水吸收氨填料吸收塔設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)水吸收氨填料吸收塔的設(shè)計(jì)專 業(yè)：姓名：指導(dǎo)老師：xxxx大學(xué)xx年xx月目錄前言-3 任務(wù)-4 設(shè)計(jì)方案-5一、理論依據(jù)-5二、吸收塔的工藝計(jì)算-6三、 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算-8四、填料層壓降的計(jì)算- 15五、液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)-16六、繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖-18七、設(shè)計(jì)總結(jié)-19八、參考文獻(xiàn)-21前 言此次設(shè)計(jì)的要求是設(shè)計(jì)水吸收氨填料吸收塔的設(shè)計(jì)，在xx老師的指導(dǎo)下進(jìn)行的。其目的是針對(duì)我們?cè)诨ぴ碚n程中設(shè)計(jì)、作圖能力相對(duì)薄弱的情況下，利用學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)知識(shí)、鍛煉自己的設(shè)計(jì)生產(chǎn)設(shè)備、制圖的能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，我們鍛煉了我們閱讀化工原理文獻(xiàn)及搜集資料的能力，同時(shí)液培養(yǎng)了我們獨(dú)立思

2、考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也培養(yǎng)了我們相互協(xié)作的能力，為今后的實(shí)際工作打下基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)注重理論聯(lián)系實(shí)際，即要考慮到符合設(shè)備要求的各種參數(shù)、性能，又要符合實(shí)際的應(yīng)用要求。在經(jīng)過(guò)組員的討論及方案的比較之后，選定此方案為最后的設(shè)計(jì)方案。此方案具有高效、低阻、大通量、操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于化工、石化、煉油及其它工業(yè)部門的各類物系分離。由于設(shè)計(jì)者的水平有限，方案中難免又不妥和錯(cuò)誤之處，希望老師批評(píng)指正。任務(wù)書(shū)一 、題目與專題1. 題目: 吸收塔的設(shè)計(jì)2. 專題: 水吸收氨填料吸收塔的設(shè)計(jì)二 、設(shè)計(jì)依據(jù)、條件設(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的處理量為3600kg/h,其

3、中含空氣為95%，氨氣為5%（體積分?jǐn)?shù)），要求塔頂排放氣體中含氨低于0.02%（體積分?jǐn)?shù)），采用清水進(jìn)行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。已知20下氨在水中的溶解度系數(shù)為H=0.725kmol/(m3.kpa)。三、設(shè)計(jì)工藝操作條件（1） 操作平均壓力 常壓（2）操作溫度 t=20(3) 每年生產(chǎn)時(shí)間： 7200h(4) 選用填料類型及規(guī)格自選四、設(shè)計(jì)任務(wù)完成干燥器的工藝設(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)的工藝流程圖和吸收塔的工藝條件圖，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。班級(jí) :組長(zhǎng) :組員 :日期 :指導(dǎo)老師 :設(shè)計(jì)方案一、理論依據(jù)1、吸收劑的選擇吸收劑對(duì)溶質(zhì)的組分要有良好地吸收能力，而

4、對(duì)混合氣體中的其他組分不吸收，且揮發(fā)度要低。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，選擇用清水作吸收劑，且氨氣不作為產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?、吸收流程地選擇用水吸收NH3屬高溶解度的吸收過(guò)程，為提高傳質(zhì)效率和分離效率，所以，本實(shí)驗(yàn)選用逆流吸收流程。3、吸收塔設(shè)備及填料的選擇填料塔，散裝。填料的選擇包括確定填料的種類，規(guī)格及材料。填料的種類主要從傳質(zhì)效率，通量，填料層的壓降來(lái)考慮，填料規(guī)格的選擇常要符合填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d。填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，選擇用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中，塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故選用 DN50聚丙烯階梯環(huán)填料。4、吸收劑再生方法的選擇含氨

5、的吸收劑通過(guò)解析得到水，使得吸收劑再生。5、操作參數(shù)的選擇操作平均壓力 常壓操作溫度 t=20二、 吸收塔的工藝計(jì)算1、基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)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)查得，20水的有關(guān)物性密度為Pl=998.2kg/m3粘度為ul=0.001pa.s=3.6kg/(m.h)表面張力為L(zhǎng)=72.6 dyn/cm=940896 kg/h2NH3在水中的擴(kuò)散系數(shù)為DL=2.04x10-9m2/s=2.04x10-9x3600 m2/h2=7.34410-6m2h1.2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Mvm=yiM i=0.05x17.03+0.95

6、x29=28.40混合氣體的平均密度為pvm=PMvm/RT=101.3x28.40/8.314x293=1.181kg/m3混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)得20空氣的粘度為： uu=1.81x10-5pa.s=0.065kg/(m.h)查手冊(cè)得在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 Dv=0.225cm2/s=0.081 m2/h1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)常壓下20時(shí)NH3在水中的亨利系數(shù)為E=76.41kpa相平衡常數(shù)為m=E/P=76.41/101.3=0.754常壓下20在水中的溶解度系數(shù)為H= Pl/EMs=998.2/76.41x18.02=0.725kmol/(m3kpa)2、物料衡算進(jìn)塔氣

7、相摩爾比為：Y1= y1/(1- y1)=0.05/(1-0.05)=0.0526出塔氣相摩爾比為：Y2= Y1 (1-A)=0.0526(1-0.996)=0.0002 進(jìn)出惰性氣相流量：V=36002731-0.05）=144.23kmolh 22.4273+20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：(L/V)min=( Y1- Y2)/( Y1/m-X2)對(duì)純?nèi)軇┪者^(guò)程，該塔液相組成為X2=0，Y-Y0.0526-0.0002L=0.751 =12=VminY1m-X20.754-0L/V=1.5 x 0.751=1.127取操作液氣的為：L/V=1.5(

8、L/V)min=1.5x0.751=1.127因此有：L=1.127x144.23=162.50kmol/h所以由全塔物料衡算式V(Y1- Y2)=L(X1- X2)可得： X1=144.23(0.0526-0.0002)=0.0465 162.50三、填料塔的工藝尺寸的計(jì)算3.1塔徑的計(jì)算圖1 填料塔泛點(diǎn)和壓降的通用關(guān)聯(lián)圖圖中 u0空塔氣速，m /s；濕填料因子，簡(jiǎn)稱填料因子，1 /m； 水的密度和液體的密度之比；g重力加速度，m /s；V、L分別為氣體和液體的密度，kg /m； wV、wL分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg /s。 32采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速 氣相質(zhì)量流速為w

9、v=qvV=36501.181=4310.65kg/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即wL=LM水=162.5018.02=2928.25 kg/h用貝恩霍根關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)氣速 Lgu2F atvWLg3 u0.2=A- LlK WV VL F泛點(diǎn)氣速，m/s；g重力加速度，981m/s2at填料總比表面積，m2m3填料層空隙率，m3m3；3V,L氣相、液相密度，k/m；L液體粘度，mPas;wL,wV液相、氣相的質(zhì)量流量，kg/h;A,K關(guān)聯(lián)常數(shù)。3-1） （式表1式3-1中的A、K值表2 散裝填料壓降填料因子平均值查表1與表2 得 A=0.204， K=1.75，at=114.2 m

10、2m3，=0.927 代入 得 F =4.737m/s4=0.548m 取=0.8F=3.79m/s ，由 D=3.143.794vs圓整塔徑，取D=0.6m 泛點(diǎn)率校核： =Lh3600=3.588m=3.588m/s0.785D20.7850.623.588=100%=69.41%(在允許范圍內(nèi)) F4.737填料規(guī)格校核: =600=15.798 38液體噴淋密度校核： 3取最小潤(rùn)濕速率為（Lw）min=0.08mmh查附錄得 at=114.2m2m3Umin=(LW)minat=0.08114.2=9.136m3m2h2928.=10.38U U=min0.7850.62經(jīng)以上校核可知

11、，填料塔直徑選用D=600mm合理。3.2填料層高度計(jì)算Y1*=m X1=0.754x0.0465=0.0351Y2*=mX2=0脫吸因數(shù)為S=mv/L=0.754x144.23/162.50=0.669氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為1Y1-Y2*=ln(1-S)+S 1-SY2-Y2*NOG=10.0526-0ln(1-0.669)+0.6691-0.6690.0002-0=13.517氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的關(guān)聯(lián)式計(jì)算 氣相體積吸收總系數(shù)KYa-0.050.10.20.752awUaUUcLtLL 2 =1-exp-1.45 atLatLLgLLat表3 常見(jiàn)材質(zhì)的臨界表面張力值查表3得C =33

12、dyn/cm=427680kg/h2 液體質(zhì)量通量為 UL=2928.25=10361.82kg/(cm2.h) 20.7850.6-0.050.20.750.1at.8210361.822114.210361.82242768010361 =1-exp-1.45 998.22940896aw940489114.20.065 998.221.27108114.2=0.48335aw=114.20.48335=55.199氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算UVKG=0.237 atv0.7vatDv D vvRT氣液質(zhì)量通量為 UV=36001.1812=15253.54kgmh 20.7850.6).54

13、0.065114.20.08115253KG=0.237 114.20.0651.1810.0818.314293 2=0.16488mhkpa）0.7夜膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：UL KL=0.0095 awLL DLL-Lg L.823.610361=0.0095 -63.655.199998.27.34410=0.4599h-3.61.27108 998.2表4常見(jiàn)填料的形狀系數(shù)由KGa=KGaw1.1查表4得=1.45則KGa=0.1648855.1991.451.1=13.696 m3hkpa）KLa=KLaw0.4=0.459955.1991.450.4=29.454hU=69.41%

14、50% UF1.4U1.43由KGa=1+9.5 -0.5Ka=1+9.（50.6941-0.5）13.696=26.8045mhkpa）G UF2.2U2.2KLa=1+2.6 -0.5Ka=1+2.（60.6941-0.5）29.454=31.5326h L UF則KGa=111+KGaHKLa=111+26.80450.72531.5326=12.3392m3hkpa）HOG=VV144.23=0.32052m 2KYaGGap12.3392101.30.6由Z=HOGNOG=0.3205213.517=4.332m得Z=1.25Z=5.416m設(shè)計(jì)填料層高度為Z=6m表5 散裝填料分段

15、高度推薦值查表5 得 對(duì)于階梯環(huán)填料取h=10600=6000mm Dh=815,hmax6 D計(jì)算得填料層高度為6000mm，故不需分段。四、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WLVWV L0.52928.251.181= 4310.65998.2表6 散裝填料壓降填料因子平均值0.5查表6得p=89m-1u2pv0.23.58828911.1810.2L=1=0.1382gL9.81998.2查圖1得P/Z=77.60pam填料層壓降為P=77.606=465.6五、 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，故選用槽式液體分布器。

16、2、分布點(diǎn)密度計(jì)算表7 Eckert的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦值表8蘇爾壽公司的的規(guī)整填料塔分布點(diǎn)密度推薦值按Eckert建議值 D=750時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為170點(diǎn)/m2因該塔液相負(fù)荷較大，設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為240點(diǎn)/m2布液點(diǎn)數(shù)為n=0.7850.62240=67.868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)五道，在槽側(cè)面開(kāi)孔，槽寬度為80mm，槽高度為210mm，兩槽中心距為160mm，分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際布點(diǎn)數(shù)n=73點(diǎn)，布液示意圖如下圖所示。圖一、液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)3、布液計(jì)算2n2gH 由 LS=do4取 =0.60，H=160mm4LSdo=

17、 n2gH.429283600 = 3.14730.629.810.16=0.013設(shè)計(jì)取 do=13mm六、繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖圖二、水吸收氨填料吸收塔設(shè)計(jì)條件圖七、設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)近三個(gè)星期的努力，在指導(dǎo)老師xx老師的悉心指導(dǎo)下，我們?nèi)M人員的共同努力下，終于完成了我們的化工原理課程設(shè)計(jì)水吸收氨填料吸收塔的設(shè)計(jì)。雖然只是短短的一些時(shí)間，我們卻從中學(xué)到了許多知識(shí)，不單鞏固了原有的知識(shí)，也豐富了我們的課余知識(shí)，受益匪淺。首先，查閱書(shū)籍也是一種技巧，因?yàn)槲覀円獜拇罅繒?shū)籍中查閱到我們所需的知識(shí)資料。例如采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速，僅此一項(xiàng)就消耗了我們很多的時(shí)間，我們還要查找到所需的設(shè)備，工

18、藝流程等一批相關(guān)的資料，并從相關(guān)資料中篩選出我們需要的內(nèi)容。不掌握正確的查閱方法將會(huì)浪費(fèi)很多寶貴的時(shí)間，我們從中吸取了很多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。其次，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們進(jìn)一步鞏固了化工原理的知識(shí)，并把它們用于實(shí)際操作當(dāng)中，真正做到了理論與實(shí)際相結(jié)合。從此，我們就意識(shí)到了以前我們所學(xué)知識(shí)的不夠牢固、深刻。學(xué)習(xí)方法上還存在許多弊端。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我們有機(jī)會(huì)查漏補(bǔ)缺，彌補(bǔ)了自己的不足。而且，我們也意識(shí)到了合作的重要性。一個(gè)人的力量畢竟是有限的，因此，在此次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，全組上下全力合作，共同完成了這項(xiàng)工作。諸如擅長(zhǎng)作圖的同學(xué)充分發(fā)揮其特長(zhǎng)，利用自己的想象力，對(duì)填料塔的設(shè)計(jì)條件圖進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在嚴(yán)格查閱資料和準(zhǔn)確計(jì)算后，制定了方案，作出了總體