有害氣體控制工程課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上課程設(shè)計(jì)報(bào)告( 2016 - 2017 年度第2 學(xué)期)名 稱： 有害氣體控制工程課程設(shè)計(jì) 題 目： 常壓逆流填料塔系統(tǒng) 院 系： 動(dòng)力工程系 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)周數(shù)： 1周 成 績(jī)： 日期： 2017年 7 月 4 日專心-專注-專業(yè)前言： 課程設(shè)計(jì)是比較綜合性和實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是使學(xué)生體察工程實(shí)際問(wèn)題復(fù)雜性、學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)基本知識(shí)的初次嘗試。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合利用本課程和前修課程的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的大氣控制設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到大氣工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。通過(guò)課程設(shè)計(jì)

2、，要求學(xué)生了解工程設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，掌握有害氣體設(shè)計(jì)的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，還可以使學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真、高度責(zé)任感的工作作風(fēng)。課程設(shè)計(jì)是增強(qiáng)工程觀念，培養(yǎng)提高學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí),我知道，填料塔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。這次課程設(shè)計(jì)我把鮑爾環(huán)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。目錄有害氣體控制工程課程設(shè)計(jì)任 務(wù) 書一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)對(duì)氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)，初步掌握氣態(tài)污染物

3、凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)，綜合分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力、繪圖能力、以及正確使用設(shè)計(jì)手冊(cè)和相關(guān)資料的能力。二、設(shè)計(jì)任務(wù)試設(shè)計(jì)一個(gè)填料塔，常壓，逆流操作，操作溫度為20，以清水為吸收劑，吸收脫除混合氣體中的NH3，氣體處理量為2000m3/h，其中含氨2.0%（體積分?jǐn)?shù)），要求吸收率達(dá)到99%。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求1）研究分析資料。2）凈化設(shè)備的計(jì)算，包括計(jì)算吸收塔的物料衡算、吸收塔的工藝尺寸計(jì)算、填料層壓降的計(jì)算及校核計(jì)算。3）附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)等。4）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算書。設(shè)計(jì)計(jì)算書的內(nèi)容應(yīng)按要求編寫，即包括與設(shè)計(jì)有關(guān)的闡述、說(shuō)明及計(jì)算。要求內(nèi)容完整，敘述簡(jiǎn)明，層次清楚，計(jì)算過(guò)

4、程詳細(xì)、準(zhǔn)確，書寫工整，裝訂成冊(cè)。設(shè)計(jì)計(jì)算書應(yīng)包括目錄、前言、正文及參考文獻(xiàn)等，格式參照學(xué)校要求。5）設(shè)計(jì)圖紙。包括填料塔剖面結(jié)構(gòu)圖、工藝流程圖。應(yīng)按比例繪制，標(biāo)出設(shè)備、零部件等編號(hào)，并附明細(xì)表，即按工程制圖要求。圖紙幅面、圖線等應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；圖面布置均勻；符合制圖規(guī)范要求。6）對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)題的討論。四、參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程請(qǐng)參閱參考書及其他文獻(xiàn)資料，并在設(shè)計(jì)計(jì)算書中列明。五、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排下達(dá)任務(wù)書后，開(kāi)始進(jìn)行課程設(shè)計(jì)計(jì)算。完成時(shí)間：一周。安排時(shí)間進(jìn)行答辯。學(xué)號(hào)：班級(jí)學(xué)號(hào)為1-10號(hào)學(xué)生：鮑爾環(huán)學(xué)號(hào)：班級(jí)學(xué)號(hào)為11-20號(hào)學(xué)生：階梯環(huán)學(xué)號(hào)：班級(jí)學(xué)號(hào)為其他學(xué)好的學(xué)生：矩鞍環(huán)（或矩鞍

5、）備注：可根據(jù)情況，自行選擇不列于上的其他填料。1. 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介： 工程概況試設(shè)計(jì)一個(gè)填料塔，常壓，逆流操作，操作溫度為20，以清水為吸收劑，吸收脫除混合氣體中的NH3，氣體處理量為2000m3/h，其中含氨2.0%（體積分?jǐn)?shù)），要求吸收率達(dá)到99%?；拘畔⑴c介紹(a) 吸收劑的選擇 用填料吸收塔吸收空氣中的氨氣，選擇用水作為吸收劑，由于水的化學(xué)性能穩(wěn)定，選擇性好，且對(duì)氨氣的吸收性較好，不用后處理，且廠址在寧波沿海地區(qū)，水資源相對(duì)豐富，廉價(jià)易得，符合吸收過(guò)程對(duì)吸收劑的基本要求。(b) 吸收流程的確定由于使用填料塔吸收，填料塔內(nèi)有一定高度的填料層，液體自塔頂沿填料表面下流，氣體逆流而上，氣液

6、接觸，進(jìn)行傳質(zhì)傳熱。所以采用逆流操作過(guò)程，能滿足氣液接觸和傳質(zhì)過(guò)程的要求，有助于吸收。(c) 操作的溫度和壓力 由于大處理量氨氣，且是低濃度，水對(duì)氨氣在常溫，常壓下吸收效果好，不需要進(jìn)行高溫，加壓，造成成本的相對(duì)增加。所以操作在常壓，20進(jìn)行即可。(d) 塔填料的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。散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍填料及球形填料等。規(guī)整填料是按一定的集合構(gòu)型排列的，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵

7、填料、波紋填料、脈沖填料等。根據(jù)設(shè)計(jì)的費(fèi)用和分離要求來(lái)考慮， 本設(shè)計(jì)采用散裝填料鮑爾環(huán)。 鮑爾環(huán)是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得。其結(jié)構(gòu)為在拉西環(huán)的側(cè)壁上開(kāi)出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，被切開(kāi)的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭，可用陶瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。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，氣體阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，其通量可增加50%左右。鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一。填料材質(zhì)的選擇工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類.(1)陶瓷填料。陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的常見(jiàn)的各種無(wú)機(jī)酸、

8、有機(jī)酸的腐蝕，對(duì)強(qiáng)堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料。陶瓷填料因其質(zhì)脆、易碎，不易在高沖擊強(qiáng)度下使用。陶瓷填料價(jià)格便宜，具有很好的表面潤(rùn)濕性，工業(yè)上，主要用于氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過(guò)程。(2)金屬填料。金屬填料可用多種材質(zhì)制成，金屬材料的選擇主要根據(jù)物系的腐蝕性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來(lái)綜合考慮。碳鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面濕潤(rùn)性能，對(duì)于無(wú)腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用；不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般能耐以外常見(jiàn)物系的腐蝕，但其造價(jià)較高；鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價(jià)級(jí)高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用。金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)（0.20.1mm），與同種類型、同種規(guī)格的

9、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。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，可選用耐用的金屬鮑爾環(huán)。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

10、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。本課設(shè)處理量不大，所用的塔直徑不會(huì)太大，可選用50mm(e) 填料規(guī)格的選擇 參照化學(xué)工程手冊(cè)，選擇公稱直徑為50mm的金屬鮑爾環(huán)。主要特性如下： 綜上所述選用50mm金屬鮑爾環(huán)填料，其主要

11、性能參數(shù)查化工原理課程設(shè)計(jì)表4-6得：比表面積a：112.3 空隙率：0.949干填料因子：填料因子：140(f) 初步的流程圖有害氣體控制工程課程設(shè)計(jì)計(jì) 算 書1基礎(chǔ)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)。由流體力學(xué)表1-1查得，20時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：空氣和水的物性常數(shù)如下：空氣： 水：查表知，20下氨在水中的溶解度系數(shù)亨利系數(shù) 由亨利系數(shù)可得 式中： E亨利系數(shù) H溶解度系數(shù) Ms相對(duì)摩爾質(zhì)量 m相平衡常數(shù)2 物料衡算2.1 進(jìn)塔混合氣中各組分的量 近似取塔平均操作壓強(qiáng)為101.3kPa，故： 混合氣量=83.19 kmolh 混合氣NH3中量83.190.0

12、21.66kmolh 1.6617.03=28.34kgh 設(shè)混合氣中惰性氣體為空氣，則混合氣中空氣量83.19-1.6681.53kmolh81.53292364.37kgh2.2混合氣體進(jìn)出塔組成 Y1=；出塔氣相摩爾比為： 混合氣體流量： 進(jìn)塔惰性氣相流量： 對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程，進(jìn)塔液相組成為：(清水)2.3吸收劑清水的用量L:（1）最小液氣比 （2）吸收劑用量： (L=(1.1-2.0) 2.4塔底吸收液組成X由全塔物料衡算得: V單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸收塔的惰性氣體量，kmol/s;L單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸收塔的溶解劑，kmol/s;Y1、Y2分別為進(jìn)塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/k

13、oml;X1、X2分別為進(jìn)塔及出塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;2.5操作線方程 依操作線方程=3塔徑的計(jì)算3.1求泛點(diǎn)氣速u進(jìn)塔混合氣的平均分子量：M=2%17+（1-2%）29=28.76kg/kmol氣體密度:混合氣體的平均密度為 kg/m 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： =m/s：F泛點(diǎn)氣速，m/s； g重力加速度，981m/s2 at填料總比表面積，m2m3 填料層空隙率，m3m3； V，L氣相、液相密度，k/m3； L液體粘度，mPas; b關(guān)聯(lián)常數(shù) （b值查表得0.1）3.2空塔氣速 對(duì)于環(huán)形填料有u=（0.751.0）u取u=0.8u=0.83.90=3.12m/s3.3塔徑 m

14、其中：D塔徑，m；V操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s ;空塔氣速，即按空塔截面積計(jì)算的混合氣體線速度，m/s. 圓整后取 D=0.5m（常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200mm）3.4利用圓整后的塔徑，再計(jì)算操作氣速 3.5校核（1） 泛點(diǎn)率校核利用操作氣速和泛點(diǎn)氣速的比值進(jìn)行校核。由于亂堆填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為0.50.85之間。u/u=2.83/3.90=0.73因此，泛點(diǎn)率符合標(biāo)準(zhǔn)（2） 填料尺寸校核：3.6液體噴淋密度校核對(duì)于直徑不超過(guò)75mm的散裝填料，可取最小潤(rùn)濕速率為： 則： 經(jīng)以上校核可知，填

15、料塔直徑選用D=0.5m合理。4填料層高度的計(jì)算4.1傳質(zhì)單元數(shù) 氣體擴(kuò)散系數(shù)：=0.06804m/h= 液體擴(kuò)散系數(shù)： 脫吸因數(shù)因此氣相傳質(zhì)單元數(shù)： = =m4.2傳質(zhì)單元高度（1） 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： 式中：、-氣體、液體的質(zhì)量通量， 、-氣體、液體的粘度， 、-液體、氣體的密度， 、-溶質(zhì)在氣體、液體中的擴(kuò)散系數(shù)， R-通用氣體常數(shù)，8.314 T-系統(tǒng)溫度，K -填料的總比表面積， -填料的潤(rùn)濕比表面積， g-重力加速度， -液體、填料材質(zhì)的表面張力，查表得： 氨氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)Dv=0.06804m2/h混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度:v=0.065

16、kg/(mh)液體質(zhì)量通量：氣體質(zhì)量通量： =0.5358氣膜吸收系數(shù)可由下式計(jì)算： = = = =0.3616查表得則： （2） 和的校正因?yàn)閡=0.8u0.5u因此需要對(duì)和進(jìn)行校正。校正公式如下：帶入數(shù)據(jù)得： (3) 的計(jì)算P=101.3kpa亨利系數(shù)：E=mp=0.754101.3=76.38kpa塔的截面積： m4.3填料層高度的計(jì)算 m根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取 圓整后為h=4m4.4確定填料分段數(shù) 填料的分段數(shù)應(yīng)該根據(jù)塔徑D和填料層總高度決定，如果二者的比值超過(guò)一定的界限，則需要分段。以表示每個(gè)填料層的高度對(duì)于鮑爾環(huán)環(huán)，之間，且。，不用分段。5填料層壓降的計(jì)算采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓

17、降氣體質(zhì)量流量：（kg/h）橫坐標(biāo)為：表2-6 散裝填料壓降填料因子平均值填料類型填料因子， 1/mDN16DN25DN38DN50DN76金屬鮑爾環(huán)306-11498-金屬矩鞍環(huán)-13893.47136金屬階梯環(huán)-11882-塑料鮑爾環(huán)34323211412562塑料階梯環(huán)-17611689-查表得：98縱坐標(biāo)為：查圖可得： 6填料塔附屬設(shè)備設(shè)計(jì)： 填料塔的附屬結(jié)構(gòu)包括填料支撐板，液體分布器，液體再分布器，氣、液體進(jìn)口及出口裝置等。6.1 支承板支承板的主要用途是支承塔內(nèi)的填料及填料上的持液量，同時(shí)又能保證氣液兩相順利通過(guò)。支承板應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕能力。支承板若設(shè)計(jì)不當(dāng)，填料塔的液泛

18、可能首先在支承板上發(fā)生。對(duì)于普通填料，支承板的自由截面積應(yīng)不低于全塔截面積的50，并且要大于填料層的自由截面積。常用的支承板有柵板和各種具有升氣管結(jié)構(gòu)的支承板（圖11）。柵板式支承裝置是由豎立的扁鋼條焊接而成，如圖11（a）所示，扁鋼條的間距應(yīng)為填料外徑的0.60.7倍。升氣管式支承裝置多是為了適應(yīng)高空隙率填料的要求，如圖11（b）所示。由于塔徑及液體負(fù)荷不大，在本設(shè)計(jì)中采用柵板式支承板。 （c）條形升氣管圖11 填料的支撐6.2 液體分布器液體分布器對(duì)填料塔的性能影響頗大。分布器設(shè)計(jì)不當(dāng)，液體預(yù)分布不均，填料層內(nèi)的有效潤(rùn)濕面積減少而偏流現(xiàn)象和溝流現(xiàn)象增大，影響傳質(zhì)效果。（1）管式噴淋器管式噴

19、淋器如圖12所示，(a)為彎管式，（b）為缺口式，這兩種一般用于直徑在300mm以下的填料塔。(c)為多孔直管式，(d)為多孔盤式。多孔直管式噴淋器適用于直徑600mm以下的塔，多孔管式噴淋器適用于1.2m直徑以下的填料塔。（2）蓮蓬式噴淋器 蓮蓬式噴淋器只適用于直徑小于600mm的填料塔。（3）盤式噴淋器 分布盤上開(kāi)有許多篩孔或裝有溢流管，通過(guò)篩孔或溢流管將液體均布在整個(gè)塔截面上。這種噴淋器可用于直徑大于0.8m的填料塔。（4）齒槽式分布器如圖13所示，液體先由上層的主齒槽向下層的分齒槽作預(yù)分布，然后再向填料層噴灑。特別適用于大直徑的塔設(shè)備。在本設(shè)計(jì)中塔徑為500mm，故選用多孔直管式噴淋器

20、。圖12 管式噴淋器圖13 槽式噴淋器6.3 液體再分布器由于填料層不高，可不用再設(shè)置液體再分布器6.4除霧器除霧器用來(lái)除去填料層上方逸出的氣體中的霧滴。常用的除霧裝置有折板式、絲網(wǎng)式、填料式、旋流式等等。在本設(shè)計(jì)中采用絲網(wǎng)除霧器。6.5吸收塔的主要接管尺寸的計(jì)算氣體進(jìn)出口直徑： 注：u在1030m/s之間，取u=15m/s采用直管進(jìn)料，由制藥化工原理 王志祥主編 化學(xué)工業(yè)出版社P404查得選擇熱軋無(wú)縫鋼管，則 ，在符合范圍內(nèi)。7設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 設(shè)計(jì)名稱水吸收氨氣的填料吸收塔操作壓強(qiáng)1atm填料數(shù)據(jù)種類填料尺寸干填料因子潤(rùn)濕填料因子空隙率比表面積金屬鮑爾環(huán)D50131980.949112.3物性數(shù)據(jù)液相氣相液體密度998.23kg/ m混合氣體的平均密度1.20 kg/ m液體粘度混合氣體的粘度液體表面張力填料的表面張力擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)物料衡算數(shù)據(jù)Y1Y2X1X2氣相流量G液相流量L最小液氣比操作液氣比0.02040.0.018081.5392.130.7531.13工藝數(shù)據(jù)填料類型塔速塔徑氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元高度填料層高度填料層壓降金屬鮑爾環(huán)3.120.5m10.5870.3284.0m4708.8pa填料塔附件氣體進(jìn)口管徑217mm氣體出口管徑217mm填料塔附件除沫器液體分布器填料限定裝置填料支承板液體再分布器絲網(wǎng)式多孔直管式床層限制版柵