化工原理課程設(shè)計

1、化工原理課程設(shè)計作者:日期:化工原理課程設(shè)計-填料吸收塔設(shè)計（水吸收氨氣）一、精儲塔主體設(shè)計方案的確定1.1裝置流程的確定本次設(shè)計采用逆流操作：氣相自塔低進入由塔頂排出，液相自塔頂進入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特點是：傳質(zhì)平均推動力大，傳質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。1.2吸收劑的選擇因為用水做吸收劑，故采用純?nèi)軇?-1 工業(yè)常用吸收劑溶質(zhì)溶劑溶質(zhì)溶劑氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氫水二氧化碳水、堿液二氧化硫水硫化氫堿液、有機溶劑苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳銅氨液1.3填料的類型與選擇填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。1.3.

2、1填料種類的選擇本次采用散裝填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點不同,又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。鮑爾環(huán)是目前應用較廣的填料之一，本次選用鮑爾環(huán)。1.3.2填料規(guī)格的選擇工業(yè)塔常用的散裝填料主要有Dn16Dn25Dn38Dn76等幾種規(guī)格。同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中，又會產(chǎn)生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定。常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值列于。表3-1填料種類D/d 的推薦值拉四環(huán)D/d2030鞍環(huán)D/d15鮑爾環(huán)D/d1015階梯環(huán)

3、D/d8環(huán)矩鞍D/d81.3.3填料材質(zhì)的選擇工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類聚丙烯填料在低溫（低于0度）時具有冷脆性，在低于0度的條件下使用要慎重可選耐低溫性能良好的聚氯乙烯填料。綜合以上：選擇塑料鮑爾環(huán)散裝填料Dn501.4基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)1.4.1液相物性數(shù)據(jù)對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)。由手冊查得20C水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:1.l998.2kg/m32.3.4.5.6.黏度：i0.001pa.s3.6kg/m.h表面張力為：z72.6dyn/cm940896kg/h220CNH3:H0.725kmol/m3kpa20CNH3:Dl7.34106m2/h

4、20CNH3:Dv0.225cm2/sm2/h1.4.2氣相物性數(shù)據(jù)1.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Mvmyimi0.0617.03040.942928.2818(2-1)2.混合氣體的平均密度vmPMVMRT101.328.28188.3142931.1761kg/；3(2-2)(2-6)-7)因為該吸收過程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式計算。即:VminY1/mX2(2-8)因為是純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成X23R=8J314mKPa/kmolK3.混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊得v1.73105pas6228105kg/mh注：1N1kgm/s211Pa1N/m21

5、kg/s220C時，空氣的黏度1Pa.s=1kg/m.s2.4.3氣液相平衡數(shù)據(jù)由手冊查得， 常壓下,200c時,200C寸，NH3在水中的溶解度：NH3在水中的亨利系數(shù)為E=76.3kpaH=0.725kmo1/m相平衡常數(shù):0.7532(2-3)溶解度系數(shù):998.2/76.318.02EMSS30.726kmol/kpam(2-4)1.4.4物料橫算進塔氣相摩爾比為YI上1y10.0610.060.06383(2-5)出他氣相摩爾比為Y1(1A)0.06383(10.99)0.00063833.進塔惰性氣體流量：V600027322.427320(10.6)234.599kmolh(2所

6、以YY20.063830.0006383L0.063830.7530.7456選擇操作7氣比為-V1.7L1.2676Vmin(2-9)L=1.2676356234.599=297.3860441kmo1/h因為V(Y1-Y2)=L(XiX)X10.0498第二節(jié)填料塔工藝尺寸的計算填料塔工藝尺寸的計算包括塔徑的計算、填料能高度的計算及分段2.1塔徑的計算1.空塔氣速的確定一一泛點氣速法對于散裝填料，具泛點率的經(jīng)驗值u/uf=0.50.85貝恩（Bain）霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式,即:21418UFa1V2WLVlg1一L=A-KgLWVL(3-1)2UF1001.18360.2即：lg-(

7、3)19.810.917998.20.0942113202.5941.183681.754734.4998.2所以：uF/9.81(100/0.9173)(1.1836/998.2)=0.246053756UF=3.974574742m/s其中：Uf泛點氣速，m/s;g重力加速度，9.81nMs2t填料總比表面積，m2/m3填料層空隙率m3/m3998.2kg/m3液相密度。1.1836kg/m3氣相密度則上在允許范圍內(nèi)UF(1)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。(2)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Lwmin為0.08m3/mh。Lwmi

8、nt0.081008m3/m2h(3-3)5358.8957210.6858min998.20.7850.8(3-4)經(jīng)過以上校驗，填料塔直徑設(shè)計為D=800mm合理。根據(jù)填料規(guī)格校核：D/d=800/50=16根據(jù)表31符合WL=5358.89572kg/hWV=7056.6kg/hA=0.0942;K=1.75;取u=0.7uF=2.78220m/0.7631(3-2)圓整塔徑后D=0.8m1.泛點速率校核：u0.78560000.8236003.3174m/sUF3.31740.83463.97462.3.液體噴淋密度的校核：積流量。對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率Um

9、inWLL0.75D2460003.142.782036002.2填料層高度的計算及分段YimXi0.049850.75320.03755(3-5)*Y2mX20(3-6)2. 2.1傳質(zhì)單元數(shù)的計算用對數(shù)平均推動力法求傳質(zhì)單元數(shù)YM(3-7)*YiYi(丫2丫2)YMlnUY2丫2(3-8)0.063830.00063830.03755,0.02627In一0.0006383=0.0068952.2.2質(zhì)單元高度的計算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：0.750.120.051exp1.454與ULVt0.2(3wtLg一9)即：aw/at=0.3液體質(zhì)量通量為:uL=WL/0.7

10、85X0.8X0.8=10666.5918kg/(m2?h)氣體質(zhì)量通量為：uv=60000X1.1761/0.64=14045.78025kg/(m2?h)YiY2NOG氣膜吸收系數(shù)由下式計算:=1+9.5(0.699990.5)1.48.56502=17.113/(m3hkpa)kG0.237%)7v/1VDV3tDVRT(3-10)=0,237(14045.78025+100.6228X105)7(228+0.081+1.1761)0.3(100X0.081+8.314+293)=0.152159029kmol/(m2hkpa)液膜吸收數(shù)據(jù)由下式計算:=0.566130072m/hKL0

11、.0095工LDL(3-11)因為1.45KGKGW1.10.15215X0.37401.451.1X100(3-12)=8.565021kmol/(m3hkpa)KLKLW0.4=0.56613X100X0.3741.450.4(3-13)=24.56912/因為：u/=0.8346所以需要用以下式進行校正:1.4kG19.5UF0.5kG(314)580kmolkl2.212.60.5kLUF(3-15)=1+2.6(0.6999-0.5)2.224.569123=26.42106/hKG1KG1rHKL(3-16)=1+(1+17.1358+1+0.725-26.40)=9.038478

12、kmol/(m3hkpa)HOGVKGP(3-17)=234.599+9.03847+101.3+0.7.64=0.491182mZHOGNOG(3-18)=0.491182X9.160434=4.501360m,得Z=1.4X4.501=6.30m2.2.3填料層的分段對于鮑爾環(huán)散裝填料的分段高度推薦值為h/D=510。h=5X80010X800=48m計算得填料層高度為7000mm,故不需分段2.3填料層壓降的計算取Eckert(通用壓降關(guān)聯(lián)圖);將操作氣速u(=2.8886m/s)代替縱坐標中的uF查表，DG50mm塑料鮑爾環(huán)的壓降填料因子=125代替縱坐標中的.則縱標值為：2u?：2=

13、0.1652gL(319)030,5WLV5358.895721.1761WVL7056.6998.2=0.02606(3-20)P981Pa/mZ(321)全塔填料層壓降P=981X7=6867Pa至此，吸收塔的物科衡算、塔徑、填料層高度及填料層壓降均已算出第三節(jié)填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計2.1塔內(nèi)件類型填料塔的內(nèi)件主要有填料支撐裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理的選擇和設(shè)計塔內(nèi)件，對保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。3. 2塔內(nèi)件的設(shè)計4. 2.1液體分布器設(shè)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(4)其他3.2.2液體分布器布

14、液能力的計算(1)重力型液體分布器布液能力計算(2)壓力型液體分布器布液能力計算注：(1)本設(shè)計任務液相負荷不大，可選用排管式液體分布器；且填料層不高,橫坐標為:查圖得可不設(shè)液體再分布器。(2)塔徑及液體負荷不大，可采用較簡單的柵板型支承板及壓板。其它塔附件及氣液出口裝置計算與選擇此處從略。注:1填料塔設(shè)計結(jié)果一覽表塔徑0.8m填料層高度7m填料規(guī)格50mm鮑爾環(huán)操作液氣比1.26763561.7 倍最小液氣比校正液體流速2.78220/s壓降6867Pa惰性氣體流量234.599kmol/h2填料塔設(shè)計數(shù)據(jù)一覽uV氣體的粘度，1.73105Pa/s=6228105kg/m.hm一平衡常數(shù) 0

15、.7532一水的密度和液體的密度之比 12,og重力加速度，m/s9.81=1.27108m/h,3,3V；L分別為氣體和液體的密度，1.1836kg/m;998.2kg/m；WL=5358.89572kg/hW=7056.6kg/h 一分別為氣體和液體的質(zhì)量流量3S-氣相總體積傳質(zhì)系數(shù),kmOl/mSZ填料層高度，m一塔截面積,4D2HOG一氣相總傳質(zhì)單元高度，mNOG一氣相總傳質(zhì)單元數(shù)2KGkmol/mskPa一以分壓差表不推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，aW一單位體積填料的潤濕面積D必花8.314kNm/kmolKR一氣體常數(shù)，DV0.081m2/h;DL7.34106m2/h一氨氣在空氣中中的擴散

16、系數(shù)及氨氣在水中的擴散系L液體的表面張力，=940896kg/h2填料材質(zhì)的臨界表面張力，427680kg/h2;開孔鮑爾環(huán)=1.45液體質(zhì)量通量為：uL=WL/0.785X0.80.8=10666.5918kg/(itf?h)氣體質(zhì)量通量為：uV=600001.1761/0.64=14045.78025kg/(m2?h)3參考文獻1夏清.化工原理（下）M.天津：天津大學出版社，2005.2賈紹義，柴誠敬.化工原理課程設(shè)計M.天津：天津大學出版社，2002.3華南理工大學化工原理教研室著.化工過程及設(shè)備設(shè)計M.廣州：華南理工大學出版社，198t填料總比表面積，填料層空隙率m3/m2,3m/m100391.7%kG一以分壓差表示推動力的氣膜傳質(zhì)系數(shù),2kmol/mskPaH溶解度系數(shù)，0.7252kmol/mkPa