化工原理課程設(shè)計苯和氯苯的精餾塔塔設(shè)計

1、 大慶師范學(xué)院化工原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 學(xué) 院 專業(yè)班級 完成時間 目 錄第一節(jié)前言51.1填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點51.2填料塔的設(shè)計任務(wù)及步驟51.3填料塔設(shè)計條件及操作條件5第二節(jié) 填料塔主體設(shè)計方案的確定62.1裝置流程的確定62.2 吸收劑的選擇62.3填料的類型與選擇62.3.1 填料種類的選擇62.3.2 填料規(guī)格的選擇62.3.3 填料材質(zhì)的選擇72.4 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)72.4.1 液相物性數(shù)據(jù)72.4.2 氣相物性數(shù)據(jù)72.4.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)82.4.4 物料橫算8第三節(jié) 填料塔工藝尺寸的計算93.1 塔徑的計算93.2 填料層高度的計算及分段103

2、.2.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計算103.2.3 填料層的分段123.3 填料層壓降的計算12第四節(jié)填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計134.1 塔內(nèi)件類型134.2 塔內(nèi)件的設(shè)計134.2.1 液體分布器設(shè)計的基本要求：134.2.2 液體分布器布液能力的計算13注：141填料塔設(shè)計結(jié)果一覽表142 填料塔設(shè)計數(shù)據(jù)一覽143 參考文獻154 后記及其他16附件一：塔設(shè)備流程圖16附件二：塔設(shè)備設(shè)計圖17大慶師范學(xué)院本科學(xué)生化工原理課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目 苯和氯苯的精餾塔塔設(shè)計 系（院）、專業(yè)、年級 化學(xué)化工學(xué)院、化學(xué)工程與工藝專業(yè)、08級化工四班 學(xué) 生 姓 名 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名 下發(fā)日期 任務(wù)起止日期： 2

3、010 年日6 月 21 日 至 2010 年 7 月 20設(shè)計條件：1. 氣體混合氣成分： 空氣和氨；2. 進塔混合氣含氨量：6.0(體積分數(shù))； 3. 混合氣體流量：6000；4. 回收率：99。操作條件：1. 操作溫度：293 k；2. 混合氣體壓力：101.3pa；設(shè)計任務(wù)：完成填料吸收塔的工藝設(shè)計，填料的選擇及有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計，繪制塔填料吸收塔工藝流程圖、設(shè)備圖，編寫設(shè)計說明書。 任務(wù)下達人（簽字）教研室主任：年 月 日任務(wù)接受人（簽字）第一節(jié) 前言1.1 填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點結(jié)構(gòu)：圖1-1 填料塔結(jié)構(gòu)圖填料塔不但結(jié)構(gòu)簡單，且流體通過填料層的壓降較小，易于用耐腐蝕材料制造，所以她

4、特別適用于處理量肖，有腐蝕性的物料及要求壓降小的場合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進行傳質(zhì)。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。1.2 填料塔的設(shè)計任務(wù)及步驟設(shè)計任務(wù)：用水吸收空氣中混有的氨氣。 設(shè)計步驟：（1）根據(jù)設(shè)計任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計方案;（2）針對物系及分離要求，選擇適宜填料；（3）確定塔徑、填料層高度等工藝尺寸（考慮噴淋密度）；（4）計算塔高、及填料層的壓降；（5）塔內(nèi)件設(shè)計。1.3 填料塔設(shè)計條件及操作條件1. 氣體混合物成分：空氣和氨2. 空氣中

5、氨的含量: 6.0% （體積含量即為摩爾含量）3. 混合氣體流量6000m3/h4. 操作溫度293k5. 混合氣體壓力101.3kpa6. 回收率99 %7. 采用清水為吸收劑8. 填料類型：采用聚丙烯鮑爾環(huán)填料第二節(jié) 精餾塔主體設(shè)計方案的確定2.1 裝置流程的確定本次設(shè)計采用逆流操作：氣相自塔低進入由塔頂排出，液相自塔頂進入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特點是：傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。2.2 吸收劑的選擇因為用水做吸收劑，故采用純?nèi)軇?-1 工業(yè)常用吸收劑溶質(zhì) 溶劑溶質(zhì)溶劑氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氫水二氧化碳水、堿液二氧化硫

6、水硫化氫堿液、有機溶劑苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳銅氨液2.3填料的類型與選擇填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。2.3.1 填料種類的選擇本次采用散裝填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同，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)。2.3.2 填料規(guī)格的選擇工業(yè)塔常用的散裝填料主要有dn16dn25dn38 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，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值

7、要有一規(guī)定。常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值d/d的推薦值列于。表3-1填料種類d/d的推薦值拉西環(huán)d/d2030鞍環(huán)d/d15鮑爾環(huán)d/d1015階梯環(huán)d/d>8環(huán)矩鞍d/d>82.3.3 填料材質(zhì)的選擇工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類聚丙烯填料在低溫（低于0度）時具有冷脆性，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。綜合以上：選擇塑料鮑爾環(huán)散裝填料 dn502.4 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)2.4.1 液相物性數(shù)據(jù)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：1. 2. 3. 表面張力為:4. 5. 6. 2

8、.4.2 氣相物性數(shù)據(jù)1. 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 (2-1)2. 混合氣體的平均密度由 (2-2)r=8.314 3. 混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊得20時，空氣的黏度注： 1 1pa.s=1kg/m.s2.4.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得，常壓下，20時，nh在水中的亨利系數(shù)為 e=76.3kpa在水中的溶解度: h=0.725kmol/m相平衡常數(shù)： (2-3) 溶解度系數(shù): (2-4) 2.4.4 物料橫算1. 進塔氣相摩爾比為 (2-5) 2. 出他氣相摩爾比為 (2-6) 3. 進塔惰性氣體流量: (2-7) 因為該吸收過程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式

9、計算。即： (2-8)因為是純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成所以 選擇操作液氣比為 （2-9）l=1.2676356×234.599=297.3860441kmol/h因為v(y1-y2)=l(x1-x2) x1第三節(jié) 填料塔工藝尺寸的計算填料塔工藝尺寸的計算包括塔徑的計算、填料能高度的計算及分段3.1 塔徑的計算1. 空塔氣速的確定泛點氣速法對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值u/u=0.50.85貝恩（bain）霍根（hougen）關(guān)聯(lián)式 ，即：=a-k （3-1）即： 所以：/9.81（100/0.917）（1.1836/998.2）=0.246053756 uf=3.974574742

10、m/s其中：泛點氣速，m/s;g 重力加速度，9.81m/swl=5358.89572/h wv=7056.6kg/ha=0.0942； k=1.75；取u=0.7 =2.78220m/s （3-2） 圓整塔徑后 d=0.8m1. 泛點速率校核： m/s 則在允許范圍內(nèi)2. 根據(jù)填料規(guī)格校核：d/d=800/50=16根據(jù)表3-1符合3. 液體噴淋密度的校核：(1) 填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量。(2) 最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率。 （3-3） （3-4）經(jīng)過以上校驗，填料

11、塔直徑設(shè)計為d=800mm 合理。3.2 填料層高度的計算及分段 （3-5） （3-6） 3.2.1 傳質(zhì)單元數(shù)的計算用對數(shù)平均推動力法求傳質(zhì)單元數(shù) （3-7） （3-8） = =0.0068953.2.2 質(zhì)單元高度的計算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算： （3-9）即：w/t =0.37404748液體質(zhì)量通量為： =wl/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(h)氣體質(zhì)量通量為： =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(h)氣膜吸收系數(shù)由下式計算： （3-10） =0.237(14045.78025&#

12、247;100.6228×10-5)0.7(0.06228÷0.081÷1.1761)0.3(100×0.081÷8.314÷293)=0.152159029kmol/(h kpa)液膜吸收數(shù)據(jù)由下式計算： (3-11）=0.566130072m/h因為0.15215×0.3740×1.451.1×100 （3-12）=8.565021kmol/(m3 h kpa) =0.56613×100×0.37404×1.450.4 （3-13） =24.56912/h因為： =0.8

13、346所以需要用以下式進行校正： （3-14） =19.5(0.699990.5)1.4 8.56502=17.113580 kmol/(m3 h kpa) （3-15） =1 2.6 (0.69990.5)2.2 24.569123=26.42106/h （3-16） =1÷(1÷17.1358+1÷0.725÷26.4210) =9.038478 kmol/(m3 h kpa) （3-17） =234.599÷9.03847÷101.3÷0.785÷0.64=0.491182 m （3-18）=0.491182

14、×9.160434=4.501360m,得 =1.4×4.501=6.30m3.2.3 填料層的分段對于鮑爾環(huán)散裝填料的分段高度推薦值為h/d=510。h=5×80010×800=48 m計算得填料層高度為7000mm，故不需分段3.3 填料層壓降的計算取 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)中的則縱標(biāo)值為：=0.1652 (3-19) 橫坐標(biāo)為： =0.02606 (3-20)查圖得 981pa/m (3-21)全塔填料層壓降 =981×7

15、=6867 pa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。第四節(jié) 填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計4.1 塔內(nèi)件類型填料塔的內(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)計塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。4.2 塔內(nèi)件的設(shè)計 4.2.1 液體分布器設(shè)計的基本要求： （1）液體分布均勻 （2）操作彈性大 （3）自由截面積大（4）其他4.2.2 液體分布器布液能力的計算 （1）重力型液體分布器布液能力計算 （2）壓力型液體分布器布液能力計算注：(1)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

16、分布器。 (2)塔徑及液體負荷不大，可采用較簡單的柵板型支承板及壓板。其它塔附件及氣液出口裝置計算與選擇此處從略。 注：1填料塔設(shè)計結(jié)果一覽表塔徑0.8m填料層高度7m 填料規(guī)格50mm鮑爾環(huán)操作液氣比1.2676356 1.7倍最小液氣比校正液體流速2.78220/s壓降6867 pa惰性氣體流量234.599kmol/h2 填料塔設(shè)計數(shù)據(jù)一覽e亨利系數(shù)， 氣體的粘度，1.73=6228 平衡常數(shù) 0.7532 水的密度和液體的密度之比 1 重力加速度， 9.81 =1.27 分別為氣體和液體的密度，1.1836；998.2； =5358.89572/h =7056.6kg/h分別為氣體和液

17、體的質(zhì)量流量氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)， 填料層高度， 塔截面積，氣相總傳質(zhì)單元高度， 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)以分壓差表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，單位體積填料的潤濕面積 100 91.7%以分壓差表示推動力的氣膜傳質(zhì)系數(shù)，溶解度系數(shù)，0.725以摩爾濃度差表示推動力的液摩爾傳質(zhì)系數(shù)，氣體常數(shù)，氨氣在空氣中中的擴散系數(shù)及氨氣在水中的擴散系數(shù); 液體質(zhì)量通量為： =wl/0.785×0.8×0.8=10666.5918kg/(h)氣體質(zhì)量通量為： =60000×1.1761/0.64=14045.78025kg/(h)3 參考文獻1 夏清.化工原理（下）m. 天津:天津大學(xué)出版社, 2005.2 賈紹義,柴誠敬. 化工原理課程設(shè)計m. 天津:天津大學(xué)出版社, 2002.3 華南理工大學(xué)化工原理教研室著化工過程及設(shè)備設(shè)計m廣州: 華南理工大學(xué)出版社, 1986.4 周軍.張秋利 化工autocad制圖應(yīng)用基礎(chǔ)