水吸收氨氣填料塔設計

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化工原理課程設計 課程名稱 化工原理 設計題目 水吸收空氣中氨填料塔的工藝設計 院 系 化學與生物工程學院 學生姓名 王永奇 學 號 200907117 專業(yè)班級 化學工程與工藝 093 指導教師 張玉潔 蘭州交通大學 化工原理課程設計 化工原理課程設計任務書 1 設計題目 水吸收空氣中的氨填料塔的工藝設計 2 設計條件 1 生產能力 每小時處理混合氣體 4500Nm h 2 設備型式 填料塔 3 操作壓力 101 3KPa 4 操作溫度 298K 5 進塔混合氣中含氨 8 體積比 6 氨的回收率為 99 7 每年按 330 天計 每天 24 小時連續(xù)生產 8 建廠地址 蘭州地區(qū) 9 要求每米填料的壓降都不大于 103Pa 3 設計步驟及要求 1 確定設計方案 1 流程的選擇 2 初選填料類型 3 吸收劑的選擇 2 查閱物料的物性數據 1 溶液的密度 粘度 表面張力 氨在水中的擴散系數 2 氣相密度 粘度 表面張力 氨在空氣中的擴散系數 3 氨在水中溶解的相平衡數據 3 物料衡算 1 確定塔頂 塔底的氣液流量和組成 2 確定泛點氣速和塔徑 3 校核 D d 8 10 4 液體噴淋密度校核 實際的噴淋密度要大于最小的噴淋密度 4 填料層高度計算 5 填料層壓降校核 蘭州交通大學 化工原理課程設計 如果不符合上述要求重新進行以上計算 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 計算結果列表 見下表 4 設計成果 1 設計說明書 A4 1 內容包括封面 任務書 目錄 正文 參考文獻 附錄 2 格式必須嚴格按照蘭州交通大學畢業(yè)設計的格式打印 2 精餾塔工藝條件圖 2 號圖紙 手繪 5 時間安排 1 第十九周 第二十二周 2 第二十二周的星期五 7 月 20 日 下午兩點本人親自到指定地點交設計成果 最 遲不得晚于星期五的十八點鐘 6 設計考核 1 設計是否獨立完成 2 設計說明書的編寫是否規(guī)范 3 工藝計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 化工原理課程設計 賈紹義 柴成敬 天津科學技術出版社 2 現(xiàn)代填料塔技術 王樹盈 中國石化出版社 3 化工原理 夏清 天津科學技術出版社 蘭州交通大學 化工原理課程設計 填料吸收塔設計一覽表 參數 符號 單位 計算結果 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 平均表面張力 填料的類型 填料的規(guī)格 空塔氣速 泛點氣速 塔徑 填料層高度 氣膜傳質系數 液膜傳質系數 總傳質系數 壓降 操作液氣比 最小噴淋密度 主 要 工 藝 結 構 尺 寸 實際噴淋密度 蘭州交通大學 化工原理課程設計 1 設計方案簡介 用水吸收氨氣為提高傳質效率 選用逆流吸收流程 對于水吸收氨氣的過程 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 工藝計算 2 1 基礎物性數據 2 1 1 液相物性數據 對低濃度吸收過程 溶液的物性數據可近似取純水的物性數據 1 3 由手冊查得 25 時水的有關物性數據如下 密度為 397 05 Lkgm 粘度為 841 2 PaSkgh 表面張力為 2 93184Ldync 氨氣在水中的擴散系數為 6 50 LDm 2 1 2 氣相物性數據 混合氣體的平均摩爾質量為 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 查手冊得 25 空氣的粘度為0 6 Vkgmh 查手冊得氨氣在空氣中的擴散系數為 2 98 VD 2 1 3 相平衡數據 由手冊查得 常壓下 25 時氨氣在水中的亨利系數為 1 9 78EkPa 蘭州交通大學 化工原理課程設計 相平衡常數為 9 780 513EmP 溶解度系數為 3 97802LSHkmolPaM 2 2 物料衡算 進塔氣相摩爾比為 087 1yY21 出塔氣相摩爾比為 087 9 12 進塔惰性氣相流量為 2kmol h 184 0 4 5 V 該吸收過程屬低濃度吸收 平衡關系為直線 最小液氣比可按下式計算 即 12min YLX 對于純溶劑吸收過程 進塔液相組成為 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 化工原理課程設計 2 3 填料塔的工藝尺寸的計算 2 3 1 采用 Eckert 通用關聯(lián)圖計算泛點氣速 氣相質量流量為 hkgwv 4729823146 50 液相質量流量可近似按純水的流量計算 即 L 1 0 27 Eckert 通用關聯(lián)圖的橫坐標為 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 泛點率校核 smu 279 46 2130 570 在允許的范圍之內 4 9F 填料規(guī)格校核 蘭州交通大學 化工原理課程設計81650d D 液體噴淋密度校核 取最小潤濕速率為 3min 0 8 WLh 查附錄五得 2314 ta32minin 0 814 296 WtULamh in27 75 98U 經以上校核可知 填料塔直徑選用 D 800mm 合理 2 3 2 填料層高度計算 058 9 85 0m1 XY22 脫吸因數為 6735 0 78214950 LVS 氣相總傳質單元數為 12 1OGYNInS 6735 0 8 06735 6735 0I 891 氣相總傳質單元數采用修正的恩田關聯(lián)式計算 220 750 10 50 exp 4 WCLtLt Lt tUag 查表 5 13 得 23 7680 Cdyncmkgh 液體質量通量為 蘭州交通大學 化工原理課程設計 hUL 22m08kg 965 785 014 0 220 5 820 1 7 1490867 17 9546 34 3 exp1tw 5 0 氣漠吸收系數由下式計算 0 71 3 23 VVtVGtUDkRT 氣體質量通量為 hmV kg59 4038 075 162342 98314 6068 1 6 1490k7 G kpahm 258ol 液漠吸收系數由下式計算 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 化工原理課程設計 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 設計取填料層高度為 mZ8 查表 對于階梯環(huán)填料 mhD6 158ax 取 則 hD 6408 計算得填料層高度為 8000 mm 故需分段 分為兩段 每段 4000mm 2 3 3 填料層壓降計算 采用 Eckert 通用關聯(lián)圖計算填料層壓降 橫坐標為 蘭州交通大學 化工原理課程設計035 5 VLw 查表得 189Pm 縱坐標為 053 894 05716 8 9272 02 LVpgu 查圖得 350Pa m Z 填料層壓降為 28p 2 4 液體分布器簡要設計 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 本次設計中我采用多孔直管式噴淋器作為液體的噴淋裝置 2 4 2 分布點密度計算 按 Eckert 建議值 D 500mm 時 噴淋點密度為 285 點 因此設計取噴淋點為2 m 285 點 2 m 布液點數為 20 785 56n 點 按分布點幾何均勻與流量均勻的原則 進行布點設計 設計結果為 分布為 11 道 環(huán)圓孔 每道孔分布 5 個孔 實際設計布點數為 n 55 點 如圖 1 1 所示 蘭州交通大學 化工原理課程設計 圖 1 1 直管式液體分布器的分液點示意圖 2 4 3 布液計算 由 204SLdngH 取 6 1m 20 Sdng 1 246 59 7 036 0 43 18 設計取 0dm 3 輔助設備的計算及選型 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 對于散裝填料 通常選用孔管型 駝峰型支承板 設計中 為防止在填料 支承裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛 要求填料支承裝置的自由截面積應大于 75 在本次設計中 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)生松動或跳動 需在填料層上方設置填料壓 緊裝置 填料壓緊裝置有壓緊柵板 壓緊網板 金屬壓緊器等不同類型 對于散裝填 料 可選用壓緊網板 也可選用壓緊柵板 設計中 為防止在填料壓緊裝置處壓降過 大甚至發(fā)生液泛 要求填料壓緊裝置的自由截面積應大于 70 在本次設計中 我選用的是壓緊柵板 蘭州交通大學 化工原理課程設計 4 結論 這次我的課程設計題目是水吸收氨過程填料塔的設計 這是關于吸收中填料塔的設 計 填料塔是以塔內裝有大量的填料為相接觸構件的氣液傳質設備 填料塔的結構較 簡單 壓降低等特點 在本次設計過程中 我通過各種書籍獨立查找出各個物性數據 然后根據設計書上 的步驟按要求算出各個物理量 但是在整個計算過程中 由于有些物理量沒有完全掌 握 所以計算過程中出現(xiàn)了不少問題 而在運用 Eckert 通用關聯(lián)圖計算泛點氣速中 我覺得通過查表得出的數據有一定的差距 不能得到較為精確的數值 在整個設計過 程中 由于數據繁多 所以整個計算過程都必須特別的小心 盡管如此 我認識還是 有一些失誤存在 通過這次設計 讓我學習到了很多以前沒有接觸過的知識 能夠學習到不同方面的 知識 通過這次設計 不僅能提高自己的動手能力和思維能力 同時也能夠提高相關 知識的運用能力 5 參考文獻 1 賈紹義 柴成敬 化工原理課程設計 天津 天津科學技術出版社 2004 2 王樹盈 現(xiàn)代填料塔技術 北京 中國石化出版社 2010 3 夏清 化工原理 天津 天津科學技術出版社 6 附錄 6 1 主要符號說明 符號 意義及單位 符號 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 液體質量通量 L 32 mh 氣體質量通量 VU32 mh 蘭州交通大學 化工原理課程設計 填料的潤濕比表面積 wa 32 m 填料直徑 d3 mh 塔徑 D 液體擴散系數 L 2 s 氣體擴散系數 sV 亨利系數 EkPa 填料層分段高度 hm 溶解度系數 H3 olk 氣相總傳質單元高度 OG 氣相總傳質單元數N 氣膜吸收系數GK2 kmolhkPa 液膜吸收系數 L mh 穩(wěn)定系數 無因次K 混合氣體的平均摩爾質量VM 液體體積流量 L3 h 相平衡常數 無因次m 篩孔數目 分布點數目 n 操作壓力 PPa 壓力降 空塔氣速 u mh 泛點氣速 F32 最小液體噴淋密度 minU32 h 液體質量流量 LW kgh 氣體質量流量 V 液相摩爾分數 x 液相摩爾比X 氣相摩爾分數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S 溫度 TK 塔的截面積 2m 泛點填料因子 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 填料材質的臨界表面張力 C Nm 空隙率 無因次 蘭州交通大學 化工原理課程設計