化工原理課程設(shè)計(jì)水吸收氨填料吸收塔設(shè)計(jì)

溫度為5℃。要求：；（1壓力：常壓（2）操作溫度：（3劑用量為最小用量的倍數(shù)自己確定烯階梯環(huán)吸收填料塔（1方案的確定和說明（2塔的物料衡算；（3塔的工藝尺寸計(jì)算；（4層壓降的計(jì)算；（5分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)；（6液體分布器施工圖（7塔接管尺寸計(jì)算；（8參數(shù)一覽表；11論。目錄前言..................................................................................................................................................1第一節(jié)填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定.......................................................................................21.1裝置流程的確定.......................................................................................................................2 吸收劑的選擇.......................................................................................................................2 課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.4填料的類型與選擇..................................................................................................................31.4.1填料種類的選擇...................................................................................................................41.4.2填料規(guī)格的選擇...................................................................................................................61.4.3填料材質(zhì)的選擇...................................................................................................................61.5基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)............................................................................................................................7 液相物性數(shù)據(jù). 氣相物性數(shù)據(jù) 氣液相平衡數(shù)據(jù).................................................................................................................81.5.4物料橫算..................................................................................................................................8第二節(jié)填料塔工藝尺寸的計(jì)算..............................................................................................102.1塔徑的計(jì)算..............................................................................................................................102.2填料層高度的計(jì)算及分段..................................................................................................122.3填料層壓降計(jì)算：.................................................................................................................14第三節(jié)填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì).....................................................................................153.1液體分布裝置..........................................................................................................................153.2液體再分布裝置......................................................................................................................173.3填料支撐裝置...........................................................................................................................183.4.流體進(jìn)出口流差......................................................................................................................20設(shè)計(jì)一覽表.......................................................................................................................................21對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述.............................................................................................................................22參考文獻(xiàn)............................................................................................................................................23前言在化學(xué)工業(yè)中，經(jīng)常需要將氣體混合物中的各個(gè)組分加以分離，其主要目劑中溶解度不同而達(dá)到分離的目的。點(diǎn)。因此，填料塔已經(jīng)被推廣到大型氣、液操作中，在產(chǎn)中。為了避免化學(xué)工業(yè)產(chǎn)生的大量的含有氨氣的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成具有良好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進(jìn)行，而且，操作過程節(jié)省大量人力和物力。利用混合氣體中各組分在同一種液體(溶劑)中溶解度差異而實(shí)現(xiàn)組分分離3)制備某種氣體的溶液。一個(gè)完整的吸收分離過程，包括吸收和解吸部分。典型過程有單塔和多塔、逆流和并流、加壓和減壓等。，即逆流操作。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，吸收劑率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。 鍵之一，選擇吸收劑時(shí)應(yīng)著重考慮以下幾方面。量。吸收或吸收甚微，否則不能直接實(shí)現(xiàn)有效分離。的揮發(fā)損失。率和傳熱速率的提高。、冰點(diǎn)低、價(jià)廉易得以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等要求。本設(shè)計(jì)選擇用清水作吸收劑，氨氣為吸收質(zhì)。水廉價(jià)易選擇性好，符合吸收過程對(duì)吸收劑的基本要求。且氨氣產(chǎn)品，故采用純?nèi)軇?。化硫硫酸、洗油化碳?jí)A液、有機(jī)溶劑 1.氣體混合物成分：空氣和氨2.空氣中氨的含量:8.0%（體積含量即為摩爾含量）3.混合氣體流量3200m3/h4.操作溫度293K5.混合氣體壓力101.3KPa6.尾氣氨含量0.04%7.采用清水為吸收劑8.填料類型：采用聚丙烯鮑爾環(huán)填料步驟：1）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計(jì)方案;針對(duì)物系及分離要求，選擇適宜填料；計(jì)算塔高、及填料層的壓降；塔內(nèi)件設(shè)計(jì)。用水做吸收劑，故采用純?nèi)軇?.4填料的類型與選擇料（簡(jiǎn)稱為填料）是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣、液兩相相接觸傳質(zhì)。因此，填料的選擇是填料塔設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。稱直徑比值1.4.1填料種類的選擇種類很多，根據(jù)填料方式不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。裝填料料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種典型的散裝填料。(1)拉西環(huán)填料。其結(jié)構(gòu)為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷、塑料、金屬的氣液分布較差，傳質(zhì)速率低，阻力大，通量小，目前已很少用了。(2)鮑爾環(huán)填料。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)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)是應(yīng)用較廣的填料之一。梯環(huán)填料。階梯環(huán)是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。)弧鞍填料?；“疤盍蠈侔靶翁盍系囊环N，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷高，流道呈弧形，流動(dòng)阻力小。其缺點(diǎn)是易發(fā)生套疊，合，使傳質(zhì)效率降低。弧鞍填料強(qiáng)度較差，容易破碎，產(chǎn)應(yīng)用不多。(5)。將弧鞍填料兩端的弧形面改成矩形面，且兩面大小不等，即鞍填料所取代。(6)料。環(huán)矩鞍填料是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種新應(yīng)用最為普遍的一種金屬散裝填料。下圖為幾種實(shí)體填料：拉西環(huán) 鮑爾環(huán) 階梯環(huán) 形填料圖2.2幾種實(shí)體填料2填料何圖形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，瓷、塑料、金屬等材質(zhì)制造。特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、4mm~6mm的小孔，可起到粗分配板片上的液體，加強(qiáng)橫向混和作用。波紋起到細(xì)分配板片上的液體、增強(qiáng)表面潤(rùn)濕性能的作用。場(chǎng)合。緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積理黏度大、易聚合或有懸浮物的材料，且裝卸、清理困造價(jià)高。所述，經(jīng)分析各填料特點(diǎn)、性能，本課設(shè)選擇散裝階梯環(huán)填料。1.4.2填料規(guī)格的選擇越高，但阻力增加，通量減小，填料費(fèi)用也增加很多。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。3-1種類D/d20~30D/d15D/d10~15d>8d>81.4.3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)。陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性及耐熱性，一般能耐除氫氟酸陶瓷填料。碎，不易在高沖擊強(qiáng)度下使用。陶瓷填料價(jià)格便宜，工業(yè)上，主要用于氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過(2)。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)物系強(qiáng)，一般能耐cl以外常見物系的腐蝕，但其造價(jià)較高；鈦材、特種合金鋼等材成的填料造價(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)（0.2~0.1mm），與同種類型、同種規(guī)格的陶瓷、、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)。塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯、聚乙烯及聚氯乙烯等，國(guó)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。聚丙烯填料在低的聚氯乙烯填料。價(jià)、耐沖擊、不易破碎等優(yōu)點(diǎn)，多用于吸收、解吸、1.5基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 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20℃水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：1.l998.2kg/m32.黏度：l0.001pa.s3.6kg/m.h3.表面張力為:z72.6dyn/cm940896kg/h24.20CNH3:H0.725kmol/m3kpa

20CNH3:D

7.34106m2/h33:DHMHMP0.72518.02101.30.7546.20CNH 0.225cm2/sm2/h 1.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為M0.0817(10.08)2928.04(kg/kmol)2.混合氣體的平均密度

PM

101.310328.04103

R=8.314m3KPa/kmolK3.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1.73105pas6228105kg/mh注：1N1kgm/s2 11Pa1N/m21kg/s2m1Pa..s=1kg/m.s 由手冊(cè)查得，常壓下，200C時(shí)，NH3在水中的亨利系數(shù)為E=76.3kpa200C時(shí),NH3在水中的溶解度:H=0.725kmol/m相平衡常數(shù)：mEP

溶解度系數(shù):H0.725kmol/(m3kpa)1.5.4物料橫算1.進(jìn)塔氣相摩爾比為.Y110.080.086962.出塔氣相摩爾比為Y20.0004對(duì)于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：X20(清水) 混合氣體流量：3200273129322.4

惰性氣體流量：V133.11(10.08)122.46(kmol/h) () 1 Vmin XX1 0.086960.0004 1 2 2 .

0.0.7505L0.7231122.462.5229.77(kmol/h)

.V——單位時(shí)間內(nèi)通過吸收塔的惰性氣體量，L——單位時(shí)間內(nèi)通過吸收塔的溶解劑，ol/s;YY——分別為進(jìn)塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;1XX——分別為進(jìn)塔及出塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;1

L

229.771832001.166

1.108算該吸收過程為低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)混合氣體的黏度可近似取為空氣的黏度。 00.33469.810.91998.23.9961m/s塔工藝尺寸的計(jì)算包括塔徑的計(jì)算、填料能高度的計(jì)算及分段2.1塔徑的計(jì)算混合氣體的密度

PM

101.310328.04103

填料總比表面積：a132.5m2/m3水的黏度L1.004mPas采用貝恩泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算泛點(diǎn)速度： alg[Ftg3

1/41/8 )4(

2aF t

.

0.3346

F

132.51.1661.0040.2μ——泛點(diǎn)氣速，m/sg——重力加速度，．81m/sa——填料總比表面積，2／m3ε——填料層空隙率，3／m3V μ——液體粘度，mPas;A,K關(guān)聯(lián)常數(shù)。料類型鮑爾環(huán)094275料類型梯環(huán)10675鮑爾環(huán)階梯環(huán)2047575矩鞍176062257575取泛點(diǎn)率為0.6，即u0.6uF0.63.99612.3997m/s

0.6872m/s圓整后取 D0.7mD——塔徑，m;u——空塔氣速，即按空塔截面積計(jì)算的混合氣體線速度，m/s.1400、16002000、2200率校核：u

32003600

uF

0.5783（對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為u/uF0.5~0.85）格校核：

18.428淋密度校核：取最小潤(rùn)濕速率為：(L

min

0.08m3/(mh)a132.5m2/m3

min

(L

min

a

0.08132.510.6m3/(m2h)

10.78m3/(m2h)U

2.2填料層高度的計(jì)算及分段查表知，0C o0.17cm2/s

D

P T3(o)( )2，PT則293k ，101.3kpa下，NH3 在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為

101.3293 101.3273

)20.189cm2/s液相擴(kuò)散系數(shù)D1.80109m2/s液體質(zhì)量通量為U氣體質(zhì)量通量為U

229.77180.7850.7232001.1660.7850.72

10752.27kg/(m2h)9700.25kg/(m2h)

0.7540.046130.03478

脫吸因數(shù)為SmV

0.754122.46229

.4019傳質(zhì)單元數(shù)為： YY

0.00040

0.4019]8.144總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：aa

c)0.75

at

)0.1(UL2at)0.052g

)0.2}VVD材質(zhì)的б

值見表3.2不同材質(zhì)的б

蠟的表面查表知， 33dyn/cm427680kg/h2c

aa

7552.27

)0.1(

1075.272132.5998.221.27108

0.05

10752.272

)0.2}0.064365吸收系數(shù)由下式計(jì)算：

0.237( )0.7(a

aD )3(t V) 9700.25

.06228(1.1660.1891043600 )3(

4

0.1141kmol/(m2hkpa)吸收系數(shù)由下式計(jì)算：

a

)3(

)2(

27)3(998.21.801093600)2(

3.61.271088.2

表3.3各類填料的形狀系數(shù)查表得：1.4572751945GaLa

aa

1.10.11410.064365132.51.451.11.464kmol/(m3hkpa)0.41.540.064365132.51.450.415.38391huF

0.57830.5

FF

GaLa

a[19.5(0.0.57830.5)1.4]1.4641.857kmol/(m3hkpa)a[12.6(0.57830.5)2.2]15.23815.38391 則Ga

a

H

La

1.857

0.72515.3839

1.5919kmol/(m3hkpa)

GaP

122.461.5919101.30.7850.7

.m由ZH 1.97438.14416.0787m 設(shè)計(jì)取填料層高度為：Z12m查表：對(duì)于階梯環(huán)填料，h8~15,hmax6m將填料層分為兩段設(shè)置，每段6m，兩段間設(shè)置一個(gè)液體再分布器。

V)0.5

229.771832001.166

1.166(998.2

0.5

0.03788 查表得：116m1P標(biāo)為：

P V

2.311211611.1669.81

1.0040.20.07383查圖得，P451.26pa/m填料層壓降為：P451.2612pa5.415kpa3.1液體分布裝置的填料塔，尤其需要性能良好的液體分布裝置。止塔內(nèi)壁流和溝流現(xiàn)象.的液體分布裝置有蓮蓬式、盤式、齒槽式及多孔管式分布器等。蓮蓬式噴淋器:液體經(jīng)半球形噴頭的小孔噴出。小孔直徑為3~10m，做同心圓排列，噴灑角不超過80。這種噴淋器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但只適用于直徑小于600mm中，且小孔易堵塞。盤式分布器:盤低開有篩孔的稱為塞孔式，盤底裝有垂直短管的稱為溢流管式。液體加至分布盤上，經(jīng)篩孔或溢流短管流下。篩孔式的液體分布效果好，較大，且不易堵塞。盤式分布器常用于直徑較大的塔中，可保證液體分布均勻，但其制造較麻煩。齒槽式分布器:液體先經(jīng)過主干齒槽向其下個(gè)條形做第一級(jí)分布，然后再向多孔環(huán)管式分布器:由多孔圓形盤管、聯(lián)接管及中央進(jìn)料管組成。這種分布體阻力小，特別使用于液量小而氣量大的填料吸收塔。在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?，是保證填料塔達(dá)到預(yù)期分離效果的重要條件。近年來的實(shí)踐表明，大直徑填料塔的放大問題主要是保證液體初始分布均于小型塔。液體分布裝置的安裝位置，須高于填料層表面200mm,以提供足夠的自由空段可拆結(jié)構(gòu)。填料層噴淋。式噴淋器采用塑料制造。點(diǎn)密度計(jì)算：ddon2gH每60cm2塔截面設(shè)一個(gè)噴淋點(diǎn)。則總布液孔數(shù)為：

0.7850.72

64.1164計(jì)算：

229.77183200998.2

m3/s0.00129m3/s取0.60，H160mm

n2gH接流入升氣管，應(yīng)在升氣管上設(shè)帽蓋。它的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：分布盤外徑-785mm，升氣管數(shù)量---6.設(shè)支承板，截錐以下隔一段距離再放填料，需分段卸出填料時(shí)可用此型。0截錐型再分布器適于直徑800mm以下的塔應(yīng)用。填料層。邊槽寬度為50～100mm，可依塔徑大小選取，溢流管直徑為16～32mm，一般取3～4根溢流管。此型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣體通過截面較大，可用于300～1000mm的塔中，其缺點(diǎn)是噴灑不夠均勻。截面積，適用于600