(硕士论文)吸收解吸塔的详细设计和ASPEN塔设计.pdf

课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 指导教师：指导教师： 工作部门：工作部门： 一、课程设计题目一、课程设计题目 填料吸收塔的设计 二、工艺条件二、工艺条件 1煤气中含苯 2%（摩尔分数） ，煤气分子量为 19； 2生产能力：每小时处理含苯煤气 2000m，连续操作； 3吸收塔底溶液含苯0.15%（质量分数） ； 4吸收回收率95%； 5吸收剂为洗油：分子量 260，相对密度 0.8； 6吸收操作条件为：1atm、27；解吸操作条件为：1atm、120； 7冷却水进口温度25，出口温度50。 8吸收塔汽-液平衡 y* = 0.125x； 解吸塔汽-液平衡为 y* = 3.16x； 9解吸气流为过热水蒸气，经解吸后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新 鲜吸收剂过程中热效应忽略不计； 10.年工作日及填料类型：自选。 三、课程设计内容三、课程设计内容 1设计方案的选择及流程说明； 2工艺计算； 3主要设备工艺尺寸设计； （1）塔径的确定； （2）填料层高度计算； （3）总塔高、总压降及接管尺寸的确定。 4辅助设备选型与计算。 - 1 - 四、进度安排四、进度安排 1课程设计准备阶段：收集查阅资料，并借阅相关工程设计用书； 2设计分析讨论阶段：确定设计思路，正确选用设计参数，树立工程观点，小组分工 协作，较好完成设计任务； 3计算设计阶段：完成物料衡算、流体力学性能验算及主要设备的工艺设计计算； 4. 课程设计说明书编写阶段：整理文字资料计计算数据，用简洁的文字和适当的图表 表达自己的设计思想及设计成果。 五、基本要求五、基本要求 1格式规范，文字排版正确； 2. 主要设备的工艺设计计算需包含：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的 结构设计和工艺尺寸的设计计算； 3工艺流程图：以 3 号图纸用单线图的形式绘制，标出主体设备与辅助设备的物料方 向，物流量、能流量，主要测量点； 4. 填料塔工艺条件图：以 2 号图纸绘制，图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性 表和接管表； 5. 按时完成课程设计任务，上交完整的设计说明书一份。 教研室主任签名：教研室主任签名： 年年 月月 日日 - 2 - 目目 录录 课程设计的目的及要求 1 课程设计方案的介绍 2 吸收塔的基础数据的计算 3 吸收塔的工艺计算 4 吸收塔的主体设备的设计10 吸收塔辅助设备的计算及选型10 解吸塔的基础数据的计算11 解吸塔的工艺计算12 解吸塔的主体设备的设计17 解吸塔辅助设备计算及选型17 吸收塔与解吸塔设计一览表18 设计评述19 参考文献20 aspen 模拟塔设计20 - 1 - 一课程设计的目的 课程设计是化工原理课程教学中综合性和实践性较强的环节， 是理论联系实 际的桥梁。通过课程设计，使我们学会如何运用化工单元操作的基本原理，基本 规律以及常用设备的机构和性能等知识去解决工程上的实际问题， 同时还能使我 们树立正确的工程观念和严谨的科学作风。 通过课程设计，可以提高我们一下几个方面的能力： 1.1 熟悉查阅文献资料，搜集有关证据正确选用公式； 1.2 在兼顾技术上的先进性，可行性，经济上合理性的前提下，综合分析设 计任务要求，确定化工工艺流程，进行设备选型，并提出保证过程正常，安全运 行所需的检测和计量参数，同时还要考虑改善劳动条件和环境保护的有效措施； 1.3 正确掌握过程计算以及工艺设备的设计计算方法； 1.4 用精炼的语言，简洁的文字，清晰的图表表达自己的设计思想和计算结 果。 二、设计要求 1工艺条件与数据 （1）煤气中含苯 2%（摩尔分数） ，煤气分子量为 19； （2）吸收塔顶溶液含苯0.15%（ 质量分数） ； （3）吸收塔汽液平衡 y=0.125x；解吸塔汽液平衡 y=3.16x； （4）吸收回收率95%； （5）吸收剂为洗油，分子量 260，相对密度 0.8； （6）生产能力为每小时处理含苯煤气 2000m； （7）冷却水进口温度25，出口温度50。 2操作条件 （1）吸收操作为 1atm,27，吸收操作为 1atm,120； （2）连续操作； （3）解吸气流为过热水蒸气； （4）经解析后的液体直接用作吸收剂，正常操作下不再补充新鲜吸收剂； (5) 过程中热效应忽略不计。 - 1 - 1 设计方案的介绍设计方案的介绍 本设计为填料吸收塔，设计中说明吸收剂为洗油，被吸收的气体是含苯的 煤气，且混合气中含苯的摩尔分数为 0.02.除了吸收塔以外，还需其他的辅助设 备构成完整的吸收- 脱吸塔。气液采用逆流流动，吸收剂循环再用，所设计的流 程图如 a3 图纸上的图所示。图中左侧为 吸收部分，混合气由塔底进入吸收塔， 其中混合气中的苯被由塔顶淋下的洗油吸 收后，由塔顶送出（风机在图中未画出来） 。富液从富油贮罐由离心泵(j0102)送 往右侧的脱吸部分。脱吸常用的方法是溶液升温以减小气体溶质的溶解度。故用 换热器使送去的富油和脱吸的贫油相互换热。 换热而升温的富油进入脱吸塔的顶 部，塔底通入过热蒸汽，将富油中的苯逐出，并带出塔顶，一道进入冷凝器，冷 凝后的水和苯在贮罐（f0102）中出现分层现象，然后将其分别引出。回收后的 苯进一步加工。由塔顶到塔底的洗油的含苯量已脱的很低，从脱吸贮罐（f0103） 用离心泵(j0101)打出，经过换热器、冷凝器再进入吸收塔的顶部做吸收用，完成 一个循环。 - 2 - 2 吸收塔基础数据的计算吸收塔基础数据的计算 基础数据的计算包括吸收剂用量的计算及最小液气比的计算。 2.1 吸收剂用量吸收剂用量： 吸收剂用量可以根据过程的物料衡算， 依据混合气的组成情况可知吸收塔的 进出口气相组成如下： y1= 2 1 1 1004 . 2 02 . 0 1 02 . 0 1 = = y y kmol（苯）/kmol（煤气） = 1 2 y y 1 32 12 1002 . 1 1004 . 2 %)951 ()1 ( =yykmol（苯）/kmol(煤气) 3 3 3 2 2 2 10019 . 1 1002 . 1 1 1002 . 1 1 = + = + = y y y 3 1 1098 . 4 260 %15 . 0 1 78 %15 . 0 78 %15 . 0 = + =x 吸收塔液相进口的组成应低于其平衡浓度， 该系统的相平衡关系可以表示为 xy125 . 0 = 于是可得吸收塔进口液相的平衡浓度为： 3 3 2* 2 1015 . 8 125 . 0 10019 . 1 = = m y x 吸收剂入口浓度应低于 3 1015 . 8 ，其值的确定应同时考虑其吸收和解吸操 作，兼顾两者，经优化计算后方能确定，这里取： 3 2 1000 . 6 =x )(/ )(1004 . 6 1000 . 6 1 1000 . 6 1 3 3 3 2 2 2 洗油苯kmolkmol x x x = = = 气体混合物的平均分子量为:20.18191.02)-(1780.02m _ =+=kg/kmol - 3 - 2000= v q(hm / 3 ) hkmolqn/81.25 27273 273 22.4 2000 g = + = hkgmqq ngmg /625.163918.2025.81 _ = 2.2 液气比的计算：液气比的计算： 123 . 0 1004 . 6 125 . 0 1004 . 2 1002 . 1 1004 . 2 3 2 32 2 1 21 min = = = x m y yy q q ng nl 取实际液气比为最小液气比的 1.5 倍，则可以得到吸收剂用量为： hkmolq q q q ng ng nl nl /99.1425.815 . 1123 . 0 5 . 1 min = = hthkgmqq nlml /897 . 3 / 4 . 389726099.14= 洗油 smhm q q ml rl /1035 . 1 /872 . 4 800 4 . 3897 333 = 洗 3 吸收塔的工艺计算吸收塔的工艺计算 工艺计算包括塔径的计算，填料层高度的计算，总高度的计算和流体力学参 数计算。 3.1 塔径计算塔径计算 取 p=101.325kpa 3 3 /8198 . 0 )27327(314 . 8 18.2010325.101 mkg rt mp g = + = 液相密度可以近似取为： 33 /108 . 0mkg l = 洗油 - 4 - 液体黏度为： smpaspa l = 2 . 1102 . 1 3 利用 贝恩- 霍根公式计算泛点气速可得： 8 1 4 1 2 . 0 3 2 )()(75 . 1 )lg( l g mg ml l l g f q q a a a g u = (31) 由公式（31）可得： 8249 . 0 ) 800 8198 . 0 () 16390625 4 . 3897 (75 . 1 0942 . 0 )()(75 . 1 )lg( 8 1 4 1 8 1 4 1 2 . 0 3 2 = = l g mg ml l l g f q q a a a g u a=155 89. 0= smu a g u a a g u f lg l f l l g f /507 . 2 2 . 18198 . 0 155 80089 . 0 81 . 9 1497 . 0 1497 . 0 10 2 . 0 3 2 . 0 3 8249. 02 . 0 3 2 = = = = m u q d sm q q smuu vs g mg vs f 635 . 0 7549 . 1 14 . 3 5556 . 0 44 /5556 . 0 36008198 . 0 625.1639 /7549 . 1 507 . 2 7 . 07 . 0 3 = = = = = 取 圆整的取 d=650mm. 2 2 2 3317 . 0 4 ) 1000 650 (14 . 3 4 m d s= = 的范围内）在泛点率校正： ）（ 实际气速： 0 0 80 0 0 50( 0 0 81.666681 . 0 507 . 2 675 . 1 /675 . 1 1000 650 4 14 . 3 5556 . 0 4 22 = = = f vs u u sm d q u 满足径比条件）填料规格校核(1511.1738650d=d 喷淋量的校核： 吸收剂的喷淋密度 u=l/s （32) u = s qvl （33） 由公式（33）可得： - 5 - )/(69.14 3317 . 0 875 . 4 23 hmm s q u vl = 润湿率： tw aul/ min = （34) 由公式（34)可得： )/(095 . 0 155 69.14 / 3 min hmmatulw= 对于直径小于 75mm 的环形填料，必须满足润湿率的的最小值 l minw 0.08 满足最小喷淋密度要求。 经以上校对可知填料塔径选用 650mm 合理。 3.2 填料层高度的计算填料层高度的计算 3.2.1 传质单元高度计算传质单元高度计算 塔内的液相及气象物性如下. 3 l /800mkg= 3 /8198 . 0 mkg g = spa= - 3 l 101.2 spa g = 5 1068 . 1 mncmdyn l /02 . 0 /20= 苯在煤气中的扩散 系数近似取苯在空气中的扩散系数，已知： scmdg/075 . 0 2 =sm /1051 . 7 26 = 苯在洗油中的扩散系数查取得：smscmdl/1002 . 1 /1002 . 1 2925 = 气相及液相的流速为： s q g mg g 3600 = (35) 由公式（35）可得： )./(3731 . 1 )/( 3317. 03600 625.1639 3600 22g smkgsmkg s q g m g = = s q g ml l 3600 = （36） 由公式（36）可得： )/(2638 . 3 )/( 3317. 03600 4 . 3897 3600 22 smkgsmkg s q g ml l = = 气相传质系数： - 6 - 1 . 1 3 1 7 . 0 237 . 0 = rt ad da g k g gg g g g g （37） 由公式（37）可得： 1 . 1 6 3 1 6 5 7 . 0 5 45 . 1 300314 . 8 1051 . 7 155 1051 . 7 8198 . 0 1068 . 1 1068 . 1 155 3731 . 1 237 . 0 = g k )/(10871 . 1 25 kpasmkmolkg= 液相传质系数： 4 . 0 3 1 5 . 0 3 2 0095 . 0 = l l ll l lw l l g da g k （38） 由公式（38)可得：smkl 5 1021 . 5 = = 2 . 0 2 05 . 0 2 2 1 . 0 75 . 0 45 . 1 1 l l l l l lc w g g ag a pea (39） 由公式（39 可得； 32 /34.135mmaw= 将得到的传质系数换算成以摩尔分数差为推动力的传质系数： wgya apkk= (310） 由公式（310）可得： )(34.13510871 . 1 325.101 35 smkmolapkk wgya = ()smkmolkya= 3 2566 . 0 wgxa ackk= （311） 由公式（311）可得： 0217 . 0 34.1351021 . 5 260 800 5 = wlxa ackk ya og k g h= （312） 由公式（312）可得： sk mq sk q k gm k g k g h xa ng ya ng xayaya og 36003600 +=+= mhog6571 . 0 3317 . 0 0217 . 0 3600 125 . 0 25.81 3317 . 0 2566 . 0 3600 25.81 = + = 考虑到计算公式的偏差，实际上取： mhog78852 . 0 6571 . 0 2 . 1= - 7 - 3.2.2.传质单元数的计算：传质单元数的计算： 全塔的物料衡算方程为： ()() 2121 xxqyyq nlng = 依据该方程可以确定吸收塔底洗油中苯的组成： () 2211 xyy q q x nl ng += ()111 . 0 1004 . 6 00102 . 0 0204 . 0 99.14 25.81 3 1 =+= x 于是，可以计算该塔的塔底、塔顶以及平均传质推动力分别为： 006525 . 0 111 . 0 125 . 0 0204 . 0 * 111 =yyy 000265 . 0 1004 . 6 125 . 0 00102 . 0 3* 222 = yyy 001954 . 0 000265 . 0 006525 . 0 ln 000265 . 0 006525 . 0 ln 2 1 21 = = = y y yy ym 92 . 9 001954 . 0 00102 . 0 0204 . 0 21 = = = m og y yy n 则，填料层高度 mnhz ogog 723 . 7 78852 . 0 92 . 9 = 圆整后实际填料层高度取为 8m.依据鲍尔环塔填料的分段要求： z/d=510 mh6 max 取 h/d=6,h=3.9 依此可将填料分为两段.每段 4m，两段间设置一个液体再分 布器 3.3 总高度的计算总高度的计算 塔上部空间高度可取为 1.2m，液体再分布器的空间高度约为 1m。塔底液相 停留时间按 5min 考虑，则塔釜液所占高度为： m d tq h v 22 . 1 ) 1000 650 ( 4 14 . 3 5601035 . 1 4 2 3 2 1 2 = = - 8 - 塔内塔釜液到填料支撑板的高度可取为 1.2m，裙式支座的高度可取为 2.5m，所以塔的总高度为： h=z+h1+1.2+1+1.2+2.5=8+1.22+1.2+1+1.2+2.5=15.12m 3.4 流体力学参数计算流体力学参数计算 3.4.1 吸收塔的压力降吸收塔的压力降 （1）.气体进出口压力降取气体进出口接管的内径为 219mm，则气体进出口 流速近似为 16.52m/s，则进口压力降为： paup11252.168198 . 0 2 1 2 1 22 1 = 出口压力降为： paup5652.168198 . 0 2 1 5 . 0 2 1 5 . 0 22 2 = （2）.填料层压力降，气体通过填料层的压力降采用 eckert 关联图计算， 其中实际操作气速为： smu/675 . 1 ) 1000 650 ( 4 14 . 3 5556 . 0 2 = = 2 1 )( lq q x g mg ml = （313） 由公式（313）可得： 076 . 0 ) 800 8198 . 0 ( 625.1639 4 . 3897 )( 2 1 2 1 = l g mg ml q q x 2 1 2 )( l g g u y = (314） 由公式（314）可得： 0433 . 0 2 . 1 80081 . 9 8198 . 0 800 1000 114675 . 1 )( 2 . 0 2 2 1 2 = = = l g g u y 查 eckert 图得每米填料的压力降为 300pa，所以填料层的压力降为： pap24008300 3 = （3）.其他塔内件的压力降，其他塔内件的压力降 p较小，在此可以 忽略。于是得吸收塔德压力降为： pappppf2568240056112 321 =+=+= - 9 - 3.4.2.气体动能因子：气体动能因子： 吸收塔内气体动能因子为： g uf= (315） 由公式（315）可得： )/(5166 . 1 8198 . 0 675 . 1 2 1 2 1 mskguf g = 气体动能因子在常用的范围内。 3.4.3.吸收因子：吸收因子： 吸收塔内气体吸收因子为： ng nl mq q a = （316） 又公式(316）可得： 476 . 1 25.81125 . 0 99.14 = = ng nl mq q a 在吸收因子适宜的范围内。 从以上的各项指标分析，该吸收塔的设计合理，可以满足解吸塔操作的工艺 要求。 4 吸收塔的主体设备吸收塔的主体设备 吸收塔填料所选用的规格为聚丙烯鲍尔环（38381.4）散堆填料,气体进 出口尺寸为： 2196，液体进出口尺寸为： 502.5。 5 吸收塔辅助设备计算吸收塔辅助设备计算及选型及选型 5.1液体液体初始分布器和再分布器初始分布器和再分布器 5.1.1液体液体初始分布器初始分布器： （1）.布液孔数，根据该物系性质可选用莲蓬式喷洒器取布液孔数为 100 个 - 10 - /m 2 。则总布液孔数为： n=0.3317100=34 个 （2）.液位保持管高度，取布液孔直径 5mm，则液位保持管中的液位高度为： )2/() 4 ( 2 2 g nkl q h v = （317） 由公式（317）可得： mg nkd q h v 5428 . 0 )81 . 9 2/() 62 . 0 34005 . 0 14 . 3 1035 . 1 4 ()2/() 4 ( 2 2 3 2 2 = = 则液位保持高度为： h =1.15542.8=624.22mm 其他尺寸计算从略。 5.1.2.液体液体再分布器再分布器： 采用截锥式再分布器 5.2.其他附属其他附属塔内件塔内件 支撑装置选用栅板式，填料压板选用栅条形压板，气体分布装置采用简单 的气体分布装置，同时，对排放的净化气体中的液相夹带要求不严。 6 解解吸塔的基础数据的计算吸塔的基础数据的计算 基础数据的计算包括吸收剂用量的计算及最小液气比的计算。 再生塔德设计条件为： 洗油处理量为 3897.4kg/h 洗油中苯的摩尔比为 0.111kmol 苯/kmol 洗油 再生后洗油中苯的摩尔比为 6.04 3 10kmol 苯/kmol 惰性气体 所用的汽提气入口苯含量近似为 0。 6.1.吸收剂用量的计算吸收剂用量的计算 再生汽提气用量与吸收塔设计一样，首先要缺定最小汽提气用量，依据物 料衡算方程，求取最小气液比，但需注意这里的 x 11,y 表示的是塔顶的液相和 - 11 - 气相摩尔比，而 11,y x表示的是塔底的液气相摩尔比，于是得： * 1 21 min )( y yx q q nl ng = 洗油苯 kmolkmolmxy/35076 . 0 111 . 0 316 1 * 1 = 2992 . 0 035076 . 0 1004 . 6 111 . 0 )( 3 min = = nl ng q q 取： 4488 . 0 2992 . 0 5 . 1)(5 . 1)( min = nl ng nl ng q q q q 则汽提气的实际用量为： nlng qq4488 . 0 =hkmolqnl/7275 . 6 260 4 . 3897 4488 . 0 4488 . 0 = hmqvg/93.216 273 273120 4 . 227275 . 6 3 = + = hkghkgmqq gngmg /23.121/02.187275 . 6 = hkgqml/ 4 . 3897= hm q q l ml vl /1658 . 5 3 = 7 解解吸塔的工艺计算吸塔的工艺计算 工艺计算包括塔径的计算，填料层高度的计算，总高度的计算和流体力学参 数计算。 7.1.塔径计算塔径计算 取 p=101.325kpa 3 /5588 . 0 )273120(314 . 8 02.18325.101 mkg rt mp g = + = 液相密度可以近似取为： 水 8 . 0= l - 12 - 查表可知 120时 3 / 1 . 943mkg= 水 33 /48.754/ 1 . 9438 . 0mkgmkg l = 液体黏度为：spa l = 3 108 . 0 利用贝恩-霍根泛点气速方程可得： 8 1 4 1 2 . 0 3 2 )()(75 . 1 lg l g mg ml l l g f q q a a g u = 取 a=0.204 4885 . 1 ) 48.754 5588 . 0 () 23.121 4 . 3897 (75 . 1 204 . 0 lg 8 1 4 1 2 . 0 3 2 = l l g f a g u 取 a=228 9 . 0= 4885 . 1 2 . 0 3 2 10= l l g f a g u sm a g u lg l f /1997 . 1 8 . 05588 . 0 228 48.7549 . 081 . 9 0325 . 0 0325 . 0 2 . 0 3 2 . 0 3 = = = 取 u=0.7u f =0.71.1997m/s=0.8398m/s m u q d smsm q q vs g mg vs 302 . 0 8398 . 0 14 . 3 0603 . 0 44 /0603 . 0 / 36005588 . 0 23.121 = = = = 圆整后取 d=300mm 2 2 2 07065 . 0 4 ) 1000 300 (14 . 3 4 m d s= = 实际气速：sm d q u vs /8525 . 0 07065 . 0 0603 . 0 4 2 = 泛点率校正的范围内）在 0 0 80 0 0 50(7114 . 0 1997 . 1 8535 . 0 = f u u 填料规格校正 d/d=满足径比条件）(812 25 300 = 喷淋量的校核：吸收剂的喷淋密度 u=l/s - 13 - )/(12.73 07065 . 0 1658 . 5 23 hmm s q u vs = 润湿率：)/(32 . 0 228 12.73 / 3 min hmmatulw= 对于直径小于 75mm 的环形填料，必须满足润湿率最小值08 . 0 min w l满足 最小喷淋密度要求。 经以上校核可知填料塔径选用 300mm。 7.2.填料层高度计算填料层高度计算 7.2.1.传质单元高度计算传质单元高度计算 塔内的气液相物性如下： 3 48.754mkg l = 3 5588 . 0 mkg g = spa g = 4 10374 . 2 spa l = 3 108 . 0 cmdyn l 15= 气相扩散系数为 ()() 2 3 1 3 1 2 1 75 . 1 3 100 . 1 + + = ba ba ba g vvp mm mm t d () () 2 3 1 3 1 75. 1 3 6 8 . 19 5 . 166 7 . 121 2 1 02.1878 7802.18 120273100 . 1 + + + = smdg 25 1078 . 1 = 液相扩散系数 () 6 . 0 2 1 8 104 . 7 ab b l v tm d = ()() () smdl 29 6 . 0 2 1 8 1048 . 3 98 . 1 6 5 . 1668 . 0 2731202601 104 . 7 = + + = 气相及液相的流速为 )(477 . 0 07065 . 0 3600 23.121 3600 2 smkg s q g mg g = = )(32.15 07065 . 0 3600 4 . 3897 3600 2 smkg s q g ml l = = 气相传质系数 - 14 - 1 . 1 3 1 7 . 0 237 . 0 = rt ad da g k g gg g g g g 3 1 5 3 1 5 4 7 . 0 4 45 . 1 393314 . 8 1078 . 1 228 1078 . 1 5588 . 0 10374 . 2 10374 . 2 228 477 . 0 237 . 0 = g k ()kpasmkmolkg= 26 1085 . 5 液相传质系数 = 2 . 0 2 05 . 0 2 2 1 . 0 75 . 0 45 . 1 exp1 al l l l l lc w g g ag a g aa = 2 . 0 2 05 . 0 2 1 . 0 3 75 . 0 228015 . 0 48.754 32.15 81 . 9 48.754 22832.15 108 . 0228 32.15 15 54 45 . 1 exp1228 w a )(64.226 2 mmaw= 4 . 0 3 1 5 . 0 3 2 0095 . 0 = l l ll l lw l l g da g k 4 . 0 3 1 3 5 . 0 9 3 3 2 3 45 . 1 48.754 81 . 9 108 . 0 1048 . 3 48.754 108 . 0 108 . 064.226 32.15 0095 . 0 = l k smkl 4 1065 . 2 = 将得到的传质系数换算成以摩尔分数差为推动力的传质系数 )(1343 . 0 64.2261085 . 5 325.101 36 smkmolapkk wgya = )(1743 . 0 64.2261065 . 2 260 48.754 34 smkmolackk wlxa = sk mq sk q k gm k g k g h xa ng ya ng xayaya og 36003600 +=+= mhog6765 . 0 07065 . 0 1743 . 0 3600 16 . 3 7275 . 6 07065 . 0 1343 . 0 3600 7275 . 6 = + = 考虑到计算公式的偏差，实际上取 mhog8118 . 0 067652 . 1= - 15 - 7.2.2 传质单元数的计算：传质单元数的计算： 全塔的物料衡算方程为 ()() 2121 xxqyyq nlng = 依据该方程可以确定解释塔底洗油中苯的组成 () 2211 yxx q q y ng nl += ()(2339 . 0 01004 . 6 111 . 0 7275 . 6 260 4 . 3897 3 1 水蒸气（苯）kmolkmoly=+= 于是，可以计算该塔德塔底、塔顶以及平均传质推动力分别为 11686 . 0 2339 . 0 111 . 0 16 . 3 1 * 11 =yyy 0190864 . 0 1004 . 6 16 . 3 3 2 * 22 = yyy 05396 . 0 0190864 . 0 11686 . 0 ln 0190864 . 0 11686 . 0 ln 2 1 21 = = = y y yy ym 3347 . 4 05396 . 0 2339 . 0 21 = = m og y yy n 则解吸塔高度： mnhz ogog 52 . 3 8118 . 0 3347 . 4 = 圆 整 实 际 填 料 层 高 度 取 为 4m ， 依 据 阶 梯 环 塔 填 料 的 分 段 要 求 z/d=515hm6 max 。故，可以不进行分段。 7.3总高度的计算总高度的计算 塔上部空间高度，可取为 1.2m，塔底液相停留时间按 3min 考虑，则塔釜所 占高度为： h=3.52+1.2+3.66+0.7+2.5=11.58m 7.4流体力学参数计算流体力学参数计算 7.4.1.解解吸塔的压力降吸塔的压力降. （1）.气体进出口压力降.取气体进出口接管内径为 50mm，则气体的进出口 液速近似为 37m/s，则进口压力降为： paup382375588 . 0 2 1 2 1 22 1 = - 16 - 出口压力降为： paup191315588 . 0 5 . 0 2 1 2 1 5 . 0 22 2 = （2）.填料层压力降. 气体通过填料层的压力降采用 eckert 关联图计算， 其中实际操作气速为： sm d q u vs /8493 . 0 )3 . 0( 4 014. 06 . 0 4 22 = = 875 . 0 ) 48.754 5588 . 0 () 23.121 4 . 3897 ()( 5 . 05 . 0 = l g mg ml q q x 01 . 0 8 . 0 48.75481 . 9 5588 . 0 8 . 02408493 . 0 2 . 0 2 2 . 0 2 = = l g g u y 查 eckert 关联图得每米填料的压力降为 200pa，所以填料层的压力降为： pap8004200 3 = （3）.其他塔内件的压力降. 其他塔内件的压力降p 较小，在此可以 忽略。于是得吸收塔的总压力降为： pappppf1373800191382 321 =+=+= 7.4.2.气体动能因子气体动能因子. 解吸塔内气体动能因子为： )/(635 . 0 5588 . 0 8493 . 0 2 1 2 1 mskguf g = 气体动能因子在常用的范围内。 7.4.3.解解吸因子吸因子. 解吸塔内气体解吸因子为： nl ng q mq s = (71） 由公式（71）可得： 418 . 1 99.14 7275 . 6 16 . 3 = = nl ng q mq s 在解吸因子适宜的范围内。 从以上的各项指标分析，该解吸塔的设计合理，可以满足解吸操作的工艺要 求。 - 17 - 8 解吸塔的主体设备的设计解吸塔的主体设备的设计 解吸塔的填料规格为聚丙烯阶梯环（2525）散堆填料，气体的进出口尺 为 502.5，液体的进出口尺寸为 502.5。 9 解吸塔的辅助设备的计算与选型解吸塔的辅助设备的计算与选型 9.1 液体液体初始分布器初始分布器. 布液孔数. 根据该物系性质可选用多孔直管式布液器，取布液孔数为 100 个 /m 2 ,则总布液孔数为： n=0.07065100=8 个 9.2 其他附属其他附属塔内件塔内件. 支撑装置选用栅板式，填料压板选用栅条形压板，气体分布装置采用简单的 气体分布装置，同时，对排放的净化气体的液相夹带要求不严，可不设除液沫装 置。 - 18 - 10 吸收塔与解吸塔设计结果一览表吸收塔与解吸塔设计结果一览表 项目 吸收塔 解吸塔 操作气速 u,m/s 1.7549 8398 泛点气速 f u ，m/s 2.507 1.1997 喷淋密度 u,)/( 3 hmm 14.69 73.12 塔径 d，m 0.65 0.3 高度 h,m 15.12 11.58 塔压降p /z,pa/m 300 382 塔布液点数 n 34 8 填料规格及名称 聚丙烯鲍尔环（3838 1.4） 聚丙烯阶梯环（2525 液体分布器 莲蓬式喷洒器 多孔直管式 液体再分布器 截锥式再分器 支撑板 栅板式 栅板式 压板 栅条板 栅条形 气体进出口尺寸 2196 502.5 液体进出口尺寸 502.5 502.5 - 19 - 11 设计评述设计评述 本课题是通过给定的工艺条件，设计填料吸收塔，在设计过程中，我们按 照工艺要求，操作安全可靠，所需材料和操作较低的原则，参阅了部分文献，从 理论计算的角度设计出所需的填料吸收塔及解吸塔。在设计中，我们对填料进行 了选择，计算了塔径、塔高机流体力学参数，由此对塔进行了适当的分段，并选 择了再分布器。于此同时，对一些主要的性能参数进行了校正，如泛点率校正、 填料规格校核、喷淋量的校核。 此次设计中，也存在不足。如在 eckert 泛点气速关联图中，对压降的查找 时，读数存在一定的误差。再者，物料衡算过程中未考虑吸收剂洗油在循环利用 中的损失，我们是用最理想的情况进行计算，这是本设计的缺陷。 在设计的过程中，让我们学会了把书本上的知识运用到实际中来，同时锻 炼了我们查阅工具书的能力，树立了在设计中安全、经济、合理的思想。虽然在 这几周中有过挫折和坎坷，有些问题一直到最后才解决，但这未必就不是好事， 既让我们学会了认真做好每一个细节，又培养了我们团队合作的意识，磨练了我 们的耐心，另外还有老师给予我们的耐心讲解，让我们有一个良好的学习氛围。 所以这是很好锻炼我们实力的机会，使我们把理论与实际结合起来。 - 20 - aspen 模拟塔设计 一、板式塔工艺设计 首先要知道工艺计算要算什么？要得到那些结果？如何算？然后再进行下面的计算步 骤。 （参考） 其次要知道你用的软件（或软件模块）能做什么，不能做什么？你如何借助它完成给定 的设计任务。 记住：你是工艺设计者，没有 aspen 你必须知道计算过程及方法，能将塔设计出来， 这是你经过课程学习应该具有的能力， 理论上讲也是进入毕业设计的前提。 只是设计过 程中将复杂的计算过程交给 aspen 完成， aspen 只替你计算， 不能替你完成你的设计。 做不到这一点说明工艺设计部份还不合格， 毕业答辩就可能要出问题， 实际的这是开题 时要做的事的一部份，开题答辩就是要考察这个方面的问题。 设计方案，包括设计方法、路线、分析优化方案等，应该是设计开题报告中的一部份。 没有很好的设计方案，具体作时就会思路不清晰，足见开题的重要性。下面给出工艺设 计计算方案参考， 希望借此对今后的结构和强度设计作一个详细的设计方案， 明确的一 下接下来所有工作详细步骤和方法，以便以后设计工作顺利进行。 板式塔工艺计算步骤 1.物料衡算（手算） 目的：求解 aspen 简捷设计模拟的输入条件。 内容：(1) 组份分割，确定是否为清晰分割； (2)估计塔顶与塔底的组成。 得出结果：塔顶馏出液的中关键轻组份与关键重组份的回收率 参考： 化工原理有关精馏多组份物料平衡的内容。 2.用简捷模块（dstwu）进行设计计算 目的：结合后面的灵敏度分析，确定合适的回流比和塔板数。 方法：选择设计计算，确定一个最小回流比倍数。 得出结果：理论塔板数、实际板数、加料板位置、回流比，蒸发率等等 radfarce 所需 要的所有数据。 3.灵敏度分析 目的：1.研究回流比与塔径的关系（nt- r） ，确定合适的回流比与塔板数。 2.研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。 方法：可以作回流比与塔径的关系曲线（nt- r） ，从曲线上找到你所期望的回流比及塔 板数。 得到结果：实际回流比、实际板数、加料板位置。 4. 用 dstwu 再次计算 目的：求解 aspen 塔详细计算所需要的输入参数。 方法：依据步骤 3 得到的结果，进行简捷计算。 得出结果：加料板位置、回流比，蒸发率等等 radfarce 所需要的所有数据。 5. 用详细计算模块（radfrace）进行初步设计计算 目的：得出结构初步设计数据。 方法： 用 radfrace 模块的 tray sizing （填料塔用 paking sizing） ， 利用第 4 步 （dstwu） 得出的数据进行精确设计计算。 主要结果：塔径。 6. 核算 目的：确定工艺计算的最后结果。 - 21 - 方法：对第 5 步的计算结果（如：塔径等）按设计规范要求进行必要的圆整，用 ratefrace