化工原理课程设计(水吸收氨填料吸收塔设计)

(圆满版)化工原理课程设计(水吸取氨填料吸取塔设计)(正式版)(圆满版)化工原理课程设计(水吸取氨填料吸取塔设计)(正式版)18/18(圆满版)化工原理课程设计(水吸取氨填料吸取塔设计)(正式版)《化工原理》课程设计水吸取氨气过程填料塔的设计学院专业制药工程班级姓名学号指导教师2013年1月15日目录任⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4第一前言3填料塔的有关介4塔内填料的有关介!不决。第二填料塔主体方案的确定5装置流程的确定5吸取的5填料的型与7液相物性数据6气相物性数据8气液相平衡数据7物料横算7第三填料塔工尺寸的算83.1塔径的算83.2填料高度的算及分段9元数的算10元高度的算10填料的分段11第四填料降的算12第五填料塔内件的型及.13第六填料塔液体分布器的要13参照文件15本的述及心得15附表：附表1填料塔果一表15附表2填料塔数据一15附件一：塔流程172设计任务书(一)、设计题目：水吸取氨气过程填料吸取塔的设计试设计一座填料吸取塔，用于脱除混于空气中的氨气。混杂气体的办理量为7500m3/h，其中含氨气为5％（体积分数），要求塔顶排放气体中含氨低于％（体积分数）。采用清水进行吸取，吸取剂的用量为最小用量的1.5倍。(二)、操作条件1）操作压力常压2）操作温度20℃.(三)填料种类采用聚丙烯阶梯环填料，填料规格自选。(四)工作日每年300天，每天24小时连续进行。(五)厂址厂址为衡阳地区(六)设计内容吸取塔的物料衡算；吸取塔的工艺尺寸计算；填料层压降的计算；液体分布器简要设计吸取塔接收尺寸计算；绘制吸取塔设计条件图；对设计过程的讨论和有关问题的讨论。(七)操作条件20℃氨气在水中的溶解度系数为H＝（m3?kPa）。化工原理课程设计第一节前言1.1填料塔的有关介绍填料塔冲洗吸取净化工艺不仅应用在化工领域,在低浓度工业废气净化方面也能很好地发挥作用。工程实践表示,合理的系统工艺和塔体设计,是保证净化奏效的前提。本文简述聚丙烯阶梯填料应用于水吸取氨过程的工艺设计以及工程问题。填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备，它是化工类企业中最常用的气液传质设备之一。填料塔的主体结构以以以以下图所示：气体捕沫器液体填料压板塔壳填料填料支承板液体再分布器填料压板填料支承板气体液体图1填料塔结构图填料塔不仅结构简单，且流体经过填料层的压降较小，易于用耐腐化资料制造，因此它特别适用于办理量小、有腐化性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，因此填料塔属于连续接触式的气液传质设备。塔内填料的有关介绍聚丙烯材质填料作为塔填料的重要一类，在化工上应用较为广泛，与其他材质的填料比较，聚丙烯填料拥有质轻、价廉、耐蚀、不易破碎及加工方便等优点，但其明显的缺点是表面润湿性能差。研究表示，聚丙烯填料的有效润湿面积仅为同类规格陶瓷填料4化工原理课程设计40%，由于聚丙烯填料表面润湿性能差，故传质效率较低，使应用碰到必定的限制.聚丙烯阶梯环填料为外径是高度的两倍的圆环,在侧壁上开出两排长方形的窗孔,并在一端增加了一个锥形翻边，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连,另一侧向环内弯,形成内伸的舌叶,各舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔,大大提高了环内空间及环内表面的利用率,气流阻力小,液体分布平均。阶梯环与鲍尔环比较,其高度减少了一半,并在一端增加了一个锥形翻边。聚丙烯阶梯环的结构图以下：图2聚丙烯阶梯环结构图第二节精馏塔主体设计方案的确定装置流程的确定本次设计采用逆流操作：气相自塔底进入由塔顶排出，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，分别效率高，吸取剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。吸取剂的选择由于用水做吸取剂，故采用纯溶剂。表1工业常用吸取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5化工原理课程设计2.3填料的种类与选择填料的种类很多，依照装填方式的不同样样样，可分为散装填料和规整填料两大类。本次采用散装填料。工业塔常用的散装填料主要有Dn16\Dn25\Dn38\Dn50\Dn76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分别效率越高，但阻力增加，通量减小，填料开支也增加很多。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，使塔的分别效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定。常用填料塔径与填料公称直径比值D/d的介绍值列于下表。表2：常用填料的D/d的介绍值填料种类D/d的介绍值拉西环D/d20~30鞍形环D/d15鲍尔环D/d10~15阶梯环D/d>8环矩鞍D/d>8工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。聚丙烯阶梯环即为塑料类填料。聚丙烯填料在低温（低于0度）时拥有冷脆性，在低于0度的条件下使用要慎重，可选耐低温性能优异的聚氯乙烯填料。本方案采用聚丙烯阶梯环作为填料设计填料塔，规格为50mm×25mm×1.5mm，其主要参数以下：表3：聚丙烯阶梯环的特点数据填料种类公称直径外径×高/壁厚比表面积空隙率/%个数齐集密度干填料因DN/mma（tm2/m3）n/m-3（kg/m3）子m-1塑料阶梯环5050×25×1074054081432.4液相物性数据对低浓度吸取过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得20℃水的有关物性数据以下：1.L998.2kg/m32.黏度：L0.001pa?s3.6kg/(m?h)6化工原理课程设计3.表面张力为:z72.6dyn/cm940896kg/h220CNH3:H0.725kmol/m3kpa5.20CNH3:DL7.34106m2/h6.20CNH3:DV22/h2.5气相物性数据混杂气体的平均摩尔质量为:Mvmyimi(2-1)混杂气体的平均密度为：由PMVM3(2-2)vm8.314293RTmm3KPa/(kmolK)3.混杂气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20C时，空气的黏度1.81105pas6516105kg/(mh)注：1N1kgm/s21Pa1N/m21kg/(s2?m)1Pa?s=1kg/（m?s）2.6气液相平衡数据由手册查得，常压下，200C时，NH3在水中的亨利系数为200C时,NH3在水中的溶解度相平衡常数：mE(2-3)PHL998.2/(76.318.02)(2-4)溶解度系数:EMS0.726kmol/kPam32.7物料衡算1.进塔气相摩尔比为y1(2-5)Y11y1出塔气相摩尔比为Y2Y1(1A)(2-6)7化工原理课程设计3.进塔惰性气体流量:V7500273(10.05)296.383kmolh(2-7)27320由于该吸取过程为低浓度吸取，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算。即：LY1Y2(2-8)VY1/mX2min由于是纯溶剂吸取过程，进塔液相组成X20因此LY1Y2VminY1X2m选择操作液气比为LL（2-9）VVmin吸取剂用量：×由于V(Y1-Y2)=L(X1-X2)故X1第三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、填料层高度的计算及分段塔径的计算空塔气速的确定——泛点气速法关于散装填料，其泛点率的经验值u/uf依照贝恩（Bain）—霍根（Hougen）关系式，即：uF2at1418lgV=A-KwLV（3-1）g3LwVLLuF211114025791.59241.18368即：lg[(3)0.001]解得：uF=其中：uF——泛点气速，m/s;g——重力加速度，28化工原理课程设计at填料总比表面积，m2/m3填料层空隙率m3/m3998.2kg/m3液相密度。3气相密度WL=5791.592㎏/hWV；K=1.75；取u/uFu4V475000.6569m（3-2）Du3600圆整塔径后1.泛点速率校核：u75005.416m/s23600uuFu在赞成范围内uF依照填料规格校核：D/d=700/50=14>8，依照表2可知符合要求液体喷淋密度的校核：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。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积流量。关于直径不高出75mm的散装填料，可取最小润湿速率Lwmin为3/(mh)。UminLwminat3/(m2h)（3-3）UwLD223/(m2h)L（3-4）经过以上校验，填料塔直径设计为D=700mm合理。填料层高度的计算及分段9化工原理课程设计Y1*mX1（3-5）Y2*mX20（3-6）传质单元数的计算用对数平均推动力法求传质单元数NOGY1Y2（3-7）YMYY*(YY*)YM1122（3-8）lnY1Y1*Y2Y2*=ln则：NOG传质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系式计算：aw2cUL2ULatat1expatLL2gUL/LLat（3-9）L即：aw/at则a液体质量通量为：UL=5791.592/(0.785×2㎡?h))=15056.78kg/(气体质量通量为：uV=8861.415/(0.785×2㎡?h))=23037.61kg/(气膜吸取系数由下式计算：1kG0.237(UV)v3atDV（3-10）atvvDVRT代入数据解得：kG=0.2197m/s液膜吸取数据由下式计算：10化工原理课程设计211KL0.0095UL3L2Lg3(3-11）awLLDLL代入数据解得：KL=0.6137m/s查表可知，KGaKGaW0.2197×46.387×KLaKLaW=0.6137×46.387×由于：uuF

=15.34kmol/(m3?h?kPa)（3-12）=33.03kmol/(m3?h?kPa)(3-13）因此需要用以下式进行校正：ukG'a1kGauF代入数据解得：kG'3?h?kPa)a=22.92kmol/(mukL'a1kLauF代入数据解得：kL'3?h?kPa)akmol/(mKGa111kG'aHkL'a代入数据解得：KGa=12.21kmol/(m3?h?kPa)

（3-14）（3-15）（3-16）HOG

VVKGaKGaP

（3-17）代入数据解得：HOG=0.623mHOGNOG×m取上下活动系数为1.5，Z'=1.5×4.317=6.476m填料层的分段关于阶梯环散装填料的分段高度介绍值为h/D=8~15。h=8×700～15×～m计算得填料层高度为7m，，故不需分段

（3-18）11化工原理课程设计第四节填料层压降的计算依照Eckert图(通用压降关系图)，将操作气速u代替纵坐标中的uF查表，Dn50mm聚丙烯阶梯环的压降填料因子＝143代替纵坐标中的p．则纵标值为：uF2P?V?L(3-19)gL横坐标为：WLV(3-20)WVL图3：通用压降关系图查图得：P150×9.81=1471.5Pa/m(3-21)Z:全塔填料层压降P=1471.5×7=10300.5Pa至此，吸取塔的物料衡算、塔径、填料层高度及填料层压降均已算出。12化工原理课程设计第五节填料塔液体分布器的简要设计液体分布器设计的基本要求：（1）液体分布平均；（2）操作弹性大；（3）自由截面积大；（4）其他本设计任务液相负荷不大，可采用排管式液体分布器；且填料层不高，可不设液体再分布器。分布点密度计算2按Eckert建议值,D=700mm时,喷淋点密度为265点/m。本设计的塔径为700mm，依照需要取喷淋点密度为265点/m2布液点数为：×0.72×≈102点第六节吸取塔的主要接收尺寸的计算6.1气体进料管由于常压下塔气体进出口管气速可取12～20m/s，故若取气体进出口流速近似为18m/s，则由公式qVd2u可求得气体进出口内径为44qV7500/3600du0.78519采用直管进料，由附表查得选择402mm9mm热轧无缝钢管，则4qV7500/360018.0m/s（在符合范围内）u'22)2d气体进出口压降:进口：p11u212191.6Pa22出口：p20.51u20.51295.8Pa22液体进料管由于常压下塔液体进出口管速可取1-3m/s，故若取液体进出口流速近似为，则由公式qVd2u可求得液体进出口内径为413化工原理课程设计4qVd3600u采用直管进料，由附表查得选择38mm4mm热轧无缝钢管，则4qV5791.6/(998.23600)2.28m/s（在符合范围内）u'22)2d参照文件夏清.化工原理（下）[M].天津:天津大学初版社,2005.贾绍义,柴诚敬.化工原理课程设计[M].天津:天津大学初版社,2002.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:华南理工大学初版社,1986.周军.张秋利化工AutoCAD制图应用基础。北京.化学工业初版社。对本设计的讨论及心得经过了几天时间的努力，终于完成了此次的化工原理课程设计，现将在此过程中的一些心得述及以下：在过去的一年里，我们学习了《化工原理》这一门课程。《化工原理》是化学类专业的一门重要的专业基础课，它的内容是表达化工单元操作的基根源理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成必定加工目的的基本过程，其特点是化工生产过程中以物理变化为主，包括流体流动过程、传热过程和传质过程。在这里面，我们主要学习了流体输送、流体流动、机械分别、传热、传质过程导论、吸取、蒸馏、气-液传质设备，以及干燥等。此次我的课程设计题目是水吸取氨过程填料塔的设计，这是关于吸取中填料塔的设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐化资料制造等优点。经过此次的课程设计，让我从中领悟到很多。课程设计是我们在校大学生必定经过的一个过程，经过课程设计的锻炼，可以为我们立刻来的毕业设计打下牢固的基础！为此，我感觉能圆满完成此次课程设计任务，给我带来了很大的信心，让我对自己的将来充满了自信！将来必定是美好的14化工原理课程设计附表：附表1填料塔设计结果一览表塔径0.7m填料层高度7m填料规格Dn50m