化工原理課程設(shè)計(jì)水吸收氨填料吸收塔設(shè)計(jì)正式版分解

1、化工原理課程設(shè)計(jì)水吸收氨氣過(guò)程填料塔的設(shè)計(jì)學(xué)院專業(yè)制藥工程班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2013年1月15日填料塔的有關(guān)介紹4塔內(nèi)填料的有關(guān)介紹錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽第二節(jié)填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定裝置流程的確定5吸收劑的選擇5填料的類型與選擇7液相物性數(shù)據(jù)6氣相物性數(shù)據(jù)8氣液相平衡數(shù)據(jù)7物料橫算7設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)第一令1塔彳宙閶算33.2填料層高度的計(jì)算及分段9.3.2.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算1.0,一、，一、53.2.2傳質(zhì)單兀局度的計(jì)算1.03.2.3填料層的分段1.1第四節(jié)填料層壓降的計(jì)算1.2第五節(jié)填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì)1.3第六節(jié)填料塔液體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)13參考文獻(xiàn)15對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述及心得15第三節(jié)填料塔工

2、藝尺寸的計(jì)算附表：15附表1填料塔設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表附表2填料塔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一覽15附件一：塔設(shè)備流程圖.17設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（一）、設(shè)計(jì)題目：水吸收氨氣過(guò)程填料吸收塔的設(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的處理雖為7500mVh，其中含氨氣為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，吸收劑的用雖為最小用雖的1.5倍。（二）、操作條件（1）操作壓力常壓（2）操作溫度20C.（三）填料類型選用聚丙烯階梯環(huán)填料，填料規(guī)格自選。（四）工作日每年300天，每天24小時(shí)連續(xù)進(jìn)彳亍。（五）廠址廠址為衡陽(yáng)地區(qū)1. （六）設(shè)計(jì)內(nèi)容吸收塔的物料衡算；吸收塔的

3、工藝尺寸計(jì)算；填料層壓降的計(jì)算；液體分布器簡(jiǎn)耍設(shè)計(jì)吸收塔接管尺寸計(jì)算；繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖；對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。（七）操作條件20T氨氣在水中的溶解度系數(shù)為H=0.725kmol/（mi?kPa）。1.1填料塔的有關(guān)介紹填料塔洗滌吸收凈化工藝不單應(yīng)用在化工領(lǐng)域，在低濃度工業(yè)廢氣凈化方面也能很好地發(fā)揮作用。工程實(shí)踐表明，合理的系統(tǒng)工藝和塔體設(shè)計(jì)，是保證凈化效果的前提。本文簡(jiǎn)述聚丙烯階梯填料應(yīng)用于水吸收氨過(guò)程的工藝設(shè)計(jì)以及工程問(wèn)題。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，它是化工類企業(yè)中最常用的氣液傳質(zhì)設(shè)備之一。圖1填料塔結(jié)構(gòu)圖填料塔的主體結(jié)構(gòu)如下圖所示：填料壓板塔殼填

4、料填料支承板液體再分布器填料壓板填料支承板氣體填料塔不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且流體通過(guò)填料層的壓降較小，易丁用耐腐蝕材料制造，所以它特別適用于處理雖小、有腐蝕性的物料及要求壓降小的場(chǎng)合。液體白塔頂經(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(guò)填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬于連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。1.2塔內(nèi)填料的有關(guān)介紹聚丙烯材質(zhì)填料作為塔填料的更要一類，在化工上應(yīng)用較為廣泛，與其他材質(zhì)的填料相比，聚丙烯填料具有質(zhì)輕、價(jià)廉、耐蝕、不易破碎及加工方便等優(yōu)點(diǎn)，但其明顯的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能差。研究表明，聚丙烯填料的

5、有效潤(rùn)濕面積僅為同類規(guī)格陶瓷填料的40%,由于聚丙烯填料表面潤(rùn)濕性能差，故傳質(zhì)效率較低，使應(yīng)用受到一定的限制.聚丙烯階梯環(huán)填料為外徑是高度的兩倍的圓環(huán)，在側(cè)壁上開(kāi)出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，并在一端增加了一個(gè)錐形翻邊，被切開(kāi)的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連曲，形成內(nèi)伸的舌葉，各舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開(kāi)孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。階梯環(huán)與鮑爾環(huán)相比，其高度減少了一半，并在一端增加了一個(gè)錐形翻邊。聚丙烯階梯環(huán)的結(jié)構(gòu)圖如下：圖2聚丙烯階梯環(huán)結(jié)構(gòu)圖第二節(jié)精偕塔主體設(shè)計(jì)方案的確定2.1裝置流程的確定本次設(shè)計(jì)采用逆流操作：氣相白塔底進(jìn)入由塔頂排出，液相白塔頂進(jìn)入由塔

6、底排出,即逆流操作。逆流操作的特點(diǎn)是：傳質(zhì)平均推動(dòng)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?yàn)橛盟鑫談?，故采用純?nèi)軇?。?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、堿液二氧化硫水硫化氫堿液、有機(jī)溶劑苯烝汽煤油、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。本次采用散裝填料。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有Dn16Dn25Dn38Dn50Dn76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，通雖減小，填料費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔

7、中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)里的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定。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。表2：常用填料的D/d的推薦值填料種類D/d的推薦拉西環(huán)D/d_2030鞍形環(huán)D/d_15鮑爾環(huán)D/d_1015階梯環(huán)D/d>8環(huán)矩鞍D/d>8工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。聚丙烯階梯環(huán)即為塑料類填料。聚丙烯填料在低溫（低于0度）時(shí)具有冷脆性，在低于0度的條件下使用要慎里，可選耐低溫性能良好的聚氯乙烯填料。本方案選用聚丙烯階梯環(huán)作為填料設(shè)計(jì)填料塔，規(guī)格為50mrK25mmK1.5mm,其主要參數(shù)如下:表3：聚丙烯階梯

8、環(huán)的特性數(shù)據(jù)填料類型公稱直徑DN/m外徑x高/壁厚比表面積at(nVm3)空隙率/%個(gè)數(shù)n/m-3堆積密度(kg/m3)干填料因子m1塑料階梯環(huán)mf5050X25X1.5114.292.71074054081432.4液相物性數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得20C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)。水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：1. -998.2kg/m3黏度：%=0.001pa=3.6kg/(m?h)3.4.5.6.表面張力為:;二=72.6dyn/cm=940896kg/h20CNH3:H=0.725kmol/mkpa20CNH3：Dl=7.3410Jm2/h20CNH3：Dv=0.225cm/

9、s=0.081m/h2.5氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)雖為(2-1)Mvm二'ym=0.0517.03040.9529=28.40152.PMVMRT混合氣體的平均密度為：101.328.40158.314293=1.1761kg/3/m(2-2)R=8.314m3KPa/(kmolK)混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊(cè)得20C時(shí)，空氣的黏度%=1.8110“pas=651610八kg/(mh)2.6氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得，常壓下，200C時(shí)，NH在水中的亨利系數(shù)為E=76.3kPa2O0C時(shí),NH3在水中的溶解度：H=0.725kmol/m相平衡常數(shù)：m=E=0.7532(

10、2-3)PPlH=998.2/(76.3匯18.02)溶解度系數(shù)：EMs(2-3=0.726kmol/kPam4)2.7物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為=0.05263(2-5)1-y1-0.05出塔氣相摩爾比為丫2二丫"-A)=0.05263(1-0.996)=0.002105(2-6)23.郵g情慳氣體流雖7500x22.4273(仁0.05)=296.383kmol27320(2-7)因?yàn)樵撐者^(guò)程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式計(jì)算。即(2-8)因?yàn)槭羌內(nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成X2=0所以Vmin0.05263-0.002105/0.72290.052630.7532

11、選擇操作液氣比為1.5mJ"844(2-9)吸收劑用雖：L=1.0844X296.383=321.398kmol/h因?yàn)閂(M)=L(X1-X2)故Xi二0.04659第三節(jié)填料塔工藝尺寸的計(jì)算填料塔工藝尺寸的計(jì)算包括塔徑的計(jì)算、填料層高度的計(jì)算及分段3.1塔徑的計(jì)算1.空塔氣速的確定一一泛點(diǎn)氣速法對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值u/uf=0.50.85根據(jù)貝恩（Bain）霍根（Houger）關(guān)聯(lián)式，即：=A-K£WL14V(3-1)<wv11402p.1836J9.81(0.9273998.218861.415JV998.2解得：UF=8.785m/s其中：UF甲之點(diǎn)

12、氣速，m/S;g里力加速度，9.81m/s目-填料總比表面積,m2/m3:=998.2kg/m3液相密度。:V=1.1836kg/m3氣相密度W=5791.592kg/hWv=8861.415kg/hA=0.204;K=1.75;=0.6569m(3-2)取u/uf=0.7u=6.150m/s圓整塔徑后D=0.7mD=4x7500Uf3.146.15036005.416-0.6178.7851.泛點(diǎn)速率校核:7500-3600?16m/S則一在允許范圍內(nèi)Uf1. 根據(jù)填料規(guī)格校核：D/d=700/50=14>8，根據(jù)表2可知符合要求3?液體噴淋密度的校核：(1) 填料塔的液體噴淋密度是指

13、單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋雖。(2) 最小潤(rùn)濕速率是指在塔的截面上，單位長(zhǎng)度的填料周邊的最小液體體積流H。(Lwhin為0.08m3/(mh)。UminLwminat=0.08114.2=9.136m'/(m?h)(3-3)WL5791.592L22=15.08m3/(m2h)Umin=9.136Pl7.785漢D2998.2匯0.785汽0.72(3-4)經(jīng)過(guò)以上校驗(yàn)，填料塔直徑設(shè)計(jì)為D=700mm合理。3.2填料層高度的計(jì)算及分段對(duì)于直徑不超過(guò)75mm的散裝填料，可取最小潤(rùn)濕速率=0.046590.7532=0.0351Y2=mX20(3-5)(3-6)3.2.1傳質(zhì)單元數(shù)的

14、計(jì)算用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法求傳質(zhì)單元數(shù)(3-7)(3-8)Y1-y2NOG(Y-Y*)-(丫2-Y;)-ym=YMInYAYL丫2-、0.05263-0.0351-0.002105,0.01756In070.522305r0-002105=6.93=0.0072860.0072863.2.2傳質(zhì)質(zhì)單元高度的計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算awA-exp-1.45at07520.2Ul/(3-9)氣體質(zhì)雖通雖為2uv=8861.415/(0.785X0.7)=23037.61kg/(m氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：kG=0.237（牛）07aAv代入數(shù)據(jù)解得：kG=0.2197m/sfat-

15、D;lpvDvJIRT)2?h)(3-10)液膜吸收數(shù)據(jù)由下式計(jì)算Kl二0.0095(3-111.13=15.34kmol/(m?h?kPa)0.43=33.03kmol/(m?h?kPa)(3-12)(3-13)代入數(shù)據(jù)解得：心=0.6137m/s查表可知，叩-1.45iiKGa二KGaw'=0.2197X46.387X1.4504KLa二KLaw-=0.6137X46.387X1.45(3-14)(3-15)(3-16)(3-17)(3-18)fuY心=1+9.5-0.5kGa."J3代入數(shù)據(jù)解得：kGa=22.92kmol/(m?h?kPa)'J2.21kLa=

16、1+2.6-0.5kLa-5J,13Qa二代入數(shù)據(jù)解得：&a=23604kmol/(m?h?kPa)kGaHkLa3代入數(shù)據(jù)解得：KGa=12.21kmol/(m?h?kPa)VVHOGaa"-aapj代入數(shù)據(jù)解得：Hog=0.623mz=HogNog=0.623X12.21=4.317m取上下活動(dòng)系數(shù)為1.5,則Z'=1.5X4.317=6.476m3.2.3填料層的分段對(duì)于階梯環(huán)散裝填料的分段高度推薦值為h/D=815h=8X700?15X700=5.6?10.5m計(jì)算得填料層iWj度為7m,，故不需分段第四節(jié)填料層壓降的計(jì)算根據(jù)Eckert圖（通用壓降關(guān)聯(lián)圖），

17、將操作氣速u代替縱坐標(biāo)中的uf查表，Dn50mm聚丙烯階梯環(huán)的壓降填料因子則縱標(biāo)值為：=143代替縱坐標(biāo)中的p.UFP?±?.2=0.1642(3-19)g1/0.5橫坐標(biāo)為：W=0.0225(3-20)0.60.40.2。職0.040,020,010.0080.0060.004D0020-0010.Q1oano.(mo.06o.j0.2040,6o.u1.0Wvi代J圖3:通用壓降關(guān)聯(lián)圖查圖得：(3-21)心P150X9.81=1471.5Pa/mZ則：全塔填料層壓降P=1471.5X7=10300.5Pa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第五節(jié)填料塔液體

18、分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)5.1液體分布器設(shè)計(jì)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）其他本設(shè)計(jì)任務(wù)液相負(fù)荷不大，可選用排管式液體分布器；且填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。5.2分布點(diǎn)密度計(jì)算按Eckert建議值,D=700mmP寸，噴淋點(diǎn)密度為265點(diǎn)/m。本設(shè)計(jì)的塔徑為700mm根據(jù)需要取噴淋點(diǎn)密度為265點(diǎn)/m2布液點(diǎn)數(shù)為：n=0.785X0.7X265=101.9?102點(diǎn)6.1氣體進(jìn)料管由于常壓下塔氣體進(jìn)出口管氣速可取12?20m/s,故若取氣體進(jìn)出口流速近似為18m/s，則由公式CVd2u可求得氣體進(jìn)出口內(nèi)徑為7500/3600=0.374mm0.7851

19、9采用直管進(jìn)料,由附表查得選擇叮J402mm9mm熱軋無(wú)縫鋼管，則4qu0.785（0.402-0.0092廠倔皿（在符合范圍內(nèi)）氣體進(jìn)出口壓降：進(jìn)口:1.183618.0八191.6Pa出口:=0.5u2=0.51.183618.02=95.8Pa226.2液體進(jìn)料管由于常壓下塔液體進(jìn)出口管速可取1-3m/s,故若取液體進(jìn)出口流速近似為:22.6m/s，則由公式Cvdu可求得液體進(jìn)出口內(nèi)徑為45791.6-112-A=0.028m，二u.998.236000.7852.65791.6/(998.23600)二d2=2.28m/s（在符合范國(guó)內(nèi)）0.785(0.038-0.0042)1 采用直

20、管進(jìn)料，由附表查得選擇：？：3&mm4mm熱軋無(wú)縫鋼管，則夏清.化工原理（下）M.天津：天津大學(xué)出版社,2005.2 賈紹義，柴誠(chéng)敬.化工原理課程設(shè)計(jì)M.天津:天津大學(xué)出版社,2002.華南理工大學(xué)化工原理教研室著？化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)M?廣州：華南理工大學(xué)出版社,1986.3 周軍.張秋利化工AutoCAD制圖應(yīng)用基礎(chǔ)。北京.化學(xué)工業(yè)出版社。對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述及心得經(jīng)過(guò)了幾天時(shí)間的努力，終于完成了這次的化工原理課程設(shè)計(jì)，現(xiàn)將在此過(guò)程中的一些心得述及如下：在過(guò)去的一年里，我們學(xué)習(xí)了化工原理這一門(mén)課程。化工原理是化學(xué)類專業(yè)的一門(mén)更要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它的內(nèi)容是講述化工單元操作的基本原理、典型設(shè)備的

21、結(jié)構(gòu)原理、操作性能和設(shè)計(jì)計(jì)算?；卧僮魇墙M成各種化工生產(chǎn)過(guò)程、完成一定加工目的的基本過(guò)程，其特點(diǎn)是化工生產(chǎn)過(guò)程中以物理變化為主，包括流體流動(dòng)過(guò)程、傳熱過(guò)程和傳質(zhì)過(guò)程。在這里面，我們主要學(xué)習(xí)了流體輸送、流體流動(dòng)、機(jī)械分離、傳熱、傳質(zhì)過(guò)程導(dǎo)論、吸收、蒸儲(chǔ)、氣-液傳質(zhì)設(shè)備，以及干燥等。這次我的課程設(shè)計(jì)題目是水吸收氨過(guò)程填料塔的設(shè)計(jì)，這是關(guān)于吸收中填料塔的設(shè)計(jì)。填料塔是以塔內(nèi)裝有大雖的填料為相接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，壓降低，填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我從中體會(huì)到很多。課程設(shè)計(jì)是我們?cè)谛４髮W(xué)生必須經(jīng)過(guò)的一個(gè)過(guò)程，通過(guò)課程設(shè)計(jì)的鍛煉，可以為我們即將來(lái)的畢業(yè)

22、設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！為此，我感覺(jué)能圓滿完成這次課程設(shè)計(jì)任務(wù)，給我?guī)?lái)了很大的信心，讓我對(duì)自己的將來(lái)充滿了自信！將來(lái)一定是美好的附表：附表1填料塔設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表塔徑0.7m填料層筒度7m填料規(guī)格Dn50mn聚丙烯階梯環(huán)操作氣液比1.0844校正液體流速6.150m/s壓降10300.5Pa惰性氣體流雖296.383kmol/h附表2填料塔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一覽亨利系數(shù)uv氣體的粘度，1.81ioPa65l6lOAkg/m-hm一平衡常數(shù)0.7532一水的密度和液體的密度之比12g一重力加速度，9.81m/s?V;:?L一分別為氣體和液體的密度，V=1.1836kg/m；=998.2kg/m；Wl=5791.592kg/hW=8861.415kg/h一分別為氣體和液體的質(zhì)量流量KYa