水吸收氨氣填料塔設(shè)計0001

1、化工原理課程設(shè)計課程名稱：_化工原理設(shè)計題目：二水吸收空氣中氨填料塔的工藝設(shè)計院 系：化學與生物工程學院學生姓名： 王永奇學 號： 200907117專業(yè)班級：/化學工程與工藝093指導教師： 張玉潔化工原理課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目：水吸收空氣中的氨填料塔的工藝設(shè)計二、設(shè)計條件1.生產(chǎn)能力：每小時處理混合氣體 4500Nm/h；2.設(shè)備型式：填料塔.操作壓力：101.3KPa.操作溫度：298K.進塔混合氣中含氨 8%（體積比）.氨的回收率為 99%.每年按 330天計，每天 24小時連續(xù)生產(chǎn).建廠地址：蘭州地區(qū).要求每米填料的壓降都不大于 103Pa三、設(shè)計步驟及要求. 確定設(shè)計方案（1）

2、流程的選擇（2）初選填料類型（3）吸收劑的選擇.查閱物料的物性數(shù)據(jù)（1）溶液的密度、粘度、表面張力、氨在水中的擴散系數(shù)（2）氣相密度、粘度、表面張力、氨在空氣中的擴散系數(shù)（3）氨在水中溶解的相平衡數(shù)據(jù).物料衡算（1）確定塔頂、塔底的氣液流量和組成（2）確定泛點氣速和塔徑（3）校核 D/d810（4）液體噴淋密度校核：實際的噴淋密度要大于最小的噴淋密度。.填料層高度計算.填料層壓降校核如果不符合上述要求重新進行以上計算.填料塔附件的選擇（1）液體分布裝置（2）液體在分布裝置（3）填料支撐裝置（4）氣體的入塔分布.計算結(jié)果列表（見下表）四、設(shè)計成果. 設(shè)計說明書（ A4）（1）內(nèi)容包括封面、任務(wù)書

3、、目錄、正文、參考文獻、附錄（2）格式必須嚴格按照蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計的格式打印。.精餾塔工藝條件圖（ 2號圖紙）（手繪）五、時間安排（1）第十九周-第二十二周（2）第二十二周的星期五（ 7月20日）下午兩點本人親自到指定地點交設(shè)計成果，最遲不得晚于星期五的十八點鐘 。六、設(shè)計考核（1）設(shè)計是否獨立完成；（2）設(shè)計說明書的編寫是否規(guī)范（3）工藝計算與圖紙正確與否以及是否符合規(guī)范（4）答辯七、參考資料.化工原理課程設(shè)計 賈紹義 柴成敬 天津科學技術(shù)出版社.現(xiàn)代填料塔技術(shù) 王樹盈 中國石化出版社.化工原理 夏清 天津科學技術(shù)出版社填料吸收塔設(shè)計一覽表參數(shù)符號單位計算結(jié)果操作條件平均壓力平均溫度平均

4、 流率氣相液相氨的濃度塔頂塔底物性參數(shù)平均 密度氣相 液相平勺粘度平均表面張力主要工藝結(jié)構(gòu)尺寸填料的類型填料的規(guī)格空塔氣速泛點氣速塔徑填料層高度氣膜傳質(zhì)系數(shù)液膜傳質(zhì)系數(shù)總傳質(zhì)系數(shù)壓降操作液氣比最小噴淋密度實際噴淋密度1.設(shè)計方案簡介用水吸收氨氣為提高傳質(zhì)效率， 選用逆流吸收流程。 對于水吸收氨氣的過程， 操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中， 塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用 D N 50聚丙烯階梯環(huán)填料。 12 2工藝計算基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)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)。 13由手冊 查得，25時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為

5、 L 997.05kg /m 3粘度為 L 0.8949 10 3Pa S 3.2kg /(m h)表面張力為 L 71.9dyn/cm 931824kg /h2氨氣在水中的擴散系數(shù)為 DL 8.532 10 6m2/h氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M MmyiM i 0.08 17 0.92 29 28.04混合氣體的平均密度為PM vm101.3 以04 1.146Vm RT 8.314 298混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得 25空氣的粘度為V 0.066kg /(m h)查手冊得氨氣在空氣中的擴散系數(shù)為D V0.0698m 2 /h2.1.3 相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得，常

6、壓下 25時氨氣在水中的亨利系數(shù)為 1E 99.78kPa相平衡常數(shù)為99.78101.30.985溶解度系數(shù)為LEMS997.0599.78 18.020.555kmol /(kPa m 3)2.2 物料衡算進塔氣相摩爾比為丫 工 0.080.0870i 1-y 1-0.08出塔氣相摩爾比為Y2 Y1(1- ) 0.0870 (1-0.99) 0.000870進塔惰性氣相流量為V i50 1 0.08) 184.82kmol/h22.4該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算，(L、 Y Y(一)12V min Y /m X12對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成為X2 0

7、(L)V minYYY /Y1220.0870-0.000870 0 975X 0.0870/0.985-0.2取操作液氣比為(L) 1.5(L) i 1.5 0.975 1.4625L 184.82 1.4625 270.30V (Y1 Y2) L(X1 X2)X 184.82 (0.0870 0.000870)1270.300.05892.3 填料塔的工藝尺寸的計算2.3.1采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速氣相質(zhì)量流量為w 4500 1.146 -273 4724kg/hv273 298液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即wL 270.30 18.02 4870.81kg/hEck

8、ert 通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標為w()0.5wVL487081 -)0.5 0,0354724997.05查圖5-21得u2FVgL查表5-11得0.2 0.205L143m -1：0.205gL-0.2 V L. 0.205 9.81 997.05 o ror71 3.537143 1 1.146 0.89490.20.7u F0.73.537 2.476m /s：4V，一u：4 4500273 /3600:273 250.767m，3.14 2.476圓整塔徑，取0.8m。泛點率校核：4500-273 /3600273 25 2.279m/s3.14 2.4762279 100 / 0.644

9、4 64.44，(在允許的范圍之內(nèi))3.537填料規(guī)格校核：D 啊 16 8d 50 液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為(LW )min 0.08m 3 /m h查附錄五得at 114.2m 2 /m 3U i(LW ) i at 0.08 114.2U 4870.81/997.05 9.724 U0.785 0.82經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用9.136m 3 /m 2 hminD=800mm 合理。2.3.2 填料層高度計算Y1*mX10.985 0.0589 0.0580Y*mX2脫吸因數(shù)為mVS LNOG 士0.985 184.82 0.6735270.30氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為Y Y*

10、In(1S)-SY Y*221-0.6735 0.0870-00.67350.000870-010.7389氣相總傳質(zhì)單元數(shù)采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：1 exp 1.45。)0.75( L )0.( L2 t) 0.05( U L2)0.2 a2gtLtLLL Lt查表5-13得33dyn /cm427680kg /h2C液體質(zhì)量通量為4870.810.785 0.821-exp -1.45(4276809318240.3559695.08kg/m2 h)0.75( 9695.08 )0.1(.114.2 3.219695.08 114.2997.052 1.27 108)-0.059695.

11、082(997.05 940896 114.0.2氣漠吸收系數(shù)由下式計算：kG 0.237(U)0.7(-tV7)1/3 (VDV2)RT氣體質(zhì)量通量為2734500273 251.1460.785 0.829403.59kg/m 2/h9403.590.237114.2 0.0660.70.0661.146 0.6980.10518kmol/m2 h kpa液漠吸收系數(shù)由下式計算：kL 0.0095(U+WL)2/3 (L) 1/2 (LDLLg)1/30.00959695.08114.2 0.355 3.20.6443m/hkGakG aW1.1，查表得kGa1.45kG aW1.10.1

12、05180.355 114.2 1.451.1ka ka1.1LW13 114.2 0.6988.314 2983.23.2 1.27 108 3997.05 8.532 10-66.4170koml/(m 3 h kpa)0.6443 0.355 114.2 1.450.4 30.306/h997.0564.44，. 50 /k, a 1 9.5(L 0.5)4k a k，aGuGLF1 2.6(uF0.5ka,得LkG, a1 9.5(0.6443-0.5)1.4 6.4170 10.472koml/(m3 h kpa)k,La 1 2.60.6443-0.5 2.2 30.306 31.

13、398/h則 k a一-g11k, a Hk , aGL1116.541koml/m 3 h kpa10.472 0.555 31.398HOGVK-aVKGaP0.555m184.826.541 101.3 0.785 0.82由 Z HOGNOG 0.555 10.7389 5.960mZ, 1.25 4.953 6.19m z, 1.25 5.960 7.45m設(shè)計取填料層高度為Z, 8m查表，對于階梯環(huán)填料，h 8 15,h 6m Dmaxh?。?,則h 8 800 6400mm4000mm。計算得填料層高度為8000 mm，故需分段，分為兩段，每段2.3.3 填料層壓降計算采用Eck

14、ert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降。橫坐標為wLwV0.50.035查表得，89m 1縱坐標為u2pVgL0.22.2792 89 1 1.1460.89490.2 0.05309.81997.05查圖得P，Z 350Pa/m填料層壓降為P 350 8 2800pa2.4 液體分布器簡要設(shè)計2.4.1 液體分布器的選型該吸收塔塔徑較小口=500山山，而多孔直管式噴淋器適用于600mm以下的塔，因此在本次設(shè)計中我采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋裝置。2.4.2 分布點密度計算點/m 2，因此設(shè)計取噴淋按Eckert建議值，D=500mm時，噴淋點密度為285 點為285點加2。布液點數(shù)為n 0.7

15、85 0.52 285 56點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設(shè)計。設(shè)計結(jié)果為：分布為11道環(huán)圓孔，每道孔分布 5個孔，實際設(shè)計布點數(shù)為n=55點，如圖1-1所示。圖1-1 直管式液體分布器的分液點示意圖2.4.3 布液計算由 LS d02nq2 g H取 0.60, H 160mm4L(VTT)1/2 (4 2060.59/997.05 3600)1/2 0 0043.14 55 0.6/2 9.81 0.16.設(shè)計取d0 4mm 。輔助設(shè)備的計算及選型填料支承裝置支承板是用以支承填料和塔內(nèi)持液的部件。常用的填料支承板有柵板型、孔 管型、駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰

16、型支承板。設(shè)計中，為 防止在填料支承裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛， 要求填料支承裝置的自由截面積 應(yīng)大于 75%。在本次設(shè)計中，我選用的是孔管型支承裝置。填料壓緊裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動，需在填料層上方設(shè)置 填料壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網(wǎng)板、金屬壓緊器等不同類型。 對于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板。設(shè)計中，為防止在填料壓 緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于 70%。在本次設(shè)計中，我選用的是壓緊柵板。4.結(jié)論這次我的課程設(shè)計題目是水吸收氨過程填料塔的設(shè)計，這是關(guān)于吸收中填料 塔的設(shè)計。填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為

17、相接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。 填料 塔的結(jié)構(gòu)較簡單，壓降低等特點。在本次設(shè)計過程中，我通過各種書籍獨立查找出各個物性數(shù)據(jù)，然后根據(jù)設(shè) 計書上的步驟按要求算出各個物理量。 但是在整個計算過程中， 由于有些物理量 沒有完全掌握，所以計算過程中出現(xiàn)了不少問題。而在運用Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速中，我覺得通過查表得出的數(shù)據(jù)有一定的差距，不能得到較為精確的數(shù)值。在整個設(shè)計過程中，由于數(shù)據(jù)繁多，所以整個計算過程都必須特別的小 心，盡管如此，我認識還是有一些失誤存在。通過這次設(shè)計，讓我學習到了很多以前沒有接觸過的知識。能夠?qū)W習到不同 方面的知識。通過這次設(shè)計，不僅能提高自己的動手能力和思維能力，同時

18、也能 夠提高相關(guān)知識的運用能力。5參考文獻賈紹義 , 柴成敬.化工原理課程設(shè)計 .天津：天津科學技術(shù)出版社， 2004.王樹盈 .現(xiàn)代填料塔技術(shù) .北京：中國石化出版社， 2010.夏清 .化工原理.天津:天津科學技術(shù)出版社 .6.附錄6.1主要符號說明符號意義及單位符號意義及單位a填料的有效比表面積，U液體噴淋密度，m3/(m2 h)m 3 /(m 2 h)UL液體質(zhì)量通量，at填料的總比表面積，m 3 /(n 2h)m 2 /m 3aw填料的潤濕比表面積，m 2 /m 33d填料直徑，m 3 /hD塔徑，mDL液體擴散系數(shù)，m2/sDV氣體擴散系數(shù)，m 2 /ssE亨利系數(shù)，kPah填料層分段高度，mH溶解度系數(shù)，kmol/(m3kPa)H OG氣相總傳質(zhì)單兀高度，mNOG氣相總傳質(zhì)單元數(shù)KG氣膜吸收系數(shù)kmol / (n 2 h kPa)K L液膜吸收系數(shù)，m /hK穩(wěn)定系數(shù)，無因次MV混合氣體的平均摩爾質(zhì)量L液體體積流量，m3/hm相平衡常數(shù)，無因次n篩孔數(shù)目(分布點數(shù)目)P操作壓力