化工原理课程设计

1、化工原理课程设计作者:日期:化工原理课程设计-填料吸收塔设计（水吸收氨气）一、精储塔主体设计方案的确定1.1装置流程的确定本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。1.2吸收剂的选择因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。2-1 工业常用吸收剂溶质溶剂溶质溶剂氨水、硫酸丙酮蒸汽水氯化氢水二氧化碳水、碱液二氧化硫水硫化氢碱液、有机溶剂苯蒸汽煤油、洗油一氧化碳铜氨液1.3填料的类型与选择填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料两大类。1.3.

2、1填料种类的选择本次采用散装填料。散装填料根据结构特点不同,又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。鲍尔环是目前应用较广的填料之一，本次选用鲍尔环。1.3.2填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有Dn16Dn25Dn38Dn76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也增加很多。而大尺寸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，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。常用填料的塔径与填料公称直径比值D/d的推荐值列于。表3-1填料种类D/d 的推荐值拉四环D/d2030鞍环D/d15鲍尔环D/d1015阶梯环

3、D/d8环矩鞍D/d81.3.3填料材质的选择工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类聚丙烯填料在低温（低于0度）时具有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重可选耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。综合以上：选择塑料鲍尔环散装填料Dn501.4基础物性数据1.4.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得20C水的有关物性数据如下:1.l998.2kg/m32.3.4.5.6.黏度：i0.001pa.s3.6kg/m.h表面张力为：z72.6dyn/cm940896kg/h220CNH3:H0.725kmol/m3kpa20CNH3:Dl7.34106m2/h

4、20CNH3:Dv0.225cm2/sm2/h1.4.2气相物性数据1.混合气体的平均摩尔质量为Mvmyimi0.0617.03040.942928.2818(2-1)2.混合气体的平均密度vmPMVMRT101.328.28188.3142931.1761kg/；3(2-2)(2-6)-7)因为该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。即:VminY1/mX2(2-8)因为是纯溶剂吸收过程，进塔液相组成X23R=8J314mKPa/kmolK3.混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得v1.73105pas6228105kg/mh注：1N1kgm/s211Pa1N/m21

5、kg/s220C时，空气的黏度1Pa.s=1kg/m.s2.4.3气液相平衡数据由手册查得， 常压下,200c时,200C寸，NH3在水中的溶解度：NH3在水中的亨利系数为E=76.3kpaH=0.725kmo1/m相平衡常数:0.7532(2-3)溶解度系数:998.2/76.318.02EMSS30.726kmol/kpam(2-4)1.4.4物料横算进塔气相摩尔比为YI上1y10.0610.060.06383(2-5)出他气相摩尔比为Y1(1A)0.06383(10.99)0.00063833.进塔惰性气体流量：V600027322.427320(10.6)234.599kmolh(2所

6、以YY20.063830.0006383L0.063830.7530.7456选择操作7气比为-V1.7L1.2676Vmin(2-9)L=1.2676356234.599=297.3860441kmo1/h因为V(Y1-Y2)=L(XiX)X10.0498第二节填料塔工艺尺寸的计算填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段2.1塔径的计算1.空塔气速的确定一一泛点气速法对于散装填料，具泛点率的经验值u/uf=0.50.85贝恩（Bain）霍根（Hougen）关联式,即:21418UFa1V2WLVlg1一L=A-KgLWVL(3-1)2UF1001.18360.2即：lg-(

7、3)19.810.917998.20.0942113202.5941.183681.754734.4998.2所以：uF/9.81(100/0.9173)(1.1836/998.2)=0.246053756UF=3.974574742m/s其中：Uf泛点气速，m/s;g重力加速度，9.81nMs2t填料总比表面积，m2/m3填料层空隙率m3/m3998.2kg/m3液相密度。1.1836kg/m3气相密度则上在允许范围内UF(1)填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。(2)最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体Lwmin为0.08m3/mh。Lwmi

8、nt0.081008m3/m2h(3-3)5358.8957210.6858min998.20.7850.8(3-4)经过以上校验，填料塔直径设计为D=800mm合理。根据填料规格校核：D/d=800/50=16根据表31符合WL=5358.89572kg/hWV=7056.6kg/hA=0.0942;K=1.75;取u=0.7uF=2.78220m/0.7631(3-2)圆整塔径后D=0.8m1.泛点速率校核：u0.78560000.8236003.3174m/sUF3.31740.83463.97462.3.液体喷淋密度的校核：积流量。对于直径不超过75mm的散装填料，可取最小润湿速率Um

9、inWLL0.75D2460003.142.782036002.2填料层高度的计算及分段YimXi0.049850.75320.03755(3-5)*Y2mX20(3-6)2. 2.1传质单元数的计算用对数平均推动力法求传质单元数YM(3-7)*YiYi(丫2丫2)YMlnUY2丫2(3-8)0.063830.00063830.03755,0.02627In一0.0006383=0.0068952.2.2质单元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：0.750.120.051exp1.454与ULVt0.2(3wtLg一9)即：aw/at=0.3液体质量通量为:uL=WL/0.7

10、85X0.8X0.8=10666.5918kg/(m2?h)气体质量通量为：uv=60000X1.1761/0.64=14045.78025kg/(m2?h)YiY2NOG气膜吸收系数由下式计算:=1+9.5(0.699990.5)1.48.56502=17.113/(m3hkpa)kG0.237%)7v/1VDV3tDVRT(3-10)=0,237(14045.78025+100.6228X105)7(228+0.081+1.1761)0.3(100X0.081+8.314+293)=0.152159029kmol/(m2hkpa)液膜吸收数据由下式计算:=0.566130072m/hKL0

11、.0095工LDL(3-11)因为1.45KGKGW1.10.15215X0.37401.451.1X100(3-12)=8.565021kmol/(m3hkpa)KLKLW0.4=0.56613X100X0.3741.450.4(3-13)=24.56912/因为：u/=0.8346所以需要用以下式进行校正:1.4kG19.5UF0.5kG(314)580kmolkl2.212.60.5kLUF(3-15)=1+2.6(0.6999-0.5)2.224.569123=26.42106/hKG1KG1rHKL(3-16)=1+(1+17.1358+1+0.725-26.40)=9.038478

12、kmol/(m3hkpa)HOGVKGP(3-17)=234.599+9.03847+101.3+0.7.64=0.491182mZHOGNOG(3-18)=0.491182X9.160434=4.501360m,得Z=1.4X4.501=6.30m2.2.3填料层的分段对于鲍尔环散装填料的分段高度推荐值为h/D=510。h=5X80010X800=48m计算得填料层高度为7000mm,故不需分段2.3填料层压降的计算取Eckert(通用压降关联图);将操作气速u(=2.8886m/s)代替纵坐标中的uF查表，DG50mm塑料鲍尔环的压降填料因子=125代替纵坐标中的.则纵标值为：2u?：2=

13、0.1652gL(319)030,5WLV5358.895721.1761WVL7056.6998.2=0.02606(3-20)P981Pa/mZ(321)全塔填料层压降P=981X7=6867Pa至此，吸收塔的物科衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出第三节填料塔内件的类型及设计2.1塔内件类型填料塔的内件主要有填料支撑装置、填料压紧装置、液体分布装置、液体收集再分布装置等。合理的选择和设计塔内件，对保证填料塔的正常操作及优良的传质性能十分重要。3. 2塔内件的设计4. 2.1液体分布器设计的基本要求：(1)液体分布均匀(2)操作弹性大(3)自由截面积大(4)其他3.2.2液体分布器布

14、液能力的计算(1)重力型液体分布器布液能力计算(2)压力型液体分布器布液能力计算注：(1)本设计任务液相负荷不大，可选用排管式液体分布器；且填料层不高,横坐标为:查图得可不设液体再分布器。(2)塔径及液体负荷不大，可采用较简单的栅板型支承板及压板。其它塔附件及气液出口装置计算与选择此处从略。注:1填料塔设计结果一览表塔径0.8m填料层高度7m填料规格50mm鲍尔环操作液气比1.26763561.7 倍最小液气比校正液体流速2.78220/s压降6867Pa惰性气体流量234.599kmol/h2填料塔设计数据一览uV气体的粘度，1.73105Pa/s=6228105kg/m.hm一平衡常数 0

15、.7532一水的密度和液体的密度之比 12,og重力加速度，m/s9.81=1.27108m/h,3,3V；L分别为气体和液体的密度，1.1836kg/m;998.2kg/m；WL=5358.89572kg/hW=7056.6kg/h 一分别为气体和液体的质量流量3S-气相总体积传质系数,kmOl/mSZ填料层高度，m一塔截面积,4D2HOG一气相总传质单元高度，mNOG一气相总传质单元数2KGkmol/mskPa一以分压差表不推动力的总传质系数，aW一单位体积填料的润湿面积D必花8.314kNm/kmolKR一气体常数，DV0.081m2/h;DL7.34106m2/h一氨气在空气中中的扩散

16、系数及氨气在水中的扩散系L液体的表面张力，=940896kg/h2填料材质的临界表面张力，427680kg/h2;开孔鲍尔环=1.45液体质量通量为：uL=WL/0.785X0.80.8=10666.5918kg/(itf?h)气体质量通量为：uV=600001.1761/0.64=14045.78025kg/(m2?h)3参考文献1夏清.化工原理（下）M.天津：天津大学出版社，2005.2贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计M.天津：天津大学出版社，2002.3华南理工大学化工原理教研室著.化工过程及设备设计M.广州：华南理工大学出版社，198t填料总比表面积，填料层空隙率m3/m2,3m/m100391.7%kG一以分压差表示推动力的气膜传质系数,2kmol/mskPaH溶解度系数，0.7252kmol/mkPa