化工原理 吸收塔課程設(shè)計(jì)

1、 湖南師范大學(xué)化工原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目學(xué)生姓名指導(dǎo)老師學(xué)院專業(yè)班級(jí)完成時(shí)間年產(chǎn)1.5X107m3丙酮吸收塔的設(shè)計(jì)柳思楊春明化學(xué)化工學(xué)院化工06級(jí)4班2008年10月化工原理課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定欄評(píng)定基元評(píng)審要素評(píng)審內(nèi)涵滿分指導(dǎo)教師實(shí)評(píng)分評(píng)閱教師實(shí)評(píng)分設(shè)計(jì)說明書，40%格式規(guī)范設(shè)計(jì)說明書是否符合規(guī)定的格式要求5內(nèi)容完整設(shè)計(jì)說明書是否包含所有規(guī)定的內(nèi)容5設(shè)計(jì)方案方案是否合理及符合選定題目的要求10工藝計(jì)算過程工藝計(jì)算過程是否正確、完整和規(guī)范20設(shè)計(jì)圖紙，40%圖紙規(guī)范圖紙是否符合規(guī)范5標(biāo)注清晰標(biāo)注是否清晰明了5與設(shè)計(jì)吻合圖紙是否與設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果完全一致10圖紙質(zhì)量設(shè)計(jì)圖紙的整體質(zhì)量的全面評(píng)價(jià)20

2、平時(shí)成績(jī)，10%上課出勤上課出勤考核5制圖出勤制圖出勤考核5答辯成績(jī)，10%內(nèi)容表述答辯表述是否清楚5回答問題回答問題是否正確5100綜合成績(jī)成績(jī)等級(jí)指導(dǎo)教師評(píng)閱教師答辯小組負(fù)責(zé)人(簽名)(簽名)(簽名)年月曰年月曰年月日中錄等(70-79)，及格(60-69)和不及格(8環(huán)矩鞍D/d8對(duì)于水吸收丙酮?dú)怏w的過程，操作溫度及操作壓力較低,故此采用拉西環(huán)DN50填料3.3設(shè)計(jì)方案補(bǔ)充說明在該填料塔中，丙酮和空氣混合后，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進(jìn)入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進(jìn)行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排出，吸收了丙酮的水由填料塔的下端流出。(如右圖1所示)圖1逆流吸收塔4

3、基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)4.1液相物性數(shù)據(jù)對(duì)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(cè)查得，20C時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為p二998.2kg/m3l枯度為卩廣O.OOlPa-s=3.6kg/(m-h)表面張力為&=72.6dyn/cm=940896kg/h2 1 丙酮在水中的擴(kuò)散系數(shù)為d=1.3x10-9m2/s=4.68x10-6m2/hL氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為MVm=工yiM.=0.08x58.08+0.92x29=31.33kg/kmol混合氣體的平均密度為PVm=PMVm/RT=(101.325x31.33)/(8.314x293)=1.303kg/m3混合氣

4、體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊(cè)得20C空氣的粘度為卩=1.81x10-5Pa-s=0.065kg/(m-h)v查手冊(cè)得丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為D=1.03x10-5m2/s=0.037m2/hV氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊(cè)查得，常壓下20C時(shí)丙酮在水中的亨利系數(shù)為E=161.6kPa相平衡常數(shù)為E161.6m=1.6P101.325溶解度系數(shù)為P998.2H=-=0.343kmol/(kp-m3)EMs161.6x18.025物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為Y=0.087011-y1-0.08出塔氣相摩爾比為Y=2-21-y2進(jìn)塔惰性氣相流量為V=2083.33x273x(1-0.08)=79.725k

5、mol/h22.4273+20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(jì)算，即(L)Y-Y=12(V丿Y/m-Xmin12對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為(L)0.0870-0.0008=1.585IV丿0.0870/1.6-0min取操作液氣比為min(L)=1.9X1.585=3.012L=3.012x79.725=240.13kmol/hV(Y-Y)=L(X-X)121279.725x(0.0870-0.0008)X=1240.13全塔物料衡算數(shù)據(jù)如下表2：表2全塔物料衡算總表進(jìn)塔出塔氣相中的丙酮的量kg/h:402.85氣相中丙酮的量kg/h3.704惰性氣體的量2

6、312.025惰性氣體的量2312.025kg/hkg/h水中丙酮的量0水中丙酮的量399.156kg/h水的量4327.14水的量4327.14kg/hkg/hEINPUT7042.015EOUTPUT7042.025kg/hkg/h工INPUT與工OUTPUT的誤差=7042.025-742.015乂】。7042.015二0.00014%6填料塔的工藝尺寸的計(jì)算3-56.1塔徑計(jì)算采用圖2Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速。氣相質(zhì)量流量為W二2083.33X1.303二2714.58kgH-1V液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即w二240.13x18.02二4327.14kgh-1L=

7、2=1ri&0工0.00.D4!Qg03斗0樂0廠0說卜fl-01.00CS&SFN坨isst立Q.QQ2I-HU=7.440.785X0.72min經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=700mm合理6.2填料層高度計(jì)算Y*1二mX=1.6x0.02862二0.045791Y*2二mX二02脫吸因數(shù)為S=mV=1.6x79.725=0.5312L240.13氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為NOGln(lS)*YTy*2Y*-21-0.5312ln(1-0.5312)0.0870-00.0008-0+0.5312二8.408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：、0.75口、0.1了U2aLt(p;g丿查

8、表4常見材質(zhì)的臨界表面張力值得awat二1-exp1.45UL儀卩丿、tL丿、-0.05口c、0.2U2L-(pga丿ll/g=61dyn/cm=790560kg/h2c表4常見材質(zhì)的臨界表面張力值材質(zhì)碳瓷玻璃聚丙烯聚氯乙烯鋼石蠟表面張力，dyn/cm56617333407520液體質(zhì)量通量為U=4327.14=11249.6kg-m-2h-1l0.785x0.72=1-exp-1.45at50%UF由1+2.6-0.5如ka=1+9.5x(0.8282-0.5Hx2.535=7.597mol/(m2-h-kPa)ka=1+2.6x(0.82820.5)*x20.8225.486h111+7.

9、5970.343x25.486=4.065kmol/(m3-h-kPa)V=0.5032m79.7254.065x101.325x0.785x0.72Z=HN=0.5032x8.408=4.231m，得OGOGZ=1.25x4.231=5.29m設(shè)計(jì)取填料層高度為Z=6m查表6,表6散裝填料分段高度推薦值填料類型h/Dhmax拉西環(huán)2.5W4m鞍環(huán)58W6m鮑爾環(huán)510W6m階梯環(huán)815W6m環(huán)矩鞍815W6mh對(duì)于拉西環(huán)填料，D=5,hmax-4m由J2.5，則D600mm400mm計(jì)算得填料層高度為300mm，分2段。6.3填料層壓降計(jì)算采用圖2計(jì)算填料層壓降橫坐標(biāo)為wLwVPL4327.

10、14(1.303丫5x2714.58(998.2丿=0.05759查表7得，P表7散裝填料壓降填料因子平均值填料類型|填料因子,1/mD16D25D38D50D76NNNNN金屬鮑爾30611498環(huán)13893.47136金屬環(huán)矩鞍金屬階梯11882環(huán)塑料鮑爾34323211412562環(huán)塑料階梯17611689環(huán)瓷矩環(huán)700215140160瓷拉西環(huán)1050576450288縱坐標(biāo)為gpL卩0.2L1.5042x288x11.303x9.81998.2xI0.2二0.0867查圖2得AP/Z二9.3x9.81二912.33Pa/m填料層壓降為AP=912.33x3二2736.99Pa7附屬設(shè)

11、備的設(shè)計(jì)7.1液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)（1）液體分布器的選型該吸收塔液相負(fù)荷較大，而氣相負(fù)荷相對(duì)較低，故選用槽式液體分布器。（2）分布點(diǎn)密度計(jì)算按Eckert建議值，D=750時(shí)，噴淋點(diǎn)密度為170點(diǎn)加,因該塔液相負(fù)荷較大，當(dāng)D=700時(shí)設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)密度為210點(diǎn)/m2。布液點(diǎn)數(shù)為0.785x0.72x210沁81點(diǎn)，液體分布器的簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)6如下圖3： 2 按分布點(diǎn)集合均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為二級(jí)槽共設(shè)五道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為70mm槽高度為210mm,兩槽中心距為140mm。分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為n=80點(diǎn)。7.2布液計(jì)算4L取=0.6，AH=140mmd=

12、04%4327.l4/998.2%36002=0.0044m13.14%80%0.6J2%9.81%0.14丿圓整取d0=5mm7.3塔附屬高度的計(jì)算塔上部空間高度可取1.0m.液體分布器高度約為1.0m.液體再分布器所占空間高度取0.63m.考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取1.3m.若塔底液相停留時(shí)間按1min考慮，則塔釜液所占空間高度為：Ls=Wl=4.335m3-h-1P998.2LLsh=萬=0.188m60%ti（一）2取h=0.19m所以塔的附屬高度為h0=+g9+1-2+.64=4-03m得塔總咼度：H二6+4.03二l.3m即塔總咼為10.03m8其他附屬設(shè)備的選型

13、及計(jì)算8.1其他附屬設(shè)備的選型在對(duì)填料塔的附屬設(shè)備選擇中，依次選用絲網(wǎng)除沫器，床層限制板，孔管型支承裝置，截錐式再分布器。8.2填料塔接管尺寸計(jì)算為防止流速過大引起管道沖蝕，磨損，震動(dòng)和噪音，液體流速一般為0.5-3m/s，氣體流速一般為10-30m/s。由于該填料塔吸收在低濃度下進(jìn)行，故氣液體進(jìn)出口的管徑相同。丙酮與空氣混合氣體：由于氣體流量為2083.33m3/h，取u=20m/s，所以由公式:d.2083.33/3600；0.785x20=0.192m-192mm查表(GB8163-87)管子規(guī)格表，可選取219mmX9.5mm的無縫鋼管，內(nèi)徑為:219-2x9.5-200mm-0.2m

14、對(duì)氣體流速進(jìn)行校核：2083.330.785x02x3600=18.43m/s所以由公式：對(duì)于液體進(jìn)出口，取液體流速為1.0m/s,=0.039m=39mmq=I4327.14/36000.785%一0.785x1x1x103查表(GB8163-87)管子規(guī)格表，可選取45mmX2.5mm的無縫鋼管，內(nèi)徑為：45-2x2.5=40mm=0.04m對(duì)液體流速進(jìn)行校核：4327.140.785x0.042x3600 x103=0.957m/s9計(jì)算結(jié)果總表表8計(jì)算結(jié)果總表項(xiàng)目數(shù)據(jù)各段平均壓強(qiáng)P/kPa104.06各段平均溫度t/Cm20塔徑D/mm700塔高h(yuǎn)/mm10030空塔流速/(m/s)1

15、.82填料層壓強(qiáng)ZP/Pa2736.99氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG8.408氣相傳質(zhì)單元高度H/mOG布液點(diǎn)數(shù)n/點(diǎn)孔徑d/mm00.503280510參考文獻(xiàn)1石油化學(xué)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院。塔的工藝計(jì)算。北京：石油化工工業(yè)出版社，19972王樹楹。現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南.中國(guó)石化出版社，19972賈紹義，柴誠(chéng)敬?；ぴ碚n程設(shè)計(jì).天津大學(xué)出版社2002柴誠(chéng)敬，劉國(guó)維，李阿娜，化工原理課程設(shè)計(jì)，天津，天津科學(xué)技術(shù)，1995潘國(guó)昌，郭慶豐.化工設(shè)備設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社1996大連理工化工原理教研室,化工原理課程設(shè)計(jì),大連，大連理工大學(xué)出版社,1994王志魁?；ぴ?北京：化學(xué)工業(yè)出版社,200411后記在經(jīng)

16、歷了一個(gè)月的學(xué)習(xí)與計(jì)算，課程設(shè)計(jì)現(xiàn)在終于接近尾聲了。回想設(shè)計(jì)過程的始末，我感覺收獲很多，感觸也頗深。上個(gè)學(xué)期，在趙老師的的精心輔導(dǎo)下，我學(xué)習(xí)了化工原理這一門課程。在課程上，趙老師為我們?cè)敿?xì)的介紹了流體輸送、流體流動(dòng)、機(jī)械分離、傳熱、傳質(zhì)過程導(dǎo)論、吸收蒸餾、氣-液傳質(zhì)設(shè)備，以及干燥等內(nèi)容。而這些內(nèi)容卻同樣也是我們課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，是我們今后進(jìn)入社會(huì)必然認(rèn)識(shí)與接觸的操作設(shè)備。這次系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，為我這次的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)期末，老師們更是不辭勞苦的帶領(lǐng)全班同學(xué)前往岳陽氮肥廠進(jìn)行見習(xí)。通過零距離的觀察企業(yè)的運(yùn)作過程，我不僅學(xué)到了實(shí)踐知識(shí)，同時(shí)進(jìn)一步加深了對(duì)理論知識(shí)的記憶與理解，使理論與實(shí)踐知識(shí)都

17、有所提高。同時(shí)也使我深刻的反省到自身在本專業(yè)學(xué)習(xí)過程缺乏寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。所以盡管見習(xí)只有短短的三天，但是卻讓我真正的衡量了一下自己的份量，對(duì)比實(shí)踐與理論的聯(lián)系與差距，讓我看到在學(xué)?？床坏降臇|西，讓我感受到在學(xué)校感受不到的地方，讓我渴望的種子埋得更加的堅(jiān)定。見習(xí)對(duì)于我是一個(gè)緩沖，亦是一件幸事。但是要真正的領(lǐng)悟到化工操作過程所遇到的問題和鍛煉自己的動(dòng)手與思考的能力，單靠系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與純粹的見習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這次的課程設(shè)計(jì)給了我鍛煉的平臺(tái)。我無比的珍惜這次來之不易的機(jī)會(huì)，力求將設(shè)計(jì)做到最好。但是看似簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)過程也會(huì)有意想不到的難題。盡管困難擺在眼前，但是我有明確的目標(biāo)，我把自己的行動(dòng)與目標(biāo)不斷加以對(duì)

18、照，不斷提醒自己自己的行進(jìn)速度與目標(biāo)之間的距離，從而使我的信心得到維持和加強(qiáng)，自覺地去克服困難，努力達(dá)到目標(biāo)。同時(shí)，我頻繁的與同學(xué)進(jìn)行相互交流與學(xué)習(xí)，共同討論在設(shè)計(jì)過程中遇見的困難與問題，努力尋求解決的最佳途徑。而遇到不能解決的難題，老師又可以提供最為有效的解決方法。盡管是通過相互交流合作完成的設(shè)計(jì)計(jì)算，但是，交流合作并不意味著缺乏獨(dú)立思考。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，每一步公式的編寫與計(jì)算，每一種條件的確立與選擇，都經(jīng)歷了綜合了每一種可能方案的優(yōu)劣，資料的仔細(xì)查閱，系統(tǒng)的分析等環(huán)節(jié)，最后選擇最佳方案。這次課程設(shè)計(jì)為我提供了一個(gè)鍛煉自己的平臺(tái)。他讓我了解到在整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中要努力去發(fā)現(xiàn)問題，研究問題，解決問題，認(rèn)真、細(xì)心的去發(fā)現(xiàn)、去解決。他讓我更加理智的調(diào)整自己的學(xué)習(xí)方法與人生態(tài)度。學(xué)習(xí)過程中不能存有僥幸的心理，拋掉傳統(tǒng)的應(yīng)試教育觀念?？荚囍皇菣z測(cè)，臨時(shí)抱佛腳是不可取的，看清楚深層次的一面，彌補(bǔ)當(dāng)前不足，知己知彼。無論何時(shí)，都要堅(jiān)守著自己的目標(biāo)，否則就將迷失在自己的不思進(jìn)取，在前進(jìn)的路上