吸收塔課程設(shè)計-供參考

1、 煤化工課程設(shè)計 ( 20142015年度第1學期)名 稱： 煤化工課程設(shè)計 院 系： 環(huán)境學院 班 級： 應化1001 學 號： 201105020208 學生姓名： 設(shè)計周數(shù)： 1周 成 績： 日期：2015 年 2 月 16 日煤化工課程設(shè)計3任 務 書設(shè)計目的通過對氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)的工藝設(shè)計，初步掌握氣態(tài)污染物凈化系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。培養(yǎng)學生利用所學理論知識，綜合分析問題和解決實際問題的能力、繪圖能力、以及正確使用設(shè)計手冊和相關(guān)資料的能力。二、設(shè)計任務試設(shè)計常壓填料塔，采用逆流操作，以水為吸收劑，吸收混合氣中的丙酮。三、設(shè)計資料1）混合氣（空氣，丙酮蒸汽）處理量為1500m3/h，溫

2、度為35；2）進塔混合氣物性可近似看作空氣物性，比如密度等；3）進塔混合氣含丙酮體積分數(shù)為1.5 %，要求達到的丙酮回收率為90%；4）操作壓力為常壓，101.325 kPa。5）進塔吸收劑為清水；6）吸收操作為等溫吸收，溫度為35。7）氣液平衡曲線：t=1545時，丙酮溶于水其亨利常數(shù)E(kPa)可用下式計算：lgE=9.171-2040/(t+273)8）液氣比倍數(shù)請自己選定。9）氣速u=0.77uF范圍。(填料在矩鞍環(huán)、階梯環(huán)、拉西環(huán)和鮑爾環(huán)中自行選用)10）kG=1.79510-3kmol/(m2skPa)；kL=1.8110-4m/s。四、設(shè)計內(nèi)容和要求1）研究分析資料。2）凈化設(shè)備

3、的計算，請計算出塔高、塔徑、壓降等，并校核。3）編寫設(shè)計計算書。設(shè)計計算書的內(nèi)容應按要求編寫，即包括與設(shè)計有關(guān)的闡述、說明及計算。要求內(nèi)容完整，敘述簡明，層次清楚，計算過程詳細、準確，書寫工整，裝訂成冊。設(shè)計計算書應包括目錄、前言、正文及參考文獻等。4）設(shè)計圖紙。包括工藝流程圖、塔器剖面結(jié)構(gòu)圖。應按比例繪制，標出設(shè)備、零部件等編號，并附明細表，即按工程制圖要求。圖紙幅面、圖線等應符合國家標準；圖面布置均勻；符合制圖規(guī)范要求。有能力的同學采用計算機AUTOCAD制圖。五、設(shè)計進度安排下達任務書后，開始進行課程設(shè)計計算。1周內(nèi)提交完成的課程設(shè)計說明書及圖紙。安排時間進行答辯。答辯時請攜帶紙張與筆。

4、目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc202411539 前言 PAGEREF _Toc202411539 h - 1 - HYPERLINK l _Toc202411543 第一部分 丙酮填料塔的設(shè)計 PAGEREF _Toc202411543 h - 1 - HYPERLINK l _Toc202411544 一設(shè)計任務 PAGEREF _Toc202411544 h - 1 - HYPERLINK l _Toc202411545 二設(shè)計資料 PAGEREF _Toc202411545 h - 1 - HYPERLINK l _Toc202411546 三設(shè)計流程

5、的選擇 PAGEREF _Toc202411546 h - 2 -四 HYPERLINK l _Toc202411547 吸收塔填料的選擇 PAGEREF _Toc202411547 h - 2 - HYPERLINK l _Toc202411548 五設(shè)計塔工藝的選擇 PAGEREF _Toc202411548 h - 4 - HYPERLINK l _Toc202411551 5.1.1液相物性數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc202411551 h - 4 - HYPERLINK l _Toc202411552 5.1.2氣相物性數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc202411552 h - 4

6、- HYPERLINK l _Toc202411553 5.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc202411553 h - 4 - HYPERLINK l _Toc202411554 5.2物料衡算 PAGEREF _Toc202411554 h - 5 - HYPERLINK l _Toc202411555 5.3填料塔的工藝尺寸的計算 PAGEREF _Toc202411555 h - 6 - HYPERLINK l _Toc202411556 5.3.1塔徑的計算 PAGEREF _Toc202411556 h - 6 - HYPERLINK l _Toc202411557 5

7、.3.2填料層高度計算 PAGEREF _Toc202411557 h - 7 - HYPERLINK l _Toc202411558 5.4填料層壓降的計算 PAGEREF _Toc202411558 h - 9 - HYPERLINK l _Toc202411569 第二部分 設(shè)計總結(jié)- PAGEREF _Toc202411569 h 9- HYPERLINK l _Toc202411570 符號說明 PAGEREF _Toc202411570 h - - HYPERLINK l _Toc202411570 參考文獻 PAGEREF _Toc202411570 h - -前言在化工、煉油、

8、醫(yī)藥、食品及環(huán)境保護等工業(yè)部門，塔設(shè)備是一種重要的單元操作設(shè)備。其作用實現(xiàn)氣液相或液液相之間的充分接觸，從而達到相際間進行傳質(zhì)及傳熱的過程。它廣泛用于蒸餾、吸收、萃取、等單元操作，隨著石油、化工的迅速發(fā)展，塔設(shè)備的合理造型設(shè)計將越來越受到關(guān)注和重視。塔設(shè)備有板式塔和填料塔兩種形式，下面我們就填料塔展開敘述。填料塔的基本特點是結(jié)構(gòu)簡單，壓力降小，傳質(zhì)效率高，便于采用耐腐蝕材料制造等，對于熱敏性及容易發(fā)泡的物料，更顯出其優(yōu)越性。過去，填料塔多推薦用于0.6至0.7m以下的塔徑。近年來，隨著高效新型填料和其他高性能塔內(nèi)件的開發(fā)，以及人們對填料流體力學、放大效應及傳質(zhì)機理的深入研究，使填料塔技術(shù)得到了

9、迅速發(fā)展。氣體吸收過程是化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作，其基本原理是利用氣體混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同，實現(xiàn)各組分分離的單元操作。板式塔和填料塔都可用于吸收過程，此次設(shè)計用填料塔作為吸收的主設(shè)備。第一部分 丙酮填料塔的設(shè)計一設(shè)計任務 設(shè)計常壓填料塔，采用逆流操作，以水為吸收劑，吸收混合氣中的丙酮。二、設(shè)計資料1）混合氣（空氣，丙酮蒸汽）處理量為1500m3/h，溫度為35；2）進塔混合氣物性可近似看作空氣物性，比如密度等；3）進塔混合氣含丙酮體積分數(shù)為1.5 %，要求達到的丙酮回收率為90%；4）操作壓力為常壓，101.325 kPa。5）進塔吸收劑為清水；6）吸收操

10、作為等溫吸收，溫度為35。7）氣液平衡曲線：t=1545時，丙酮溶于水其亨利常數(shù)E(kPa)可用下式計算：lgE=9.171-2040/(t+273)8）液氣比倍數(shù)請自己選定。9）氣速u=（0.60.8）uF范圍。10）kG=1.79510-3kmol/(m2skPa)；kL=1.8110-4m/s。三設(shè)計流程的選擇采用常規(guī)逆流操作流程，流程如下：四吸收塔填料的選擇塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）及聚氯乙?。≒VC）等，國內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能好，可耐一般的無機酸，堿和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在100以下使用，聚丙烯填料在低溫（低于0）時具

11、有冷脆性，在低于 0 的條件下使用要慎重，可選用耐低溫性能好的聚氯乙稀填料。塑料填料具有質(zhì)輕，價廉，耐沖擊，不易破碎等優(yōu)點，多用于吸收，解吸，萃取，除塵等裝置中。塑料填料的缺點是表面潤濕性能差，在某些特殊應用場合，需要對其表面進行處理，以提高表面潤濕性能。聚丙烯階梯環(huán)具有壓降低，通量大，效率高，負荷彈性性大，抗污性好等特性。廣泛應用于合成氨廠脫碳、脫硫系統(tǒng)、原油分離常減壓裝置，各種分離裝置，例如甲醇分離，有機酸分離等吸收及脫吸塔。表4-1聚丙烯階梯環(huán)特性參數(shù)規(guī)格DHMM比表面積m2/m3空隙率m3/m3堆積個數(shù)m-1堆積重量ykg/m3填料因子/3m-1168.913700.852991361

12、35.6602.52517.51.02280.908150065.2312.838191.2132.50.912720054.5175.850251.5114.20.9271200048143.176382.6900.929342051.3112.3散裝填料的規(guī)格通常是指填料的公尺直徑。工業(yè)塔常用的散裝填料主要有、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定的規(guī)定。表4-2 常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值填料種類D

13、/d的推薦值拉西環(huán)鞍環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)矩鞍D/d2025D/d15D/d1015D/d8D/d8同種類型的規(guī)整填料，其表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也明顯增加。選用時應從分離要求，通量要求，場地條件，物料性質(zhì)及設(shè)備投資，操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足工藝要求，又具有經(jīng)濟合理性。填料尺寸的選擇 實踐表明，填料塔的塔徑與填料直徑的比值應保持不低于某一下限值，以防止產(chǎn)生較大的壁效應，造成塔的分離效率下降。一般來說，填料尺寸大，成本低，處理量大，但是效率低，使用大于50mm的填料，其成本的降低往往難以抵償其效率降低所造成的成本增加。所以，一般大塔經(jīng)常使用50mm的填

14、料。表4-3 填料尺寸與塔徑的對應關(guān)系塔徑/填料尺寸/D250250D900D900202525385080設(shè)計題目根據(jù)以上的設(shè)計原則和后面的計算得，采用塑料階梯環(huán)38的填料。五吸收塔的工藝計算5.1.1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)。由化工原理1查得35時水的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：密度： 粘度： 表面張力： 5.1.2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量： 混合氣體的平均密度： 5.1.3氣液相平衡數(shù)據(jù)根據(jù)氣液平衡曲線：t=1545時，丙酮溶于水其亨利常數(shù)E(kPa)可用下式計算：lgE=9.171-2040/(t+273)得常壓下35時，丙酮在水中的亨利系數(shù)為：相平衡常數(shù)： 溶解度系數(shù)

15、： 5.2物料衡算如下圖所示，全塔物料衡算是一個定態(tài)操作逆流式接觸的吸收塔，各個符號表示的意義如下：V惰性氣體流量，Kmol/h；L純吸收劑流量，Kmol/h；Y1、Y2進出吸收塔氣體的摩爾比；X1、X2進出塔液體中溶質(zhì)質(zhì)量的摩爾比進塔氣體摩爾比：出塔氣體摩爾比： 進塔空氣相流量：該吸收塔過程屬最低濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比可按下式計算，即：對于純?nèi)軇┪者^程，進塔液相組成： ； 取操作液氣比： 5.3填料塔的工藝尺寸的計算5.3.1塔徑的計算采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速：氣相質(zhì)量流量： 液相質(zhì)量流量課近似按純水的流量計算，即： 圖2 Eckert關(guān)聯(lián)圖埃克特通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標：

16、 查化工原理課程設(shè)計3得： ； ；取 ；由 ； 圓整塔徑，取 ；泛點率校核： ； （在允許范圍內(nèi)）填料規(guī)格校核： ；噴淋密度的校核：因填料尺寸小于75mm， 取最小潤濕速率：查化工原理課程設(shè)計3得該填料的比表面積：；經(jīng)以上校核可知，填料塔在直徑選用D=600 mm合理。5.3.2填料層高度計算； ；脫因系數(shù)為： ；氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：；氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：，查化工原理課程設(shè)計3得： ；液體質(zhì)量通量為：；由 查化工原理課程設(shè)計3得 ；則； ； ；由 ；得：；則 ；由 ；由 得 ；設(shè)計填料層高度為2m。查化工原理課程設(shè)計3得：對于階梯環(huán)填料 ，?。挥嬎愕锰盍蠈痈叨葹?000

17、mm，故不需分段。5.3.3填料塔附屬高度的計算一個完整的吸收塔，除了填料高度外，還有其他附屬高度，因此塔高的計算還包括塔附屬高度的計算。塔填料層上部的高度：可取。塔底空間高度取0.3m。塔的附屬總高為： 。 所以塔的總高：5.4填料層壓降的計算采用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降：橫坐標： ，查化工原理課程設(shè)計3得：；縱坐標： ；查化工原理課程設(shè)計3得： ；填料層壓降為： 第二部分 設(shè)計總結(jié)這次設(shè)計總體來說還比較合理，各項設(shè)計結(jié)果均符合設(shè)計要求，詳見設(shè)計結(jié)果總匯表及填料塔配圖。由于該類型填料塔的一些物性參數(shù)均非化工手冊中未能查到的確切數(shù)據(jù)，是通過分析計算得到的，這給計算帶來了一定的誤差。這次課

18、程設(shè)計，自己收獲頗多。課程設(shè)計可謂是理論聯(lián)系實際的橋梁，是我們學習化工設(shè)計基礎(chǔ)的初步嘗試。通過課程設(shè)計，使我們能綜合運用本課程和前修課程的基本知識，進行融會貫通的獨立思考，在規(guī)定的時間內(nèi)完成了指定的化工設(shè)計任務，從而得到了化工程序設(shè)計的初步訓練。通過課程設(shè)計，使我們更加深刻的了解了工程設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握化工設(shè)計的程序和方法，培養(yǎng)了我們分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設(shè)計，還可以使我們樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是，嚴肅認真，高度負責的工作作風。綜上所述，這次課程設(shè)計對自己來說是一個提高的過程。在做課程設(shè)計的過程中，幾次頻繁的去圖書館找尋資料，不僅讓自己現(xiàn)在能夠熟悉查閱文獻資料，

19、還豐富了自己的課外知識。這個星期內(nèi)，同學之間熱烈討論，各寢室間交流密切，極大增進了同學之間的友誼，這可算上是此次課程設(shè)計的額外收獲。對于化工單元操作，從開始的陌生到現(xiàn)在的一知半解，有自己的努力，也有很多他人的幫助。表5-1 填料設(shè)計總表意義及符號結(jié)果填料直徑38mm填料比表面積132.5m2/m3散裝填料干填料因子平均值175.8(1/m)表5-2 吸收塔的吸收劑表意義及符號結(jié)果混合氣體處理量G1500氣液相平衡常數(shù)m3.48進塔氣相摩爾比Y10.0152出塔氣相摩爾比Y20.0015進塔液相摩爾比X10.0027出塔液相摩爾比X20最小液氣比3.137混合氣體平均試量29.435混合氣體的密度1.165吸收劑用量L吸收劑粘度表5-3 塔設(shè)備計算表意義及符號結(jié)果塔徑D0.6m塔高H2.8 m填料層高2m填料塔上部高度h10.5m填料塔下部高度0.3 m氣相總傳質(zhì)單元高度 0.304 m氣相總傳質(zhì)單元數(shù)4.33空塔氣速2.667m/s泛點率f55.26% 符號說明英文字母A填料層的有效傳質(zhì)比表面積（m/m）aw填料層的潤滑比表面積m/mA吸收因數(shù);無因次D填料直徑，mm；df填料當量直徑，mm