水吸收氨化工原理課程設(shè)計(jì)

1、化工原理課程設(shè)計(jì)（水吸收氨填料吸收塔） 相平衡常數(shù)： 物料衡算 由設(shè)計(jì)條件知：原料液中NH3的摩爾分?jǐn)?shù)為0.05，排放氣體中NH3的摩爾分?jǐn)?shù)為0.0002。進(jìn)塔氣相摩爾比：出塔氣相摩爾比：對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成：進(jìn)塔惰性氣體流量： 吸收過程屬于底濃度吸收，平衡關(guān)系為直線，最小氣液比可按下式計(jì)算，即： 對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為： 取操作液氣比為 根據(jù)全塔物料衡算式: 3.3填料塔的工藝尺寸計(jì)算3.3.1塔徑的計(jì)算 氣相質(zhì)量流量為： 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算，即 空塔氣速的確定泛點(diǎn)氣速法 對于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)u/u=0.5-0.85貝恩（Bain）霍根（Hou

2、gen）關(guān)聯(lián)式 ，即： = 即：解得 其中： 泛點(diǎn)氣速，m/s; g 重力加速度，9.81m/s 氣相密度 常數(shù)A與K和填料形狀、材質(zhì)的關(guān)系散裝填料類型塑料鮑爾環(huán)金屬鮑爾環(huán)塑料階梯環(huán)金屬階梯環(huán)瓷矩鞍金屬環(huán)矩鞍 A0.09420.10.2040.1060.1760.06275 K1.751.751.751.751.751.75查上表得 A=0.204； K=1.75；取u=0.7=2.94m/s由 圓整塔徑后 D=1.0m（常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）泛點(diǎn)率校核： （對于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值為,算得的數(shù)

3、值在(0.50-0.85)之間,所以符合求.）3.3.2填料規(guī)格校核 根據(jù)要求應(yīng)選擇環(huán)形填料中的塑料階梯環(huán).由于所選用的塔徑為1000mm,又根據(jù)填料與塔徑的對應(yīng)關(guān)系及實(shí)際操作要求,尺寸為DN50的塑料階梯環(huán),填料規(guī)格如下:公稱直徑：50mm孔隙率:0.927比表面積a:114.2填料因子:143/m填料常數(shù)A:0.204 所以有D/d=1000/50=20,即符合要求.見下圖： 液體淋噴密度校核：取最小濕潤速率為查手冊得 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1000mm合理。3.4填料層高度的計(jì)算及分段3.4.1填料層高度的計(jì)算 脫吸因素為 氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)是是式計(jì)算：不同

4、材質(zhì)的值材質(zhì) 鋼 瓷 聚丙烯聚氯乙烯 碳 玻璃 石蠟表面張力/dyn.cm-175 61 3340 56 73 20查得 液體的質(zhì)量通量為 氣膜吸收系數(shù)： 氣體質(zhì)量通量為： 液膜吸收數(shù)據(jù)由下式計(jì)算： 各類填料的形狀系數(shù)填料類型球棒拉西環(huán)弧鞍開孔環(huán)值0.720.7511.191.45查上表得=1.45 故=0.13840.08=8.32 以下公式為修正計(jì)算公式： 得 則 由得 設(shè)計(jì)取填料層高度為 3.4.2填料層的分段由散裝填料分段高度推薦值查得：散裝填料分段高度推薦值填料類型h/D hmax/m拉西環(huán)2.54矩鞍5-86鮑爾環(huán)5-106階梯環(huán)8-156環(huán)矩鞍8-156塑料階梯環(huán) h/D 。 h

5、/D=8，則 h=81000=8000 mm計(jì)算的填料層高度為8000 mm，故分段兩段，每段4000mm。第四章塔輔助設(shè)備的計(jì)算及選型4.1 填料層壓降的計(jì)算填料層壓降:氣體通過填料層的壓降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計(jì)算,在圖中：u空塔氣速，m/s g重力加速度，9.81m/s2 填料因子，1/m 液體密度校正系數(shù)，=水/L L、V液體、氣體的密度,kg/m3 L液體黏度，mPas L、V液體、氣體的質(zhì)量流量,kg/s其中橫坐標(biāo)為：查下表得 DN16 DN25 DN38 DN50 DN76填料因子/m-1 176 116 89縱坐標(biāo)為 查表得填料層壓降為4.2 液體分布器的計(jì)算4.2.1液體分布

6、器的選型 液體分布器的性能主要由分布器的布液點(diǎn)密度（即單位面積上的布液點(diǎn)數(shù)），各布液點(diǎn)均勻性，各布液點(diǎn)上液相組成的均勻性決定，設(shè)計(jì)液體分布器主要是決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。 根據(jù)本吸收的要求和物系的性質(zhì)可選用重力型排管式液體分布器，布液孔數(shù)應(yīng)依據(jù)所用填料所需的質(zhì)量分布要求決定，噴淋點(diǎn)密度應(yīng)遵循填料的效率越高所需的噴淋點(diǎn)密度越大這一規(guī)律。4.2.2分布點(diǎn)密度計(jì)算Ecker的散裝填料塔分布點(diǎn)密度推薦值 塔徑/mm 分布點(diǎn)密度/（點(diǎn)/m2塔截面） D=400 330 D=750 170 D1200 42設(shè)計(jì)中D=1000mm,則取噴淋密度為90點(diǎn)/m2則總布液孔數(shù)為：n=0.785D2=0.78512

7、90=70.65 實(shí)際總布液孔數(shù)：71點(diǎn)4.2.3布液計(jì)算取 =0.60 ，H=0.2 mLS=426.7818.02/3600998.2=2.1410-3m3/s由得： =42.1410-3/0.63.1471(29.810.2)1/21/2 =5.6810-3m=5.68mm取 d0為6 mm由計(jì)算得，設(shè)計(jì)布液點(diǎn)數(shù)為71點(diǎn)，直徑為6 mm 4.2.4液體再分布裝置氣液兩相在填料層中流動時(shí)，受阻力的影響，易發(fā)生偏流現(xiàn)象，導(dǎo)致亂堆填料層內(nèi)氣液分布不均，使傳質(zhì)效率下降。為防止偏流，可間隔一定高度在填料層內(nèi)設(shè)置再分布裝置，將流體先經(jīng)收集后重新分布。最簡單的再分布裝置為截錐式再分布器，其結(jié)構(gòu)簡單安裝

8、方便。故選擇截錐式再分布器。本設(shè)計(jì)采用的是分配錐形的再分布器，其最簡單沿壁流下的液體用分配錐再將它導(dǎo)入中央截錐小頭的直徑一般為 ,本設(shè)計(jì)取10000.8=800mm，為了增加氣體流過是的自由截面積，在分配錐上開設(shè)7個管孔，錐體與塔壁夾角取在，取h=110mm。4.3 吸收塔的主要接管尺寸的計(jì)算 1、氣體進(jìn)料管 由于常壓下塔氣體進(jìn)出口管氣速可取1020，故若取氣體進(jìn)出口流速近似為16m/s，則由公式D=可求得氣體進(jìn)出口內(nèi)徑為 采用直管進(jìn)料，由以下資料查得 選擇=426mm17mm熱軋無縫鋼管，則 （在符合范圍內(nèi)）氣體進(jìn)出口壓降: 進(jìn)口：出口： 2、液體進(jìn)料管 由于常壓下塔液體進(jìn)出口管速可取，故若

9、取液體進(jìn)出口流速近似為2.6m/s，則由公式D=可求得液體進(jìn)出口內(nèi)徑為 采用直管進(jìn)料，由化工原理第三版 王志魁主編 化學(xué)工業(yè)出版社P381查得選擇熱軋無縫鋼管，則 （在符合范圍內(nèi)）4.4 塔附屬高度的計(jì)算 取塔上部空間高度可取1.5m,塔底液相停留時(shí)間按5min考慮,則塔釜所占空間高度為: h=426.7818.02560/(120.7853600998.2)=0.82m考慮到氣相接管所占的空間高度,底部空間高度可取3.0m,所以塔的附屬高度可以取5.5m。所以塔高為 h=5.5+8=13.5m4.5吸收塔的壓力降 P=P+P1+P2=3924+147.41+73.7=4145.11Pa第五章

10、 設(shè)計(jì)一覽表 吸收塔類型：聚丙烯階梯環(huán)吸收填料塔表吸收塔的吸收劑用量計(jì)算總表意義及符號結(jié)果混合氣體處理量VS8000m3/h氣液相平衡常數(shù)m 0.751進(jìn)塔氣相摩爾分率Y1 0.0526出塔氣相摩爾分率Y2 0.0002進(jìn)塔液相摩爾分率X1 0.0388最小液氣比（L/V）min 0.751混合氣體平均摩爾質(zhì)量M 28.40kg/mol混合氣體的密度1.181kg/m3混合氣體的粘度1.81105Pas吸收劑用量L 426.78kmol/h惰性氣體流量V 316.13kmol/h 表塔設(shè)備計(jì)算總表意義及符號結(jié)果塔徑D1.0 m塔高H 13.5m填料層高Z 8 m填料塔上部高度h12.5 m填料

11、塔下部高度 3.0 m氣相總傳質(zhì)單元高度 0.498 m氣相總傳質(zhì)單元數(shù)10.79 m布液孔數(shù)n 71個泛點(diǎn)氣速uF 4.2 m/s塔的壓降P 3924Pa 表填料計(jì)算總表意義及符號結(jié)果填料直徑dp50mm孔隙率%0.927填料比表面積a114.2m2/m3填料因子89m-1填料常數(shù)A0.204第六章 對設(shè)計(jì)過程的評述和有關(guān)問題的討論 經(jīng)過了幾周的辛苦和忙碌，終于把任務(wù)完成，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。在課程設(shè)計(jì)過程中,使我加深了對課本知識的認(rèn)識，也鞏固了所學(xué)到的知識。一分耕耘，一分收獲，現(xiàn)在我堅(jiān)信這個道理。此次課程

12、設(shè)計(jì)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)過程中也遇到一些難題，在選擇處理量當(dāng)中發(fā)現(xiàn)在填料的選擇中，我?guī)缀跏怯门懦▉磉x擇的，就是一種一種規(guī)格的算，后來認(rèn)為DN50計(jì)算得的結(jié)果比比較好。雖然在同類填料中，尺寸越小的，分離效率越高，但它的阻力將增加，通量減小，填料費(fèi)用也增加很多。用DN50計(jì)算所得的D/d值也符合階梯環(huán)的推薦值,還有就是吸收劑的用量為最小用量的倍數(shù)，剛開始選的是1.5倍，但發(fā)現(xiàn)在液體噴淋密度校核時(shí)，噴淋密度小于最小噴淋密度，最后不得不改成1.8倍才校正合格。 本次設(shè)計(jì)中我們所設(shè)計(jì)的填料塔產(chǎn)能大，分離效率高，持液量小，填料塔結(jié)構(gòu)較為簡單，造價(jià)適合。不過，它的操作范圍小，填料潤濕效果差，當(dāng)液體負(fù)荷過重時(shí)，易產(chǎn)生液泛，不宜處理易聚合或含有固體懸浮物的物