填料吸收塔設(shè)計(jì)（附圖）

1、 PAGE15 / NUMPAGES16 Xuzhou College of Industrial Technology 填料吸收塔課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書專 業(yè) 化 學(xué) 制 藥班 級(jí) 制藥061班姓 名X X X班 級(jí) 序 號(hào)49 指 導(dǎo) 老 師X X日 期2008 5 18 成 績(jī)目錄前 言.2水吸收丙酮填料塔設(shè)計(jì).2一任務(wù)及操作條件.2二吸收工藝流程的確定.2三物料計(jì)算3四熱量衡算.4五氣液平衡曲線.5六吸收劑(水)的用量Ls.5七塔底吸收液濃度X1.6八操作線.6九塔徑計(jì)算6十填料層高度計(jì)算.9十一填科層壓降計(jì)算13十二填料吸收塔的附屬設(shè)備.13十三課程設(shè)計(jì)總結(jié).15十四主要符號(hào)說(shuō)明.16十五參

2、考文獻(xiàn).17十六 附圖18前言塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔。板式塔屬于逐級(jí)接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作。工業(yè)上對(duì)塔設(shè)備的主要要求：（1）生產(chǎn)能力大（2）分離效率高（3）操作彈性大（4）氣體阻力小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備取材面廣等。 塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，選擇時(shí)應(yīng)考慮物料的性質(zhì)、操作的條件、塔設(shè)備的性能以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等方面的因素。板式塔的研究起步較早，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、適應(yīng)性強(qiáng)、易于放大等特點(diǎn)。 填料塔由填料、塔內(nèi)件及筒體構(gòu)成。填料分規(guī)整填料和散裝填料兩大類。塔內(nèi)件有不同

3、形式的液體分布裝置、填料固定裝置或填料壓緊裝置、填料支承裝置、液體收集再分布裝置及氣體分布裝置等。與板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓力降小、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點(diǎn)。水吸收丙酮填料塔設(shè)計(jì)一任務(wù)及操作條件= 1 * GB3混合氣(空氣、丙酮蒸汽)處理量：1249。= 2 * GB3進(jìn)塔混合氣含丙酮 2.34(體積分?jǐn)?shù))；相對(duì)濕度:70；溫度:35；= 3 * GB3進(jìn)塔吸收劑(清水)的溫度25；= 4 * GB3丙酮回收率：90；= 5 * GB3操作壓力為常壓。二吸收工藝流程的確定采用常規(guī)逆流操作流程流程如下。三物料計(jì)算(l). 進(jìn)塔混合氣中各組分的量近似

4、取塔平均操作壓強(qiáng)為101.3kPa，故：混合氣量1249（）49.42kmolh混合氣中丙酮量49.420.02131.16kmolh 1.1649.4267.28kgh查附錄，35飽和水蒸氣壓強(qiáng)為56234Pa，則相對(duì)濕度為70的混合氣中含水蒸氣量=0.0404 kmol（水氣）/ kmol（空氣十丙酮）混合氣中水蒸氣含量1.92kmolh（化工單元操作及設(shè)備P189 16-23）1.921834.56kgh混合氣中空氣量49.421.16-1.9246.34kmolh46.34291344kgh(2)混合氣進(jìn)出塔的（物質(zhì)的量）成0.0234,則=0.0024（3）混合氣進(jìn)出塔（物質(zhì)的量比）

5、組成若將空氣與水蒸氣視為惰氣，則惰氣量46.34十1.9248.26kmolh134434.561378.56kghY1=0.024kmol(丙酮)/kmol(惰氣)Y2=0.0024kmol(丙酮)/kmol(惰氣)（4）出塔混合氣量出塔混合氣量=48.26+1.160.1=48.376kmol/h =1378.56+67.280.1=1385.3kg/h四熱量衡算熱量衡算為計(jì)算液相溫度的變化以判明是否為等溫吸收過程。假設(shè)丙酮溶于水放出的熱量全被水吸收，且忽略氣相溫度變化及塔的散熱損失(塔的保溫良好)。查化工工藝算圖第一冊(cè)，常用物料物性數(shù)據(jù)，得丙酮的微分溶解熱(丙酮蒸氣冷凝熱及對(duì)水的溶解熱之

6、和)：=3023010467.5=40697.5kJkmol吸收液(依水計(jì))平均比熱容75.366 kJkmol，通過下式計(jì)算對(duì)低組分氣體吸收，吸收液濃度很低時(shí)，依惰性組分及比摩爾濃度計(jì)算較方便，故上式可寫為： 依上式，可在x00000.009之間，設(shè)系列x值，求出相應(yīng)x濃度下吸收液的溫度，計(jì)算結(jié)果列于表1第l，2列中。由表中數(shù)據(jù)可見，濃相濃度x變化0.001時(shí)，溫度升高0.54，依此求取平衡線。表1 各液相濃度下的吸收液溫度及相平衡數(shù)據(jù)XtEmY*103025211.52.08800.00125.54217.62.1482.1480.00226.08223.92.2104.4200.0032

7、6.62230.12.2726.8160.00427.16236.92.3389.3520.00527.7243.72.40612.0250.00628.24250.62.47414.8440.00728.78257.72.54417.8080.00829.32264.962.61620.9280.00929.86272.272.90924.192注：（1）氣相濃度相平衡的液相濃度X10.0049，故取0.009；（2）平衡關(guān)系符合亨利定律，與液相平衡的氣相濃度可用y*mX表示；（3）吸收劑為清水，x0，X0；（4）近似計(jì)算中也可視為等溫吸收。五氣液平衡曲線 當(dāng)x0.01，t1545時(shí)，丙酮溶

8、于水其亨利常數(shù)E可用下式計(jì)算： 1gE9.1712040(t十273)由前設(shè)X值求出液溫，依上式計(jì)算相應(yīng)E值，且m，分別將相應(yīng)E值及相平衡常數(shù)m值列于表1中第3、4列。由y*mX求取對(duì)應(yīng)m及X時(shí)的氣相平衡濃度y*，結(jié)果列于表1第5列。根據(jù)Xy*數(shù)據(jù)，繪制XY平衡曲線OE如附圖所示。六吸收劑(水)的用量Ls 由圖1查出，當(dāng)Y10.024時(shí),X1*=0.0089,計(jì)算最小吸收劑用量=48.26117.1kmolh（化工單元操作及設(shè)備P204 16-43a）取安全系數(shù)為1.8，則Ls1.8117.1210.8kmolh 210.8183794kg/h七塔底吸收液濃度X1依物料衡算式：()（）=48.

9、26=0.0049八操作線依操作線方程式 =X+0.0024Y=4.368X+0.0024由上式求得操作線繪于附圖中。九塔徑計(jì)算塔底氣液負(fù)荷大，依塔底條件(混合氣35)，101.325kPa，查表1，吸收液27.16計(jì)圖2 通用壓降關(guān)聯(lián)圖算。u =（0.60.8）（化工單元操作及設(shè)備P206 16-45）（1）.采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法(圖2)計(jì)算泛點(diǎn)氣速= 1 * GB3有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算塔底混合氣流量VS134467.2834.561446kgh吸收液流量L37941.160.9583855kgh進(jìn)塔混合氣密度1.15kg(混合氣濃度低，可近似視為空氣的密度)吸收液密度996.7kg/吸收液

10、黏度0.8543mPas經(jīng)比較，選DG50mm塑料鮑爾環(huán)(米字筋)。查化工原理教材附錄可得，其填料因子=120，比表面積A106.4= 2 * GB3關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)值()1/2=()1/2 =0.090= 3 * GB3由圖2查得縱坐標(biāo)值為0.13即0.2=0.2=0.0137=0.13故液泛氣速=3.08m/s(2)操作氣速u0.70.73.082.16 m/s(3).塔徑=0.453 m=453mm取塔徑為0.5m(500mm)(4)核算操作氣速U=1.768m/s(5)核算徑比D/d500/5010，滿足鮑爾環(huán)的徑比要求。(6)噴淋密度校核依Morris等推專，d75mm約環(huán)形及其它填料

11、的最小潤(rùn)濕速率(MWR)為0.08(mh),由式（4-12）：最小噴淋密度0.08106.48.512/(m2h)因 19.7/(mh)故滿足最小噴淋密度要求。十填料層高度計(jì)算計(jì)算填料層高度，即Z(1)傳質(zhì)單元高度計(jì)算=，其中=|（化工單元操作及設(shè)備 P209 16-7）本設(shè)計(jì)采用（恩田式）計(jì)算填料潤(rùn)濕面積aw作為傳質(zhì)面積a，依改進(jìn)的恩田式分別計(jì)算及，再合并為和。列出備關(guān)聯(lián)式中的物性數(shù)據(jù)氣體性質(zhì)(以塔底35，101.325kPa空氣計(jì))：1.15 kg/(前已算出)；0.01885 (查附錄)；109（依翻Gilliland式估算)；液體性質(zhì)(以塔底2716水為準(zhǔn))：996.7kg/；0.85

12、43Pas；=1.344 (以式計(jì)算)(化學(xué)工程手冊(cè) 10-89)，式中為溶質(zhì)在常壓沸點(diǎn)下的摩爾體積，為溶劑的分子量，為溶劑的締合因子。716Nm(查化工原理附錄)。氣體與液體的質(zhì)量流速：LG=5.5VG=2.0塑料鮑爾環(huán)(亂堆)特性：50mm0.05m;A106.4;=40dy/cm=4010-3N/m;查化學(xué)工程手冊(cè)，第12篇，氣體吸收，有關(guān)形狀系數(shù)，=1.45（鮑爾環(huán)為開孔環(huán)）= 2 * GB3依式=-1.45（）0.75（）0.1（）-0.05（）0.2=-1.45（0.646）（1.51）（1.49）（0.33）=（-0.695）=0.501故=0.501106.4=53.3= 3

13、* GB3依式KL=0.0051()2/3()1/3()1/3(atdp)0.4=0.0051()2/3()1/3()1/3(5.32)0.4=0.005124.40.03960.020331.95=1.9510-4 m/s= 4 * GB3依式kG= 5.23()0.7()13()(atdp)= 5.23()0.7()1/3()(5.32)=5.23(125.6)(1.146)(4.52910-7)(5.32)=1.81410-3kmol/(m2SkPa)故=1.6153.3=1.0410-2(m/s)=1.81410-353.3=9.6710-2(2)計(jì)算，而，H=（化工單元操作及設(shè)備 P

14、189 16-21a）。由于在操作X圍內(nèi)，隨液相組成和溫度的增加，m (E)亦變，故本設(shè)計(jì)分為兩個(gè)液相區(qū)間，分別計(jì)算(= 1 * ROMANI)和(= 2 * ROMANII) 區(qū)間I X000490.002(為(= 1 * ROMANI) 區(qū)間= 2 * ROMANII X0.0020 (為(= 2 * ROMANII)由表1知233kPa ,=0.238=2.18 kPa, =0.254=414.34=2.4110-3=.P=2.4110-3101.3=0.244=389=2.5710-3=0.00257101.3=0.26(3)計(jì)算=0.269m= =0.263m(4)傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算在上

15、述兩個(gè)區(qū)間內(nèi)，可將平衡線視為直線，操作線系直線，故采用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法計(jì)算。兩個(gè)區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的X、Y、Y*濃度關(guān)系如下：= 1 * ROMANI= 2 * ROMANIIX0.00490.0020.0020Y0.0240.01110.01110.0024Y*0.011760.004420.004420NOG=（化工單元操作及設(shè)備 P209 16-54a）（化工單元操作及設(shè)備 P212 16-26）=0.00916=1.41m=0.00419=2.07m3填料層高度z計(jì)算ZZ1十Z2HOG（I）NOG（I）+HOG（II）NOG（II）0.2691.41十0.262.070.93m取25富余量，則

16、完成本設(shè)計(jì)任務(wù)需Dg50mm塑料鮑爾環(huán)的填料層高度z1250.93=1.2m。十一填料層壓降計(jì)算取圖2(通用壓降關(guān)聯(lián)圖)橫坐標(biāo)值0.105(前已算出)；將操作氣速(1425m/s) 代替縱坐標(biāo)中的查表，DG50mm塑料鮑爾環(huán)(米字筋)的壓降填料因子125代替縱坐標(biāo)中的則縱標(biāo)值為：()(0.8543)0.2=0.031查圖2(內(nèi)插)得P=249.81=235.4Pa/m 填料全塔填料層壓降=1.2235.4=282.5Pa至此，吸收塔的物科衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出。關(guān)于吸收塔的物料計(jì)算總表和塔設(shè)備計(jì)算總表此處從略。十二填料吸收塔的附屬設(shè)備1、填料支承板分為兩類：氣液逆流通過平板

17、型支承板，板上有篩孔或柵板式;氣體噴射型，分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支承板和梁式氣體噴射型支承板。2、填料壓板和床層限制板在填料頂部設(shè)置壓板和床層限制板。有柵條式和絲網(wǎng)式。3、氣體進(jìn)出口裝置和排液裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對(duì)500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對(duì)1.5m以下直徑的塔，管的末端可制 成下彎的錐形擴(kuò)大器。氣體出口既要保證氣流暢通，又要盡量除去夾帶的液 沫。最簡(jiǎn)單的裝置是除沫擋板（折板），或填料式、絲網(wǎng)式除霧器。液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，

18、常壓吸收塔可采用液封裝置。注：(1)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。 (2)塔徑及液體負(fù)荷不大，可采用較簡(jiǎn)單的柵板型支承板及壓板。其它塔附件及氣液出口裝置計(jì)算與選擇此處從略。十三課程設(shè)計(jì)總結(jié) 1、通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)從填料塔設(shè)計(jì)方案到填料塔設(shè)計(jì)的基本過程的設(shè)計(jì)方法、步驟、思路、有一定的了解與認(rèn)識(shí)。它相當(dāng)于實(shí)際填料塔設(shè)計(jì)工作的模擬。在課程設(shè)計(jì)過程中，基本能按照規(guī)定的程序進(jìn)行，先針對(duì)填料塔的特點(diǎn)和收集、調(diào)查有關(guān)資料，然后進(jìn)入草案階段，其間與指導(dǎo)教師進(jìn)行幾次方案的討論、修改，再討論、逐步了解設(shè)計(jì)填料塔的基本順序，最后定案。設(shè)計(jì)方案確定后，又在老師指導(dǎo)下進(jìn)行擴(kuò)初詳細(xì)設(shè)計(jì)，并計(jì)算物料守衡，傳質(zhì)系數(shù)，填料層高度，塔高等；最后進(jìn)行塔附件設(shè)計(jì)。 2、此次課程設(shè)計(jì)基本能按照設(shè)計(jì)任務(wù)書、指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。同學(xué)之間相互聯(lián)系，討論，整體設(shè)計(jì)基本滿足使用要求，但是在設(shè)計(jì)指導(dǎo)過程中也發(fā)