過(guò)程工程原理畢業(yè)課程設(shè)計(jì)

1、( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！)1過(guò)程工程原理課程設(shè)計(jì)題目姓名學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師分院完成日期2過(guò)程工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：1. 設(shè)計(jì)題目：吸收氨過(guò)程填料塔的設(shè)計(jì)試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的氨氣?；旌蠚怏w的處理量3為 3.9 萬(wàn) Nm），與同種類型、同種規(guī)格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強(qiáng)度下使用，工業(yè)應(yīng)用主要以金屬填料為主。(3)塑料填料。塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，國(guó)內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無(wú)機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。

2、其耐溫性良好，可長(zhǎng)期在100以下使用。聚丙烯填料在低溫（低于 0）時(shí)具有冷脆性，在低于0的條件下使用要謹(jǐn)慎，可選用耐低溫性能好的聚氯乙烯填料。塑料填料具有輕質(zhì)、廉價(jià)、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能較差，在某些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，需要對(duì)其表面進(jìn)行處理，以提高表面潤(rùn)濕性能。所以本次課設(shè)選用聚丙烯填料。填料規(guī)格的選擇通常，散裝填料與規(guī)整填料的規(guī)格標(biāo)示方法不同，選擇地方法亦不盡相同。散裝填料規(guī)格的選擇。散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公稱直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76 等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分

3、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)用于小塔徑中，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。本次考慮到參考數(shù)據(jù)多比較利于接下來(lái)的計(jì)算，以及以上所說(shuō)的一些原因，綜合考慮之下選擇了50mm。規(guī)整填料規(guī)格的選擇。工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125、150、 250、350、500、700 等幾種規(guī)格。同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，1通量減小，填料費(fèi)用也明顯增加。選用時(shí)應(yīng)從分類要求、通量要求、場(chǎng)地要求、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足工藝要求，又具

4、有經(jīng)濟(jì)合理性。應(yīng)當(dāng)指出，一座填料塔可以選用同種類型、同一規(guī)格的填料，也可以使用同種類型、不同規(guī)格的填料；可以選用同種類型的填料，也可以選用不同類型的填料；有的塔段可選用規(guī)整填料，而有的塔段可選用散裝填料。綜上所述選用 50mm 聚丙烯階梯環(huán)塔填料，其主要性能參數(shù)可查下表1 為：比表面積 a： 114.2空隙率： 0.927干填料因子：表1國(guó)內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù)材 外外徑×高×比表面空隙個(gè)數(shù)堆積密干填料填料因質(zhì) 徑厚積率n，個(gè)度因子子，× ×t，3p，3-1，-1dmt，mmd Haamm2 m3m3m3kgm3m塑 2525×17.5 ×

5、1.2280.908150097.8313240384132.50.912720057.5175.6120料38×19×1114.20.927998076.8143.1805076 50×30×1.589.950.929342068.41127276×37×3工藝流程圖2 工藝計(jì)算2.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)液相物性的數(shù)據(jù)得 20下的水的物性數(shù)據(jù)為：2密度：水：黏度 :L 998.2kg / m3L100.4 10 5 Pa s表面張力為： L=72.6dyncm=940896 kgcm=12960)由于 g 為重力加速度 =L 100.4

6、10 5 3600 3.6 （1）液體質(zhì)量通量為 U L2317 .841810980 .976kg /(m 2h)0.7852.22氣體質(zhì)量通量為 U V390001.18312143.233kg /(m2h)0.7852.22aw1 exp 1.45 (427680)0.75(10980.976)0.1(10980.9762114.2)0. 05所以， at28940896114.2 3.6998.21.27102(10980.976)0.2 0.353氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：查知， 0，101.3 下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)由，則293，101.3下，在空氣中的擴(kuò)散 系數(shù) 為D GDVD (

7、101.3)( 293) 230.201cm2 / s101.3273液相擴(kuò)散系數(shù)0.237( UV )0.71( at DV )G(V)3atvV DVRT12143.2330.0651(114.20.2013600 10 40.237 () 0.7()3)114.20.0651.1830.20110 436008.3142930.1303kmol /( m2h kpa)液膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：U L21L g1L 0.0095() 3 (L) 2() 3awLLD LL10980.97623.60.0095) 3()(114.2998.21.8010 90.3533.636000.5551

8、3.6 1.27 10812() 3998.2表 4各類填料的形狀系數(shù)填料類型球棒拉西環(huán)弧鞍開(kāi)孔環(huán) 值0.720.7511.191.453查表 4得：則G aGaw1 .10.13030.353114.21.451.17.905kmol /( m3 h kpa)L aaw0.40.5550.353 114.21.450.425.961Lhu / uF2.85 / 4.260.6690.5G a19.5( u0.5)1.4 G a由uF得，uL a12.6(0.5)2.2 L auFG a19.5(0.6690.5)1.4 7.90514.138kmol /( m3 hkpa)L a12.6(0

9、.6690.5)2 .2 25.9627.31 1hG a111則G aHL a1117.99kmol /(m3h kpa)14.1380.72525.31 氣膜體積吸收系數(shù)，； 液膜體積吸收系數(shù)，；H OGVKY a由V1541.120.501mG a P7.99 101.3 3.14 (2.2 2) 2H OG 氣相傳質(zhì)單元高度， m 塔截面積， m2由ZH OGNOG0.501 9.804.91m采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，應(yīng)留出一定的安全系數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，填料層的設(shè)計(jì)高度一般為本次設(shè)計(jì)選的是1.3，所以Z 填料層高度， m設(shè)計(jì)取填料層高度為：安全系數(shù)為對(duì)于階梯環(huán)填料，4前一個(gè)不滿

10、足，所以因滿足將填料層分為 2 段設(shè)置，每段 3.5m，兩段間設(shè)置一個(gè)液體再分布器。2.2.3 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：L (V )0.52317.84 18(1.183) 0.50.031VL39000 1.183998.2表 5散裝填料的壓降填料因子平均值填料類型填料因子DN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾30611498環(huán)金屬環(huán)矩13893.47136鞍金屬階梯 11882環(huán)塑料鮑爾 34323211412562環(huán)塑料階梯17611689環(huán)瓷矩環(huán)700215140160瓷拉西環(huán)1050576450288由上所知， DN50 的塑料階

11、梯環(huán)的縱坐標(biāo)為：u 2PV0.2 2.85289 11.1831.0040. 20.0874gL9.81998.2L5圖 2 通用壓降關(guān)聯(lián)圖查圖 2得，填料層壓降為：P748.87 pa5.242kpa吸收塔接管口徑的計(jì)算常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取 10 40ms（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口管氣速可取 0.53ms（必要時(shí)可加大些） 。管徑依所選氣速?zèng)Q定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整，并規(guī)定其厚度。氣體進(jìn)氣口氣速取35ms，液體進(jìn)液口流速取1.5ms氣體進(jìn)出口管直徑：4Vs4390000.628m 628mmD13.1435 3600u液體流量：L 2317.84kmol / h2317.8

12、4 18.0241.84m 3 / h998.2液體進(jìn)出口管直徑：441.840.0993m 99.3mmD 21.53.1436006查表得按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整后得，氣體進(jìn)口出管直徑D1=660mm，厚度為10mm液體進(jìn)出管直徑D2=108mm，壁厚為 4mm。校正液體進(jìn)出口速度：441.84v3.141.48m / s0.123600校正氣體進(jìn)出口速度：v43900023.1433.69m / s0.6436003 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型3.1 填料的支撐裝置支承板要能承擔(dān)板上的填料重力和填料的持液量，其開(kāi)孔面積要求接近與填料的孔隙率，必要時(shí)要等于100% 的塔截面。支承板的結(jié)構(gòu)型式很多，常

13、用的有升氣管型。升氣管可以是圓筒形、圓錐形或?qū)鍥_制成瓦楞形。在這種結(jié)構(gòu)下，氣相可通過(guò)氣升官上升，液相則通過(guò)小孔流下。本設(shè)計(jì)的支承板采用柵板，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中塔的直徑較大，所以可在柵板上放置一層十字隔板的填料，上面再堆放拉西環(huán)。柵板、柵條縫寬應(yīng)取0.60.8 填料外徑。3.2 填料壓緊裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)或跳動(dòng)，需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網(wǎng)板、金屬壓緊器等不同的類型。對(duì)于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，本次設(shè)計(jì)中選用的是壓緊柵板。在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定。為防止在填料壓緊裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生

14、液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于 70% 。為了便于安裝和檢修，填料壓緊裝置不能與塔壁采用連續(xù)固定方式，對(duì)于大塔用支耳固定。73.3 液體分布器與再分布器裝置液體分布器本次設(shè)計(jì)中選用的是重力型排管式液體分布器， 裝置可見(jiàn)圖 3，它的液體推動(dòng)力是重力。圖 3 重力型排管式液體分布器具體參數(shù)見(jiàn)表 6塔徑 mm主管直徑 mm支管排數(shù)管 外 緣 直 徑最大體積流量mm()22001007194078液體再分布器填料塔設(shè)計(jì)中一般需考慮每平方米塔板上有30 個(gè)以上的噴淋點(diǎn)，對(duì)于高真空的塔，使用填料尺寸又比較大的情況，則每平方米塔板按45 個(gè)以上的噴淋點(diǎn)考慮，對(duì)于精密型的填料，則要求更多。噴淋裝置的

15、結(jié)構(gòu)型式很多。常用的液體分布器有管式噴淋器、蓮蓬式噴灑器。根據(jù)情況，在此設(shè)計(jì)中，我選用的是管式噴淋器。管式噴淋器中又包括彎管式、缺口式、多孔排管式、多孔盤管式。8彎管式和缺口式一般用于小塔（），而多孔排管式和多孔盤管式用于大塔。所以根據(jù)需要， 此次選擇的是每平方有42 個(gè)噴淋點(diǎn)的多孔排管式噴淋器，見(jiàn)圖 4。在管底鉆 3 排直徑為 4mm 的小孔，孔的總截面面積大致與進(jìn)液管面積相等。圖 4 多孔排管式噴淋器噴淋點(diǎn)數(shù)： n=0.785× 2.2 2× 42=160 點(diǎn)3.4 除沫裝置氣流離開(kāi)填料層時(shí)往往會(huì)夾帶大量的霧沫，不僅損耗大量的吸收劑，同時(shí)為出他氣體的后處理帶來(lái)不便。除沫

16、器是用來(lái)除去由塔頂排除的氣體夾帶的霧沫，常安裝在液體分布器的上方。常見(jiàn)的除沫器有折板除沫器、絲網(wǎng)除沫器、填料除沫器等。本次設(shè)計(jì)選用的是絲網(wǎng)除沫器。絲網(wǎng)除沫器是由金屬或塑料絲織物卷成盤形或圓筒形而成。其除霧沫效率高，可除去 5um 液滴，壓降小于，但造價(jià)高，且不宜用于氣、液中含有粘結(jié)物或固體物的場(chǎng)合，一面除沫器發(fā)生堵塞。絲網(wǎng)除沫器的設(shè)計(jì)計(jì)算主要有以下三個(gè)參數(shù)：1.通過(guò)除沫器的氣速。氣體通過(guò)除沫器的流速直接影響到除沫器的分離效率，一般用下式計(jì)算：u KLG0.19 9.82 1.1 8 32.9m / sG1.183上式中為氣體通過(guò)除沫器的流速，ms；K 為系數(shù)，一般取0.080.11；分別為氣體

17、、液體的密度， kg92.除沫器的直徑。除沫器的直徑由處理的氣量和氣速所決定，由下式計(jì)算：qV3900027310.09m3 / s3600293DF4qV ,G410.09u2.1m3.14 2.93.除沫器的高度。 主要保證除沫器有足夠的攔液表面和氣液停留時(shí)間。 除沫器由直徑 0.0760.4mm的金屬絲網(wǎng)構(gòu)成時(shí)，除沫器高度一般取 100150mm；當(dāng)由直徑為 0.0050.03mm的合成纖維絲網(wǎng)組成時(shí)，除沫器高度一般取 50mm。此設(shè)計(jì)中選擇除沫器的高度為 50mm。3.5 封頭選擇的是碳素鋼及低合金鋼制碟形封頭圖 5碟形封頭具體為公稱直徑為 2200mm，曲率半徑（球面 R=2000m

18、m，這便 r=330mm），封頭高度為 497mm，壁厚為 10mm，直邊高度為 40mm，質(zhì)量為 434kg塔頂和塔底都需要，所以要2 個(gè)。3.6 離心泵及風(fēng)機(jī)的選型離心泵的選擇10(1)、塔高的計(jì)算塔頂封頭加法蘭 0.5mm，液體分布器到液體再分布器 1m，液體再分布器到填料層 1m，填料層高度 7 m，塔底塔底空間高度初定為 2.5m，填料支撐板等小部件初設(shè) 1m，則塔總高為 15m 左右。（ 2）、 離心泵的選用（通過(guò)流量和揚(yáng)程來(lái)選離心泵）流量： L 2314 .76 (kmol / h)2314 .76 1841 .741 m 3 / h998 .2安全系數(shù)選為 1.2 ，則 L=5

19、0.08pu2揚(yáng)程公式： Hh 02 gh fbcg因?yàn)?m，所以 H h0p52421212.535mg998.2 9.81乘上一個(gè)安全系數(shù)1.5，則 H=18.8m表 7泵型號(hào)流量揚(yáng)轉(zhuǎn)速汽蝕余泵效率軸功率配帶功程 m量 m%kw率 kw502029003.0753.635.53.6.2 風(fēng)機(jī)的選型全風(fēng)壓計(jì)算： ptpvu21.18333.6925.91kPa25.24221000乘上一個(gè)安全系數(shù)1.3，則風(fēng)量： Q 3900029341857 m3 / h273乘上一個(gè)安全系數(shù)1.5，則11根據(jù)全風(fēng)壓和風(fēng)量按表 9選擇 G6-51-1No-14D 鍋爐離心送風(fēng)機(jī) ,具體參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速為 1

20、450(),全壓 8270 Pa，流量 70700,內(nèi)效率 78% ，內(nèi)功率 208Kw，軸功率212Kw，所需功率 244Kw，電動(dòng)機(jī)型號(hào) Y355-4 380V，電動(dòng)機(jī)功率 250Kw，聯(lián)軸器型號(hào) 95074，聯(lián)軸器的風(fēng)機(jī)軸 105210mm，聯(lián)軸器電動(dòng)機(jī)軸 100210mm，滾動(dòng)軸承型號(hào) SKF 6324 22324ccw333.7 人孔為檢查壓力容器在使用過(guò)程中是否發(fā)生裂紋、變形、腐蝕等缺陷，塔里容器應(yīng)開(kāi)設(shè)檢查孔，檢查孔包括人孔和手孔。人孔的型式12圖 6 人孔的型式表 8 人孔所需配件件號(hào)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)名稱數(shù)量材料1筒節(jié)1Q235-AF2法蘭1Q235-AF3墊片1石棉橡膠板4蓋1Q235

21、-AF5GBT 5783螺栓見(jiàn)尺寸表8.8 級(jí)6GBT 6170螺母見(jiàn)尺寸表8 級(jí)7把手2Q235-AF表9尺寸表13本設(shè)計(jì)中選用的是公稱直徑DN 為 450mm 的人孔，需要設(shè)計(jì)兩個(gè)人孔。3.8 法蘭的選擇由于本設(shè)計(jì)中對(duì)壓力要求不高，所以可以選用甲型平焊法蘭。選擇公稱直徑為650mm、200mm、 110mm 的法蘭，其中 650mm 是進(jìn)氣口的法蘭； 200mm 的選兩個(gè)，分別是塔頂和塔底的法蘭；110 是排液口的法蘭。4 設(shè)計(jì)一覽表吸收塔類型：聚丙烯階梯環(huán)吸收填料塔混合氣處理量： 39000m3 h名稱工藝參數(shù)物料名稱清水混合氣體操作壓力， kPa101.3101.3操作溫度，2020流

22、體密度， kgm3998.21.183黏度， kg(m*h)3.60.065表面張力， kgh940896427680 ( 聚乙烯 )流量， kgh44283.2546137流速， ms1.4833.69接管尺寸（直徑）108660塔徑， mm2200填料層高度， mm700014壓降， KPa5.242操作液氣比0.959分布點(diǎn)數(shù)1605 對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述經(jīng)過(guò)三四周的努力，水吸收氨填料塔課程設(shè)計(jì)基本完成，在不斷地計(jì)算不斷地修改以及不斷地驗(yàn)算之后，終于見(jiàn)到了自己的成果。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們運(yùn)用的很多以前學(xué)過(guò)的知識(shí)。特別是上學(xué)期學(xué)的化工原理。在上學(xué)期看來(lái)，化工原理這門課理論太強(qiáng)了，導(dǎo)致我們理解起來(lái)有些困難。知識(shí)也只是粗略的懂一點(diǎn)，很多細(xì)節(jié)還是不明白。通過(guò)這個(gè)學(xué)期的課程設(shè)計(jì)我又弄懂了很多當(dāng)年沒(méi)有深究的問(wèn)題。課程設(shè)計(jì)中我也遇到了很多問(wèn)題，比如說(shuō)一些公式到底怎么來(lái)的，不同的公式該用到什么地方都要深思熟慮，用錯(cuò)一點(diǎn)點(diǎn)會(huì)使最后的結(jié)果偏離地特別大。有些都會(huì)大到超出了圓整的范圍。這使得我又不得不又一次從頭開(kāi)始檢查，