化工原理-水吸收氨過程填料吸收塔精餾塔設計-課程設計

《化工原理》課程設計題目:水吸收氨過程填料吸收塔設計班級：學號：姓名：目錄一、任務書 37、物性數據可查有關手冊 3二、吸收塔的物料衡算 31、液相物性數據 42、氣相物性數據 43、氣液相平衡數據 54、物料衡算 5三、吸收塔的塔體工藝尺寸計算 61、塔徑的計算 62、填料層高度的計算及分段 71）傳質單元數的計算 83）填料層的分段 10四、填料層壓降的計算 10五、液體分布器簡要設計 121.液體分布器設計的基本要求： 122、分布點密度計算 12六、吸收塔接管尺寸計算 131、氣體進料管 132、液體進料管 13七、繪制生產工藝流程圖 14八、繪制吸收塔設計條件圖 14九、對設計過程的評述和有關問題的討論 142）混合氣體的平均密度為：R=8.3143）混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊得20時，空氣的黏度注：11Pa?s=1kg/（m?s）3、氣液相平衡數據20℃，101.3Kpa下氨氣在水中的溶解度系數

H=0.725kmol/m3.kpa相平衡常數：4、物料衡算進塔氣相摩爾比：出塔氣相摩爾比：對于純溶劑吸收過程，進塔液相組成：X2=0混合氣體流量:G=(3000×273)×(293×22.4)

=

124.79kmol/h進塔惰性氣體流量:GB=

124.79×(1

–

0.05)

=

118.55kmol/h可得吸收劑用量為:Ls=1.5

×0.751

×

118.55

=

133.55kmol/h根據全塔物料衡算式:GB

(Y1

–

Y2)

=

L

s

(X1

–

X2)X1

=

GB

(Y1

-

Y2)

/

L

s+

X2

=

(0.0526

-

0.0002)/(0.751

×1.5)

=

0.0685液氣比

：

WL/Wv

=

(133.55

×18)/(3000

×1.181)

=

0.678

三、吸收塔的塔體工藝尺寸計算填料塔工藝尺寸的計算包括塔徑的計算、填料層高度的計算及分段1、塔徑的計算1）空塔氣速的確定——泛點氣速法對于散裝填料，其泛點率的經驗值u/u=0.5~0.85根據貝恩（Bain）—霍根（Hougen）關聯(lián)式，即：=A-K由WL=2403.9㎏/h；WV=3543kg/h查得比表面積：at=132.5m2/m3,A=0.204,K=1.75,則解得：F=7.890m/s其中：——泛點氣速，m/s;g——重力加速度，9.81m/s取泛點率為0.7u=0.7uF=0.7

×7.89=5.523m/s圓整塔徑后取D=0.5m=500mm2）泛點速率校核：m/su/uF=4.246/7.890=0.538(在允許范圍內0.5~0.85)3）根據填料規(guī)格校核：D/d=500/38=13>84）液體噴淋密度的校核：a.填料塔的液體噴淋密度是指單位時間、單位塔截面上液體的噴淋量。b.最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度的填料周邊的最小液體體積流量。對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率填料總比表面積經過以上校驗，填料塔直徑設計為D=500mm合理。2、填料層高度的計算及分段Y1*=mX1=0.754

×0.0685=0.0516491）傳質單元數的計算用對數平均推動力法求傳質單元數脫吸因數為：S=mV/L=0.754/(0.751

×1.5)=0.669則：=13.362）傳質質單元高度的計算氣相總傳質單元高度采用修正的恩田關聯(lián)式計算：查聚丙烯階梯環(huán)臨界表面張力值表σc=33dyn/cm=427680kg/h2液體質量通量為：=WL/(0.785×D2)=133.55×18/(0.785×0.52)=12249.17kg/(m2.h)氣體質量通量為：UV=WV/(0.785×D2)=3000×1.181/(0.78×0.52)=18053.50kg/(㎡?h)求得：aw/at=0.362則:aw=47.965氣膜吸收系數由下式計算：代入數據解得：=0.1726m/s液膜吸收數據由下式計算：代入數據解得：=0.5271m/s階梯環(huán)填料是一種由應用價值分析技術開發(fā)出來的一種改進的開孔環(huán)填料，國外稱之為CascedMini-Ring（縮寫上CMR）常見填料的形狀系數表查表可知，0.1726×47.965×1.451.1=12.46kmol/(m3?h?kPa)=0.5271×47.965×1.450.4=29.33kmol/(m3?h?kPa)修正的恩田公式只適用于小于等于0.5的情況因為：=0.538>0.5所以需要用以下式進行校正：代入數據解得：=13.68kmol/(m3?h?kPa)代入數據解得：=29.39kmol/(m3?h?kPa)代入數據解得：=8.33kmol/(m3?h?kPa)=118.55/(8.33×101.3×0.785×0.52)=0.716=0.716×13.36=9.566m根據設計經驗，填料層的設計高度一般為Z’=(1.2~1.5)Z本次取安全系數為1.5：則=1.5×Z=1.5×9.566=14.349m設計取填料層高度為15m3）填料層的分段對于階梯環(huán)散裝填料的分段高度推薦值為h/D=8~15，取h/D=10則h=10×0.5=5m計算得填料層高度為15m故:填料層需要分為3段，高度分別為5m填料層壓降的計算在流動參數FP中，知道，故FP=根據Eckert圖(通用壓降關聯(lián)圖)，將操作氣速代替縱坐標中的查表，38mm聚丙烯階梯環(huán)的壓降填料因子＝175.6代替縱坐標中的p．則縱標值為：=0.223又故在圖中，查Y=0.109,X=0.0242的點，知壓降故全塔填料層壓降通用壓降關聯(lián)圖至此，吸收塔的物料衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出。五、液體分布器簡要設計1.液體分布器設計的基本要求：(1)液體分布均勻;（2）操作彈性大；（3）自由截面積大；本設計任務液相負荷不大，該吸收塔塔徑較小，D=500mm。而多孔直管式噴淋器使用于D=600mm以下的塔。因此本實驗采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋裝置。且填料層不高，可不設液體再分布器。2、分布點密度計算Eckert的散裝填料塔噴淋點密度推薦值塔徑，mm噴淋點密度，點/m2塔截面D=400330D=500285D=600246D=750175D>=120042按Eckert建議值,D=500mm時,噴淋點密度為285點/m2?？偛家嚎讛禐椋簄=0.785×0.52×285=101.9≈56點按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設計。設計為：11道環(huán)圓孔，每道孔分布五個孔，實際設計布點數n=55.六、吸收塔接管尺寸計算1、氣體進料管由于常壓下塔氣體進出口管氣速可取12～20，故若取氣體進出口流速近似為16m/s，則由公式可求得氣體進出口內徑為采用直管進料，由附表查得選擇熱軋無縫鋼管，則（在符合范圍內）氣體進出口壓降:進口：出口：2、液體進料管由于常壓下塔液體進出口管速可取1-3，故若取液體進出口流速近似為1.5m/s，則由公式可求得液體進出口內徑為采用直管進料，由附表查得選擇熱軋無縫鋼管，則（在符合范圍內）七、繪制生產工藝流程圖八、繪制吸收塔設計條件圖九、對設計過程的評述和有關問題的討論在過去的一年里，我們學習了《化工原理》這一門課程。《化工原理》是化學類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，它的內容是講述化工單元操作的基本原理、典型設備的結構原理、操作性能和設計計算?；卧僮魇墙M成各種化工生產過程、完成一定加工目的的基本過程，其特點是化工生產過程中以物理變化為主，包括流體流動過程、傳熱過程和傳質過程。在這里面，我們主要學習了流體輸送、流體流動、機械分離、傳熱、傳質過程導論、吸收、蒸餾、氣-液傳質設備，以及干燥等。這次我們小組的課程設計題目是水吸收氨過程填料塔的設計，這是關于吸收中填料塔的設計。填料塔是以塔內裝有大量的填料為相接觸構件的氣液傳質設備。填料塔的結構較簡單，壓降低，填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點。在課程設