大氣控制工程課程設(shè)計(jì)--某車(chē)間氣體凈化系統(tǒng)中吸收塔的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目 某車(chē)間氣體凈化系統(tǒng)中吸收塔的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué) 院 資源與環(huán)境學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 環(huán)境工程</p><p>　　二O 一二年十一月二十三日</p><

2、p>　　題 目 某車(chē)間氣體凈化系統(tǒng)中吸收塔的設(shè)計(jì) </p><p>　　指導(dǎo)小組或指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：</p><p>　　評(píng)定成績(jī) </p><p>　　2012年 月 日 負(fù)責(zé)人或指導(dǎo)教師

3、 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 某車(chē)間氣體凈化系統(tǒng)中吸收塔的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)原始資料</b></p><p>　　甲苯濃度500mg/m3,所處理的氣體流量為28500m3/h</p><p>

4、;　　允許的排風(fēng)速度最大1.5m/s；車(chē)間有3個(gè)，相距5m。</p><p><b>　　平均風(fēng)速為4</b></p><p>　　車(chē)間平均溫度：25℃</p><p>　　允許罩內(nèi)最大負(fù)壓：25Pa；</p><p>　　允許壓力損失：1000pa</p><p>　　按中國(guó)(GB16297-1

5、996)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)最高允許濃度排放</p><p><b>　　環(huán)境溫度：-9℃</b></p><p>　　當(dāng)?shù)貧鈮海?00KPa</p><p>　　凈化系統(tǒng)布置場(chǎng)地在車(chē)間北側(cè)20-25米以內(nèi)</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作</p><p>　　1、根據(jù)被凈化氣體的性

6、質(zhì)，選擇合適的吸收劑；</p><p>　　2、確定吸收劑的最小用量，計(jì)算吸收塔的高度和塔徑；</p><p>　　3、完成凈化裝置、風(fēng)機(jī)、煙囪的位置及管道布置</p><p>　　4、按照工程制圖要求繪制一張吸收塔和系統(tǒng)A3 圖。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>

7、　　1.緒論...........................................................1</p><p>　　1.1吸收塔的特點(diǎn)................................................1</p><p>　　1.2吸收塔的設(shè)計(jì)任務(wù)及步驟....................................

8、..1</p><p>　　2. 填料塔設(shè)計(jì)原始資料............................................2</p><p>　　3. 型號(hào)的確定....................................................2</p><p>　　3.1 填料塔的主體結(jié)構(gòu)..................

9、..........................3</p><p>　　3.2 吸收設(shè)備工藝簡(jiǎn)述............................................3</p><p>　　3.3 填料塔的工作原理............................................4</p><p>　　3.4 吸收劑的選擇

10、................................................4</p><p>　　3.5 吸收劑用量與液氣比..........................................5</p><p>　　3.6 填料塔塔徑的確定............................................6</p>

11、<p>　　3.7 填料塔塔高的確定............................................6</p><p>　　3.7.1傳質(zhì)單元數(shù)............................................6</p><p>　　3.7.2 傳質(zhì)單元高度.......................................

12、...6</p><p>　　4. 設(shè)計(jì)計(jì)算......................................................7</p><p>　　4.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)與填料塔物料數(shù)據(jù)的計(jì)算..........................7</p><p>　　4.1.1氣相與液相物性數(shù)據(jù)的計(jì)算.....................

13、.........7</p><p>　　4.1.2亨利系數(shù)的計(jì)算........................................7</p><p>　　4.1.3填料塔物料衡算........................................7</p><p>　　4.1.4吸收劑最小用量的計(jì)算....................

14、.............8</p><p>　　4.2 填料塔直徑的計(jì)算...........................................9</p><p>　　4.2.1填料塔泛點(diǎn)氣速的計(jì)算.................................9</p><p>　　4.2.2填料塔直徑的計(jì)算...................

15、..................9</p><p>　　4.3 填料塔高度的計(jì)算...........................................10</p><p>　　4.3.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算.....................................10</p><p>　　4.3.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算.........

16、..........................10</p><p>　　4.3.3填料塔高度的計(jì)算.....................................11</p><p>　　5. 課程設(shè)計(jì)小結(jié).................................................11</p><p>　　參考文獻(xiàn) ......

17、.................................................11</p><p>　　車(chē)間氣體凈化系統(tǒng)中吸收塔的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　甲苯是有機(jī)化工的重要原料，但與同時(shí)從煤和石油得到的苯和二甲苯相比，目前的產(chǎn)量相對(duì)過(guò)剩。一些車(chē)間在生產(chǎn)中會(huì)制造大量的甲苯，對(duì)環(huán)

18、境造成一些潛在的威脅。甲苯的危險(xiǎn)性具體體現(xiàn)為：</p><p>　　健康危害：對(duì)皮膚、粘膜有刺激性，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用。 </p><p>　　急性中毒：短時(shí)間內(nèi)吸入較高濃度該品可出現(xiàn)眼及上呼吸道明顯的刺激癥狀、眼結(jié)膜及咽部充血、頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、胸悶、四肢無(wú)力、步態(tài)蹣跚、意識(shí)模糊。重癥者可有躁動(dòng)、抽搐、昏迷。 </p><p>　　慢性中毒：長(zhǎng)期接觸可

19、發(fā)生神經(jīng)衰弱綜合征，肝腫大，女工月經(jīng)異常等。皮膚干燥、皸裂、皮炎。 </p><p>　　環(huán)境危害：對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重危害，對(duì)空氣、水環(huán)境及水源可造成污染。 </p><p>　　燃爆危險(xiǎn)：該品易燃，具刺激性。</p><p><b>　　1.1吸收塔的特點(diǎn)</b></p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)和氣態(tài)物污染控制中需要吸收分離處

20、理的其他混合物中，溶質(zhì)組分大多低于10%，而且，從經(jīng)濟(jì)性考慮，吸收最適合于低濃度氣體的分離和凈化。</p><p>　　吸收塔不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且流體通過(guò)填料層的壓降較小，易于用耐腐蝕材料制造。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(guò)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，所以吸收塔屬連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備。</p>

21、<p>　　1.2吸收塔的設(shè)計(jì)任務(wù)及步驟</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)步驟：</b></p><p>　　1、根據(jù)被凈化氣體的性質(zhì)，選擇合適的吸收劑；</p><p>　　2、確定吸收劑的最小用量，計(jì)算吸收塔的高度和塔徑；</p><p>　　3、完成凈化裝置、風(fēng)機(jī)、煙囪的位置及管道布置<

22、/p><p>　　4、按照工程制圖要求繪制一張吸收塔和系統(tǒng)A3 圖。</p><p>　　2. 填料塔設(shè)計(jì)原始資料</p><p>　?。?） 氣體成分：空氣和甲苯</p><p>　　（2） 甲苯濃度500mg/m3</p><p>　?。?） 混合氣體流量28500m3/h</p><p>　　

23、（4） 車(chē)間平均溫度298K</p><p>　?。?） 當(dāng)?shù)貧鈮?00kPa</p><p>　?。?) 平均風(fēng)速4m/s</p><p>　　（7） 吸收設(shè)備選用填料塔</p><p>　?。?）允許的排風(fēng)速度最大1.5m/s；車(chē)間有3個(gè)，相距5m。</p><p>　?。?）允許罩內(nèi)最大負(fù)壓：25Pa；<

24、/p><p>　　（10）允許壓力損失：1000pa</p><p>　?。?1）按中國(guó)(GB16297-1996)大氣污染物綜合甲苯排放標(biāo)準(zhǔn)最高允許濃度60mg/m3排放</p><p>　?。?2）環(huán)境溫度264K</p><p>　?。?3）凈化系統(tǒng)布置場(chǎng)地在車(chē)間北側(cè)20-25米以內(nèi)</p><p><b>

25、;　　3. 型號(hào)的確定</b></p><p>　　3.1 填料塔的主體結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　圖1 填料塔結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　3.2 吸收設(shè)備工藝簡(jiǎn)述</p><p>　　吸收操作是一種氣、液接觸傳質(zhì)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)這種過(guò)程最常用的設(shè)備是吸收塔，吸收塔有氣、液兩相在塔內(nèi)連續(xù)接觸的填料塔

26、。在吸收塔內(nèi)，氣、液兩相的流動(dòng)方式可以是逆流，也可以是并流，通常采用逆流方式：吸收劑從塔頂加入，自上而下流動(dòng)，與從下向上流動(dòng)的混合氣體接觸，吸收溶質(zhì)，吸收液從塔底排出；混合氣體從塔底送入，自下而上流動(dòng)，溶質(zhì)被吸收后，尾氣從塔頂排出。逆流操作的優(yōu)點(diǎn)在于，黨兩相進(jìn)出口濃度相同時(shí)，逆流時(shí)的平均傳質(zhì)推動(dòng)力大于并流，而且利用氣、液兩相的密度差，有利于兩相的分離。但是逆流時(shí)，上升的氣體對(duì)下降的液體將產(chǎn)生較大的曳力限制了塔內(nèi)允許的氣、液相流量。<

27、;/p><p>　　填料塔的傳質(zhì)推動(dòng)力和傳質(zhì)系數(shù)沿塔高是變化的，每一個(gè)截面上的傳質(zhì)速率都是不同的，只能在一個(gè)微元填料層高度內(nèi)認(rèn)為傳質(zhì)速率相同，進(jìn)行氣、液相物料衡算。</p><p>　　3.3 填料塔的工作原理</p><p>　　填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備[1]。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承

28、板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。</p><p>　　當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢(shì)，使得塔壁附近的液流量逐漸

29、增大，這種現(xiàn)象稱為壁流。壁流效應(yīng)造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當(dāng)填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設(shè)置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。</p><p>　　3.4 吸收劑的選擇</p><p>　　吸收劑性能的優(yōu)劣，是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一，選擇

30、吸收劑時(shí)應(yīng)著重考慮一下幾個(gè)方面：</p><p>　　1、吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率并減少吸收劑的需用量。</p><p>　　2、吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的選擇性吸收能力要好，對(duì)溶質(zhì)組分以外的其他組分的溶解度要很低或基本不吸收。</p><p>　　3、操作溫度下吸收劑的揮發(fā)度要低，以減少吸收和再生過(guò)程中吸收劑的揮發(fā)損失。</p><

31、p>　　4、操作溫度下吸收劑應(yīng)具有較低的黏度，且不易產(chǎn)生泡沫，使其在塔內(nèi)的流動(dòng)性好，以實(shí)現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好的氣液接觸狀況，有利于提高傳質(zhì)速率。</p><p>　　5、對(duì)設(shè)備的腐蝕性小或無(wú)腐蝕性，盡可能無(wú)毒。</p><p>　　并且甲苯能與乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，極微溶于水，故綜合這些條件，在此選擇乙醇作為吸收劑</p><p>　　3.5

32、 吸收劑用量與液氣比</p><p>　　在吸收塔的設(shè)計(jì)中，所處理的氣體流量、進(jìn)出塔氣體溶質(zhì)濃度均由設(shè)計(jì)任務(wù)而定，吸收劑的種類和入塔濃度X2由設(shè)計(jì)者選定，而吸收劑用量L和出塔溶液中吸收質(zhì)濃度X1需通過(guò)計(jì)算確定。</p><p>　　圖2 吸收塔的最小液氣比</p><p>　　圖2為計(jì)算吸收塔最小液氣比的示意圖，由a可見(jiàn)，若A點(diǎn)（X2，Y2）位置確定，從A點(diǎn)按斜率L

33、/V引直線終止于縱坐標(biāo)Y1的某點(diǎn)即為吸收操作線。當(dāng)減少吸收劑流量L時(shí)，L/V減少，即操作線斜率變小，出塔吸收液濃度X1減小，如AC、AB及AD線所示，黨塔底操作點(diǎn)D與平衡線相交時(shí)，出塔吸收液濃度X1和進(jìn)塔氣相中吸收質(zhì)濃度Y1達(dá)平衡，這是理論上吸收液所能達(dá)到的最高濃度，以X1*表示，此操作線對(duì)應(yīng)的液氣比稱為最小液氣比，以（L/V）min表示。</p><p>　　若為低濃度氣體吸收，且溶液為稀溶液，其氣液平衡關(guān)系服

34、從亨利定律，代入下式可得到最小液氣比：</p><p>　　3.6 填料塔塔徑的確定</p><p>　　吸收塔的塔徑可根據(jù)圓形管道內(nèi)的流量公式計(jì)算[3]，即：</p><p>　　式中：VS——吸收任務(wù)要求處理的氣體體積流量m3/s；</p><p>　　u——按照空塔截面積計(jì)算的混合氣體線速度，即空塔氣速，m/s。</p>

35、<p>　　一般u=（0.5～1.0）uF。uF為“泛點(diǎn)氣速”,是剛出現(xiàn)“液泛”（即在一定噴淋量下，當(dāng)氣速增大至一定數(shù)量時(shí)，吸收塔內(nèi)液體不能及時(shí)下流而出現(xiàn)局部積液，壓力降急劇上升的現(xiàn)象）時(shí)的氣速?！胺狐c(diǎn)氣速”是吸收塔正常操作氣速的上限，可通過(guò)化工手冊(cè)中的?？颂兀‥ckert）通用關(guān)聯(lián)圖查得。</p><p>　　3.7 填料塔塔高的確定</p><p>　　3.7.1傳質(zhì)單元數(shù)&

36、lt;/p><p>　　以NOG為例，根據(jù)積分中值定理，有</p><p>　　當(dāng)所有要求的（Y1-Y2）為一定值時(shí)，平均傳質(zhì)推動(dòng)力（Y-Y*）愈大，則傳質(zhì)單元數(shù)NOG就愈小，所需要的填料層高度就愈小。因此，傳質(zhì)單元數(shù)的大小反映傳質(zhì)的難易程度。為了減小NOG，應(yīng)設(shè)法增大推動(dòng)力。傳質(zhì)推動(dòng)力的大小與相平衡關(guān)系及液氣比有關(guān)。</p><p>　　3.7.2 傳質(zhì)單元高度<

37、;/p><p>　　例如氣相總傳質(zhì)單元高度HOG是傳質(zhì)單元數(shù)NOG=1時(shí)的填料層高度。HOG為G/Ω與1/KYa的乘積，為單位塔截面積的惰性氣體摩爾流量，1/KYa反映傳質(zhì)阻力大小。因此，當(dāng)G/Ω為一定值時(shí)， HOG大小反映傳質(zhì)阻力大小。若傳質(zhì)阻力小，則HOG小，填料層高度可以小。</p><p>　　體積傳質(zhì)系數(shù)KYa（或KXa，kYa，kXa）隨氣、液流量的變化較大，而傳質(zhì)單元高度的變化較

38、小。例如，，而，所以。在常用的填料塔中，傳質(zhì)單元高度的數(shù)量級(jí)為0.1~1.0m。</p><p><b>　　4. 設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　4.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)與填料塔物料數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p>　　4.1.1氣相與液相物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p>　　溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取無(wú)水乙醇的物性數(shù)據(jù)。由化工手

39、冊(cè)查得℃乙醇的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：</p><p><b>　　密度為：</b></p><p><b>　　粘度為：</b></p><p>　　空氣的密度可近似取為：</p><p><b>　　甲苯的摩爾質(zhì)量：</b></p><p>　　4.1.2

40、亨利系數(shù)的計(jì)算</p><p>　　℃下甲苯溶于乙醇溶液的亨利系數(shù)近似取為：</p><p><b>　　相平衡常數(shù)為： </b></p><p>　　4.1.3填料塔物料衡算 </p><p><b>　　惰性氣體流量： </b></p><p><b>　　甲

41、苯氣體流量： </b></p><p>　　進(jìn)塔氣體組成： </p><p><b>　　假定排出甲苯濃度為</b></p><p><b>　　出口甲苯氣體流量：</b></p><p>　　出塔氣體組成： </p><p>　　進(jìn)塔液體組成：（純?nèi)軇?/p>

42、吸收）</p><p>　　4.1.4吸收劑最小用量的計(jì)算</p><p><b>　　吸收劑最小用量為：</b></p><p>　　一般取適宜液氣比為最小液氣比的，此處取1.5倍。</p><p><b>　　實(shí)際吸收劑用量為：</b></p><p>　　塔底出口液相組

43、成為： </p><p>　　4.2 填料塔直徑的計(jì)算</p><p>　　4.2.1填料塔泛點(diǎn)氣速的計(jì)算</p><p>　　通過(guò) ?？颂仃P(guān)聯(lián)圖 查詢得： </p><p><b>　　填料塔泛點(diǎn)氣速為：</b></p><p>　　一般取 此處取0.8 ，則</p><

44、p>　　4.2.2填料塔直徑的計(jì)算</p><p>　　填料塔直徑的大小可根據(jù)流體力學(xué)公式計(jì)算：</p><p>　　4.3 填料塔高度的計(jì)算</p><p>　　4.3.1傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算</p><p>　　選擇對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法求傳質(zhì)單元數(shù)</p><p>　　4.3.2傳質(zhì)單元高度的計(jì)算</p>

45、<p><b>　　填料塔的橫截面積：</b></p><p>　　入塔空氣的質(zhì)量速度：</p><p>　　入塔甲苯的質(zhì)量速度：</p><p>　　入塔混合氣體的質(zhì)量速度：</p><p>　　入塔液體的質(zhì)量速度：</p><p>　　由氣相轉(zhuǎn)移到液相的甲苯的質(zhì)量速度：</

46、p><p>　　出塔混合氣體的質(zhì)量速度：</p><p>　　出塔混合液體的質(zhì)量速度：</p><p><b>　　塔頂?shù)奈障禂?shù)：</b></p><p><b>　　塔底的吸收系數(shù)：</b></p><p><b>　　傳質(zhì)單元高度為：</b></

47、p><p>　　4.3.3填料塔高度的計(jì)算</p><p><b>　　填料塔高度為：</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是我們?cè)谛４髮W(xué)生必須經(jīng)過(guò)的一個(gè)過(guò)程，通過(guò)課程設(shè)計(jì)的鍛煉，可以為我們即將要準(zhǔn)備的畢業(yè)論文打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p>&l

48、t;p>　　此次設(shè)計(jì)基本能按照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、指導(dǎo)書(shū)、技術(shù)條件的要求進(jìn)行并且順利完成</p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)本專業(yè)的知識(shí)有了更進(jìn)一步的掌握，此次設(shè)計(jì)填料吸收塔的過(guò)程中，充分運(yùn)用了大氣污染控制工程，化工原理，環(huán)境工程原理等課程的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)在老師的指導(dǎo)下，熟練掌握了填料塔吸收劑最小用量以及塔徑塔高的計(jì)算，對(duì)今后的工作學(xué)習(xí)提供了很大幫助。</p><p><b&g

49、t;　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 郝吉明，馬廣大．大氣污染控制工程[M]．北京，高等教育出版社：2008</p><p>　　[2] 胡洪營(yíng)，張旭，黃俠，王偉，環(huán)境工程原理[M]．北京，高等教育出版社：2005</p><p>　　[3] 王志魁，劉麗英，劉偉，化工原理[M]．北京，化學(xué)工業(yè)出版社：2010</p>&l