我的化工原理课程设计

1、.化工原理化工设备课程设计说明书课程题目: 清水吸收变换气的填料塔装置设计设计者班级： 设计者姓名： 设计者学号： 设计日期： 设计老师： 设计成绩： 评定日期： 【二】设计任务书一、 设计题目 清水吸收变换气的填料塔装置设计二、基础数据 1、混合气体的处理量为：4000/h。每年300天，每天24小时连续运行。 2、原料气组成：氨4.5 ；空气95.5 3、产品质量：塔顶的氨含量不大于0.02，用清水吸收；（以上均为体积分数） 4、设计条件： 操作压力：101.3KPa； 操作温度：20 ； 吸收剂用量：最小用量的1.1-2.0倍，我取最小用量的1.5倍 填料类型、尺寸：自选。 设计基础数据

2、：20下氨在水中的溶解度系数为H0.725kmol/(m3·kPa)三、设计内容 1、吸收塔的物料衡算； 2、吸收塔的工艺尺寸计算； 3、填料层压降的计算； 4、填料塔塔内件的设计与选型。四、设计结果 设计说明书和图纸【三】设计简要3.1设计原理气体混合物的分离，总是根据混合物中各组分间某种物理性质和化学性质的差异而进行的。吸收作为其中一种，它根据混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同而达到分离的目的。在物理吸附中，溶质和溶剂的结合力较弱，解析比较方便。填料塔是一种应用很广泛的气液传质设备，它具有结构简单、压降低、填料易用耐腐蚀材料制造等优点，操作时液体与气体经过填料时被填料打散，增大

3、气液接触面积，从而有利于气体与液体之间的传热与传质，使得吸收效率增加。3.2填料吸收塔的设计原则填料塔设计一般遵循以下原则:（1）塔径与填料直径之比一般应大于15：1，至少大于8：1；（2）填料层的分段高度为：金属:6.0-7.5m，塑料：3.0-4.5；（3）5-10倍塔径的填料高度需要设置液体在分布装置，但不能高于6m；（4）液体分布装置的布点密度，Walas推荐95-130点/m2,Glitsh公司建议65-150点/m2（5）填料塔操作气速在70%的液泛速度附近；（6）由于风载荷和设备基础的原因，填料塔的极限高度约为50米3.3设计过程与步骤 吸收剂的选择 决定操作温度和压力 确定气液

4、平衡关系； 选择液气比和确定流程； 选择填料 计算塔径和填料层高度； 压力损失计算；塔内辅助装置的选择和计算；【四】设计方案4.1吸收剂的选择吸收过程是依靠气体溶质在吸收剂中的溶解来实现的，因此，吸收剂性能的优劣，是决定吸收操作效果的关键之一，选择吸收剂时应着重考虑以下几方面。1、溶解度：吸收剂对溶质组分的溶解度要大，以提高吸收速率并减少吸收剂的需用量。 2、选择性：吸收剂对溶质组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离。 3、挥发度要低：操作温度下吸收剂的蒸气压要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。 4、粘度：吸收剂在操作温度下的粘度

5、越低，其在塔内的流动性越好，有助于传质速率和传热速率的提高 5、其他所选用的吸收剂宜尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。根据本设计要求，选择用清水作吸收剂，且氨气不作为产品，故采用纯溶剂。4.2吸收的工艺流程用水吸收NH3属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以，本实验选用逆流吸收流程。4.3吸收的填料的选择（1）概述填料是填料塔内气-液两相接触的核心元件。填料类型和填料层的高度直接影响传质效果，其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素。填料的种

6、类很多，根据填装方式的不同，可分为散装填料盒规整填料两大类。规整填料是将金属丝网或多孔板压制成波纹状并叠成圆筒形整块放入塔内。这种填料不但空隙率大，压降低，而且液体按预分布器设定的途径流下，只要液体的初始分布均匀，全塔填料层内的液体分布良好，克服大塔的放大效应，传质性能高。但其造价较高，易被杂物堵塞并且清洗困难。散装填料常见的有：拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料、弧鞍形填料、矩鞍形填料、环矩鞍填料等等。一些常见的填料（2）填料性能参数：比表面积a 单位m2/m3 填料应具有尽可能多的表面积以提高液体铺张，形成较多的气液接触界面。对同种填料，小尺寸填料具有较大的比表面积，但填料过小不但造价高而

7、且气体流动的阻力大。：孔隙率 流体通过颗粒层的阻力与孔隙率密切相关。为了减少气体的流动阻力，提高填料塔的允许气速（处理能力），填料层应有尽可能大的孔隙率。：填料因子f 其单位1/m 填料因子是比表面积与空隙率三次方之比。它表示填料的流体力学性能，f值越小，表明流动阻力越小。填料性能通常根据效率、通量及压三要素衡量。（3）填料的选择工艺塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同种填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。而尺寸大的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺

8、寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。（各种填料的使用范围参见附录1,附录2,附录3）根据本设计的要求，选择用金属散装填料。在金属散装填料中，金属环矩鞍填料的综合性能较好，故选用DN50金属环矩鞍填料【五】基础性数据的查询对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得，20时水的有关物性数据如下：(1) 密度：(2) 粘度： (3)表面张力：(4)NH3在水中的扩散系数为(5)混合气体的平均摩尔质量为=0.05×170.95×29=28.4(6)混合气体的平均密度为= (7)查实用化学手册在空气中的扩散系数为(8)由化工手册查

9、得，常压下20时NH3在水中的亨利系数为：E= 76.41KPa(9)相平衡常数为 m=(10)20下氨在水中的溶解度系数为H=（11）20下空气的密度=1.205（12）20下氨气的密度=0.7081【六】吸收塔的物料衡算 进塔气相摩分数 (体积分数算摩尔分数)： 出塔气相摩尔比 (体积分数算摩尔分数)： 进塔惰性气相流量： 该过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算,即: 对于纯吸收过程，进塔液相组成为: 取操作液气比为【七】吸收塔的工艺尺寸计算1.塔径计算填料塔的直径D与操作空塔气速u及气体体积流量Vs之间存在以下关系：D 塔径，m;Vs气体体积流量，/s;u 操作空塔气

10、速，m/s采用埃克特通用关联图计算泛点气速气相质量流量为 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 埃克特通用关联图的横坐标为 液相为水其液体密度校正系数，20时水的粘度为查化工原理课程设计根据贝恩-霍根关联式：查表得特性参数AK比表面积a空隙率干填料因子f金属环矩鞍0.062251.7574.9 m2/m30.96 m3/m384/m A=0.06225,k=1.75, =0.96由上表知at=74.920时水的粘度L带入数据可知：解得F=4.8264取 由 圆整塔径取 泛点率校核： (在允许的范围内)填料规格校核 8 液体喷淋密度校核取最小润湿速率为，又 经以上校核可知，填料塔直径选用合理。2.填料层高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：查化工原理课程设计 液体质量流量为： 气膜吸收系数由下式计算气体质量通量为： 液膜吸收系数由下式计算由 查化工原理课程设计则因为： 则由由，考虑恩田公式最大误差由填料塔安全出发取：即可设计取填料层高度为： 查化工原理课程设计对于金属环矩鞍填料， 由于金属环填料一般在取计算得填