填料吸收塔課程設(shè)計(jì)說明書

1、填料吸收塔課程設(shè)計(jì)說明書專業(yè)班級姓名班級序號指導(dǎo)老師日期目錄前言2水吸收丙酮填料塔設(shè)計(jì)2一任務(wù)及操作條件.2二吸收工藝流程的確定.2三物料計(jì)算3四熱量衡算4五氣液平衡曲線.5六吸收齊I（水）的用量Ls.5七塔底吸收液濃度Xi.6八操作線.6九塔徑計(jì)算6十填料層高度計(jì)算.9十一填科層壓降計(jì)算13十二填料吸收塔的附屬設(shè)備.13十三課程設(shè)計(jì)總結(jié).15十四主要符號說明.16十五參考文獻(xiàn).17十六附圖18塔設(shè)備是煉油、化工、石油化工等生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的氣液傳質(zhì)設(shè)備。根據(jù)塔內(nèi)氣液接觸部件的形式，可以分為填料塔和板式塔。板式塔屬于逐級接觸逆流操作，填料塔屬于微分接觸操作。工業(yè)上對塔設(shè)備的主要要求：（1）生產(chǎn)能

2、力大（2）分離效率高（3）操作彈性大（4）氣體阻力小結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備取材面廣等。塔型的合理選擇是做好塔設(shè)備設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，選擇時(shí)應(yīng)考慮物料的性質(zhì)、操作的條件、塔設(shè)備的性能以及塔設(shè)備的制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)和維修等方面的因素。板式塔的研究起步較早，具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)較低、適應(yīng)性強(qiáng)、易于放大等特點(diǎn)。填料塔由填料、塔內(nèi)件及筒體構(gòu)成。填料分規(guī)整填料和散裝填料兩大類。塔內(nèi)件有不同形式的液體分布裝置、填料固定裝置或填料壓緊裝置、填料支承裝置、液體收集再分布裝置及氣體分布裝置等。與板式塔相比，新型的填料塔性能具有如下特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大、分離效率高、壓力降小、操作彈性大、持液量小等優(yōu)點(diǎn)。水吸收丙酮填料塔設(shè)計(jì)一任務(wù)及操作

3、條件混合氣（空氣、丙酮蒸汽）處理量：1249m3/ho進(jìn)塔混合氣含丙酮2.34%（體積分?jǐn)?shù)）；相對濕度：70%;溫度:35C；進(jìn)塔吸收劑（清水）的溫度25C；丙酮回收率：90%;操作壓力為常壓。二吸收工藝流程的確定采用常規(guī)逆流操作流程.流程如下。暖沖署及機(jī)尾氣、7用度計(jì)n液體再分布器*排入地溝bi塔底取樣三物料計(jì)算(l).進(jìn)塔混合氣中各組分的量近似取塔平均操作壓強(qiáng)為101.3kPq故：混合氣量=1249(273)x=49.42kmol/h2733522.4混合氣中丙酮量=49.42X0.0213=1.16kmol/h=1.16X49.42=67.28kg/h查附錄，35c飽和水蒸氣壓強(qiáng)為562

4、3.4Pa,則相對濕度為70%的混合氣中含水蒸氣量=5623.40.7101.3103-0.75623.4=0.0404kmol（水氣）/kmol（空氣十丙酮）混合氣中水蒸氣含量=49.42-0.0404=1.92kmol/h(化工單元操作及設(shè)備P18910.040416-23）=1.92X18=34.56kg/h混合氣中空氣量=49.42-1.16-1.92=46.34kmol/h=46.34X29=1344kg/h(2),混合氣進(jìn)出塔的(物質(zhì)的量)成y1=0.0234，則y2=169）=0.002446,341.921.16（1-0.9）（3） .混合氣進(jìn)出塔（物質(zhì)的量比）組成若將空氣與水

5、蒸氣視為惰氣，則惰氣量=46.34十1.92=48.26kmol/h=1344+34.56=1378.56kg/h116Y=0.024kmol（丙酮）/kmol（惰氣）48.26Y=1.16（1-0.9）=0.0024kmol（丙酮）/kmol（惰氣）48.26（4） .出塔混合氣量出塔混合氣量=48.26+1.16X0.1=48.376kmol/h=1378.56+67.2BX0.1=1385.3kg/h四熱量衡算熱量衡算為計(jì)算液相溫度的變化以判明是否為等溫吸收過程。假設(shè)丙酮溶于水放出的熱量全被水吸收，且忽略氣相溫度變化及塔的散熱損失（塔的保溫良好）。查化工工藝算圖第一冊，常用物料物性數(shù)據(jù)，

6、得丙酮的微分溶解熱（丙酮蒸氣冷凝熱及對水的溶解熱之和）：Hd均=30230+10467.5=40697.5kJ/kmol吸收液（依水計(jì)）平均比熱容Cl=75.366kJ/kmol-C,通過下式計(jì)算(Xn-XnJt=t皿inn一Cl對低組分氣體吸收，吸收液濃度很低時(shí)，依惰性組分及比摩爾濃度計(jì)算較方便，故上式可寫為:tL=2540697.6-X75.366依上式，可在x=0.0000.009之間，設(shè)系列x值，求出相應(yīng)x濃度下吸收液的溫度t_,計(jì)算結(jié)果列于表1第l,2列中。由表中數(shù)據(jù)可見，濃相濃度x變化0.001時(shí)，溫度升高0.54C,依此求取平衡線表1各液相濃度下的吸收液溫度及相平衡數(shù)據(jù)XtEm3

7、Y*X10025211.52.08800.00125.54217.62.1482.1480.00226.08223.92.2104.4200.00326.62230.12.2726.8160.00427.16236.92.3389.3520.00527.7243.72.40612.0250.00628.24250.62.47414.8440.00728.78257.72.54417.8080.00829.32264.962.61620.9280.00929.86272.272.90924.192注：（1）氣相濃度Y1相平衡的液相濃度Xi=0.0049,故取Xn=0.009;（2）平衡關(guān)系符合亨

8、利定律，與液相平衡的氣相濃度可用y*=mX表示；（3）吸收劑為清水，x=0,X=0;（4）近似計(jì)算中也可視為等溫吸收。五氣液平衡曲線當(dāng)x一丫2=48.26X0.024-0.0024=117.1kmol/h（化工單元操作及設(shè)備Xi*-X20.0089P20416-43a)取安全系數(shù)為1.8,則Ls=1.8X117.1=210.8kmol/h=210.8X18=3794kg/h七塔底吸收液濃度Xi依物料衡算式：Vb(Y、2)=Ls(XiX2)c”0.024-0.0024Xi=48.26X=0.0049210.8八操作線210.8、,X+0.0024依操作線方程式Y(jié)=.xY-LSXVBVB48.26

9、Y=4.368X+0.0024由上式求得操作線繪于附圖中。九塔徑計(jì)算塔底氣液負(fù)荷大，依塔底條件（混合氣35C）,101.325kPa查表1,吸收液27.16CI|也.尚14小之J:|:|iii.!r-i卜，T檀ni出ijRI-,可附L-n一.一上一I,T-a|*,pir圖2通用壓降關(guān)聯(lián)圖國中VLf一分別為氣液相流率*，h出、魚告別為氣蟆相喜度:好，局液相粘度卜EPhRH一液相密度核正系數(shù)，四莒3液q力一實(shí)驗(yàn)測瓶湃填料因干U各種境鞘的中闿戴于填料性褪我中,武力加速度，E也u=(0.60.8)Uf(化工單元操作及設(shè)備P20616-45)(1).采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖法(圖2)計(jì)算泛點(diǎn)氣速Uf有

10、關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算塔底混合氣流量V、S=1344+67.28+34.56=1446kg/h吸收液流量L、=3794+1.16X0.9X58=3855kg/h進(jìn)塔混合氣密度Pg=mX273=1.15kg/m3(混合氣濃度低，可近似視為空22.427335氣的密度)吸收液密度PL=996.7kg/m3吸收液黏度入=0.8543mPa-s經(jīng)比較，選DG50mm塑料鮑爾環(huán)(米字筋)。查化工原理教材附錄可得，其填料因子e二120m，比表面積A=106.4m2/m3關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)值=0.090L,:g、1/23855/1.15、1/2()=()V:L1446996.7由圖2查得縱坐標(biāo)值為0.13f2：.：，王即(

11、匕)Nl0.2：g;Lf21209.81996.71.15、022)m0.8543=0.0137uf=0.13故液泛氣速Uf=J0.13=3.08m/s，0.0137(2),操作氣速u=0.7Uf=0.7X3.08=2.16m/sD=124936000.7852.16(3) .塔徑=0.453m=453mm取塔彳全為0.5m(=500mm)(4) .核算操作氣速U=1.768m/sUf1249236000.7850.52(5) .核算徑比D/d=500/50=10,滿足鮑爾環(huán)的徑比要求。(6) .噴淋密度校核依Morris等推專，d75mm約環(huán)形及其它填料的最小潤濕速率(MWR)為0.08m3

12、/(m-h),由式(4-12):最小噴淋密度min=(MWRA=0.08X106.4=8.512m3/(m2h)38553=19.7m/(m-h)996.70.7850.5故滿足最小噴淋密度要求。十填料層高度計(jì)算計(jì)算填料層高度，即Z=HOGNOGVbY1dYKYaJY2Y-Y*（1） .傳質(zhì)單元高度Hog計(jì)算HOG=7；，其中KYa=KGaP|KYa-1111=一十（化工單兀操作及設(shè)備P20916-7）KGakGaH1本設(shè)計(jì)采用（恩田式）計(jì)算填料潤濕面積aw作為傳質(zhì)面積a,依改進(jìn)的恩田式分別計(jì)算k|_及kG,再合并為k1_a和kGa。列出備關(guān)聯(lián)式中的物性數(shù)據(jù)氣體性質(zhì)（以塔底35C,101.32

13、5kPa空氣計(jì)）：PG=1.15kg/m3（前已算出）；%=0.01885X10Pas(查附錄)；Dg=1.09X10，m2/s(依翻Gilliland式估算);液體性質(zhì)（以塔底27.16C水為準(zhǔn)）：PL=996.7kg/m3;氏=0.8543X10Pas；74*10,2（：m）0.5T八、Dl=1.344X10m2/s（以Dl=，.410T式計(jì)算）（化學(xué)工程手冊10-89）,“；.式中Va為溶質(zhì)在常壓沸點(diǎn)下的摩爾體積，G為溶劑的分子量，P為溶劑的締合因子。J=71.6X10”N/m（查化工原理附錄）氣體與液體的質(zhì)量流速:Lg=385536000.7850.52=5.5kg/(m.sVg=14

14、46236000.7850.5=2.0kg/(n2.s)Dg50mm塑料鮑爾環(huán)（亂堆）特性：dp=50mm=0.05m;A=106.4m2/m3;ac=40dy/cm=40X10-3N/m;查化學(xué)工程手冊,第12篇，氣體吸收，有關(guān)形狀系數(shù)中，中=1.45（鮑爾環(huán)為開孔環(huán)）依式awatCTC0.75=1-exp，-1.45()crLg0.1aL=1-exp-1.45,34010,371.61055106.40.854310，0.15.52106.4)-0.05996.729.810.5.5996.771.610，106.4=1-exp-1.45(0.646)(1.51)(1.49)(0.33)=

15、1-exp(-0.695)=0.501故aw=aw.A=0.501X106.4=53.3m2/m3A依式Lg2/3-L1八3/Lg1/30.4Kl=0.0051(-)()()(atdp)atjl：lDll-3kG=523(/1高上等=5.23(2.0_5106.41.88510_5_51.88510106.41.0910071/3一)()()(5.32)58.3143081.151.0910=5.23(125.6)(1.146)(4.529X10-7)(5.32)=1.814X10-3kmol/(m-33=2.41X10kmol/(m.S.kPa)S-kPa)故kLa=kLaw=1.61X10

16、、x53.3=1.04x10-2(m/s)kGa=kGaw=1.814X10-3X53.3=9.67X10-2kmol/(m2.s.kPa)(2)計(jì)算KYa111KYa=KGaP,而H=一(化工單兀操作及設(shè)備P189KGakGaH%EMs16-21a)。由于在操作范圍內(nèi)，隨液相組成和溫度h的增加，m(E)亦變，故本設(shè)計(jì)分為兩個(gè)液相區(qū)間，分別計(jì)算KGa(I)和KGa(II)區(qū)間IX=0.0049-0.002(KGa(I)區(qū)間IIX=0.002-0(為Ga(II)由表1知Ei2.=2.33x10kPa,996.7EiMs2.33102183=0.238kmol/(m.kPa)Eii=2.18X10

17、2kPa,Hii996.7=0.254kmol/(m3*.kPa)E|1Ms2.1810218KGa(i)9.6710一十-2=-20.2381.0410414.34KGa(I)=KGa(ii)29.6710=38920.2549.0310-33Kg3(ii)=2.57X10kmol/(m.S.kPa)KYa(ii)=KGa(ii).P=0.00257X101.3=0.26kmol/(m3.S)(3)計(jì)算HogHOG(I)=Vb_48.26/3600KYaiJ2a0.2540.7850.5=0.269mHOG(II)=VbKYaii_48.26/360020.260.7850.5=0.263m

18、(4).傳質(zhì)單元數(shù)Nog計(jì)算在上述兩個(gè)區(qū)間內(nèi)，可將平衡線視為直線，操作線系直線，故采用對數(shù)平均推動(dòng)力法計(jì)算Nog。兩個(gè)區(qū)間內(nèi)對應(yīng)的X、Y、Y*濃度關(guān)系如下：IIIX0.00490.0020.002-0Y0.0240.01110.01110.0024*Y0.01176-0.004420.00442-0Yi-Y2Nog=(化工單兀操作及設(shè)備P20916-54a)Ym=(Y1，*)TY=2(化工單元操作及設(shè)備P21216-26)m3:1(Y2-Y2*)用,(0.024-0.0118)-(0.0111-0.004421)=0.00916Ym()=,(0.024-0.0118)ln(0.0111-0.0

19、0442)Nog(I)(0.024-0.0111)=1.41m9.1610Ym(I:=0.00419(0.0111-0.00442)-(0.0024-0),(0.0111-0.00442)In(0.0024-0)K1小、(0.0111-0.0024)Nog(II)=2.07m4.1910與3.填料層高度z計(jì)算Z=Z1十Z2=Hog（I）Nog+Hog（ii）Nog（id=0.269X1.41十0.26X2.07=0.93m取25%富余量，則完成本設(shè)計(jì)任務(wù)需Dg50mm塑料鮑爾環(huán)的填料層高度z=1.25X0.93=1.2m。十一填料層壓降計(jì)算取圖2（通用壓降關(guān)聯(lián)圖）橫坐標(biāo)值0.105（前已算出）

20、；將操作氣速u（=1.425m/s）代替縱坐標(biāo)中的Uf查表，DG50mm塑料鮑爾環(huán)（米字筋）的壓降填料因子125代替縱坐標(biāo)中的.則縱標(biāo)值為：1.768212511502X（上5-）x（0.8543）.=0.0319.81996.7查圖2（內(nèi)插）得P=24X9.81=235.4Pa/m填料全塔填料層壓降P=1.2X235.4=282.5Pa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。關(guān)于吸收塔的物料計(jì)算總表和塔設(shè)備計(jì)算總表此處從略。十二填料吸收塔的附屬設(shè)備1、填料支承板分為兩類：氣液逆流通過平板型支承板，板上有篩孔或柵板式；氣體噴射型，分為圓柱開氣管式的氣體噴射型支承板和梁式氣

21、體噴射型支承板。2、填料壓板和床層限制板在填料頂部設(shè)置壓板和床層限制板。有柵條式和絲網(wǎng)式。3、氣體進(jìn)出口裝置和排液裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對500mnfi徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器。氣體出口既要保證氣流暢通，又要盡量除去夾帶的液沫。最簡單的裝置是除沫擋板（折板），或填料式、絲網(wǎng)式除霧器。液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。注：（1）本設(shè)計(jì)任務(wù)液相負(fù)荷不大，可選用排管式液體分布器；且

22、填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。（2）塔徑及液體負(fù)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(jì)算與選擇此處從略。十三課程設(shè)計(jì)總結(jié)1、通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對從填料塔設(shè)計(jì)方案到填料塔設(shè)計(jì)的基本過程的設(shè)計(jì)方法、步驟、思路、有一定的了解與認(rèn)識。它相當(dāng)于實(shí)際填料塔設(shè)計(jì)工作的模擬。在課程設(shè)計(jì)過程中，基本能按照規(guī)定的程序進(jìn)行，先針對填料塔的特點(diǎn)和收集、調(diào)查有關(guān)資料，然后進(jìn)入草案階段，其間與指導(dǎo)教師進(jìn)行幾次方案的討論、修改，再討論、逐步了解設(shè)計(jì)填料塔的基本順序，最后定案。設(shè)計(jì)方案確定后，又在老師指導(dǎo)下進(jìn)行擴(kuò)初詳細(xì)設(shè)計(jì)，并計(jì)算物料守衡，傳質(zhì)系數(shù)，填料層高度，塔高等；最后進(jìn)行塔附件設(shè)計(jì)。

23、2、此次課程設(shè)計(jì)基本能按照設(shè)計(jì)任務(wù)書、指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。同學(xué)之間相互聯(lián)系，討論，整體設(shè)計(jì)基本滿足使用要求，但是在設(shè)計(jì)指導(dǎo)過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題。理論的數(shù)據(jù)計(jì)算不難，困難就在于實(shí)際選材，附件選擇等實(shí)際問題。這些方面都應(yīng)在以后的學(xué)習(xí)中得以加強(qiáng)與改進(jìn)。以上足本次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)過程中的心得與體會以及對課程設(shè)計(jì)完成情況的總結(jié)，希望在以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中能揚(yáng)長避短，以取得更好的教學(xué)效果。十四主要符號說明E亨利系數(shù)，atm%一氣體的粘度，Pa/sm一平衡常數(shù)平一水的密度和液體的密度之比g一重力加速度，m2/s%,0L分別為氣體和液體的密度,kg/m3WG，Wl一分別為氣體和液體的質(zhì)量流量，kg/s3心氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(mZ一填料層高度，m：.2D2。一塔截面積，4Hog一氣相總傳質(zhì)單元高度，mNog一氣相總傳質(zhì)單元數(shù)Kg一以分壓差表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù),，2kmol/mskPa2kmol/mskPaaW一單位體積填