環(huán)境工程課程設計--hcl廢棄吸收系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　環(huán)境工程課程設計</b></p><p>　　課題：HCl廢棄吸收系統(tǒng)設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　一任務及操作條件</b></p&

2、gt;<p>　　二吸收工藝流程的確定</p><p><b>　　三計算</b></p><p><b>　　1）基礎數(shù)據</b></p><p><b>　　2）物料計算</b></p><p>　　3）塔徑計算及填料的選擇</p><p&

3、gt;<b>　　4）填料層高度計算</b></p><p><b>　　5）填料層壓降計算</b></p><p>　　6）填料吸收塔的附屬設備</p><p><b>　　7）廢棄處理系統(tǒng)</b></p><p><b>　　8）主要符號說明</b>&

4、lt;/p><p><b>　　十參考文獻</b></p><p><b>　　十一附圖</b></p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　概論</b></p><p>　　填料吸收塔利用塔內填料，以增加吸收

5、劑（植物油或礦物油）與尾氣接觸面積的溶劑回收設備。通過氣液接觸進行的一種氣液交換設備。</p><p>　　填料塔具有生產能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點。</p><p>　　填料塔也有一些不足之處，如填料造價高；當液體負荷較小時不能有效地潤濕填料表面，使傳質效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側線進料和出料等復雜精餾不太適合等。 </p>

6、<p>　　塔設備有許多種類型，塔設備是化工、石油化工和煉油生產中最重要的設備之一。它可使氣液或液液兩相之間進行緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的。可在塔設備中完成常見的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。</p><p>　　在化學工業(yè)中，經常需要將氣體混合物中的各個組分加以分離，其主要目的是回收氣體混合物中的有用物質，以制取產品，或除去工藝氣體中的有害成分，使氣體凈化，以便進一步加工處理，或除

7、去工業(yè)放空尾氣中的有害成分，以免污染空氣。吸收操作是氣體混合物分離方法之一，它是根據混合物中各組分在某一種溶劑中溶解度不同而達到分離的目的。</p><p>　　HCl是化工生產中極為重要的生產原料，但是為了避免化學工業(yè)產生的大量的含有的HCl氣體的工業(yè)尾氣直接排入大氣而造成空氣污染，需要采用一定方法對于工業(yè)尾氣中的HCl氣體進行吸收，本次化工原理課程設計的目的是根據設計要求采用填料吸收塔吸收的方法來凈化含有HC

8、l氣體的工業(yè)尾氣，使其達到排放標準。設計采用填料塔進行吸收操作是因為填料可以提供巨大的氣液傳質面積而且填料表面具有良好的湍流狀況，從而使吸收過程易于進行，而且，填料塔還具有結構簡單、壓降低、填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，從而可以使吸收操作過程節(jié)省大量人力和物力。</p><p>　　（再找一點相關信息復制黏貼過來）</p><p>　　一、設計任務及操作條件</p><

9、p><b>　　1.設計任務：</b></p><p>　　HCl氣體最高允許排放濃度;100㎎/m³設計一座填料吸收塔，用于某生產工藝過程中的工藝廢棄（經冷卻后）中的HCl,其余為惰性組分，采用清水進行吸收。</p><p>　　其他要求：混合氣體的處理量1200m³/h</p><p>　　混合氣體HCl含量（體積

10、分數(shù)）4%</p><p>　　吸收塔鹽酸出口濃度<1%(w%)</p><p>　　HCl氣體允許排放速率:0.26kg/h</p><p>　　參考標準：GB16197-1996《大氣污染物綜合排放標準》，新建二類區(qū)執(zhí)行二級標準，在排氣筒高為15米的情況下，HCl的最高允許排放速率為0.26kg/h，最高允許排放濃度100㎎/m³。</p&

11、gt;<p><b>　　2.操作條件</b></p><p><b>　　操作壓力：常壓</b></p><p><b>　　操作溫度：20℃</b></p><p>　　在操作范圍內，相平衡常數(shù)m=2.75</p><p>　　二、吸收工藝流程的確定</

12、p><p>　　工藝流程圖說明：在該填料塔中，HCl氣體和空氣混合后，經由填料塔的下側進入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進行吸收。經吸收后的混合氣體從塔頂排除。</p><p><b>　　工藝流程圖</b></p><p><b>　　三、計算</b></p><p><

13、;b>　?。ㄒ唬┗A物性數(shù)據</b></p><p><b>　　1、液相物性數(shù)</b></p><p>　　對低濃度吸收過程，溶液的物性數(shù)據可近似取純水的物性數(shù)據。由手冊查得，20℃水的有關物性數(shù)據如下：</p><p>　　密度為ρ=998.2 kg/m3</p><p>　　粘度為  μ

14、L=0.001 Pa·S=3.6 kg/（m·h）</p><p>　　表面張力為  σL=72.6 dyn/cm=940896 kg/h2</p><p>　　HCl在水中的擴散系數(shù)為D=1.73 *10-9m2/s</p><p><b>　　2  氣相物性數(shù)據</b></p><

15、p>　　混合氣體的平均摩爾質量為 Mavg=0.04×36.5+0.96×29=29.3g/mol</p><p>　　混合氣體的平均密度為  ρavg=PM/RT=101.3×29.3/（8.314×293.15）=1.218kg/㎡</p><p>　　混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊得20℃空氣的粘度為:</p&

16、gt;<p>　　μv=1.81×10-5 Pa·S=0.065 kg/(m·h)</p><p>　　查手冊得 HCl在空氣中的擴散系數(shù)為   Dv=0.103 cm2/s</p><p><b>　　氣相平衡數(shù)據</b></p><p>　　HCl幾乎完全溶于水，不符合亨利定律

17、</p><p>　　相平衡常數(shù)為m==2.75</p><p><b>　　物料衡算：</b></p><p>　　進塔混合氣中各組分的量</p><p>　　取塔平均壓強為101.325kPa,所以</p><p>　　混合氣量=1200（273/293）*1/22.4=49.91kmol/h

18、</p><p>　　混合氣中HCl的量Vb=49.91*0.04=1.996kmol/h=72.9 kg/h</p><p>　　混合氣中空氣量=49.91-1.996 =47.914 kmol/h=1389.5 kg/h</p><p>　　(2)．混合氣進出塔的（物質的量）組成</p><p>　　=1.996/49.91=0.0400

19、</p><p><b>　　0;</b></p><p>　?。?）．混合氣進出塔（物質的量比）組成</p><p>　　Y1==0.0417</p><p>　　吸收塔鹽酸出口濃度為1%（w%）</p><p>　　換算成體積濃度=1/36.5/（1/36.5+99/18）=0.00495&l

20、t;/p><p>　　Y2=(1- )=0.0417×0.00495=2.067*10-4 </p><p>　　三 平衡曲線方程 已知：20℃時,HCl在水中的相平衡常數(shù)m=2.75; 故操作線方程為:Y=2.75X.</p><p>　　吸收劑(水)的用量Ls</p><p>　　由操作線方程知:當Y1＝0.0417時,X

21、1*=0.0152,計算最小吸收劑用量</p><p>　　=47.914×(0.0417-2.067*10-4)/0.0152＝130.80 kmol／h</p><p>　　取安全系數(shù)為1.5，則</p><p>　　Ls＝1.5×130.80＝196.20kmol／h = 3531.6kg/h</p><p>　　依

22、物料衡算式塔底吸收液濃度</p><p>　　= 47.914× (0.0471-2.067*10-4)/196.2= 0.01145</p><p>　　四 塔徑計算及填料選擇</p><p>　　塔底氣液負荷大，依塔底條件(混合氣20℃)，101.325kPa</p><p>　　圖1 填料塔泛點和壓降的通用關聯(lián)圖（P1

23、42）</p><p>　?。?）.采用Eckert通用關聯(lián)圖法(圖1)計算泛點氣速</p><p><b>　　①有關數(shù)據計算</b></p><p>　　塔底混合氣流量V`S＝1389.5+72.9＝1462.4kg／h</p><p>　　吸收液流量L`＝3531.6kg／h</p><p>

24、;　　進塔混合氣密度＝×＝1.206kg／ (混合氣濃度低，可近似視為空氣的密度)</p><p>　　吸收液密度＝998.2kg/</p><p>　　吸收液黏度＝1.005 mPa·s</p><p>　　經比較，選10*10*1.5拉西環(huán)。查《化工原理》教材附錄可得，其填料因子=1500，比表面積＝440</p><p&

25、gt;<b>　?、陉P聯(lián)圖的橫坐標值</b></p><p>　　()1/2=(3531.6/1462.4)()1/2 =0.084</p><p>　　③由圖1查得縱坐標值為0.1</p><p><b>　　即0.2=0.1</b></p><p>　　求得液泛氣速=4.30m/s</p&

26、gt;<p><b>　　(2)．操作氣速</b></p><p>　　取u＝0.6＝0.6×4.30 ＝2.58 m/s</p><p><b>　　(3).塔徑</b></p><p>　　== 0.406 m=406mm</p><p>　　取塔徑為0.5m(＝500m

27、m)</p><p>　　(4)．核算操作氣速</p><p>　　U==1.70m/s < </p><p><b>　　(5)．核算徑比</b></p><p>　　D/d＝500/38＝13.2> 8，滿足拉西環(huán)的徑比要求。</p><p>　　(6)．噴淋密度校核</p&

28、gt;<p>　　取= 0.08/(m·h)</p><p>　　最小噴淋密度= 0.08×132.5＝10.6 /(m2·h)</p><p>　　因 ＝＝18.0/(m·h) > </p><p>　　故滿足最小噴淋密度要求。</p><p>　　五 填料層高度計算<

29、;/p><p>　　(1)．傳質單元高度計算</p><p>　　本設計采用恩田式計算填料潤濕面積aw作為傳質面積a，依改進的恩田式分別計算及，再合并為和。</p><p>　　①列出備關聯(lián)式中的物性數(shù)據</p><p>　　氣體性質(以塔底20℃，101.325kPa空氣計)：＝1.206 kg/ (前已算出)；＝0.0181× (查

30、附錄)； </p><p>　　液體性質＝998.2 kg/；＝1.00×Pa·s； </p><p>　　,＝72.6×N／m(查化工原理附錄)。</p><p>　　氣體與液體的質量流速：</p><p><b>　　LG`==5.00</b></p><p>&

31、lt;b>　　VG`==2.07</b></p><p>　　DN38mm聚丙烯階梯環(huán)(亂堆)特性：＝10mm; ＝440;=61×10-3 N/m; 有關形狀系數(shù)，=1 </p><p><b>　　②依式</b></p><p>　　={-1.45（）0.75（）0.1（）-0.05（）0.2}</p>

32、;<p>　　=1-0.249=0.751</p><p>　　故==0.751×132.5=99.5</p><p><b>　?、垡朗?lt;/b></p><p>　　kL=0.0095()2/3()-1/2()1/3</p><p>　　=0.0095()2/3()-1/2()1/3</p

33、><p>　　=1.47×10-3 m/s</p><p><b>　?、芤朗?lt;/b></p><p>　　kG= 0.237()0.7()1\3()</p><p>　　=0.237()0.7()1/3()</p><p>　　=2.64×10-5kmol/(m2·S&

34、#183;kPa)</p><p>　　故=2.64×10-5×90.5×=3.6×10-3 (m/s)</p><p>　　=1.47×10-3×90.5×=0.154m/s</p><p><b>　　(2)計算</b></p><p>　?。?，而

35、1/=1/(p kG)+m/(Cm kL)，m=2.75</p><p>　　因為在液相中阻力近似為零，不服從亨利定律。所以總傳質阻力約為氣相中的傳質阻力。</p><p>　　求得: =2.67×10-3</p><p><b>　　(3)計算</b></p><p><b>　　===25.4

36、m</b></p><p>　　(4)．傳質單元數(shù)計算</p><p>　　=-m=0.0417-2.75×0.01145=0.0102</p><p>　　==2.067*10-4 -2.75×0=2.067×10-4</p><p>　　==2.56×10-3</p>&l

37、t;p><b>　　NOG==3.90</b></p><p>　　所以:z=×NOG=25.4×3.90=99.06m</p><p>　　取安全系數(shù)1.2， 則完成本設計任務需DN38mm聚丙烯階梯環(huán)的填料層高度z＝1．2×99.06=118.9m。</p><p><b>　　六 填料層壓降計

38、算</b></p><p><b>　　之前計算得:</b></p><p>　　空塔氣速u=1.11m/s 橫坐標值:0.084</p><p>　　縱坐標值: ×()×(1.000) 0.2=0.027</p><p><b>　　查圖1得</b></p&g

39、t;<p>　　P/z=19×9.81=186.4Pa/m 填料</p><p>　　全塔填料層壓降 =118.9×186.4=22.16kPa</p><p>　　七 填料吸收塔的附屬設備</p><p><b>　　1、填料支承板</b></p><p>　　分為兩類：氣液逆流通

40、過平板型支承板，板上有篩孔或柵板式;氣體噴射型，分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支承板和梁式氣體噴射型支承板。</p><p>　　2、填料壓板和床層限制板</p><p>　　在填料頂部設置壓板和床層限制板。有柵條式和絲網式。</p><p><b>　　八 廢棄處理系統(tǒng)</b></p><p>　　氣體進出口裝置和排液裝

41、置</p><p>　　填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對500mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成45度向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制 成下彎的錐形擴大器。氣體出口既要保證氣流暢通，又要盡量除去夾帶的液  沫。最簡單的裝置是除沫擋板（折板），或填料式、絲網式除霧器。</p><p>　　

42、液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。</p><p>　　本設計任務液相負荷不大，可選用排管式液體分布器；且填料層不高，可不設液體再分布器。 排管式液體分布器簡單設計如下:</p><p>　　取孔徑=5mm,孔徑系數(shù)=0.6;取開孔上方液位高度H=1/6D=0.067m ; </p><p><b>

43、　　由公式得</b></p><p>　　開孔數(shù) n=34.23/0.012=2950;九 主要符號說明</p><p>　　—氣體的粘度， </p><p>　　—平衡常數(shù) —水的密度和液體的密度之比</p><p>　　—重力加速度， —分別為氣

44、體和液體的密度，</p><p>　　—分別為氣體和液體的質量流量，</p><p>　　—氣相總體積傳質系數(shù)， </p><p>　　—填料層高度， —塔截面積，</p><p>　　—氣相總傳質單元高度， —氣相總傳質單元數(shù)</p><p>　　—

45、以分壓差表示推動力的總傳質系數(shù)，</p><p>　　—單位體積填料的潤濕面積</p><p>　　—以分壓差表示推動力的氣膜傳質系數(shù)，</p><p><b>　　—溶解度系數(shù)，</b></p><p>　　—以摩爾濃度差表示推動力的液摩爾傳質系數(shù)，</p><p>　　—氣體常數(shù)， —溶質