p><p>　　— 填料因子，1/m

33、 g — 重力加速度, m/s2</p><p><b>　　橫坐標(biāo)為：</b></p><p>　　查表得：填料為76×76×2.6mm的聚乙烯鮑爾環(huán)的填料因子=，</p><p><b>　　縱坐標(biāo)為：</b></p><p><b>　　查圖得：，</

34、b></p><p><b>　　填料層壓降為：</b></p><p><b>　　5.液體分布裝置</b></p><p>　　填料塔的傳質(zhì)過程要求塔內(nèi)任意截面氣液兩相流體能均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)密切接觸、高效傳質(zhì)，其中液體的初始分布至關(guān)重要。理想的液體分布器應(yīng)具備以下條件： </p><p&g

35、t;　?、迸c填料相匹配的分液點(diǎn)密度和均勻的分布質(zhì)量。填料的比表面積越大，分離要求越精密，則液體分布器分布點(diǎn)密度應(yīng)越大。</p><p>　?、膊僮鲝椥暂^大，適應(yīng)性好。</p><p>　　⒊為液體提供盡可能大的自由界面率，實(shí)現(xiàn)氣體的自由分布，且阻力小。</p><p>　　結(jié)構(gòu)合理，便于制造、安裝、調(diào)整和檢修。</p><p>　　液體分布裝

36、置的種類很多，有噴頭式、盤式、管式、槽式及槽盤式等。因?yàn)樗?.4m＞2.5m，噴淋密度，所以可選擇帶V型出口堰的槽型分布器。液體加入分液槽，從其底部或側(cè)面的孔口或縫中流入各支槽，最后經(jīng)V型堰溢流出。槽型分布器具有較高的彈性、不會(huì)堵塞，氣流通道較大。</p><p><b>　　6.液體再分布裝置</b></p><p>　　液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有偏向塔壁流動(dòng)的現(xiàn)

37、象，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流將導(dǎo)致液體分布不均勻，使傳質(zhì)效率下降。為減小壁流現(xiàn)象，可間隔一定高度在填料層內(nèi)設(shè)置液體再分布裝置。</p><p>　　填料層的分段高度與塔徑、填料類型、尺寸和填料材質(zhì)，液體分布器形式等因素有關(guān)，一般為: </p><p>　　拉西環(huán)： 上限為m,下限為 </p><p>　　鮑爾環(huán)、鞍姓及其它新型材料： 金屬材料</p

38、><p>　　由于塔徑較大，所以液體再分布器是十分必要的。</p><p><b>　　7.填料支撐裝置</b></p><p>　　填料支承結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足3個(gè)基本條件：①使起液能順利通過.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取盡可能大的自由截面。②要有足夠的強(qiáng)度承受填料的重量，并考慮填料孔隙中的持液重量。③要有一定的耐腐蝕性能。填料支承裝置的作用是支承塔內(nèi)的填料，常用的填料支承

39、裝置有柵板型、孔管型、駝峰型等。支承裝置的選擇，主要的依據(jù)是塔徑、填料種類及型號(hào)、塔體及填料的材質(zhì)、氣液流率等。本設(shè)計(jì)根據(jù)需要，選擇柵條式支承裝置。采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自由截面較大、金屬耗用量較小的柵板作為支撐板。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支撐，以取得較大的孔隙率。</p><p>　　安排再分布器時(shí)，應(yīng)注意其自由截面積不得小于填料層的自由截面積，以免當(dāng)氣速

40、增大時(shí)首先在此處發(fā)生液泛。</p><p><b>　　8.填料壓緊裝置</b></p><p>　　填料上方安裝壓緊裝置可防止在氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)和跳動(dòng)。填料壓緊裝置分為填料壓板和床層限制板兩大類。填料壓板自由放置于填料層上端，靠自身重量將填料壓緊。它適用于陶瓷、石墨等制成的易發(fā)生破碎的散裝填料。床層限制板用于金屬、塑料等制成的不易發(fā)生破碎的散裝填料及所有

41、規(guī)整填料。床層限制板要固定在塔壁上，為不影響液體分布器的安裝和使用，不能采用連續(xù)的塔圈固定，對(duì)于小塔可用螺釘固定于塔壁，而大塔則用支耳固定。本設(shè)計(jì)中填料塔在填料裝填后于其上方安裝了填料壓緊柵板。</p><p><b>　　9.除沫裝置</b></p><p>　　除沫裝置安裝在液體再分布器上方，用以除去出氣口氣流中的液滴。由于氨氣溶于水中易于產(chǎn)生泡沫為了防止泡沫隨出

42、氣管排出，影響吸收效率，采用除沫裝置，根據(jù)除沫裝置類型的使用范圍，該填料塔選取絲網(wǎng)除沫器。</p><p><b>　　8.氣體的入塔分布</b></p><p>　　設(shè)計(jì)位于塔底的進(jìn)氣管時(shí)，主要考慮兩個(gè)要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動(dòng)的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時(shí)，本裝置由于直徑較小，可采用簡(jiǎn)單的進(jìn)氣分布裝置。</

43、p><p>　　由于對(duì)排放的凈化氣體中的液相夾帶要求不嚴(yán)，可不設(shè)除液沫裝置。</p><p><b>　　六、設(shè)計(jì)一覽表</b></p><p>　　填料吸收塔設(shè)計(jì)一覽表</p><p><b>　　七、對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述</b></p><p>　　這次我的課程設(shè)計(jì)題目是水吸收氨過

44、程填料塔的設(shè)計(jì)，這是關(guān)于吸收中填料塔的設(shè)計(jì)。填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，壓降低，填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，開始的時(shí)候我打算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速，但是我發(fā)現(xiàn)用查圖的方法誤差很大，同時(shí)參考了其他的一些資料上的算法發(fā)現(xiàn)也有用貝恩（Bain）——霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)氣速的，所以最后采用了關(guān)聯(lián)式來計(jì)算泛點(diǎn)速度

45、。 </p><p>　　在填料的選擇中，我?guī)缀跏怯门懦▉磉x擇的，后來認(rèn)為DN38計(jì)算得的結(jié)果比比較好。雖然在同類填料中，尺寸越小的，分離效率越高，但它的阻力將增加，通量減小，填料費(fèi)用也增加很多。用DN38計(jì)算所得的D/d值也符合階梯環(huán)的推薦值。</p><p>　　解決了上面的問題之后就是通過查找手冊(cè)之類的書籍來確定輔助設(shè)備的選型，我選擇柵板支承裝置作為填料支撐。</p>

46、<p>　　本設(shè)計(jì)我們所設(shè)計(jì)的填料塔產(chǎn)能大，分離效率高，持液量小，填料塔結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，造價(jià)適合。不過，它的操作范圍小，填料潤(rùn)濕效果差，當(dāng)液體負(fù)荷過重時(shí)，易產(chǎn)生液泛，不宜處理易聚合或含有固體懸浮物的物料等。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是我們?cè)谛４髮W(xué)生必須經(jīng)過的一個(gè)過程，通過課程設(shè)計(jì)的鍛煉，可以為我們即將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！</p><p><b>　　八、參考