最终版 化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计Word文档下载推荐.docx
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5、参考文献(宋体、5号字
6、附录:
设计图纸(工艺流程图与主体设备装配图
三、考核方式及成绩评定
专业课程设计的考核与成绩评定由指导教师进行。
考核内容:
考勤、计算草稿或笔记、说明书和图纸的质量,独立完成设计情况。
化工学院
二〇一〇年十二月一日
第一节前言
1.1填料塔的主体结构与特点
结构:
图1-1填料塔结构图
填料塔不但结构简单,且流体通过填料层的压降较小,易于用耐腐蚀材料制造,所以她特别适用于处理量肖,有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。
液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部,并在填料的表面呈膜状流下,气体从塔底的气体口送入,流过填料的空隙,在填料层中与液体逆流接触进行传质。
因气液两相组成沿塔高连续变化,所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。
1.2填料塔的设计任务及步骤
设计任务:
用水吸收空气中混有的氨气。
设计步骤:
(1根据设计任务和工艺要求,确定设计方案;
(2针对物系及分离要求,选择适宜填料;
(3确定塔径、填料层高度等工艺尺寸(考虑喷淋密度;
(4计算塔高、及填料层的压降;
(5塔内件设计。
1.3填料塔设计条件及操作条件
1.气体混合物成分:
空气和氨
2.空气中氨的含量:
6.0%(体积含量即为摩尔含量
3.混合气体流量6000m3/h
4.操作温度293K
5.混合气体压力101.3KPa
6.回收率99%
7.采用清水为吸收剂
8.填料类型:
采用聚丙烯鲍尔环填料
第二节精馏塔主体设计方案的确定
2.1装置流程的确定
本次设计采用逆流操作:
气相自塔低进入由塔顶排出,液相自塔顶进入由塔底排出,即逆流操作。
逆流操作的特点是:
传质平均推动力大,传质速率快,分离效率高,吸收剂利用率高。
工业生产中多采用逆流操作。
2.2吸收剂的选择
因为用水做吸收剂,故采用纯溶剂。
2-1工业常用吸收剂
2.3填料的类型与选择
填料的种类很多,根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料两大类。
2.3.1填料种类的选择
本次采用散装填料。
散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。
鲍尔环是目前应用较广的填料之一,本次选用鲍尔环。
2.3.2填料规格的选择
工业塔常用的散装填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\Dn76等几种规格。
同类填料,尺寸越小,分离效率越高,但阻力增加,通量减小,填料费用也增加很多。
而大尺寸的填料应用于小直径塔中,又会产生液体分布不良及严重的壁流,使塔的分离效率降低。
因此,对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。
常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于。
表3-1
填料种类D/d的推荐值拉西环D/d≥20~30鞍环D/d≥15鲍尔环D/d≥10~15阶梯环D/d>
8环矩鞍
D/d>
8
2.3.3填料材质的选择
工业上,填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类
聚丙烯填料在低温(低于0度时具有冷脆性,在低于0度的条件下使用要慎重,可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。
综合以上:
选择塑料鲍尔环散装填料Dn50
2.4基础物性数据
2.4.1液相物性数据
对低浓度吸收过程,溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。
由手册查得20℃水的有关物性数据如下:
1.3
998.2/lkgmρ=
2.0.001.3.6/.lpaskgmhμ==黏度:
3.表面张力为:
2
72.6/940896/zdyncmkghσ==4.3320:
0.725/CNHHkmolmkpa︒=⋅5.62320:
7.3410/lCNHDmh-︒=⨯6.22320:
0.225//vCNHDcmsmh︒==
2.4.2气相物性数据
1.混合气体的平均摩尔质量为
0.0617.03040.942928.2818vmiiMym=∑=⨯+⨯=(2-1
2.混合气体的平均密度
由3
101.328.28181.17618.314293
VMvmPMkgmRTρ⨯===⨯
(2-2R=8.3143/mKPakmolK⋅⋅
3.混合气体黏度可近似取为空气黏度。
查手册得20C︒时,空气的黏度
551.7310622810/vpaskgmhμ--=⨯⋅=⨯⋅
注:
211/Nkgms=⋅12211/1/PaNmkgsm==⋅1Pa..s=1kg/m.s
2.4.3气液相平衡数据
由手册查得,常压下,200C时,NH3在水中的亨利系数为E=76.3kpa
0320NHC时,在水中的溶解度:
H=0.725kmol/m
相平衡常数:
0.7532E
mP
=
=(2-3溶解度系数:
3
998.2/76.318.02
0.726/L
S
HEMkmolkpamρ=
=⨯=⋅(2-4
2.4.4物料横算
1.进塔气相摩尔比为
1110.06
0.06383110.06
yYy=
==--(2-52.出他气相摩尔比为
21(10.06383(10.990.0006383AYYϕ=-=⨯-=(2-6
3.进塔惰性气体流量:
6000273
(10.6234.59922.427320
Vkmol=
⨯-=+(2-7因为该吸收过程为低浓度吸收,平衡关系为直线,最小液气比按下式计算。
即:
12min12
/YYLVYmX-⎛⎫
=⎪
-⎝⎭(2-8因为是纯溶剂吸收过程,进塔液相组成20X=
所以121min20.063830.00063830.7456YYLYVX--⎛⎫
===⎪⎝⎭-
选择操作液气比为
min
1.71.2676LLVV⎛⎫
==⎪⎝⎭(2-9L=1.2676356×
234.599=297.3860441kmol/h因为V(Y1-Y2=L(X1-X2X10498.0=
第三节填料塔工艺尺寸的计算
填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段
3.1塔径的计算
1.空塔气速的确定——泛点气速法
对于散装填料,其泛点率的经验值u/uf=0.5~0.85
贝恩(Bain—霍根(Hougen关联式,即:
21
3lgVFLLuagρμερ⎡⎤
⎛⎫⎛⎫⎢⎥⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎣
⎦=A-K4
VLVLwwρρ⎛⎫⎛⎫⎪⎪⎝⎭
⎝⎭(3-1即:
1
124
0.231001.18363202.591.1836lg[
(1]0.09421.759.810.917998.24734.4998.2F
u⎛⎫⎛⎫⎛⎫
=-⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭
所以:
Fu/9.81(100/0.9173(1.1836/998.2=0.246053756
UF=3.974574742m/s
其中:
fu——泛点气速,m/s;
g——重力加速度,9.81m/s2
23tm/mα--填料总比表面积,33m/mε--填料层空隙率
33
V998.2/1.1836kg/mlkgmρρ==液相密度。
气相密度
WL=5358.89572㎏/hWV=7056.6kg/h
A=0.0942;
K=1.75;
取u=0.7Fu
=2.78220m/s
0.7631D=
=(3-2
圆整塔径后D=0.8m1.泛点速率校核:
26000
3.31740.7850.83600
u==⨯⨯m/s
3.31740.83463.9746
Fuu==则
F
u
u在允许范围内2.根据填料规格校核:
D/d=800/50=16根据表3-1符合3.液体喷淋密度的校核:
(1填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。
(2最小润湿速率是指在塔的截面上,单位长度的填料周边的最小液体体积流量。
对于直径不超过75mm的散装填料,可取最小润湿速率(3min0.08m/mhwL⋅为。
(32minmin0.081008/wtULmmhα==⨯=⋅(3-322
5358.8957
10.6858min0.75998.20.7850.8
LLwUDρ=
==>
=⨯⨯⨯⨯(3-4经过以上校验,填料塔直径设计为D=800mm合理。
3.2填料层高度的计算及分段
*110.049850.75320.03755YmX==⨯=(3-5
*220YmX==(3-6
3.2.1传质单元数的计算
用对数平均推动力法求传质单元数
12
OGM
YYNY-=
∆(3-7
(*
*1
2*11*
22(
ln
M
YYYYYYYYY---∆=
--(3-8
0.063830.00063830.03755
0.02627ln
0.0006383
--
=0.006895
3.2.2质单元高度的计算
气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算:
(0.750.10.0520.22
21exp1.45/tclLtLLVtwltlLUUUgασαρσαασαμρ-⎧⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎪⎪=--⎨⎬⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎩⎭
(3-9
αw/αt=0.37404748
液体质量通量为:
Lu=WL/0.785×
0.8×
0.8=10666.5918kg/(㎡•h气体质量通量为:
Vu=60000×
1.1761/0.64=14045.78025kg/(㎡•h气膜吸收系数由下式计算:
(
0.7
0.237(
/V
tVGvvVtv
UDkDRT
αμραμ⋅⎛⎫
=⋅
⎪⎝⎭
(3-10=0.237(14045.78025÷
100.6228×
10-50.7(0.06228÷
0.081÷
1.1761
0.3(100×
8.314÷
293=0.152159029kmol/(㎡hkpa液膜吸收数据由下式计算:
2113
23
0.0095LLLLwlLLLUgKDμμαμρρ-
⎛⎫⎛⎫⎛⎫
⋅=⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭(3-11
=0.566130072m/h因为1.45ψ=
1.1GGWKKααϕ==0.15215×
0.3740×
1.451.1×
100(3-12
=8.565021kmol/(m3hkpa
0.4LLWKKααϕ==0.56613×
100×
0.37404×
1.450.4(3-13
=24.56912/h因为:
=0.8346
所以需要用以下式进行校正:
1.4
'
19.50.5GGFukkuαα⎡⎤⎛⎫⎢⎥⋅=+-⋅⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦
(3-14
=[1+9.5(0.69999-0.51.4]8.56502=17.113580kmol/(m3hkpa
2.2'
12.60.5lLFukkuαα⎡⎤⎛⎫⎢⎥⋅=+-⋅⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦
(3-15
=[1+2.6(0.6999-0.52.2]24.569123=26.42106/h
'
1GGLKKHKααα
+(3-16
=1÷
(1÷
17.1358+1÷
0.725÷
26.4210
=9.038478kmol/(m3hkpa
OGYGVVHKKPαα=
Ω
(3-17
=234.599÷
9.03847÷
101.3÷
0.785÷
0.64=0.491182m
OGOGZHN=(3-18=0.491182×
9.160434=4.501360m,得
Z=1.4×
4.501=6.30m
3.2.3填料层的分段
对于鲍尔环散装填料的分段高度推荐值为h/D=5~10。
h=5×
800~10×
800=4~8m
计算得填料层高度为7000mm,,故不需分段
3.3填料层压降的计算
取Eckert(通用压降关联图;
将操作气速'
u(=2.8886m/s代替纵坐标中的Fu查表,
DG50mm塑料鲍尔环的压降填料因子φ=125代替纵坐标中的.
则纵标值为:
.02L
L
VPguμρρϕφ∙∙=0.1652(3-19横坐标为:
0.5
VLVLWWρρ⎛⎫
=⎪⎝⎭
5358.895721.17617056.6998.2⎛⎫⎪⎝
⎭
=0.02606
(3-20
查图得
P
Z
∆=∆981Pa/m(3-21全塔填料层压降P∆=981×
7=6867Pa
至此,吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出。
第四节填料塔内件的类型及设计
4.1塔内件类型
填料塔的内件主要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。
合理的选择和设计塔内件,对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。
4.2塔内件的设计
4.2.1液体分布器设计的基本要求:
(1液体分布均匀
(2操作弹性大(3自由截面积大
(4其他
4.2.2液体分布器布液能力的计算(1重力型液体分布器布液能力计算
(2压力型液体分布器布液能力计算
(1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。
(2塔径及液体负荷不大,可采用较简单的栅板型支承板及压板。
其它塔附件及气液出口装置计算与选择此处从略。
1填料塔设计结果一览表
塔径0.8m
填料层高度7m
填料规格50mm鲍尔环
操作液气比1.26763561.7倍最小液气比
校正液体流速2.78220/s
压降6867Pa
惰性气体流量234.599kmol/h
2填料塔设计数据一览
3参考文献[1]夏清.化工原理(下)[M].天津:
天津大学出版社,2005.[2]贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计[M].天津:
天津大学出版社,2002.[3]华南理工大学化工原理教研室著.化工过程及设备设计[M].广州:
华南理工大学出版社,1986.[4]周军.张秋利化工AutoCAD制图应用基础。
北京.化学工业出版社。
4后记及其他通过本次课程设计,使我对从填料塔设计方案到填料塔设计的基本过程的设计方法、步骤、思路、有一定的了解与认识。
在课程设计过程中,使我加深了对课本知识的认识,也巩固了所学到的知识。
此次课程设计按照设计任务书、指导书、技术条件的要求进行。
同学之间相互讨论,整体设计基本满足使用要求,但是在设计指导过程中也发现一些问题,发现自己基础知识不牢固,需加强学习,扩大知识面的广度。
16
附件一:
附件一:
塔设备流程图附件二:
附件二:
塔设备设计图17
水吸收氨填料09.6.509.6.5吸收塔工艺设计图18
- 配套讲稿:
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- 最终版 化工原理课程设计水吸收氨填料吸收塔设计 化工 原理 课程设计 吸收 填料 吸收塔 设计