水吸收氨氣填料塔設(shè)計

1、化工原理課程設(shè)計課程名稱：化工原理設(shè)計題目：水吸收空氣中氨填料塔的工藝設(shè)計院系：一一化學(xué)與牛物工程學(xué)院學(xué)生姓名：千永奇學(xué)號：_200907117專業(yè)班級：_化學(xué)工程與工藝093_指導(dǎo)教師：_張玉潔化工原理課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目：水吸收空氣中的氨填料塔的工藝設(shè)計二、設(shè)計條件1 .生產(chǎn)能力：每小時處理混合氣體4500Nm/h;2 .設(shè)備型式：填料塔3 .操作壓力：101.3KPa4 .操作溫度：298K5 .進(jìn)塔混合氣中含氨8%(體積比)6 .氨的回收率為99%7 .每年按330天計，每天24小時連續(xù)生產(chǎn)8 .建廠地址：蘭州地區(qū)9 .要求每米填料的壓降都不大于103Pa三、設(shè)計步驟及要求1 .

2、確定設(shè)計方案(1)流程的選擇(2)初選填料類型(3)吸收劑的選擇2 .查閱物料的物性數(shù)據(jù)(1)溶液的密度、粘度、表面張力、氨在水中的擴(kuò)散系數(shù)(2)氣相密度、粘度、表面張力、氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)(3)氨在水中溶解的相平衡數(shù)據(jù)3 .物料衡算(1)確定塔頂、塔底的氣液流量和組成(2)確定泛點(diǎn)氣速和塔徑(3)校核D/d>810(4)液體噴淋密度校核：實(shí)際的噴淋密度要大于最小的噴淋密度。4 .填料層高度計算5 .填料層壓降校核如果不符合上述要求重新進(jìn)行以上計算6 .填料塔附件的選擇(1)液體分布裝置(2)液體在分布裝置(3)填料支撐裝置(4)氣體的入塔分布7 .計算結(jié)果列表(見下表)四、設(shè)計成果1

3、 .設(shè)計說明書(A4)(1)內(nèi)容包括封面、任務(wù)書、目錄、正文、參考文獻(xiàn)、附錄(2)格式必須嚴(yán)格按照蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計的格式打印。2 .精儲塔工藝條件圖(2號圖紙)(手繪)五、時間安排(1)第十九周-第二十二周(2)第二十二周的星期五(7月20日)下午兩點(diǎn)本人親自到指定地點(diǎn)交設(shè)計成果，最遲不得晚于星期五的十八點(diǎn)鐘。六、設(shè)計考核(1)設(shè)計是否獨(dú)立完成；(2)設(shè)計說明書的編寫是否規(guī)范(3)工藝計算與圖紙正確與否以及是否符合規(guī)范(4)答辯七、參考資料1 .化工原理課程設(shè)計賈紹義柴成敬天津科學(xué)技術(shù)出版社2 .現(xiàn)代填料塔技術(shù)王樹盈中國石化出版社3 .化工原理夏清天津科學(xué)技術(shù)出版社填料吸收塔設(shè)計一覽表參數(shù)

4、符號單位計算結(jié)果平均壓力操平均溫度作平均氣相條流率r液相件氨的濃度塔頂塔底物平均氣相性密度液相參平均粘度數(shù)平均表面張力填料的類型填料的規(guī)格空塔氣速主泛點(diǎn)氣速要塔徑工填料層高度藝氣膜傳質(zhì)系數(shù)結(jié)液膜傳質(zhì)系數(shù)構(gòu)總傳質(zhì)系數(shù)尺壓降寸操作液氣比最小噴淋密度實(shí)際噴淋密度1 .設(shè)計方案簡介用水吸收氨氣為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。對于水吸收氨氣的過程,操作溫度及操作壓力較低，工業(yè)上通常選用塑料散裝填料。在塑料散裝填料中,塑料階梯環(huán)填料的綜合性能較好，故此選用Dn50聚丙烯階梯環(huán)填料。122 .工藝計算2.1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)13由手冊2.1.1 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)

5、據(jù)。查得，25C時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:密度為:L=997.05kg/m3粘度為L=0.894910，PaS=3.2kg/(mh)表面張力為cL=71.9dyn/cm=931824kg/h2氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù)為Dl=8.53210m2/h2.1.2 氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為MMm八yiMi=0.08170.9229=28.04混合氣體的平均密度為一PMVm101.328.04Vm1.14625c空氣的粘度為RT8.314298混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得%=0.066kg/(mh)查手冊得氨氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為2DV=0.0698m2/h2.1.3 相平衡數(shù)據(jù)由

6、手冊查得，常壓下25c時氨氣在水中的亨利系數(shù)為1E=99.78kPa相平衡常數(shù)為=0.985E99.78m=二P101.3溶解度系數(shù)為：L997.053H=0.555kmol/(kPam)EMS99.7818.022.2 物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為上1-y20.081-0.08=0.0870出塔氣相摩爾比為丫2=丫(1-)=0.0870(1-0.99)-0.000870進(jìn)塔惰性氣相流量為4500V=(1-0.08)=184.82kmol/h22.4該吸收過程屬低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算，即(L).V，min丫-丫2丫/m-X2對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為X2=0)m

7、in丫-丫20.0870-0.000870Y/Y2-X20.0870/0.985-0=0.975取操作液氣比為(L)=1.5(L)min=1.50.975=1.4625VVL=184.821.4625=270.30Vg-Y2)=L(X1-X2)X1184.82(0.0870-0.000870)270.30-0.05892.3 填料塔的工藝尺寸的計算2.3.1 采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點(diǎn)氣速氣相質(zhì)量流量為273八，“wv=45001.146=4724kg/h273298液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即wL=270.3018.02=4870.81kg/hEckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)

8、為WlWvzVx0.5IE)4870.811.14605().4724997.05=0.035查圖5-21得uFt-1g=0.205查表5-11得=143m-1Uf0.205gI一：620.2059.81997.05,14311.1460.89490.2=3.537取u=0.7uf=0.73.537=2.476m/s44500：273/3600=0.767m4Vs二.27325.二u3.142.476圓整塔徑，取D-0.8m泛點(diǎn)率校核：2734500273/3600=2.279m/s273253.142.476立=2279M100%=0.6444=64.44%(在允許的范圍之內(nèi))uF3.537

9、-填料規(guī)格校核:D800=168d50液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為(Lw濡=0.08m3/mh查附錄五得at=114.2m2/m3Umin=(LW)minat=0.08114.2=9.136m3/m2h,4870.81/997.05U=n_o_o2=9.724Umin0.7850.8經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=800mm理。2.3.2填料層高度計算*Y=mX=0.9850.0589=0.0580*Y2=mX2=0脫吸因數(shù)為cmVS=-L0.985184.82八八=0.6735270.30氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為NOG=1-S*Y-Y,In(1-S)d-TSY2"Y210.087

10、0-0In1-0.67350.67351-0.67350.000870-0=10.7389氣相總傳質(zhì)單元數(shù)采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算:Ulatl=1-exp-1.45()0.75(OtCJtL、0.1,孰2_0.05Ul20.2)(:25)()Lg'L"L't查表5-13得2-C=33dyn/cm=427680kg/h液體質(zhì)量通量為UL=4870.812=9695.08kg/m2h0.7850.82d，皿427680075/9695.08、01,9695.08114.2/9695.082、。2=1-exp-1.45()()(28)()931824114.2x3.2997

11、.052x1.27x108997.05父940896M114.2=0.355氣漠吸收系數(shù)由下式計算:UV07,V1/3、工tDvkG=0.237()()1/3(-V)：tJv:vD'RT)氣體質(zhì)量通量為27345001.146Uv27325,=9403.59kg/m2/h0.7850.82kG=0.23799403.59。0.066>131114.2m0.066J0.146x0.698J114.2x0.698、I8.314x2981=0.10518kmol/m2hkpa液漠吸收系數(shù)由下式計算:0095(女)2/3(當(dāng)廣T)1/3=0.00959695.08'233.201

12、4.2X0.3553.2；<997.05父8.532父10-63.21.27108997.05=O6443m/h由kGa=匕期,查表得：寸=1.45則卜62=%藐二1.1=0.105180.355114.21.451.1=6.4170koml/(m3hkpa)ha=LaW_04=0.64430.355114.21.45.-30.306/huUf=64.44.50由kGa=1+9.5(-u-0.5尸hakLa=12.6(u-0.5,ka,得UfUfkGa=19.5(0.6443-0.5)1.416.4170=10.472koml/(m3hkpa)kLa=1+2.6(0.6443-0.52.

13、230.306=31.398/h貝kGa=k,Ga11+Hk,La111+10.4720.55531.398=6.541koml/m3hkpaHOGV_VKYa一KGaP11=0.555m184.82_26.541101.30.7850.82由Z=HogNog=0.55510.7389=5.960mZ,=1.254.953-6.19mz,-1.255.960=7.45m設(shè)計取填料層高度為Z,=8m查表，對于階梯環(huán)填料，h=8-15,hmaX<6mD取=8,則Dh=8800=6400mm計算得填料層高度為8000mm,故需分段，分為兩段，每段4000mm2.3.3填料層壓降計算采用Ecke

14、rt通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降。橫坐標(biāo)為0.5w=0.035縱坐標(biāo)為_22.27928919811.146997.05_020.89490=0.0530查圖得PZ=350Pa/m填料層壓降為P=3508=2800pa2.4液體分布器簡要設(shè)計2.4.1 液體分布器的選型600mm以下的塔,該吸收塔塔徑較小D=500mm而多孔直管式噴淋器適用于因此在本次設(shè)計中我采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋裝置。2.4.2 分布點(diǎn)密度計算,因此設(shè)計取噴淋按Eckert建議值，D=500mnW,噴淋點(diǎn)密度為285點(diǎn)/m2,點(diǎn)為285點(diǎn)/m2。布液點(diǎn)數(shù)為2n=0.7850.5285=56點(diǎn)分布為n=55點(diǎn)，如圖1-

15、1所示按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則，進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計。設(shè)計結(jié)果為11道環(huán)圓孔，每道孔分布5個孔，實(shí)際設(shè)計布點(diǎn)數(shù)為圖1-1直管式液體分布器的分液點(diǎn)示意圖2.4.3 布液計算由Ls=d02n,2g；：H取=0.60,：H=160mmd0=(4Ls二n2gH)1/2,42060.59/997.053600、1/2=()=0.0043.14550.6.29.810.16設(shè)計取d0=4mm。3 .輔助設(shè)備的計算及選型3.1 填料支承裝置支承板是用以支承填料和塔內(nèi)持液的部件。常用的填料支承板有柵板型、孔管型、駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型、駝峰型支承板。設(shè)計中，為防止在填料支承裝置處壓降過大甚至發(fā)

16、生液泛，要求填料支承裝置的自由截面積應(yīng)大于75%。在本次設(shè)計中，我選用的是孔管型支承裝置。3.2 填料壓緊裝置為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動，需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網(wǎng)板、金屬壓緊器等不同類型。對于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板。設(shè)計中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于70%=在本次設(shè)計中，我選用的是壓緊柵板。4 .結(jié)論這次我的課程設(shè)計題目是水吸收氨過程填料塔的設(shè)計，這是關(guān)于吸收中填料塔的設(shè)計。填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的結(jié)構(gòu)較簡單，壓降低等特點(diǎn)。在

17、本次設(shè)計過程中，我通過各種書籍獨(dú)立查找出各個物性數(shù)據(jù)，然后根據(jù)設(shè)計書上的步驟按要求算出各個物理量。但是在整個計算過程中，由于有些物理量沒有完全掌握，所以計算過程中出現(xiàn)了不少問題。而在運(yùn)用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算泛點(diǎn)氣速中，我覺得通過查表得出的數(shù)據(jù)有一定的差距，不能得到較為精確的數(shù)值。在整個設(shè)計過程中，由于數(shù)據(jù)繁多，所以整個計算過程都必須特別的小心，盡管如此，我認(rèn)識還是有一些失誤存在。通過這次設(shè)計，讓我學(xué)習(xí)到了很多以前沒有接觸過的知識。能夠?qū)W習(xí)到不同方面的知識。通過這次設(shè)計，不僅能提高自己的動手能力和思維能力，同時也能夠提高相關(guān)知識的運(yùn)用能力。5 .參考文獻(xiàn)1 賈紹義，柴成敬.化工原理課程設(shè)計

18、.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2004.2 王樹盈.現(xiàn)代填料塔技術(shù).北京：中國石化出版社，2010.3 夏清.化工原理.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社.6 .附錄6.1 主要符號說明符號意義及單位符號意義及單位a填料的有效比表面積，m3/(m2h)at填料的總比表卸積，U液體噴淋密度，m3/(m2h)Ul液體質(zhì)量逋量，m3/(m2h)填料的潤濕比表面積,UV氣體質(zhì)量通量，m3/(m2h)Umin最小液體噴淋密度，d填料直徑，m3/hD塔徑,mDl液體擴(kuò)散系數(shù)，m2/sDV氣體擴(kuò)散系數(shù)，m2/ssE亨利系數(shù)，kPah填料層分段高度，mH溶解度系數(shù)，kmol/(m3kPa)Hog氣相總傳質(zhì)單元高度，mNog氣相總傳質(zhì)單元數(shù)Kg氣膜吸收系數(shù)2_kmol/(mhkPa)Kl液膜吸收系數(shù)，m/hK穩(wěn)定系數(shù)，無因次Mv混