水吸收氨氣填料塔設(shè)計(jì)

化工原理課程設(shè)計(jì) 課程名稱(chēng) 化工原理 設(shè)計(jì)題目 水吸收空氣中氨填料塔的工藝設(shè)計(jì) 院 系 化學(xué)與生物工程學(xué)院 學(xué)生姓名 王永奇 學(xué) 號(hào) 200907117 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 化學(xué)工程與工藝 093 指導(dǎo)教師 張玉潔 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1 設(shè)計(jì)題目 水吸收空氣中的氨填料塔的工藝設(shè)計(jì) 2 設(shè)計(jì)條件 1 生產(chǎn)能力 每小時(shí)處理混合氣體 4500Nm h 2 設(shè)備型式 填料塔 3 操作壓力 101 3KPa 4 操作溫度 298K 5 進(jìn)塔混合氣中含氨 8 體積比 6 氨的回收率為 99 7 每年按 330 天計(jì) 每天 24 小時(shí)連續(xù)生產(chǎn) 8 建廠(chǎng)地址 蘭州地區(qū) 9 要求每米填料的壓降都不大于 103Pa 3 設(shè)計(jì)步驟及要求 1 確定設(shè)計(jì)方案 1 流程的選擇 2 初選填料類(lèi)型 3 吸收劑的選擇 2 查閱物料的物性數(shù)據(jù) 1 溶液的密度 粘度 表面張力 氨在水中的擴(kuò)散系數(shù) 2 氣相密度 粘度 表面張力 氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù) 3 氨在水中溶解的相平衡數(shù)據(jù) 3 物料衡算 1 確定塔頂 塔底的氣液流量和組成 2 確定泛點(diǎn)氣速和塔徑 3 校核 D d 8 10 4 液體噴淋密度校核 實(shí)際的噴淋密度要大于最小的噴淋密度 4 填料層高度計(jì)算 5 填料層壓降校核 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 如果不符合上述要求重新進(jìn)行以上計(jì)算 6 填料塔附件的選擇 1 液體分布裝置 2 液體在分布裝置 3 填料支撐裝置 4 氣體的入塔分布 7 計(jì)算結(jié)果列表 見(jiàn)下表 4 設(shè)計(jì)成果 1 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) A4 1 內(nèi)容包括封面 任務(wù)書(shū) 目錄 正文 參考文獻(xiàn) 附錄 2 格式必須嚴(yán)格按照蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)的格式打印 2 精餾塔工藝條件圖 2 號(hào)圖紙 手繪 5 時(shí)間安排 1 第十九周 第二十二周 2 第二十二周的星期五 7 月 20 日 下午兩點(diǎn)本人親自到指定地點(diǎn)交設(shè)計(jì)成果 最 遲不得晚于星期五的十八點(diǎn)鐘 6 設(shè)計(jì)考核 1 設(shè)計(jì)是否獨(dú)立完成 2 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)是否規(guī)范 3 工藝計(jì)算與圖紙正確與否以及是否符合規(guī)范 4 答辯 7 參考資料 1 化工原理課程設(shè)計(jì) 賈紹義 柴成敬 天津科學(xué)技術(shù)出版社 2 現(xiàn)代填料塔技術(shù) 王樹(shù)盈 中國(guó)石化出版社 3 化工原理 夏清 天津科學(xué)技術(shù)出版社 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 填料吸收塔設(shè)計(jì)一覽表 參數(shù) 符號(hào) 單位 計(jì)算結(jié)果 平均壓力 平均溫度 氣相平均 流率 液相 操 作 條 件 氨的濃度 塔頂 塔底 氣相平均 密度 液相 平均粘度 物 性 參 數(shù) 平均表面張力 填料的類(lèi)型 填料的規(guī)格 空塔氣速 泛點(diǎn)氣速 塔徑 填料層高度 氣膜傳質(zhì)系數(shù) 液膜傳質(zhì)系數(shù) 總傳質(zhì)系數(shù) 壓降 操作液氣比 最小噴淋密度 主 要 工 藝 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 實(shí)際噴淋密度 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 1 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 用水吸收氨氣為提高傳質(zhì)效率 選用逆流吸收流程 對(duì)于水吸收氨氣的過(guò)程 操作 溫度及操作壓力較低 工業(yè)上通常選用塑料散裝填料 在塑料散裝填料中 塑料階梯 環(huán)填料的綜合性能較好 故此選用 聚丙烯階梯環(huán)填料 1 2 50ND 2 工藝計(jì)算 2 1 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù) 2 1 1 液相物性數(shù)據(jù) 對(duì)低濃度吸收過(guò)程 溶液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù) 1 3 由手冊(cè)查得 25 時(shí)水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下 密度為 397 05 Lkgm 粘度為 841 2 PaSkgh 表面張力為 2 93184Ldync 氨氣在水中的擴(kuò)散系數(shù)為 6 50 LDm 2 1 2 氣相物性數(shù)據(jù) 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為 04 289 0178 iMmy 混合氣體的平均密度為 6 298314 RTPV 混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度 查手冊(cè)得 25 空氣的粘度為0 6 Vkgmh 查手冊(cè)得氨氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 2 98 VD 2 1 3 相平衡數(shù)據(jù) 由手冊(cè)查得 常壓下 25 時(shí)氨氣在水中的亨利系數(shù)為 1 9 78EkPa 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 相平衡常數(shù)為 9 780 513EmP 溶解度系數(shù)為 3 97802LSHkmolPaM 2 2 物料衡算 進(jìn)塔氣相摩爾比為 087 1yY21 出塔氣相摩爾比為 087 9 12 進(jìn)塔惰性氣相流量為 2kmol h 184 0 4 5 V 該吸收過(guò)程屬低濃度吸收 平衡關(guān)系為直線(xiàn) 最小液氣比可按下式計(jì)算 即 12min YLX 對(duì)于純?nèi)軇┪者^(guò)程 進(jìn)塔液相組成為 20X 975 0 8 07 21min XYVL 取操作液氣比為 4625 19 5 min L 3027461812 VYX 589 30 7 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 2 3 填料塔的工藝尺寸的計(jì)算 2 3 1 采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速 氣相質(zhì)量流量為 hkgwv 4729823146 50 液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計(jì)算 即 L 1 0 27 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖的橫坐標(biāo)為 35 0 9746 28 4 5 5 0 LVw 查圖 5 21 得 5 2 02 LVFgu 查表 5 11 得 1 43mF 537 894 016 437250205 2 LVFgu 取 sm 7 7 由 uDS 76 046 213 3 504 圓整塔徑 取 8 泛點(diǎn)率校核 smu 279 46 2130 570 在允許的范圍之內(nèi) 4 9F 填料規(guī)格校核 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì)81650d D 液體噴淋密度校核 取最小潤(rùn)濕速率為 3min 0 8 WLh 查附錄五得 2314 ta32minin 0 814 296 WtULamh in27 75 98U 經(jīng)以上校核可知 填料塔直徑選用 D 800mm 合理 2 3 2 填料層高度計(jì)算 058 9 85 0m1 XY22 脫吸因數(shù)為 6735 0 78214950 LVS 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為 12 1OGYNInS 6735 0 8 06735 6735 0I 891 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計(jì)算 220 750 10 50 exp 4 WCLtLt Lt tUag 查表 5 13 得 23 7680 Cdyncmkgh 液體質(zhì)量通量為 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) hUL 22m08kg 965 785 014 0 220 5 820 1 7 1490867 17 9546 34 3 exp1tw 5 0 氣漠吸收系數(shù)由下式計(jì)算 0 71 3 23 VVtVGtUDkRT 氣體質(zhì)量通量為 hmV kg59 4038 075 162342 98314 6068 1 6 1490k7 G kpahm 258ol 液漠吸收系數(shù)由下式計(jì)算 2 31 21 30 9 LLLLWUgkD 3121 632 05 973053 897 0 5214865 8 643m h 0 由 查表得 1 GWka 5 則 1 GWk m4170kol 65 243 08 3kpah 1 LWka 3 6 04 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 504 6Fu 由 得 1 4 2 19 1 6 05 GGLLF Fukakaka oml 47 0 5 6334 ph aL 98 316 21k2 則 GLkHa kpahm 3541ol 6398 5 01472 1 由 OGYGVHKaP 5m 08 7 03154 622 由 963 15 OGNHZ 1 2496 45 70 25z 設(shè)計(jì)取填料層高度為 mZ8 查表 對(duì)于階梯環(huán)填料 mhD6 158ax 取 則 hD 6408 計(jì)算得填料層高度為 8000 mm 故需分段 分為兩段 每段 4000mm 2 3 3 填料層壓降計(jì)算 采用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算填料層壓降 橫坐標(biāo)為 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì)035 5 VLw 查表得 189Pm 縱坐標(biāo)為 053 894 05716 8 9272 02 LVpgu 查圖得 350Pa m Z 填料層壓降為 28p 2 4 液體分布器簡(jiǎn)要設(shè)計(jì) 2 4 1 液體分布器的選型 該吸收塔塔徑較小 D 500mm 而多孔直管式噴淋器適用于 600mm 以下的塔 因此在 本次設(shè)計(jì)中我采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋裝置 2 4 2 分布點(diǎn)密度計(jì)算 按 Eckert 建議值 D 500mm 時(shí) 噴淋點(diǎn)密度為 285 點(diǎn) 因此設(shè)計(jì)取噴淋點(diǎn)為2 m 285 點(diǎn) 2 m 布液點(diǎn)數(shù)為 20 785 56n 點(diǎn) 按分布點(diǎn)幾何均勻與流量均勻的原則 進(jìn)行布點(diǎn)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)結(jié)果為 分布為 11 道 環(huán)圓孔 每道孔分布 5 個(gè)孔 實(shí)際設(shè)計(jì)布點(diǎn)數(shù)為 n 55 點(diǎn) 如圖 1 1 所示 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 圖 1 1 直管式液體分布器的分液點(diǎn)示意圖 2 4 3 布液計(jì)算 由 204SLdngH 取 6 1m 20 Sdng 1 246 59 7 036 0 43 18 設(shè)計(jì)取 0dm 3 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 3 1 填料支承裝置 支承板是用以支承填料和塔內(nèi)持液的部件 常用的填料支承板有柵板型 孔管型 駝峰型等 對(duì)于散裝填料 通常選用孔管型 駝峰型支承板 設(shè)計(jì)中 為防止在填料 支承裝置處壓降過(guò)大甚至發(fā)生液泛 要求填料支承裝置的自由截面積應(yīng)大于 75 在本次設(shè)計(jì)中 我選用的是孔管型支承裝置 3 2 填料壓緊裝置 為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動(dòng)或跳動(dòng) 需在填料層上方設(shè)置填料壓 緊裝置 填料壓緊裝置有壓緊柵板 壓緊網(wǎng)板 金屬壓緊器等不同類(lèi)型 對(duì)于散裝填 料 可選用壓緊網(wǎng)板 也可選用壓緊柵板 設(shè)計(jì)中 為防止在填料壓緊裝置處壓降過(guò) 大甚至發(fā)生液泛 要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于 70 在本次設(shè)計(jì)中 我選用的是壓緊柵板 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 4 結(jié)論 這次我的課程設(shè)計(jì)題目是水吸收氨過(guò)程填料塔的設(shè)計(jì) 這是關(guān)于吸收中填料塔的設(shè) 計(jì) 填料塔是以塔內(nèi)裝有大量的填料為相接觸構(gòu)件的氣液傳質(zhì)設(shè)備 填料塔的結(jié)構(gòu)較 簡(jiǎn)單 壓降低等特點(diǎn) 在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中 我通過(guò)各種書(shū)籍獨(dú)立查找出各個(gè)物性數(shù)據(jù) 然后根據(jù)設(shè)計(jì)書(shū)上 的步驟按要求算出各個(gè)物理量 但是在整個(gè)計(jì)算過(guò)程中 由于有些物理量沒(méi)有完全掌 握 所以計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)了不少問(wèn)題 而在運(yùn)用 Eckert 通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速中 我覺(jué)得通過(guò)查表得出的數(shù)據(jù)有一定的差距 不能得到較為精確的數(shù)值 在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò) 程中 由于數(shù)據(jù)繁多 所以整個(gè)計(jì)算過(guò)程都必須特別的小心 盡管如此 我認(rèn)識(shí)還是 有一些失誤存在 通過(guò)這次設(shè)計(jì) 讓我學(xué)習(xí)到了很多以前沒(méi)有接觸過(guò)的知識(shí) 能夠?qū)W習(xí)到不同方面的 知識(shí) 通過(guò)這次設(shè)計(jì) 不僅能提高自己的動(dòng)手能力和思維能力 同時(shí)也能夠提高相關(guān) 知識(shí)的運(yùn)用能力 5 參考文獻(xiàn) 1 賈紹義 柴成敬 化工原理課程設(shè)計(jì) 天津 天津科學(xué)技術(shù)出版社 2004 2 王樹(shù)盈 現(xiàn)代填料塔技術(shù) 北京 中國(guó)石化出版社 2010 3 夏清 化工原理 天津 天津科學(xué)技術(shù)出版社 6 附錄 6 1 主要符號(hào)說(shuō)明 符號(hào) 意義及單位 符號(hào) 意義及單位 填料的有效比表面積 a 32 mh 填料的總比表面積 t23 液體噴淋密度 U32 mh 液體質(zhì)量通量 L 32 mh 氣體質(zhì)量通量 VU32 mh 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì) 填料的潤(rùn)濕比表面積 wa 32 m 填料直徑 d3 mh 塔徑 D 液體擴(kuò)散系數(shù) L 2 s 氣體擴(kuò)散系數(shù) sV 亨利系數(shù) EkPa 填料層分段高度 hm 溶解度系數(shù) H3 olk 氣相總傳質(zhì)單元高度 OG 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)N 氣膜吸收系數(shù)GK2 kmolhkPa 液膜吸收系數(shù) L mh 穩(wěn)定系數(shù) 無(wú)因次K 混合氣體的平均摩爾質(zhì)量VM 液體體積流量 L3 h 相平衡常數(shù) 無(wú)因次m 篩孔數(shù)目 分布點(diǎn)數(shù)目 n 操作壓力 PPa 壓力降 空塔氣速 u mh 泛點(diǎn)氣速 F32 最小液體噴淋密度 minU32 h 液體質(zhì)量流量 LW kgh 氣體質(zhì)量流量 V 液相摩爾分?jǐn)?shù) x 液相摩爾比X 氣相摩爾分?jǐn)?shù)y 氣體摩爾比Y 填料層高度 Zm 惰性氣相流量 V kolh 脫吸因數(shù)S 溫度 TK 塔的截面積 2m 泛點(diǎn)填料因子 1 液體的粘度 L kgh 混合氣體的粘度 V kgmh 混合氣體的平均密度 V 3 k 液體的密度 L 3 kgm 液體的表面張力 N 填料材質(zhì)的臨界表面張力 C Nm 空隙率 無(wú)因次 蘭州交通大學(xué) 化工原理課程設(shè)計(jì)