化工原理水吸收氨過程填料吸收塔精餾塔設計課程設計

1、化工原理課程設計題目: 水吸收氨過程填料吸收塔設計 班級： 學號： 姓名： 目錄一、任務書27、物性數(shù)據(jù)可查有關手冊3二、吸收塔的物料衡算31、液相物性數(shù)據(jù)32、氣相物性數(shù)據(jù)43、氣液相平衡數(shù)據(jù)44、物料衡算4三、吸收塔的塔體工藝尺寸計算51、塔徑的計算52、填料層高度的計算及分段71）傳質單元數(shù)的計算73）填料層的分段9四、 填料層壓降的計算10五、液體分布器簡要設計111. 液體分布器設計的基本要求：112、分布點密度計算12六、吸收塔接管尺寸計算121、氣體進料管122、 液體進料管13七、繪制生產(chǎn)工藝流程圖14八、繪制吸收塔設計條件圖14九、對設計過程的評述和有關問題的討論14一、任務

2、書1、設計題目：水吸收氨過程填料吸收塔設計試設計一座填料吸收塔，用于脫除混于空氣中的氨氣。要求混合氣體處理量為3000m3/h，其中含氨為5%（體積分數(shù)），要求塔頂排放氣體中含氨低于0.02%（體積分數(shù)）。采用清水進行吸收，吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。2、操作條件（1） 操作壓力 常壓（2） 操作溫度 20。3、填料類型選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選。4、工作日每年300天，每天24小時連續(xù)生產(chǎn)。5、廠址廠址為萬州地區(qū)。6、設計內容（1） 吸收塔的物料衡算；（2） 吸收塔的塔體工藝尺寸計算；（3） 填料層壓降的計算；（4） 液體分布器簡要設計；（5） 吸收塔接管尺寸計算；（6） 繪制

3、生產(chǎn)工藝流程圖；（7） 繪制吸收塔設計條件圖；（8） 對設計過程的評述和有關問題的討論。7、物性數(shù)據(jù)可查有關手冊。20下氨在水中的溶解度系數(shù)為H=0.725Kmol/(m3.KPa)。二、吸收塔的物料衡算常用填料塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值列于下表：常用填料的D/d的推薦值填料種類D/d的推薦值拉西環(huán)D/d2030鞍形環(huán)D/d15鮑爾環(huán)D/d1015階梯環(huán)D/d8環(huán)矩鞍D/d8本設計采用階梯環(huán)，填料規(guī)格即為D/d8本方案采用散裝填料，選用聚丙烯階梯環(huán)作為填料設計填料塔，規(guī)格為38mm19mm1mm，聚丙烯階梯環(huán)即為塑料類填料,其主要參數(shù)如下：聚丙烯階梯環(huán)的特性數(shù)據(jù)表填料類型公稱直徑DN

4、/mm外徑高/壁厚（mm）比表面積at（m2/m3）空隙率/%個數(shù)n/m-3堆積密度（kg/m3）干填料因子m-1塑料階梯環(huán)3838191132.5912720057.5175.61、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 水的有關物性數(shù)據(jù)如下：1） 2） 3） 表面張力為:4） 5） 氨氣在空氣中的擴散系數(shù)6) 氨氣在水中的擴散系數(shù)2、氣相物性數(shù)據(jù)1） 混合氣體的平均摩爾質量為: 2） 混合氣體的平均密度為： 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 1Pas=1kg/（ms）3、氣液相平衡數(shù)據(jù)20

5、，101.3Kpa下氨氣在水中的溶解度系數(shù)H=0.725kmol/m3.kpa相平衡常數(shù)：r 4、物料衡算進塔氣相摩爾比：出塔氣相摩爾比：對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成：X2=0混合氣體流量:G=(3000273) (29322.4)=124.79kmol/h進塔惰性氣體流量:GB=124.79(10.05)=118.55kmol/h可得吸收劑用量為:Ls=1.50.751118.55=133.55kmol/h根據(jù)全塔物料衡算式:GB(Y1Y2)=Ls(X1X2)X1=GB(Y1-Y2)/Ls+X2=(0.0526-0.0002)/(0.7511.5)=0.0685液氣比：WL/Wv=(13

6、3.5518)/(30001.181)=0.678三、吸收塔的塔體工藝尺寸計算填料塔工藝尺寸的計算包括塔徑的計算、填料層高度的計算及分段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根據(jù)貝恩（Bain）霍根（Hougen）關聯(lián)式 ，即：=A-K 由WL=2403.9/h；WV=3543kg/h 查得比表面積：at=132.5m2/m3,A=0.204,K=1.75, 則 解得：F=7.890m/s其中：泛點氣速，m/s;g 重力加速度，9.81m/s取泛點率為0.7u=0.7uF=0.77.89=5.523m/s 圓整塔徑后取D=0.5m=50

7、0mm2）泛點速率校核： m/s u/uF=4.246/7.890=0.538 (在允許范圍內0.50.85)3）根據(jù)填料規(guī)格校核：D/d=500/38=13 84）液體噴淋密度的校核：a.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。b.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 填料總比表面積 經(jīng)過以上校驗，填料塔直徑設計為D=500mm 合理。2、填料層高度的計算及分段 Y1*=mX1 =0.7540.0685 = 0.051649 1）傳質單元數(shù)的計算用對數(shù)平均推動力法求傳質單元數(shù)脫吸因數(shù)為： S

8、 = mV/L = 0.754 / (0.7511.5) = 0.669 則：=13.362）傳質質單元高度的計算氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算： 查聚丙烯階梯環(huán)臨界表面張力值表c=33dyn/cm=427680kg/h2液體質量通量為： = WL/(0.785D2)= 133.5518/(0.7850.52)= 12249.17kg/(m2.h)氣體質量通量為： UV=WV/(0.785D2)=30001.181/(0.780.52)=18053.50kg/(h)求得：aw/at=0.362 則: aw=47.965氣膜吸收系數(shù)由下式計算： 代入數(shù)據(jù)解得：=0.1726m/s液膜

9、吸收數(shù)據(jù)由下式計算： 代入數(shù)據(jù)解得： =0.5271 m/s階梯環(huán)填料是一種由應用價值分析技術開發(fā)出來的一種改進的開孔環(huán)填料，國外稱之為CascedMini-Ring（縮寫上CMR）常見填料的形狀系數(shù)表查表可知，0.172647.9651.451.1=12.46kmol/(m3hkPa) =0.527147.9651.450.4=29.33kmol/(m3hkPa) 修正的恩田公式只適用于小于等于0.5的情況因為： = 0.5380.5所以需要用以下式進行校正： 代入數(shù)據(jù)解得： =13.68 kmol/(m3 hkPa) 代入數(shù)據(jù)解得： =29.39 kmol/(m3 hkPa) 代入數(shù)據(jù)解得

10、：=8.33kmol/(m3 h kPa) =118.55/(8.33101.30.7850.52) = 0.716 =0.71613.36=9.566m 根據(jù)設計經(jīng)驗，填料層的設計高度一般為Z=(1.21.5)Z本次取安全系數(shù)為1.5：則 =1.5Z= 1.59.566=14.349 m 設計取填料層高度為15m3）填料層的分段對于階梯環(huán)散裝填料的分段高度推薦值為h/D=815，取h/D=10 則h=100.5=5m計算得填料層高度為15m故: 填料層需要分為3段，高度分別為5m 4、 填料層壓降的計算在流動參數(shù)FP中，知道， 故FP=根據(jù)Eckert 圖(通用壓降關聯(lián)圖)，將操作氣速代替縱

11、坐標中的查表，38mm聚丙烯階梯環(huán)的壓降填料因子175.6代替縱坐標中的p則縱標值為：=0.223又 故 在圖中，查Y=0.109,X=0.0242的點，知壓降故全塔填料層壓降 通用壓降關聯(lián)圖至此，吸收塔的物料衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出。五、液體分布器簡要設計1. 液體分布器設計的基本要求：(1)液體分布均勻;（2）操作彈性大；（3）自由截面積大；本設計任務液相負荷不大，該吸收塔塔徑較小，D=500mm。而多孔直管式噴淋器使用于D=600mm以下的塔。因此本實驗采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋裝置。且填料層不高，可不設液體再分布器。 2、分布點密度計算Eckert的散裝填料塔

12、噴淋點密度推薦值 塔徑，mm噴淋點密度，點/m2塔截面D=400330D=500285D=600246D=750175D=120042按Eckert建議值,D=500mm時,噴淋點密度為285點/m2。 總布液孔數(shù)為：n=0.7850.52285=101.956點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計為：11道環(huán)圓孔，每道孔分布五個孔，實際設計布點數(shù)n=55.六、吸收塔接管尺寸計算1、氣體進料管 由于常壓下塔氣體進出口管氣速可取1220 ，故若取氣體進出口流速近似為16m/s，則由公式 可求得氣體進出口內徑為 采用直管進料，由附表查得選擇熱軋無縫鋼管，則 （在符合范圍內）氣體進出

13、口壓降: 進口：出口：2、 液體進料管 由于常壓下塔液體進出口管速可取1-3，故若取液體進出口流速近似為1.5m/s，則由公式可求得液體進出口內徑為 采用直管進料，由附表查得選擇熱軋無縫鋼管，則 （在符合范圍內）七、繪制生產(chǎn)工藝流程圖八、繪制吸收塔設計條件圖九、對設計過程的評述和有關問題的討論在過去的一年里，我們學習了化工原理這一門課程?；ぴ硎腔瘜W類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，它的內容是講述化工單元操作的基本原理、典型設備的結構原理、操作性能和設計計算。化工單元操作是組成各種化工生產(chǎn)過程、完成一定加工目的的基本過程，其特點是化工生產(chǎn)過程中以物理變化為主，包括流體流動過程、傳熱過程和傳質過程。在這里面，我們主要學習了流體輸送、流體流動、機械分離、傳熱、傳質過程導論、吸收、蒸餾、氣-液傳質設備，以及干燥等。這次我們小組的課程設計題目是水吸收氨過程填料塔的設計，這是關于吸收中填料塔的設計。填料塔是以塔內裝有大量的填料為相接觸構件的氣液傳質設備。填料塔的結構較簡單，壓降低，填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點。在課程設計過程中,我們加深了對課本知識的認識，也鞏固了所學到的知識。此次課程設計按照設計任務書、指導書、技術條件的要求進行。在設計