環(huán)境工程原理課程設(shè)計-丙酮吸收填料塔要點(共27頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上環(huán) 境 工 程 原 理 課 程 設(shè) 計 題目 水吸收丙酮填料塔設(shè)計 學 院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 2014年6月16日 目錄 第一章 設(shè)計任務書1.1 設(shè)計題目水吸收丙酮填料塔設(shè)計1.2 設(shè)計任務及操作條件（1） 氣體處理量：1820 m3/h（2） 進塔混合氣含丙酮5%（Vol），進塔溫度35（3） 進塔吸收劑（清水）溫度：25，吸收劑的用量為最小用量的1.3倍（4） 丙酮回收率：90%（5） 操作壓力：常壓（6） 每天工作24小時，一年300天1.3 設(shè)計內(nèi)容 （1）確定吸收流程 （2）物料衡算，確定塔頂塔底的氣液流量和組成 （3）選擇填料、計算

2、塔徑、填料層高度、填料分層、塔高 （4）流體力學特性校核：液氣速度求取、噴淋密度校核、填料層壓降計算（5）附屬裝置的選擇與確定：液體噴淋裝置、液體再分布器、氣體進出口及液體進出口裝置、柵板1.4 設(shè)計要求（1） 設(shè)計說明書內(nèi)容1 目錄和設(shè)計任務書2 流程及流程說明3 設(shè)計計算及結(jié)果總匯表4 對設(shè)計成果的評價及討論5 參考文獻 （2）繪制填料塔設(shè)計圖第二章 設(shè)計方案的確定2.1 設(shè)計方案的內(nèi)容2.1.1 流程方案的確定本工藝采用清水吸收丙酮，為易溶氣體的吸收過程，由于逆流操作傳質(zhì)推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高，故選用逆流操作，即氣體自塔低進入由塔頂排出，液體自塔頂進入由塔底排出

3、。流程說明：在該填料塔中，丙酮和空氣的混合氣體經(jīng)由填料塔的下側(cè)進口進入塔中，與從填料塔塔頂流下的清水逆流接觸，在填料表面進行傳質(zhì)吸收，經(jīng)過吸收的混合氣體從塔頂排出，吸收了丙酮的水由填料塔的下端流出。常規(guī)逆流操作流程見圖1-1。圖1-1 常規(guī)逆流操作流程圖2.1.2 設(shè)備方案的確定填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備，塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。填料層的上方有液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑在填料層上。2.2 填料的選擇對于水吸收丙酮的過程，選擇DN50金屬環(huán)矩鞍填料，其具體結(jié)構(gòu)特性參數(shù)

4、見表2-1。表2-1 金屬環(huán)矩鞍填料結(jié)構(gòu)特性參數(shù)1公稱尺寸/mm外徑×高×厚/(mm×mm×mm)堆積個數(shù)/（個/m-3）堆積密度/(kg/m3)空隙率/%比表面積/(m2/m3)干填料因子/m-15050×40×1104002919674.984第三章 吸收塔的工藝計算3.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.1 液相物性數(shù)據(jù)對于低濃度吸收過程，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，25時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度2： 黏度3： 表面張力4：=.2查手冊5得15時丙酮在水中的擴散系數(shù)為：又因液體中擴散系數(shù)6： 溶質(zhì)1在溶劑2中的擴散系

5、數(shù)，； 溶劑2的分子量； 溫度，； 溶劑2的粘度； 溶質(zhì)1在正常沸點下的分子體積； 溶劑2的締合參數(shù)，無因次，水為2.6；甲醇為1.9；乙醇為1.5；其他非締合液體為1故25時丙酮在水中的擴散系數(shù)為： 3.1.2 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量： 混合氣體的平均密度： 混合氣體的粘度可近似取空氣的粘度，查手冊7得35空氣的粘度為： 查手冊8得丙酮在空氣中擴散系數(shù)為： 故35時丙酮在空氣中的擴散系數(shù)為： 3.1.3氣液平衡相數(shù)據(jù)由可知：常壓下25時丙酮在水中的亨利系數(shù)為： 相平衡常數(shù)為： 溶解度系數(shù)為： 3.2 物料衡算進塔氣相摩爾比為： 出塔氣相摩爾比為： 進塔惰性氣體流量為： 該過程屬

6、低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算，即： 對于純吸收過程，進塔液相組成為： 取操作液氣比為： 故吸收劑用量為： 由物料衡算式可知： 3.3 填料塔塔徑的計算3.3.1 泛點氣速的計算采用?？颂兀‥ckert）泛點氣速關(guān)聯(lián)圖進行計算，關(guān)聯(lián)圖見圖3-1。氣相質(zhì)量流量為： 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即： Eckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標為： 、圖3-1 Eckert通用關(guān)聯(lián)圖9查圖3-1得：查附表1得： 取3.3.2 塔徑的計算及校核塔徑的計算：塔徑圓整，取泛點率校核： （在允許范圍內(nèi)）填料規(guī)格校核： 液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為 由表2-1可知： 經(jīng)以上校核可知，填料

7、塔直徑選用合理。3.4 填料層高度的計算 3.4.1 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)的計算 脫吸因數(shù)為 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為 3.4.2 氣相總傳質(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10計算： 查附表2得 液體質(zhì)量通量為 氣膜吸收系數(shù)由下式10計算： 氣體質(zhì)量通量為 液膜吸收系數(shù)由下式10計算： 由 ，查附表3得 則 由 ，得 則 由 由 ，得 設(shè)計取填料層高度為 查附表4，對于環(huán)矩鞍填料，取 ，則 計算得填料層高度為，故不需分段。3.5 填料塔流體力學校核3.5.1 氣體通過填料塔的壓降采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降。橫坐標為 查附表5得，縱坐標為 查附圖1得 填料層壓降為 3.

8、5.2 泛點率 泛點率介于50%80%之間，合理。 3.5.3 氣體動能因子 氣體動能因子在常用的范圍內(nèi)。 從以上的各項指標分析，該吸收塔的設(shè)計合理，可以滿足吸收操作的工藝要求。第四章 塔內(nèi)輔助設(shè)備的選擇和計算4.1 液體分布器 （1）液體分布器的選型本設(shè)計任務液相負荷為： 液相負荷較小，故選用排管式液體分布器。 （2）布液點數(shù)根據(jù)附表6 Eckert的散裝填料塔分布點密度推薦值，D=700mm時，分布點密度可取180點/m2塔截面。故布液點數(shù)為： （3）孔徑計算由 11式中 布液孔直徑，m； 液體流率，m3/s； 布液孔數(shù)； 孔流系數(shù)； 液體高度，m； 重力加速度，m/s2。取， 則 設(shè)計取

9、。 （4）液體分配管與布液支管尺寸 查表12可得： 當時，主管直徑取50mm，支管排數(shù)取4，管外緣直徑取660mm，最大體積流量為9.5m3/h。4.2 填料塔附屬高度塔上部空間高度可取為1.2m，塔底液相停留時間按1min考慮，則塔釜液所占空間高度為：考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取1.2m，故填料塔附屬高度為：4.3 填料支承裝置13梁式氣體噴射式支承板氣體流通自由界面率大，阻力小，承載能力強，氣液兩相分布效果小，性能優(yōu)良，因此，本設(shè)計選用梁式氣體噴射式支承板，其尺寸如表4-1。 表4-1支承板波形尺寸 mm波形波形尺寸t192注：尺寸b是塔中間支承板寬度，在塔邊緣支承板的尺寸

10、b將隨塔徑不同而異，左右不對稱。H為波高，t為波矩。4.4 填料壓緊裝置14 本設(shè)計選用絲網(wǎng)床層限制板，重量約為，限制板的外徑選用690mm。4.5 液體進、出口管 （1）氣體進出口管徑計算工業(yè)上，一般氣體進料流速為1020m/s，本設(shè)計取流速為15m/s。 由標準GB/T 8163-99，選用無縫鋼管。核算：，故滿足條件。 （2）液體進出口管徑計算工業(yè)上，一般液體進料流速為0.51.5m/s，本設(shè)計取流速為1m/s。 由標準GB/T 8163-99，選用無縫鋼管。核算：，故滿足條件。4.6 液體除霧器本設(shè)計選用上裝式絲網(wǎng)除沫器，見圖4-1，由標準HGT 21618-1998，得除沫器規(guī)格參數(shù)

11、見表4-2。圖4-1 網(wǎng)式除沫器 表4-2 上裝式絲網(wǎng)除沫器規(guī)格參數(shù) mm主要外形尺寸重量（kg）HH1D絲網(wǎng)格柵及定距桿支撐件1502686208.678.788.634.7 筒體和封頭（1） 筒體由標準JB115373，得筒體規(guī)格參數(shù)見表4-3。 表4-3 筒體規(guī)格參數(shù)1米高的容積V/m31米高的內(nèi)表面積FB/m2厚度/mm1米高筒節(jié)鋼板理論質(zhì)量/kg0.3852.20469（2） 封頭本設(shè)計選用橢圓封頭，由標準JB/T 473795，得封頭規(guī)格參數(shù)見表4-4。表4-4 EHA橢圓形封頭規(guī)格參數(shù)曲邊高度h1/mm直邊高度h2/mm內(nèi)表面積A/m2容積V/m3175250.58610.054

12、54.8 手孔由標準HG/T 21514-2005，得手孔規(guī)格參數(shù)見表4-5。表4-5 手孔規(guī)格參數(shù)名稱簡圖密封面型式及代號公稱直徑DN（mm）公稱壓力PN（MPa）標準編號常壓手孔全平面FF150常壓HG/T 21528-20054.9 法蘭本設(shè)計選用PN0.25MPa（2.5bar）板式平焊鋼制管法蘭，見圖4-2。圖4-2 板式平焊鋼制管法蘭由標準HG 20593-1997，得法蘭選擇結(jié)果見表4-6和表4-7。（1）管法蘭的選擇 表4-6 管法蘭規(guī)格參數(shù) mm位置公稱通徑DN管子外徑A1連接尺寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B1法蘭理論重量（kg）法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺

13、紋ThABAB氣體進出口管2502732733753351812M1624276.52768.96液體進出口管4048.345130100144M121649.5461.38（2） 容器法蘭的選擇 表4-7容器法蘭特性參數(shù) mm公稱通徑DN管子外徑A1連接尺寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B1法蘭理論重量（kg）法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺紋ThABAB7007117208608102624M243671572444.24.10 裙座本設(shè)計選用圓錐形裙座，見圖4-3。圖4-3 圓錐形裙座 裙座筒體上端面至塔釜封頭切線距離：15 直進料管高度：16 彎進料管高度：17 檢查孔中心高

14、度：18 裙座高度第5章 設(shè)計計算結(jié)果總匯表 設(shè)計計算結(jié)果匯總見表5-1、表5-2、表5-3。 表5-1 填料設(shè)計計算匯總表公稱尺寸 50孔隙率 96比表面積 74.9泛點填料因子 135壓降填料因子 71表5-2 物料設(shè)計計算匯總表混合氣體處理量 1820混合氣體平均摩爾質(zhì)量 30.45混合氣體平均密度 1.2040混合氣體的粘度 丙酮在空氣中擴散系數(shù) 0.03567吸收液密度 997.08吸收液粘度 3.22表面張力 .2丙酮在水中擴散系數(shù) 4.5396×10-6丙酮在水中亨利系數(shù) 213.209丙酮在水中溶解度系數(shù) 0.2595丙酮在水中相平衡常數(shù)2.105進塔氣相摩爾比 0.

15、0526出塔氣相摩爾比 0.00526進塔液相摩爾比 0出塔液相摩爾比 0.0191進塔惰性氣體流量 68.42吸收劑流量 169.672氣相質(zhì)量流量 2191.28液相質(zhì)量流量 3055.69表5-3 塔設(shè)備的工藝設(shè)計計算匯總表塔徑 700空塔氣速 1.314泛點氣速 1.664泛點率 79.0氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 5.684氣相總傳質(zhì)單元高度 0.539填料層高度 4000填料塔附屬高度 2.4裙座高度 2.0填料層壓降 186.39氣體動能因子 1.44第6章 課程設(shè)計總結(jié)通過此次課程設(shè)計，我對填料塔的設(shè)計原理和方法有了更深刻的認識。通過查閱大量的資料，我了解了設(shè)計中的計算過程，明確了設(shè)計的

16、思路，豐富了所學的知識。此外，課程設(shè)計中需要反復的校核和綜合的考量，才能設(shè)計出最合適的方案，這在一定程度上也磨練了我的耐心。本次課程設(shè)計基本上能按照任務書的要求、參考書的指導順利進行。我明確到在填料的選擇上往往要考慮多方面的因素，如：流量的大小、吸收率的控制、填料的類型、填料的公稱直徑等。設(shè)計過程中計算所需塔填料層高度時，填料的選擇將決定塔是否合理。在設(shè)計過程中存在著校核結(jié)果不合適的情況，在老師的指導下，我進行了修改，得到了較合適的設(shè)計方案。參考文獻 1王樹楹主編，現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南，中國石化出版社M，1997.12:49 2劉光啟，馬連湘等主編，化學化工物性數(shù)據(jù)手冊M，化學工業(yè)出版社，201

17、2.4:3 3劉光啟，馬連湘等主編，化學化工物性數(shù)據(jù)手冊M，化學工業(yè)出版社，2012.4:12 4劉光啟，馬連湘等主編，化學化工物性數(shù)據(jù)手冊M，化學工業(yè)出版社，2012.4:15 5時鈞，汪家鼎等主編，化學工程手冊第二版上卷M，化學工業(yè)出版社，1996.1:150 6時鈞，汪家鼎等主編，化學工程手冊第二版上卷M，化學工業(yè)出版社，1996.1:1497劉光啟，馬連湘等主編，化學化工物性數(shù)據(jù)手冊M，化學工業(yè)出版社，2012.4:718劉光啟，馬連湘等主編，化工物性算圖手冊M，化學工業(yè)出版社，2002.1:6949賈紹義，柴誠敬主編， 化工原理課程設(shè)計M，天津大學出版社，2002.8:1509賈紹義

18、，柴誠敬主編， 化工原理課程設(shè)計M，天津大學出版社，2002.8:143 10匡國柱，史啟才主編，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計（第二版）M，化學工業(yè)出版社，2007.10:216 11王蘭娟，郭曉艷等主編，化工原理課程設(shè)計M，石油大學出版社，2012.8:76 12匡國柱，史啟才主編，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計（第二版）M，化學工業(yè)出版社，2007.10:323 13匡國柱，史啟才主編，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計（第二版）M，化學工業(yè)出版社，2007.10:22314賈紹義，柴誠敬主編， 化工原理課程設(shè)計M，天津大學出版社，2002.8:140 15路秀林，王者相等編，化工設(shè)備設(shè)計全書M，化學工業(yè)出版社，2004.1:31416匡國柱，史啟才主編，化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計（第二版）M，化學工業(yè)出版社，2007.10:1