设计带图.docx
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设计带图
1.1设计任务书0
1.2吸收工艺流程的确定2
1.3物料计算2
1.4平衡曲线方程3
1.5塔径计算3
1.6填料层高度计算5
1.7填料层压降计算8
1.8填料吸收塔的附属设备8
1.9主要符号说明10
计任务书
(1)题目
含氨为5%的混合气体,处理量为500m3/h,尾气中含氨低于0.02%,采用清水进行吸收,吸收剂的用量为最小用量的1.5倍.(均为体积分数).,
(2)设计任务和操作条件:
(1)操作压力常压。
(2)操作温度20℃
(3)年工作300天,每天24小时运行.
(3)填料类型聚丙烯阶梯环填料,规格自选.
(4)设计内容
(1)吸收塔的物料衡算
(2)填料层压降的计算
(3)液体分布器的简单设计
(4)吸收塔塔体工艺尺寸的计算
(5)绘制分布器施工图
(6)对本设计进行评述
(5)基础数据
20℃下氨在水中的溶解度系数为0.725Kmol/(m3.kpa)
1.2吸收工艺流程的确定
采用常规逆流操作流程.流程如下。
1.3物料计算
(l).进塔混合气中各组分的量
取塔平均操作压强为101.3kPa,故:
混合气量=500()×=20.80kmol/h
混合气中氨量=20.80×0.543=1.129kmol/h=19.2kg/h
混合气中空气量=20.80-1.129=19.671kmol/h=570.5kg/h
(2).混合气进出塔的(物质的量)组成
==0.0543
0;
(3).混合气进出塔(物质的量比)组成
Y1==0.0574
Y2=(1-)=0.0574×=0.0002296(以塔顶排放气体中氨含量0.02%计)
1.4平衡曲线方程
查表知:
20℃时,氨在水中的亨利系数E=277.3Kpa;
m===2.737
故操作线方程为:
Y=2.737X.
吸收剂(水)的用量Ls
由操作线方程知:
当Y1=0.0574时,X1*=0.021,计算最小吸收剂用量
=19.671×=53.77kmol/h
取安全系数为1.5,则
Ls=1.5×53.77=80.65kmol/h=1451.7kg/h
依物料衡算式
塔底吸收液浓度
=19.671×=0.014
1.5塔径计算
塔底气液负荷大,依塔底条件(混合气20℃),101.325kPa
(1).采用Eckert通用关联图法(图1)计算泛点气速
有关数据计算
塔底混合气流量V`S=570.5+19.2=589.7kg/h
吸收液流量L`=1451.7kg/h
进塔混合气密度=×=1.206kg/(混合气浓度低,可近似视为空气的密度)
吸收液密度=998.2kg/
吸收液黏度=1.005mPa·s
经比较,选DN38mm聚丙烯阶梯环。
查《化工原理》教材附录可得,其填料因子=175,比表面积=132.5
关联图的横坐标值
()1/2=()1/2=0.086
由图1查得纵坐标值为0.15
即0.2=0.15
求得液泛气速=2.64m/s
(2).操作气速
取u=0.6=0.6×2.64=1.58m/s
(3).塔径
==0.335m=335mm
取塔径为0.4m(=400mm)
(4).核算操作气速
U==1.11m/s<
(5).核算径比
D/d=400/38=10.5>8,满足阶梯环的径比要求。
(6).喷淋密度校核
取=0.08/(m·h)
最小喷淋密度=0.08×132.5=10.6/(m2·h)
因==11.6/(m·h)>
故满足最小喷淋密度要求。
图1通用压降关联图
1.6填料层高度计算
(1).传质单元高度计算
本设计采用恩田式计算填料润湿面积aw作为传质面积a,依改进的恩田式分别计算及,再合并为和。
①列出备关联式中的物性数据
气体性质(以塔底20℃,101.325kPa空气计):
=1.206kg/(前已算出);=0.0181×(查附录);=1.98×
液体性质=998.2kg/;=1.005×Pa·s;=1.344×
=72.6×N/m(查化工原理附录)。
气体与液体的质量流速:
LG`==3.21
VG`==1.30
DN38mm聚丙烯阶梯环(乱堆)特性:
=38mm;=132.5;=33×10-3N/m;有关形状系数,=1.45(阶梯环为开孔环)
依式
={-1.45()0.75()0.1()-0.05()0.2}
==0.683
故==0.683×132.5=90.5
依式
KL=0.0095()2/3()-1/2()1/3
=0.0095()2/3()-1/2()1/3
=1.17×10-2m/s
依式
kG=0.237()0.7()1\3()
=0.237()0.7()1/3()
=8.1×10-6kmol/(m2·S·kPa)
故=8.1××90.5×=1.1×10-3(m/s)
=1.17×10-2×90.5×=1.23m/s
(2)计算
=,而,H=0.725kmol/()
=+
求得:
=1.09×10-3
==1.09×10-3×101.3=0.11
(3)计算
===0.40m
(4).传质单元数计算
=-m=0.0574-2.737×0.014=0.019
==2.296×10-4
==0.010
NOG==5.573
所以:
z=×NOG=0.4×5.573=2.23m
取安全系数1.2,则完成本设计任务需DN38mm聚丙烯阶梯环的填料层高度z=1.2×2.23=2.28m。
1.7填料层压降计算
之前计算得:
空塔气速u=1.11m/s横坐标值:
0.086
纵坐标值:
×()×(1.005)0.2=0.027
查图1得
P/z=19×9.81=186.4Pa/m填料
全塔填料层压降=2.28×186.4=425Pa
1.8填料吸收塔的附属设备
1、填料支承板
分为两类:
气液逆流通过平板型支承板,板上有筛孔或栅板式;气体喷射型,分为圆柱升气管式的气体喷射型支承板和梁式气体喷射型支承板。
2、填料压板和床层限制板
在填料顶部设置压板和床层限制板。
有栅条式和丝网式。
3、气体进出口装置和排液装置
填料塔的气体进口既要防止液体倒灌,更要有利于气体的均匀分布。
对500mm直径以下的小塔,可使进气管伸到塔中心位置,管端切成45度向下斜口或切成向下切口,使气流折转向上。
对1.5m以下直径的塔,管的末端可制成下弯的锥形扩大器。
气体出口既要保证气流畅通,又要尽量除去夹带的液 沫。
最简单的装置是除沫挡板(折板),或填料式、丝网式除雾器。
液体出口装置既要使塔底液体顺利排出,又能防止塔内与塔外气体串通,常压吸收塔可采用液封装置。
本设计任务液相负荷不大,可选用排管式液体分布器;且填料层不高,可不设液体再分布器。
排管式液体分布器简单设计如下:
取孔径=5mm,孔径系数=0.6;取开孔上方液位高度H=1/6D=0.067m;
由公式得
开孔数n=34.23/0.012=2950;
1.9主要符号说明
E—亨利系数,—气体的粘度,
—平衡常数—水的密度和液体的密度之比
—重力加速度,—分别为气体和液体的密度,
—分别为气体和液体的质量流量,
—气相总体积传质系数,
—填料层高度,—塔截面积,
—气相总传质单元高度,—气相总传质单元数
—以分压差表示推动力的总传质系数,
—单位体积填料的润湿面积
—以分压差表示推动力的气膜传质系数,
—溶解度系数,
—以摩尔浓度差表示推动力的液摩尔传质系数,
—气体常数,—溶质在气相中的扩散系数,
水吸收氨填料吸收塔
工艺设计图
09.6.5
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