化工原理課程設(shè)計(jì)(水吸收氨填料吸收塔設(shè)計(jì))

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1節(jié)前言3</b></p><p>　　1.1填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)3</p><p>　　1.2填料塔的設(shè)計(jì)任務(wù)及步驟3</p><p>　　1.3填料塔設(shè)計(jì)條件及操作條件4</p><p

2、>　　第2節(jié)精餾塔主體設(shè)計(jì)方案的確定4</p><p>　　2.1裝置流程的確定4</p><p>　　2.2吸收劑的選擇5</p><p>　　2.3填料的類型與選擇5</p><p>　　2.3.1填料種類的選擇5</p><p>　　2.3.2填料規(guī)格的選擇5</p>

3、<p>　　2.3.3填料材質(zhì)的選擇6</p><p>　　2.4基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)6</p><p>　　2.4.1液相物性數(shù)據(jù)6</p><p>　　2.4.2氣相物性數(shù)據(jù)7</p><p>　　2.4.3氣液相平衡數(shù)據(jù)7</p><p>　　2.4.4物料橫算8</p>

4、<p>　　第3節(jié)填料塔工藝尺寸的計(jì)算9</p><p>　　3.1塔徑的計(jì)算9</p><p>　　3.2填料層高度的計(jì)算及分段11</p><p>　　3.2.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算11</p><p>　　3.2.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算11</p><p>　　3.2.3填料層的分段1

5、4</p><p>　　3.3填料層壓降的計(jì)算14</p><p>　　第4節(jié)填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1塔內(nèi)件類型15</p><p>　　4.2塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.2.1液體分布器設(shè)計(jì)的基本要求：16</p><p>　　4

6、.2.2液體分布器布液能力的計(jì)算16</p><p><b>　　注：16</b></p><p>　　1.填料塔設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表16</p><p>　　2.填料塔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一覽18</p><p>　　3.參考文獻(xiàn)19</p><p>　　4.后記及其他19</p>

7、;<p>　　附件一：塔設(shè)備流程圖19</p><p>　　附件二：塔設(shè)備設(shè)計(jì)圖19</p><p><b>　　表索引</b></p><p>　　表 21工業(yè)常用吸收劑5</p><p>　　表 22 常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值6</p><p>

8、<b>　　圖索引</b></p><p>　　圖 11 填料塔結(jié)構(gòu)圖4</p><p>　　圖 31 Eckert圖16</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　填料塔的主體結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)圖 11所示：<

9、;/b></p><p>　　圖 11 填料塔結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　填料塔不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且流體通過填料層的壓降較小，易于用耐腐蝕材料制造，所以她特別適用于處理量小，有腐蝕性的物料及要求壓降小的場(chǎng)合。液體自塔頂經(jīng)液體分布器噴灑于填料頂部，并在填料的表面呈膜狀流下，氣體從塔底的氣體口送入，流過填料的空隙，在填料層中與液體逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)。因氣液兩相組成沿塔高連續(xù)變化，所以填料塔屬連

10、續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。</p><p>　　填料塔的設(shè)計(jì)任務(wù)及步驟</p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：用水吸收空氣中混有的氨氣。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)步驟：</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和工藝要求，確定設(shè)計(jì)方案;</p><p>　　針對(duì)物系及分離要求，選擇適宜填料；<

11、/p><p>　　確定塔徑、填料層高度等工藝尺寸（考慮噴淋密度）；</p><p>　　計(jì)算塔高、及填料層的壓降；</p><p><b>　　塔內(nèi)件設(shè)計(jì)。</b></p><p>　　填料塔設(shè)計(jì)條件及操作條件</p><p>　　氣體混合物成分：空氣和氨</p><p>　　

12、空氣中氨的含量: 5.0% （體積含量即為摩爾含量）</p><p>　　混合氣體流量5916m³/h</p><p><b>　　操作溫度293K</b></p><p>　　混合氣體壓力101.3KPa</p><p><b>　　采用清水為吸收劑</b></p>&l

13、t;p>　　填料類型：采用聚丙烯鮑爾環(huán)填料</p><p>　　第2節(jié) 精餾塔主體設(shè)計(jì)方案的確定</p><p><b>　　裝置流程的確定</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用逆流操作：氣相自塔低進(jìn)入由塔頂排出，液相自塔頂進(jìn)入由塔底排出，即逆流操作。</p><p>　　逆流操作的特點(diǎn)是：傳質(zhì)平均推動(dòng)力大，傳

14、質(zhì)速率快，分離效率高，吸收劑利用率高。工業(yè)生產(chǎn)中多采用逆流操作。</p><p><b>　　吸收劑的選擇</b></p><p>　　因?yàn)橛盟鑫談?，故采用純?nèi)軇?。工業(yè)常用吸收劑如表 21所示：</p><p>　　表 21工業(yè)常用吸收劑</p><p><b>　　填料的類型與選擇</b>&l

15、t;/p><p>　　填料的種類很多，根據(jù)裝填方式的不同，可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。</p><p><b>　　填料種類的選擇</b></p><p>　　本次采用散裝填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。鮑爾環(huán)是目前應(yīng)用較廣的填料之一，本次選用鮑爾環(huán)。</p><p>

16、<b>　　填料規(guī)格的選擇</b></p><p>　　工業(yè)塔常用的散裝填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\ Dn76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(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)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。因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定。</p><p>　　常用填料的塔

17、徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值如表 22所示。</p><p>　　表 22 常用填料的塔徑與填料公稱直徑比值D/d的推薦值</p><p><b>　　填料材質(zhì)的選擇</b></p><p>　　工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類</p><p>　　聚丙烯填料在低溫（低于0度）時(shí)具有冷脆性，在低于0度的

18、條件下使用要慎重，可選耐低溫性能良好的聚氯乙烯填料。</p><p>　　綜合以上：選擇塑料鮑爾環(huán)散裝填料 Dn50</p><p><b>　　基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　液相物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　對(duì)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(cè)

19、查得 </p><p>　　20 ℃水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度：</b></p><p><b>　　表面張力:</b></p><p>　　20 ℃氨的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　溶解度系數(shù)：</b>&

20、lt;/p><p>　　氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù)：</p><p>　　氨氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)：</p><p><b>　　氣相物性數(shù)據(jù)</b></p><p>　　混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為</p><p>　　(2-) </p><p><b>　　混合氣體

21、的平均密度</b></p><p><b>　　（2-)</b></p><p><b>　　R=8.314 </b></p><p>　　混合氣體黏度可近似取為空氣黏度。查手冊(cè)得20時(shí)，</p><p><b>　　空氣的黏度：</b></p>&l

22、t;p>　　注： 1Pa..s=1kg/m.s</p><p><b>　　氣液相平衡數(shù)據(jù)</b></p><p>　　由手冊(cè)查得，常壓下，20時(shí)，NH在水中的亨利系數(shù)為 E=76.3kpa</p><p>　　在水中的溶解度系數(shù): H=0.725</p><p>　　相平衡常數(shù)： （2-)

23、 </p><p>　　溶解度系數(shù): （2-) </p><p><b>　　物料橫算</b></p><p><b>　　進(jìn)塔氣相摩爾比為：</b></p><p>　?。?-)

24、 </p><p>　　出塔氣相摩爾比為： </p><p>　?。?-) </p><p><b>　　進(jìn)塔惰性氣體流量:</b></p><p>　　（2-) </p><p>　　因?yàn)樵撐者^程為低濃度吸

25、收，平衡關(guān)系為直線，最小液氣比按下式計(jì)算。即：</p><p>　?。?-) </p><p>　　因?yàn)槭羌內(nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成</p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　選擇操作液氣比為</b&

26、gt;</p><p>　?。?-) </p><p>　　L=1.4252×233.78=333.18kmol/h</p><p>　　因?yàn)閂(Y1-Y2)=L(X1-X2) X1=0.03679</p><p>　　填料塔工藝尺寸的計(jì)算</p><p>　　填料塔工藝尺

27、寸的計(jì)算包括塔徑的計(jì)算、填料能高度的計(jì)算及分段</p><p><b>　　塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　空塔氣速的確定——泛點(diǎn)氣速法</p><p>　　對(duì)于散裝填料，其泛點(diǎn)率的經(jīng)驗(yàn)值u/u=0.5~0.85</p><p>　　貝恩（Bain）—霍根（Hougen）關(guān)聯(lián)式 ，即：</p>&l

28、t;p>　　=A-K （3-1）</p><p>　　即： </p><p>　　所以：/9.81（100/0.917）（1.1811/998.2）=0.2338</p><p><b>　　=3.866m/s</b></p><p><b>　　其中：</b>&l

29、t;/p><p>　　——泛點(diǎn)氣速，m/s;</p><p>　　g ——重力加速度，9.81m/s</p><p>　　WL=5997.24㎏/h ；WV=6987.39kg/h</p><p>　　A=0.0942； K=1.75；</p><p>　　取u=0.7 =2.7062m/s</p><

30、p>　?。?-2） </p><p>　　圓整塔徑后 D=0.9m</p><p><b>　　泛點(diǎn)速率校核：</b></p><p><b>　　則在允許范圍內(nèi)</b></p><p>　　根據(jù)填料規(guī)格校核：D/d=900/50=18根據(jù)表3-1符合</p&

31、gt;<p>　　液體噴淋密度的校核：</p><p>　　填料塔的液體噴淋密度是指單位時(shí)間、單位塔截面上液體的噴淋量。</p><p>　　最小潤(rùn)濕速率是指在塔的截面上，單位長(zhǎng)度的填料周邊的最小液體體積流量。對(duì)于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤(rùn)濕速率。</p><p><b>　?。?-3）</b></p>

32、<p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　經(jīng)過以上校驗(yàn)，填料塔直徑設(shè)計(jì)為D=900mm 合理。</p><p>　　填料層高度的計(jì)算及分段</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　?。?-6） </b><

33、/p><p><b>　　傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算</b></p><p>　　用對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法求傳質(zhì)單元數(shù)</p><p>　　=10.2342m（3-7）</p><p><b>　　（3-8）</b></p><p><b>　　= </b><

34、/p><p><b>　　=0.005123</b></p><p><b>　　傳質(zhì)單元高度的計(jì)算</b></p><p>　　氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>

35、　　=0.3575</b></p><p><b>　　液體質(zhì)量通量為：</b></p><p><b>　　氣體質(zhì)量通量為：</b></p><p>　　氣膜吸收系數(shù)由下式計(jì)算：</p><p><b>　　（3-10）</b></p><p&

36、gt;　　=0.1280kmol/(㎡hkpa)</p><p>　　液膜吸收數(shù)據(jù)由下式計(jì)算：</p><p><b>　　(3-11）</b></p><p>　　=0.5785m/h</p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p>　　0.1280×0

37、.3575×100×（3-12）</p><p>　　=6.8864 kmol/(m3hkpa)</p><p>　　=0.5785×0.3575×100×（3-13）</p><p>　　=24.00 kmol/(m3hkpa)</p><p>　　因?yàn)椋?=0.669</p>

38、;<p>　　所以需要用以下式進(jìn)行校正：</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　=12.3157 kmol/(m3·h·kpa)</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　=[1+9.5×(0.6

39、69-0.5)2.2]×24.00 </p><p>　　=28.5634 kmol/(m3·h·kpa)</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　=7.7228 kmol/(m3hkpa) </p><p>　　（3

40、-17） </p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　=0.4700×10.2342=4.810074m,得</p><p>　　=1.4×4.810074=6.7341m </p><p>　　故取填料層高度為7m。</p><p

41、><b>　　填料層的分段</b></p><p>　　對(duì)于鮑爾環(huán)散裝填料的分段高度推薦值為h/D=5~10</p><p>　　h=5×900～10×900=5～9 m</p><p>　　計(jì)算得填料層高度為7000mm，故不需要分段。</p><p><b>　　填料層壓降的計(jì)算&

42、lt;/b></p><p>　　取 Eckert (通用壓降關(guān)聯(lián)圖)；將操作氣速(＝2.5845m/s) 代替縱坐標(biāo)中的查表，DG50mm塑料鮑爾環(huán)的壓降填料因子＝125代替縱坐標(biāo)中的．</p><p><b>　　則縱標(biāo)值為：</b></p><p>　　(3-19) </p>&l

43、t;p><b>　　橫坐標(biāo)為：</b></p><p><b>　　(3-20) </b></p><p><b>　　查圖得</b></p><p>　　1275.3Pa/m (3-21)</p><p>　　全塔填料層壓降 =1275.3×7=8.93

44、Kpa </p><p>　　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。</p><p>　　Eckert圖如圖 31所示：</p><p>　　圖 31 Eckert圖</p><p>　　填料塔內(nèi)件的類型及設(shè)計(jì)</p><p><b>　　塔內(nèi)件類型</b></p&g

45、t;<p>　　填料塔的內(nèi)件主要有填料支撐裝置、填料壓緊裝置、液體分布裝置、液體收集再分布裝置等。合理的選擇和設(shè)計(jì)塔內(nèi)件，對(duì)保證填料塔的正常操作及優(yōu)良的傳質(zhì)性能十分重要。</p><p><b>　　塔內(nèi)件的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　液體分布器設(shè)計(jì)的基本要求：</p><p><b>　　液體分布均勻</b

46、></p><p><b>　　操作彈性大</b></p><p><b>　　自由截面積大</b></p><p><b>　　其他</b></p><p>　　液體分布器布液能力的計(jì)算</p><p>　　重力型液體分布器布液能力計(jì)算</

47、p><p>　　壓力型液體分布器布液能力計(jì)算</p><p><b>　　注：</b></p><p>　　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；且填料層不高，可不設(shè)液體再分布器。 </p><p>　　塔徑及液體負(fù)荷不大，可采用較簡(jiǎn)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。<

48、/p><p><b>　　注：</b></p><p>　　填料塔設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表</p><p><b>　　填料塔設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一覽</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 夏清.化工原理（下）[M]. 天津:天津大學(xué)出

49、版社, 2005.</p><p>　　[2] 賈紹義,柴誠敬. 化工原理課程設(shè)計(jì)[M]. 天津:天津大學(xué)出版社, 2002.</p><p>　　[3] 華南理工大學(xué)化工原理教研室著．化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)[M]．廣州: 華南理工大學(xué)出版社, 1986.</p><p>　　[4] 周軍.張秋利 化工AutoCAD制圖應(yīng)用基礎(chǔ) .北京. 化學(xué)工業(yè)出版社.</p&

50、gt;<p><b>　　后記及其他</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)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(shí)。在課程設(shè)計(jì)過程中,使我加深了對(duì)課本知識(shí)的認(rèn)識(shí)，也鞏固了所學(xué)到的知識(shí)。此次課程設(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)過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題，發(fā)現(xiàn)