設(shè)計(jì)水吸收案過(guò)程填料吸收塔設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

1、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、工藝條件與原始數(shù)據(jù)1、混合氣體的處理量10000m3/h，2、進(jìn)塔混合氣體中含氨的體積分?jǐn)?shù)為6.0%3、要求塔頂尾氣中含氨的體積分?jǐn)?shù)低于0.012%4、20下氨在水中的溶解度系數(shù)為 h=0.725 kmol/(m3kpa)二、操作條件1、吸收劑為清水2、吸收劑的用量為最小吸收劑用量的1.6倍3、操作壓強(qiáng)：常壓4、操作溫度：20三、設(shè)計(jì)任務(wù)1、選用聚丙烯階梯環(huán)作填料，填料規(guī)格自選2、吸收塔接管尺寸的計(jì)算及液體分布器的設(shè)計(jì)3、塔的物料衡算，塔的工藝計(jì)算及壓降的計(jì)算四、設(shè)計(jì)成果1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份2、設(shè)計(jì)圖紙，包括液體分布器的設(shè)計(jì)圖，塔設(shè)備的平面圖、立面圖（要求手工繪圖）五、時(shí)間兩周目錄

2、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)11 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介31.1設(shè)計(jì)方案的確定31.2填料層32工藝流程草圖及說(shuō)明33工藝計(jì)算43.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)43.1.1液相物性數(shù)據(jù)43.1.2氣相物性的數(shù)據(jù)43.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)43.1.4 物料衡算53.2 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算63.2.1 塔徑的計(jì)算63.2.2 填料層高度計(jì)算83.2.3 填料層壓降計(jì)算103.2.4 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)114輔助設(shè)備的計(jì)算及選型114.1 填料支承設(shè)備114.2填料壓緊裝置124.3液體再分布裝置125設(shè)計(jì)一覽表136對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述147附圖148參考文獻(xiàn)149主要符號(hào)說(shuō)明151 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1.1設(shè)計(jì)方案的確定用水吸收氨氣屬于中等溶解

3、度的吸收過(guò)程，為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。因用水作為吸收劑，且氨氣不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?.2填料層 對(duì)于水吸收氨氣的過(guò)程，操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能最好，故選用dn38的聚丙烯階梯環(huán)填料。其主要性能參數(shù)如下表：規(guī)格外徑*高*厚mm比表面積m/m空隙率% 干填料因子m-13838*19*1.0132.5911752工藝流程草圖及說(shuō)明該填料塔中，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，吸收了氨氣的水由填料塔的下端流出。3工藝計(jì)

4、算3.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.1液相物性數(shù)據(jù)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)查的，20水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度：l=998.2 kg/m3黏度：l=0.001 pas=3.6 kg/(mh）表面張力：l =72.6 dyn/cm=940896 kg/h2氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù)：dl=1.8010-9 m2/s=6.480 10-6 m2/h3.1.2氣相物性的數(shù)據(jù)混合氣體平均摩爾質(zhì)量： mvm=yimi=0.06017+0.94029=28.28混合氣體的平均密度： vm=101.328.28/(8.314293)=1.176 kg/m3混合氣體的黏度可近似取為空氣

5、的黏度，查手冊(cè)的20空氣的黏度： v=1.81105pas=0.065 kg/(mh)查手冊(cè)得氨氣在20空氣中擴(kuò)散系數(shù)： dv= 0.189 cm2/s=0.068 m2/h3.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得，常壓下20下氨在水中的亨利系數(shù): e=76.40 kpa相平衡常數(shù)： =0.754 溶解度系數(shù)： h=0.725 kmol/(m3kpa) 3.1.4 物料衡算 進(jìn)塔氣相摩爾比: y1=0.060/(10.060)=0.063出塔氣相摩爾比： y2=y1（1a）=0.063（10.940）=0.0037進(jìn)塔惰性氣相流量： v=10000/22.4273/(273+20)(10.060)=

6、390.9 kmol/h該吸收過(guò)程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算,即： （）min=對(duì)純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為 x2=0 （）min=（0.0630.0037）/0.063/(0.7540)=0.709取操作液氣比為最小液氣比1.6倍，則 =1.60.709=1.134 l=1.134390.9=443.28 kmol/h v（y1y2）=l（x1x2） x1=390.9(0.0630.0037) /443.28=0.05223.2 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算3.2.1 塔徑的計(jì)算 采用eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速。 氣相質(zhì)量流量為： =100001.176=11

7、760 kg/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即: =443.2818.02=7987 kg/heckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)： =0.0233查圖可得 =0.21查表可知 f =170 m-1 uf = =3.20 m/s 取 u =0.8uf =2.56 m/s 由 d=1.38 m 圓整塔徑，取d=1.4 m 泛點(diǎn)率校核： u=10000/3600/(0.7851.42)=1.80 m/s 100=56.25（在允許范圍內(nèi)） 填料規(guī)格校核： d/d= 1400/38 =36.848 液體噴淋密度校核： 取最小潤(rùn)濕速率： （l）min=0.08 m3/(mh) 查常用散裝填料的特性參

8、數(shù)表，得at=114.2m2/m3 umin=（lw）min at =0.08114.2=9.136m3/m2h u=443.2818.02/998.2/（0.7850.52）=40.77umin 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用d=1400 mm是合理的。3.2.2 填料層高度計(jì)算 y1*=mx1=0.7540.0522=0.039 y2*=mx2=0脫吸因數(shù)： s=mv/l=0.754390.9/443.28=0.6649氣相總傳質(zhì)單元數(shù)： =1/（10.6649）ln(10.6649)(0.0630)/(0.00370)=5.19氣相總傳單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算： 查表知，液體質(zhì)量

9、通量： ul=443.2818.02/(0.7850.52)=40696.61 kg/m2h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： =1exp1.45(427680940896)0.7540696.61/(114.23.6) 0.1 40696.612114.2/(998.221.27108） -0.05 40696.612/（998.2940896 114.2） 0.2=0.531氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： 氣體質(zhì)量通量： uv=100001.176/0.7851.42=7643.31 kg/(m2h) kg=0.0905 kmol/(m2hkpa)液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： =1.003

10、6 m/h由 ,查表可得則： 56.2550%由得到 則 由z=hognog=0.3055.19=1.582 m，得 z=1.251.528=1.91 m設(shè)計(jì)取填料層高度： z=2 m查表，對(duì)于階梯環(huán)填料，,hmax6 mm取 = 8，則 h=81400=11200 mm計(jì)算得填料層高度為2000 mm,故不需分段。3.2.3 填料層壓降計(jì)算采用eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降橫坐標(biāo)為： 查表得 已知： ，縱坐標(biāo)為： 查eckert通用關(guān)聯(lián)圖 填料層壓降： 3.2.4 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)1、 液體分布器的選型 該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低。故選用槽式分布器。 2、分布點(diǎn)密度計(jì)算

11、 按eckert建議值，d1200mm時(shí)，噴淋點(diǎn)的密度為42點(diǎn)/m2，因該塔液相 相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)區(qū)噴淋密度為120點(diǎn)/m2 . 則總布液孔數(shù)為：n=0.7851.42120=184.6 184點(diǎn) 按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為：二級(jí)槽共設(shè)七道，在槽側(cè)面開(kāi)孔，槽寬度為80mm，槽高度為210mm，兩槽中心矩為160mm。分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為n=180點(diǎn)。3、布液計(jì)算： 取， 算得d0 =0.00384 設(shè)計(jì)取d0 =3.8 mm 4輔助設(shè)備的計(jì)算及選型4.1 填料支承設(shè)備支填料支承裝置用于支承塔填料及其所持有的氣體、液體的質(zhì)量，同時(shí)起著氣液流道及氣

12、體均布作用。故在設(shè)計(jì)支承板是應(yīng)滿足下列三個(gè)基本條件：（1） 自由截面與塔截面之比不小于填料的空隙率；（2）要有足夠的強(qiáng)度承受填料重量及填料空隙的液體；（3）要有一定的耐腐蝕性。用豎扁鋼制成的柵板作為支承板最為常用。柵板可以制成整塊或分塊的。一般當(dāng)直徑小于500mm時(shí)可制成整塊；直徑為600800mm時(shí)，可以分成兩塊；直徑在9001200mm時(shí)，分成三塊；直徑大于1400mm時(shí)，分成四塊；使每塊寬度約在300400mm之間，以便拆裝。柵板條之間的距離應(yīng)約為填料環(huán)外徑的0.60.7。在直徑較大的塔中，當(dāng)填料環(huán)尺寸較小的，也可采用間距較大的柵板，先在其上布滿尺寸較大的十字分隔瓷環(huán)，再放置尺寸較小的瓷

13、環(huán)。本設(shè)計(jì)塔徑d=1400mm，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自由截面較大、金屬耗用量較小，由豎扁鋼制成的柵板作為支承板，將其制成整塊，柵板條之間的距離約為3.8mm。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過(guò)渡支承，以取得較大的孔隙率。填料支撐裝置對(duì)于保證填料塔的操作性能具有重大作用。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，然后按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過(guò)渡支撐，以取得較大的孔隙率。4.2填料壓緊裝置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(lèi)，每類(lèi)又有

14、不同的型式，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。4.3液體再分布裝置氣液兩相在填料層中流動(dòng)時(shí)，受阻力的影響，易發(fā)生偏流現(xiàn)象，導(dǎo)致亂堆填料層內(nèi)氣液分布不均，使傳質(zhì)效率下降。為防止偏流，可間隔一定高度在填料層內(nèi)設(shè)置再分布裝置，將流體先經(jīng)收集后重新分布。5設(shè)計(jì)一覽表吸收塔類(lèi)型聚丙烯階梯環(huán)

15、吸收填料塔混合氣體處理量（m3/h）10000塔徑d（m）1.4填料層高度z（m）2氣相總傳質(zhì)單元高度（m）0.305氣相總傳質(zhì)單元數(shù)5.19泛點(diǎn)氣速（m/s）1.80泛點(diǎn)率0.8壓降（pa）588.6操作壓力（kpa）101.3操作溫度（）20填料直徑（mm）38孔隙率0.91填料比表面積a(/m3)132.5填料常數(shù)a0.204填料常數(shù)k1.756對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述 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(shū)、指導(dǎo)書(shū)、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。

16、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。7附圖液體分布器的設(shè)計(jì)圖塔的平面圖、立面圖（見(jiàn)最后頁(yè)）8參考文獻(xiàn)1 賈紹義,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, 20029主要符號(hào)說(shuō)明填料層的有效傳質(zhì)比表面積（m/m）填料層的潤(rùn)滑比表面積m/m吸收因數(shù);無(wú)因次填料直徑，mm；填料當(dāng)量直徑，mm擴(kuò)散系數(shù)，m/s； 塔徑亨利系數(shù)，kpa重力加速度，kg/(m.h)溶解度系數(shù)，kmol /(m.kpa)氣相總傳質(zhì)單元高度，m氣膜吸收系數(shù), kmol /(m.s.kpa)氣相總傳質(zhì)系數(shù)，無(wú)因次氣膜吸收系數(shù),