清水吸收丙酮填料塔的設(shè)計(jì)之歐陽德創(chuàng)編

1、化工原理課程設(shè)計(jì)時間：2021.03.07創(chuàng)作：歐陽德清水吸收丙酮填料塔的設(shè)計(jì)學(xué)院醫(yī)藥化工學(xué)院專業(yè)高分子材料與工程班級高分子材料與工程13（1）班姓名 李凱杰學(xué)號 13155301xx指導(dǎo)教師嚴(yán)明芳、龍春霞年月日設(shè)計(jì)書任務(wù)（一）設(shè)計(jì)題目試設(shè)計(jì)一座填料吸收塔，用于脫除空氣中的丙酮 蒸汽。混合氣體處理量為 4000m3/h。進(jìn)口混 合氣中含丙酮蒸汽_6_（體積百分?jǐn)?shù)）；混合氣進(jìn) 料溫度為35。采用25清水進(jìn)行吸收，要求：丙酮的回收率達(dá)到_95%_（二）操作條件（1）操作壓力 101.6 kPa（2）操作溫度 25（3）吸收劑用量為最小用量的倍數(shù)自己確定（4）塔型與填料自選，物性查閱相關(guān)手冊。（三）

2、設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)方案的確定和說明（2）吸收塔的物料衡算；（3）吸收塔的工藝尺寸計(jì)算；（4）填料層壓降的計(jì)算；（5）液體分布器簡要設(shè)計(jì)；（6）繪制液體分布器施工圖；（7）其他填料塔附件的選擇；（8）塔的總高度計(jì)算；（9）泵和風(fēng)機(jī)的計(jì)算和選型；（10）吸收塔接管尺寸計(jì)算；（11）設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表；（12）繪制生產(chǎn)工藝流程圖（A3號圖紙）；（13）繪制吸收塔設(shè)計(jì)條件圖（A3號圖紙） （14）對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論。目錄前言1第1章填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定1裝置流程的確定1吸收劑的選擇1操作溫度與壓力的確定2填料的類型與選擇2第2章基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)與物料衡算2基礎(chǔ)物性衡算2液相物性數(shù)據(jù)2氣相物性

3、數(shù)據(jù)3氣液相平衡數(shù)據(jù)4物料衡算4第3章填料塔的工藝尺寸計(jì)算5塔徑的計(jì)算5泛點(diǎn)率的校核6填料規(guī)格校核6液體噴淋密度校核7填料塔填料高度的計(jì)算7傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算7傳質(zhì)單元高度的計(jì)算8填料層高度的計(jì)算10填料塔附屬高度的計(jì)算10填料層壓降的計(jì)算11第4章填料塔附件的選擇與計(jì)算11液體分布器簡要設(shè)計(jì)11液體分布器的選型11分布點(diǎn)密度計(jì)算12布液計(jì)算12液體收集及分布裝置13氣體分布裝置14除沫裝置14填料支承及壓緊裝置14填料支承裝置14填料限定裝置15裙座15人孔16第5章填料塔的流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算16吸收塔主要接管的計(jì)算16液體進(jìn)料管的計(jì)算16氣體進(jìn)料管的計(jì)算16離心泵和風(fēng)機(jī)的計(jì)算與選型17離心泵的

4、計(jì)算與選型17風(fēng)機(jī)的計(jì)算與選取19設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表20對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論24參 考 文 獻(xiàn)25前言吸收是利用混合氣體中各組分在液體中的溶解度的差異來分離氣 態(tài)均相混合物的一種單元操作。在化工生產(chǎn)中主要用于原料氣的凈 化，有用組分的回收等。填料塔是氣液呈連續(xù)性接觸的氣液傳質(zhì)設(shè)備。塔的底部有支撐板 用來支撐填料，并允許氣液通過。支撐板上的填料有整砌和亂堆兩 種方式。填料層的上方有液體分布裝置，從而使液體均勻噴灑于填 料層上。本次化工原理課程設(shè)計(jì)的目的是根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用填料吸收塔的 方法處理含有丙酮的混合物，使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)中,主要以 清水吸收混合氣中的丙酮，在給定的操作條件下對

5、填料吸收塔進(jìn)行 物料衡算。本次設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)方案的選取，主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì) 算物料衡算、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，工藝流 程圖，主要設(shè)備的工藝條件圖等內(nèi)容。第1章填料塔主體設(shè)計(jì)方案的確定裝置流程的確定因?yàn)槟媪鞑僮鞯膫髻|(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。因此本次設(shè)計(jì)采用逆流操作，即氣相自塔底進(jìn)入 由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出。吸收劑的選擇由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，本次設(shè)計(jì)用清水做吸收劑，故采用純?nèi)軇２僮鳒囟扰c壓力的確定由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知，本次設(shè)計(jì)操作溫度為 25，操作壓力為101.6kPa填料的類型與選擇填料的種類有很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī) 整

6、填料兩大類。規(guī)整填料是按一定的幾何圖形排列，整齊堆砌的填 料，其造價較高，因此從實(shí)際出發(fā)，本次設(shè)計(jì)采用散裝填料。在散裝填料中，階梯環(huán)填料具有氣通量大、氣流阻力小、傳質(zhì)效 率高等特點(diǎn)，是目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種；從填料 的材質(zhì)考慮，塑料填料具有質(zhì)輕、價廉、耐沖擊、不易破碎等優(yōu) 點(diǎn)，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中；在散裝填料中，同 類填料的尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料 費(fèi)用也增加，而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中有會產(chǎn)生液體分布 不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低1。綜上分析，本次設(shè)計(jì)采用DN38-聚丙烯階梯環(huán)填料。第2章基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)與物料衡算基礎(chǔ)物性衡算液

7、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2查得，常壓、25時水的相關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度為 p L = 997.043kg/m3表面張力為。=71.97dyn/cm3 =932731kg/h2L粘度為 rL = 0.0008937 Pa s = 3.217kg/ (m h)則101.6kPa, 25時，水的粘度為rL=0.0008937 x101.6101.3=0.0008963Pa s = 3.227kg/ (m h)查手冊3得20時丙酮在水中的擴(kuò)散系數(shù)為D = 1.16x10-9 m2/s = 4.18x 10-6m2/h則25時丙酮在水中的擴(kuò)散系數(shù)為D =

8、 D (p0-)()3/2 = 1.16x10-9 x(101.3 )x( 298.13 )3/2 = 1.19x10-9m2/s = 4.28x 10-6m2/hLL0 p T0101.6293.132.1.2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為MV = 2 Mi = 0.06x58+( 1 - 0.06) x29 = 30.74混合氣體的平均密度為P = PMmVmRT101.6 x 30.748.314 x 308.13= 1.22kg/m3混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊3得常壓下、20時空氣的粘度為r = 1.81 x 10-5Pa s = 0.06516kg/ (m h)

9、則在101.6kPa、25時空氣的粘度為T 3(-)2(T +110.4)rT0V- = 0r。T +110.4()3 +110.4)(298.13)3 x(293.13 +110.4)r =r 工-0= 1.81x10 一5 x 293.13V 0 T +110.4298.13 +110.4=1.83x10-5Pa s = 0.066kg/ (m h)在101.3kPa, 20時，查手冊3丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為D = 1 x 10-5 m2/s則101.6kPa, 25時，丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為273.13 + 25101.6D = 1x 10-5 x()1.81 x() = 1.03

10、x10-5m2/s = 0.0372m2/hV273.13 + 20101.32.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)查手冊4得，常壓下20時丙酮在水中的亨利系數(shù)為E = 211.5kP a相平衡常數(shù)為E 211.5P 101.6=2.08溶解度系數(shù)為H = -L-EM S997 043=0.25211.5 x 182.2物料衡算進(jìn)塔氣相摩爾比為1-y1 1-0.06006- = 0.0638出塔氣相摩爾比為Y = y(1-n)= 0.0638 x (1- 0.95) = 0.0031921進(jìn)塔惰性氣相流量為4000273.13V = xx (1 - 0.06) = 148.8kmol/h22.4 273.1

11、3 + 35該吸收過程為低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計(jì)算，即(-)V minY Y12-Y1 Xm2對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為0.0638- 0.00319=1.976min 0.0638 八02.08取操作液氣比為-=1.4( L)V V min-=1.4 x 1.976 = 2.77VL = 2.77 x 148.8 = 412.2kmol/hV (Y Y ) = L(X X )X = X + V(Y1-二 0 +148.8 x (0.0638 一0.00319): 0.021912 l412.2第3章填料塔的工藝尺寸計(jì)算3.1塔徑的計(jì)算采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖

12、3計(jì)算泛點(diǎn)氣速氣相質(zhì)量流量為3V = pv 匕=1.22 x 4000 = 4880kg/h液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即3 L = LMS = 412.2 x 18 = 7419.6kg/h則Eckert通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為3p7419.61.22( V-)0.5 = x ()0.5 = 0.0543V pL4880997.043查圖5-323得u2 V PFF V |Ll0.2 = 0.13 gPLL查表5-111得二170m-iF:0.13gp=LYVP旦0.2 卜F V L,0.13x9.81x997.043 、 ,=2.5m/s170 x1x1.22 x10.24Vs 1=u

13、 = 0.7uF = 0.7 x 2.5 = 1.75ms：44000/3600 ） 0.808m 3.14 x1.75圓整塔徑，取D = 0.8m3.2泛點(diǎn)率的校核u = 4000/3600 = 2.21m/s 0.785 x 0.82221x 100% = 88.4% （不在允許范圍內(nèi)）2.5則填料塔塔徑取D = 900mmu = 4000/3600 = 1.75m/s 0.785 x 0.92175x100% = 70% （在允許范圍內(nèi)）2.53.3填料規(guī)格校核3.4液體噴淋密度校核對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率為(L ) i = 0.08m3/ (m h)查附錄51

14、得a = 132.5m2/m3 tU i =（L）i = 0.08x 132.5 = 10.6m3/（m2 h）U = 7419.6/997.043 二 11.70 U0.785D 20.785 x 0.92min經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D = 900mm合理3.5填料塔填料高度的計(jì)算3.5.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算X = 0.0219X 2 = 0Y* =mX =2.08x0.0219=0.046Y*=02 塔底吸收推動力為A彳=彳-彳=0.0638 - 0.046 = 0.0178塔頂吸收推動力為AY2 = Y2 - Y* = 0.00319 - 0 = 0.00319對數(shù)平均推動力為AY

15、mAY -AY0.0178 0.00319T+aFln1A Y2in業(yè)8 0.00319= 0.00850氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為NOGY -Y 0.0638 - 0.003190.00850=7.133.5.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式1計(jì)算：)0.1(Ut )-0.05 ( pL2gU 2、L)0.2 peaaeU = 1-exp-1.45( )0.75 (Lae a旦查表5-131得e = 33dyn/cm = 427680kg/h 2液體質(zhì)量流量為7419.60.785 x 0.92=11668.79kg/(m2 h)a = 1-exp-1.45( at4276

16、80932731)0.75(11668.79132.5x3.227)0.1(11668.792 x132.5997.0432 x1.27x108)-0.05(11668.792)0.2 = 0.362997.043 x 932731 x 132.5填料的潤濕比表面積為a 印=0.362a t = 0.362 x 132.5 = 47.97m2/m3氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算： )1/3(一)pVDVRTk = 0.237( UVv- )0.7( ga從氣體質(zhì)量通量為4000 x1.220.785 x 0.92=7674.8kg/ (m2 h)7674.80.066132.5 x 0.0372k =

17、 0.237()0.7()1/3()g 132.5 x 0.0661.22 x 0.03728.314 x 298.13=0.0614kmol/ (m2 h kPa)液膜吸收系數(shù)有下式計(jì)算：k = 0.0095(乙)2/3( L )-1/2( Lg )1/3la R p D p11668.79、/3.227、,3.227x1.27 x108、=0.0095()2/3()-1/2()1/347.97 x 3.2271.22 x 4.28 x10-61.22=0.15m/h由ka = ka/ 1.1，階梯環(huán)填料是開孔環(huán)，查表5-141得V = 1.45，則k a = k a V 1.1 = 0.0

18、614 x 47.97 x 1.451.1 = 4.432kmol/ (m3 h kF a)kLa = k L a WV。& = 0.15 x 47.97 x 1.450.4 = 8.348 l/h -u = 70% 50%修正的恩田公式只使用于u 0.5u歹時，需要按下式進(jìn)行校正，即k a = 1 + 9.5(u- - 0.5)1.4k aGuGF1.75=1 + 9.5 x (0.5)1.4 x 4.432 = 8.855kmol/ (m3 h kF a)2.5k a = 1 + 2.6(u 0.5)2.2k a LuLF175=1 + 2.6 x ( 0.5)2.2 x 8.348 =

19、8.977 l/h2.5氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)為1rk a Hk aGL=1.79kmol/ (m3 h kF a)1L1+8.855 0.25 x 8.977氣相總傳質(zhì)單元高度為HOG=1.29mV _ V _148.8KY aQ 葭 apQ 1.79 x 101.6 x 0.785 x 0.923.5.3填料層高度的計(jì)算Z = HOGNOG = 1.29 x 7.13 = 9.20m采用上述方法計(jì)算出填料層高度后，還應(yīng)保留一定的安全系數(shù)， 則Z = 1.25 x 9.2 = 11.5 m設(shè)計(jì)取填料層高度為Z = 12 m查表5-16i，對于階梯環(huán)填料，h = 8 15 , h 7200mm,依

20、據(jù)表5-16i階梯環(huán) 填料的分段要求，可將填料層分為兩段設(shè)置，每段6m,兩段之間設(shè) 置一個液體再分布器。3.6填料塔附屬高度的計(jì)算塔的附屬空間高度包括塔上部空間高度、安裝液體分布器和液體 再分布器（包括液體收集器）所需要的高度、塔底部空間高度以及 塔裙座高度。本次設(shè)計(jì)塔上部空間高度，可取為1.2m，液體再分 布器的空間高度約為1m，塔底液相停留時間按5min考慮，則塔釜 液所占空間高度為7419.65 x 60 xZ 二Z043 x 3600 = 0.8m10.785考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取1.0m，所以塔的附屬高度為Z= 1.2 +1 +1 = 3.2m (不含裙座高度)

21、3.7填料層壓降的計(jì)算散裝填料的壓降值由Eckert通用關(guān)聯(lián)式計(jì)算，則橫坐標(biāo)為L(r (V-)0.5 = 0.0543 P查表5-181得，p = 116m-i，縱坐標(biāo)為U2 w p1.752 x116 x11.22pv- U0.2 =xx 3.227。2 = 0.056gp L l 9.81997.043查圖5-323得Ap/Z = 42 x 9.81 = 412.02Pa/m則填料層壓降為Ap = 412.02 x12 = 4944.2P a第4章填料塔附件的選擇與計(jì)算液體分布器簡要設(shè)計(jì)液體分布器的選型液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式、及 槽盤式等。因槽式液體分布器具有較

22、大的操作彈性、優(yōu)良的布液性 能、極好的抗堵塞、結(jié)構(gòu)簡單、氣相阻力小等優(yōu)點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)選用 槽式分布器。分布點(diǎn)密度計(jì)算液體噴淋密度越小，分布點(diǎn)密度越大。噴淋點(diǎn)密度為 U =Lh= 11.70，因該塔噴淋電密度較小，設(shè)計(jì)去噴淋點(diǎn)密度0.785D 2為100點(diǎn)/m2布液點(diǎn)數(shù)為n = 0.785 x 0.92 x 100 = 63.585點(diǎn)六 64點(diǎn)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(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果 為：二級槽共設(shè)5道，在槽側(cè)面開孔，槽寬度為40mm,槽高度為 200mm，兩槽中心距為170mm。分布點(diǎn)采用三角形排列，實(shí)際設(shè)計(jì) 布點(diǎn)數(shù)為66點(diǎn)，布液點(diǎn)示意圖如圖4-1所示。圖4-1槽式液體分布器二級

23、槽的布液點(diǎn)示意圖布液計(jì)算液體體積流量為L =412.2 X18= 2.07 x10-3m3/ss 997.043 X 3600n 八_ _ 八彳八L = d2n。、：2gAH,。= 0.55 0.60s 4 0取。=0.60, AH = 160mm，則布液孔徑為d =(4 Ls)1/20 兀皿 x；2gAH7419.6二 (3.14 x 62 x 0.69X7Z.81x 0.16 2 =阿63m設(shè)計(jì)取d0 = 6mm液體收集及分布裝置為減小壁流現(xiàn)象,當(dāng)填料層較高時需進(jìn)行分段,本次設(shè)計(jì)填料層 高度Z=12m，故需分成2段，兩段之間設(shè)置液體收集及再分布裝 置。多孔盤式液體再分布器是集液體收集和在分

24、布功能于一體的液 體收集和再分布裝置,其具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、安裝空間高度低等 優(yōu)點(diǎn)。故本次設(shè)計(jì)采用多孔盤式液體再分布器作為液體收集及分布 裝置。多孔盤式液體再分布器如圖4-2所示。圖4-2多孔盤式液體再分布器氣體分布裝置為了實(shí)現(xiàn)氣相均勻分布，設(shè)置性能良好的氣相分布裝置是十分重 要的。通常情況下，對于直徑小于2.5m的小塔多采用簡單的氣體分 布裝置，本次設(shè)計(jì)填料塔塔徑D=0.9m,可采用如圖4-3所示的簡單 的氣體分布裝置。圖4-3 小塔氣體分布裝置除沫裝置除沫裝置的作用是為了進(jìn)行氣液分離，出去氣體夾帶的霧沫，保 證后續(xù)設(shè)備的正常操作。除沫裝置可以安裝在塔內(nèi)或塔的上部，也 可以作為獨(dú)立的氣液分離

25、設(shè)備。絲網(wǎng)除沫器具有除沫效率高、壓降 小的特點(diǎn)，因此本次設(shè)計(jì)采用絲網(wǎng)除沫器作為除沫裝置。填料支承及壓緊裝置填料支承裝置填料支承裝置的作用是支承填料以及填料層內(nèi)液體的重量，一般 情況下填料支承裝置應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度、開孔率，以支持填 料及其所持液體的重量，防止在支撐板發(fā)生液泛，結(jié)構(gòu)上應(yīng)簡單易 于加工制造和安裝，有利于氣液相的均勻分布，同時不至于產(chǎn)生較大的阻力。氣體噴射式填料支承裝置具有氣體流通量自由截面率大、阻力 小、承載能力強(qiáng)、氣液兩相分布效果好等特點(diǎn)，因此本次設(shè)計(jì)采用 氣體噴射式填料支承裝置。填料限定裝置為保證填料塔在工作狀態(tài)下填料床層能夠穩(wěn)定，防止高氣相負(fù)荷 或負(fù)荷突然變動時填料層發(fā)生

26、松動，破壞填料層結(jié)構(gòu)，甚至造成填 料損失，在填料層頂部設(shè)置填料限定裝置。填料限定裝置分為填料 壓板和床層限定板。填料壓板常用于陶瓷填料，床層限定板多用于 金屬和塑料填料。本次設(shè)計(jì)選用DN38-聚丙烯階梯環(huán)塑料填料，因 此采用床層限定板。裙座一般塔設(shè)備的高徑比較大，要承受地震、風(fēng)、偏心以及內(nèi)壓等載 荷，為保證塔設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，在設(shè)備下部一圈焊接裙座。裙 座結(jié)構(gòu)有圓筒形和圓錐形兩種形式。對于直徑小且細(xì)高的塔（即 DN 25或DN 1m且H /DN 30 ），為了增加設(shè)備的 穩(wěn)定性降低地腳螺栓和基礎(chǔ)環(huán)支承面上的應(yīng)力，可采用圓錐形裙 座。本次設(shè)計(jì)中，填料塔總高度為H = 15.2m則DN = 90

27、0mmH / DN = 16.9 25故本次設(shè)計(jì)填料塔不屬于直徑小且細(xì)高的塔，因此采用圓筒形裙 座。人孔人孔是安裝或檢修人員進(jìn)入塔內(nèi)的唯一通道。人孔可設(shè)在每段填 料層的上下方，同時兼作填料裝卸孔用，同時也設(shè)置在氣液緊、出 口等需要經(jīng)常維修清理的部位。參考國家標(biāo)準(zhǔn)的手孔和人孔手冊 ，本次設(shè)計(jì)選用公稱壓力為常壓，公稱直徑 450mm的平面型人 孔。第5章填料塔的流體力學(xué)參數(shù)計(jì)算吸收塔主要接管的計(jì)算液體進(jìn)料管的計(jì)算進(jìn)料管的結(jié)構(gòu)類型很多，有直管進(jìn)料管、彎管進(jìn)料管、T型進(jìn)料 管。本次設(shè)計(jì)選用直管進(jìn)料管。進(jìn)料管管內(nèi)的允許流速一般不超過0.51.8m/s，故取管內(nèi)液體流速為 = 1.5m/s，則液體進(jìn)出口內(nèi)

28、徑為,4L：4 X 2.04 X10-3d = t = = 0.042m = 42mmi nu1， 3.14 x1.5查參考書5選用。50mm x 3mm的無縫鋼管，其實(shí)際內(nèi)徑為d = 50-3 x 2 = 44nm1校正流速為4L4x2.07x10-3u = = 1.36m/s1 nd23.14 x 0.044215.1.2氣體進(jìn)料管的計(jì)算采用直管進(jìn)料，由于常壓下塔的氣體進(jìn)出口管氣速可取1020m/s,故取氣體進(jìn)出口流速近似為16m/s,則氣體進(jìn)出口內(nèi)徑為二 /x4000/3600 =0.297m= 297mmnu2弋 3.14 x16查參考書5選用M25mm義12mm的無縫鋼管，其實(shí)際內(nèi)徑

29、為d2 = 325-12 x 2 = 301mm氣體的實(shí)際流速為u，_ 4。_ 4x 4000/3600 _ 156nl人u2 - TJ2 - 3.14 x 0.3012 - .mS5.2離心泵和風(fēng)機(jī)的計(jì)算與選型 5.2.1離心泵的計(jì)算與選型管內(nèi)液體的流速為u = 1.36m/s則雷諾數(shù)為Re 二地二 997.043 x 0.044 x L36 - 59366.20.001005s 0 3取管壁絕對粗糙度s = 0.2mm，則相對粗糙度=03 = 0.0068 d 44查圖1-363得九二0.032直管阻力壓頭損失為泵入口管長0.2m液體分布器前的管長0.5m吸入管深入清水里的管長0.3ml

30、U20.2 + 0.3 + 0.5 +15.2-0.032 xd 2g0.0441.362x= 1.11m2 x 9.81局部阻力壓頭損失為一個標(biāo)準(zhǔn)截止閥（全開）己=6.0一個帶濾水器的底閥（全開）己=2.0三個90 彎頭自=0.75 x3 = 2.25&進(jìn)口= 0.5，&出口二1u21362h 二自 =(6.0 + 2.0 + 2.25 + 0.5 + 1)x= 2.22mf 2g2 x 9.81管路系統(tǒng)總的壓頭損失為Z h =h +h = 1.11+ 2.22 = 3.33m fff氣體進(jìn)口壓力降為Ap =1P U2 =1 x1.22 x 15.62 = 148.5P a12 vm2氣體出

31、口壓力降為Ap2 = 1 p u2 =1 x 1.22 x15.62 = 74.2P a 4 vm4吸收塔的總壓力降為Apf =Ap + Ap1 + Ap2 = 4944.2 +148.5 + 74.2 = 5166.6P a其他塔內(nèi)件的壓力降Z Ap較小，在此可以忽略揚(yáng)程為h =(15.2 + 0.2)+ 51666 + 3.33 = 19.26mf997.043 x 9.81流量為Q二巴L PL7419.6997.043=7.44m3/h參考離心泵規(guī)格7，根據(jù)上述所計(jì)算得出的流量和揚(yáng)程，選用離 心泵型號為IS50-32-125，其規(guī)格為如下表5-1所示。表5-1 IS50-32-125單級

32、單吸離心泵規(guī)格流量m3/h揚(yáng)程H/m效率n/%必需汽蝕余量轉(zhuǎn)速功率/kw(NPSH)r /m(r/min)軸功率電功率12.520602.029001.132.2注：準(zhǔn)備兩個離心泵，一個備用。5.2.2風(fēng)機(jī)的計(jì)算與選取氣體流量為QV = 4000m3/h以風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口外側(cè)為截面列伯努利方程，得z g + 幺 + U-u2 + We = z g + p2- + u2 +W1 p 2 12b p 2 2 f將上述各項(xiàng)同乘以P，整理可得p = pWe = (z -z )pg + (p -p ) + P-(u2 -u2)+Ap T2121221f由于（z -z）較小，氣體p也較小，故（z -z ）pg

33、項(xiàng)可忽略；由 2121故 H(U2 -U2)221直管阻力pf忽于以風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口外側(cè)為截面，截面速度U= u2氏0項(xiàng)可忽略；Ap = p +p,中，由于進(jìn)、出口管段很短， fff略不計(jì)，即Ap = p =pZw1 = pg 上+pg u2f ff 進(jìn)口 2 出口 2由于本設(shè)計(jì)任務(wù)是吸收空氣中的丙酮，混合氣體直接從大氣進(jìn)入通風(fēng)機(jī)，管內(nèi)流速u亦可忽略，進(jìn)一步化簡得1u 2Ap = p = pgf f 出口 2吸收塔內(nèi)氣體的操作壓力為101.6kPa,氣體進(jìn)入塔內(nèi)要克服塔內(nèi)氣體的壓力、填料層的壓降以及氣體從塔頂排出的出口壓降，所p2二p操作十年2+年P(guān)廣P常壓P2工二加2 +小通過一系列的簡化，全風(fēng)

34、壓p 7整理可得p 7 =(P2-pi)+ Apf =Ap2 +Ap + P,出口 與=74.2 + 4944.2 +1.22 xlx 1562 = 5166.8 P a2將使用條件下的風(fēng)壓換算為標(biāo)定條件下的風(fēng)壓p = p 三=5166.8 x 上=5082.1Pa70p1.22Vm參考通風(fēng)機(jī)選型使用手冊8，根據(jù)上述計(jì)算得出的流量和全風(fēng) 壓，選用的通風(fēng)機(jī)為SL-5-45-11型物料輸送型通風(fēng)機(jī)，批號為No5.6,風(fēng)機(jī)傳動為C式傳動，其規(guī)格如下表5-2所示。表5-2 SL-5-45-11型物料輸送型通風(fēng)機(jī)規(guī)格批號傳動轉(zhuǎn)速/ 序 流量/電動機(jī)(r/min全壓 內(nèi)效率/(%) 需用功率/kwNo方式

35、)號(mH)型號功率Y1605.6C240074900295756.18.215M2-2注：由于全壓較大，故兩臺通風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作。設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表表1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)和物料衡算總表項(xiàng)目符號數(shù)值與計(jì)量單位丙酮在水中的擴(kuò)散系數(shù)DL4.28X10-6 m2/h丙酮在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)DV0.0372 m2/h丙酮在水中的亨利系數(shù)E211.5 kPa丙酮在水中的溶解度系數(shù)H0.25kmol/(kPa m3)吸收劑的摩爾流量L412.2 kmol/h混合氣體的平均摩爾質(zhì)量MVm30.74 g/mol氣液相平衡常數(shù)m2.08混合氣體的體積流量V4000 m3/h出塔液相摩爾比X10.0219進(jìn)他液相摩爾比X20進(jìn)塔

36、氣相摩爾比Y10.0638出塔氣相摩爾比Y20.00319回收率n95%水的黏度NL3.227 kg/(m h)空氣的黏度RV0.066 kg/(m h)水的密度PL997.043kg/m3混合氣體的平均密度PVm1.22 kg/m3水的表面張力OL932731 kg/h2表2塔設(shè)備衡算總表項(xiàng)目符號數(shù)值與單位塔徑D0.9 m布液孔徑d06 mm填料塔的總高度H15.2 m總傳質(zhì)單元高度HOG1.29 m塔釜液所占空間高度h0.8 m氣相總傳質(zhì)系數(shù)K Ga1.79 kmol/(m3 h kPa)氣膜吸收系數(shù)kG0.0614 kmol/(m2 h kPa)液膜吸收系數(shù)kL0.15 m/h氣相總吸收

37、系數(shù)k a4.432 kmol/(m3 h , kPa)液相總吸收系數(shù)k a8.348 h-1氣相總吸收系數(shù)（校正后）k aG8.855 kmol/(m3 h kPa)液相總吸收系數(shù)（校正后）k aL8.977h-1最小濕潤速率0.08 m3/(m h)氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG7.13布液點(diǎn)數(shù)n62點(diǎn)填料層壓降A(chǔ)p4944.2 Pa液體噴淋密度U11.70m3/ (m2 h )液體質(zhì)量通量UL11668.79kg/(m2 h)液體體積流量Ls2.07x10-3 m3/h氣體質(zhì)量通量UV7674.8 kg/(m2 h)續(xù)表2項(xiàng)目符號數(shù)值與單位泛點(diǎn)氣速uF2.5 m/s實(shí)際氣速u，1.75 m/s泛點(diǎn)率u / /uF70%與X1平衡氣相摩爾比Y*0.046與X2平衡氣相摩爾比Y*0填料層的高度Z12m塑料階梯環(huán)比表面積at132.5 m2 m-3填料的濕潤比表面積aW47.97 m2 m-3塑料階梯環(huán)泛點(diǎn)填料因子平均值*F170 m-1塑料階梯環(huán)壓降填料因子平均值*116 m-1P液相質(zhì)量流量7419.6 kg/hL氣相質(zhì)量流量4880 kg/hG階梯環(huán)形狀系數(shù)V1.45表3接管、泵和風(fēng)機(jī)計(jì)算總表項(xiàng)目符號數(shù)值與單位液體進(jìn)料管內(nèi)徑由44 mm氣體進(jìn)料管內(nèi)徑301 mm揚(yáng)程