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1、化工原理课程设计课程名称：化工原理设计题目：水吸收空气中氨填料塔的工艺设计 院 系：一一化学与牛物工程学院学生姓名 ：干永奇 学 号：_200907117专业班级：一化学工程与工艺093_指导教师：_张玉洁兰州交通大学-化工原理课程设计化工原理课程设计任务书一、设计题目：水吸收空气中的氨填料塔的工艺设计二、设计条件1 .生产能力：每小时处理混合气体4500Nm/h ;2 .设备型式：填料塔3 .操作压力：101.3KPa4 .操作温度：298K5 .进塔混合气中含氨 8% (体积比)6 .氨的回收率为 99%7 .每年按330天计，每天24小时连续生产8 .建厂地址：兰州地区9 .要求每米填料
2、的压降都不大于103Pa三、设计步骤及要求1 .确定设计方案(1)流程的选择(2)初选填料类型(3)吸收剂的选择2 .查阅物料的物性数据(1)溶液的密度、粘度、表面张力、氨在水中的扩散系数(2)气相密度、粘度、表面张力、氨在空气中的扩散系数(3)氨在水中溶解的相平衡数据3 .物料衡算(1)确定塔顶、塔底的气液流量和组成(2)确定泛点气速和塔径(3)校核 D/d8 10(4)液体喷淋密度校核：实际的喷淋密度要大于最小的喷淋密度。4 .填料层高度计算5 .填料层压降校核如果不符合上述要求重新进行以上计算6 .填料塔附件的选择(1)液体分布装置(2)液体在分布装置(3)填料支撑装置(4)气体的入塔分
3、布7 .计算结果列表(见下表)四、设计成果1 .设计说明书(A4)(1)内容包括封面、任务书、目录、正文、参考文献、附录(2)格式必须严格按照兰州交通大学毕业设计的格式打印。2 .精储塔工艺条件图(2号图纸)(手绘)五、时间安排(1)第十九周-第二十二周(2)第二十二周的星期五(7月20日)下午两点本人亲自到指定地点交设计成果，最迟不得晚于星期五的十八点钟。六、设计考核(1)设计是否独立完成；(2)设计说明书的编写是否规范(3)工艺计算与图纸正确与否以及是否符合规范(4)答辩七、参考资料1 .化工原理课程设计贾绍义柴成敬天津科学技术出版社2 .现代填料塔技术王树盈中国石化出版社3 .化工原理
4、夏清天津科学技术出版社填料吸收塔设计一览表参数符号单位计算结果平均压力操平均温度作平均气相条流率r液相件氨的浓度塔顶塔底物平均气相性密度液相参平均粘度数平均表面张力填料白状型填料的规格空塔气速主泛点气速要塔径工填料层高度艺气膜传质系数结液膜传质系数构总传质系数尺压降寸操作液气比最小喷淋密度实际喷淋密度1 .设计方案简介用水吸收氨气为提高传质效率，选用逆流吸收流程。 对于水吸收氨气的过程,操作温度及操作压力较低，工业上通常选用塑料散装填料。在塑料散装填料中,塑料阶梯环填料的综合性能较好，故此选用Dn 50聚丙烯阶梯环填料。122 .工艺计算2.1 基础物性数据13由手册2.1.1 液相物性数据对
5、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。查得，25 c时水的有关物性数据如下:密度为 : L = 997.05kg / m3粘度为 L =0.8949 10，Pa S =3.2kg/(m h)表面张力为 ；入=71.9dyn/cm = 931824kg/h2氨气在水中的扩散系数为Dl =8.532 10m2/h2.1.2 气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为MMm 八 yiMi =0.08 17 0.92 29 =28.04混合气体的平均密度为一 PMVm 101.3 28.04Vm1.14625 c空气的粘度为RT 8.314 298混合气体的粘度可近似取为空气的粘度，查手册得
6、% = 0.066kg/(m h)查手册得氨气在空气中的扩散系数为2DV = 0.0698m2/h2.1.3 相平衡数据由手册查得，常压下25 c时氨气在水中的亨利系数为1E =99.78kPa相平衡常数为=0.985E 99.78m = 二P 101.3溶解度系数为：L 997.053H = = =0.555kmol/(kPa m )EMS 99.78 18.022.2 物料衡算进塔气相摩尔比为yi1-y 20.081-0.08= 0.0870出塔气相摩尔比为丫2=1- )=0.0870 (1-0.99) -0.000870进塔惰性气相流量为4500V = (1 -0.08) =184.82
7、kmol/h22.4该吸收过程属低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算，即(L)V /min丫 -丫2丫 /m -X2对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为X2 =0)min丫 -丫2 0.0870-0.000870Y/Y2-X2 0.0870/0.985-0= 0.975取操作液气比为(L) =1.5(L)min =1.5 0.975 =1.4625 V VL =184.82 1.4625 =270.30Vg -Y2) = L(X1 -X2)X1184.82 (0.0870 -0.000870)270.30-0.05892.3 填料塔的工艺尺寸的计算2.3.1 采用Eckert通用关
8、联图计算泛点气速气相质量流量为 273八，“wv =4500 1.146 =4724kg/h273 298液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即wL =270.30 18.02 =4870.81kg/hEckert通用关联图的横坐标为WlWvz V x 0.5IE)4870.811.146 05().4724997.05= 0.035查图5-21得uFf-；vg0.2= 0.205查表5-11得= 143m-1Uf0.205g I 一：620.205 9.81 997.05,143 1 1.146 0.89490.2= 3.537取 u =0.7uf =0.7 3.537 =2.476m/s4
9、 4500： 273/3600=0.767 m4Vs 二.273 25.二u3.14 2.476圆整塔径，取D -0.8m泛点率校核：2734500273 /3600=2.279m/s273 253.14 2.476立= 2279 M100% =0.6444 =64.44% (在允许的范围之内)uF3.537-填料规格校核:D 800=16 8d 50液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为(LwLn = 0.08m3/m h查附录五得at =114.2m2 / m3Umin =(LW)minat =0.08 114.2 = 9.136m3/m2 h,4870.81/997.05U = n_o_ _
10、 o2= 9.724 U min0.785 0.8经以上校核可知，填料塔直径选用D=800mm 理。2.3.2填料层高度计算*Y =mX = 0.985 父 0.0589 = 0.0580*Y2 = mX2 = 0脱吸因数为c mVS =-L0.985 184.82 八八=0.6735270.30气相总传质单元数为NOG = 1 -S*Y -Y,In(1-S)d-T SY2 Y210.0870-0In 1-0.67350.67351 -0.67350.000870-0=10.7389气相总传质单元数采用修正的恩田关联式计算:Ulatl=1 -exp-1.45()0.75(OtCJtL、0.1
11、,孰2 _0.05Ul2 0.2)(:25)(1-.-. ) L g L L t查表5-13得2-C = 33dyn / cm = 427680kg / h液体质量通量为UL = 4870.81 2 = 9695.08kg/ m2 h0.785 0.82-，wd，皿427680、0 75/ 9695.08、0 1 / 9695.08114.29695.082、02= 1-exp -1.45()() (28)()931824114.2x3.2997.052 父1.27M108997.05父 940896M 114.2= 0.355气漠吸收系数由下式计算:U V 0 7,V1/3、工t DvkG
12、-0.237()0.7()1/3(- V) ： tJv:vD RT)气体质量通量为27345001.146Uv273 25 , = 9403.59kg/ m2/h0.785 0.82kG= 0.2379 9403.59 。0.066131114.2m0.066J 0.146x0.698 J114.2x0.698、I 8.314x298 1=0.10518kmol/ m2 h kpa液漠吸收系数由下式计算:0095(女)2/3(当广T)1/3= 0.00959695.0823 3.2114.2 M0.355 M3.2 1997.05 父8.532父 10-63.2 1.27 108997.05=
13、 O6443m/h由kGa = kGaW1.1,查表得：寸=1.45则卜62 = %藐二1.1= 0.10518 0.355 114.2 1.451.1 = 6.4170koml/(m3 h kpa)ha = LaW _0 4= 0.6443 0.355 114.2 1.45 . -30.306/huUf=64.44. 50由 k,Ga=1+9.5(-u-0.5尸 kGa k La= 1 2.6(u - 0.52.”,得UfUfkGa = 1 9.5(0.6443-0.5)1.4 16.4170 = 10.472koml/(m3 h kpa) kLa = 1 +2.6(0.6443-0.5 2
14、.2 30.306 =31.398/h贝kGa =k,Ga11 +Hk,La111+10.472 0.555 31.398=6.541koml/ m3 h kpaH OGV _ VKYa11 . KGaP11=0.555m184.82_26.541 101.3 0.785 0.82由 Z =HogNog =0.555 10.7389 = 5.960mZ, =1.25 4.953 -6.19m z, -1.25 5.960 = 7.45m设计取填料层高度为Z, =8m查表，对于阶梯环填料，h =8-15，hmax 6mD取=8,则Dh =8 800 = 6400mm计算得填料层高度为8000 m
15、m，故需分段，分为两段，每段4000mmi2.3.3填料层压降计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降。横坐标为=0.035查表得，1P =89m纵坐标为_22.2792 89 1 1.1469.81997.05_。20.89490 =0.053。查图得PZ =350Pa/m填料层压降为P -350 8 =2800pa2.4液体分布器简要设计2.4.1 液体分布器的选型该吸收塔塔径较小D=500mm而多孔直管式喷淋器适用于600mm以下的塔，因此在本次设计中我采用多孔直管式喷淋器作为液体的喷淋装置。2.4.2 分布点密度计算按Eckert建议值，D=500mm寸，喷淋点密度为 285点/m
16、2,因此设计取喷淋点为285点/m2。布液点数为2n =0.785 0.5285 =56点按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：分布为11道环圆孔，每道孔分布5个孔，实际设计布点数为 n=55点，如图1-1所示图1-1直管式液体分布器的分液点示意图2.4.3 布液计算由 Ls =-do2n ,2g -H取 =0.60, H = 160mmdo =(4Ls二 n 2g H)1/2, 4 2060.59/997.05 3600、i/2=() =0.0043.14 55 0.6.2 9.81 0.16设计取 d0 =4mm。3 .辅助设备的计算及选型3.1 填料支承装置支承板是
17、用以支承填料和塔内持液的部件。常用的填料支承板有栅板型、孔 管型、驼峰型等。对于散装填料，通常选用孔管型、驼峰型支承板。设计中，为 防止在填料支承装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料支承装置的自由截面积应大于75%。在本次设计中，我选用的是孔管型支承装置。3.2 填料压紧装置为防止在上升气流的作用下填料床层发生松动或跳动，需在填料层上方设置 填料压紧装置。填料压紧装置有压紧栅板、压紧网板、金属压紧器等不同类型。 对于散装填料，可选用压紧网板，也可选用压紧栅板。设计中，为防止在填料压 紧装置处压降过大甚至发生液泛，要求填料压紧装置的自由截面积应大于70%=在本次设计中，我选用的是压紧栅板。4 .
18、结论这次我的课程设计题目是水吸收氨过程填料塔的设计，这是关于吸收中填料塔的设计。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，压降低等特点。在本次设计过程中，我通过各种书籍独立查找出各个物性数据，然后根据设计书上的步骤按要求算出各个物理量。但是在整个计算过程中，由于有些物理量没有完全掌握，所以计算过程中出现了不少问题。而在运用Eckert通用关联图计算泛点气速中， 我觉得通过查表得出的数据有一定的差距，不能得到较为精确的数值。在整个设计过程中，由于数据繁多，所以整个计算过程都必须特别的小 心，尽管如此，我认识还是有一些失误存在。通过这次设计，让我学习到了很多以前没
19、有接触过的知识。能够学习到不同 方面的知识。通过这次设计，不仅能提高自己的动手能力和思维能力，同时也能 够提高相关知识的运用能力。5 .参考文献1 贾绍义，柴成敬.化工原理课程设计.天津：天津科学技术出版社，2004.2 王树盈.现代填料塔技术.北京：中国石化出版社，2010.3 夏清.化工原理.天津：天津科学技术出版社.6 .附录6.1 主要符号说明符号意义及单位符号意义及单位a填料的有效比表面积，m3 /(m2 h)at填料的总比表卸积，U液体喷淋密度，m3/(m2 h)U l液体质量逋量，m3 / (m2 h)填料的润湿比表面积,UV气体质量通量， m3/(m2.h)U min最小液体喷
20、淋密度，d填料直径， m3/hD塔径, mDL液体扩散系数，m2/sDV气体扩散系数，m2 /ssE亨利系数，kPah填料层分段高度， mH溶解度系数，kmol/(m3kPa)Hog气相总传质单元高度，mNog气相总传质单元数Kg气膜吸收系数2_kmol/(m h kPa)KL液膜吸收系数， m/hK稳定系数，无因次MV混合气体的平均摩尔质量L液体体积流量， m3 / hm相平衡常数，无因次n筛孔数目(分布点数目)P操作压力，PaPP压力降，Pau空塔气速，m/huF泛点气速，m3/(m2h)m3 / (m2 h)WL液体质量流量,kg / hW气体质量流量，kg / hx液相摩尔分数，X液相摩尔比y气相摩尔分数Y气体摩尔比Z填料层图度，mV惰性气相流量，kmol / hS脱吸因数T温度，KQ塔的截面积，2 m0泛点填料因子，m液体的粘度，kg / (m h)V混合气体的粘度kg / (m h)混合气体的平均密度，kg /m3L液体的密度，kg / m3二 L液体的表面张力,N /m二 C填料材质的临界表面张力，N / m8空隙率，无因次