第19組 (水吸收氨填料吸收塔的設(shè)計).doc

1、 2009級化學(xué)工程與工藝專業(yè)化工原理課程設(shè)計說明書 題 目：水吸收氨填料塔的設(shè)計姓 名：班級學(xué)號：指導(dǎo)老師：同組學(xué)生姓名：完成時間：2012年5月18日化工原理課程設(shè)計評分細則評審單元評審要素評審內(nèi)涵評審等級檢查方法指導(dǎo)老師評分檢閱老師評分設(shè)計說明書35%格式規(guī)范是否符合規(guī)定的格式要求5-44-33-22-1格式標準內(nèi)容完整設(shè)計任務(wù)書、評分標準、主要設(shè)備計算、作圖、后記、參考文獻、小組成員及承擔任務(wù)10-88-66-44-1設(shè)計任務(wù)書設(shè)計方案方案是否合理及是否有創(chuàng)新10-88-66-44-1計算記錄工藝計算過 程計算過程是否正確、完整和規(guī)范10-88-66-44-1計算記錄設(shè)計圖紙30%圖面

2、布置 圖紙幅面、比例、標題欄、明細欄是否規(guī)范10-88-66-44-1圖面布置標準標注文字、符號、代號標注是否清晰、正確10-88-66-44-1標注標準與設(shè)計吻合圖紙設(shè)備規(guī)格與計算結(jié)果是否吻合10-88-66-44-1比較圖紙與說明書平時成績20%出勤計算、上機、手工制圖10-88-66-44-1現(xiàn)場考察衛(wèi)生與紀律設(shè)計室是否整潔、衛(wèi)生、文明10-88-66-44-1答辯成績15%內(nèi)容表述答辯表述是否清楚5-44-33-22-1現(xiàn)場考察內(nèi)容是否全面5-44-33-22-1回答問題回答問題是否正確5-44-33-22-1總 分綜合成績 成績等級 指導(dǎo)老師 評閱老師 （簽名） （簽名） 年 月 日

3、 年 月 日 說明：評定成績分為優(yōu)秀(90-100),良好(80-89)，中等(70-79)，及格(60-69)和不及格(0.8nm3/m3水要使回收率達到99%，則入塔吸收液中氨的極限濃度為0.9299nm3/m3水，本設(shè)計取值正好在其所要求的范圍之內(nèi)，故選取值滿足要求。（7）出塔氣體的組成出塔氣體的體積流量應(yīng)為入塔氣體的體積流量與水帶走氣體的體積流量之差。nh3:50006%-70.18364.1865=2.8272m3/h空氣：500094%-0.295844.1865=4698.7614m3/h出塔氣的平均分子量：m2=170.06%+2999.94%=28.99kg/kmol出塔氣的

4、質(zhì)量流量：lv2=4701.5922.428.99=6084.78kg/h 五、確定塔徑和相關(guān)參數(shù)計算公式： u=(0.60.8)uf由物料衡算知：入塔氣：v1=5000nm3/h=6312.5kg/h v1=1.179kg/m3 m1=28.28kg/kmol出塔氣：v2=6084.71kg/h=4701.59kg/h v2=1.205kg/m3 m2=28.99kg/kmol出塔液：l1=5792.42kg/h l1=998.2kg/m3入塔液：l2=4181.51kg/h l2=998.2kg/m3選38.5191.0塑料階梯環(huán)填料，其填料因子=166/m，空隙率=0.91，比表面積at

5、=132.5m2/m3,，bain-hougen關(guān)聯(lián)式常數(shù)a=0.204，k=1.75。求泛點氣速，并確定操作氣速u泛點氣速uf可由eckert通用關(guān)聯(lián)圖或bain-hougen關(guān)聯(lián)式兩種方法求取，現(xiàn)選用bain-hougen關(guān)聯(lián)式求解uf。uf=3.943m/s取u=0.8uf=3.1544m/s求取塔徑取d=800mm，此時塔的截面積=0.785d2=0.5026m2核算操作氣速則其在允許范圍之內(nèi)。核算徑比d/d=800/38.5=20.788滿足階梯環(huán)徑比要求。校核噴淋密度umin=（lw)minat=0.08132.5=10.6m3/（m2.h）u=5792.42/998/0.5026

6、=11.54810.6m3/（m2.h） （滿足要求）五、計算填料層高度因為水吸收氨氣為氣膜控制，故選用1.傳質(zhì)單元高度的計算（1） 氨氣在兩相中的擴散系數(shù)氨氣在氣相中的擴散系數(shù)首先計算氨氣在各組分中的擴散系數(shù)，然后再計算其在混合氣體中的擴散系數(shù)。計算公式如下：dg = dnh3-空氣= 氨氣在液相中的擴散系數(shù)由威爾基公式得：=2.6, mb=1.00510-3pa.s, vba=25.8cm3/mol（2）氨氣在兩相中的黏度 氣相黏度 =0.06366kg/(m.h) 液相黏度由于水中其他組分的濃度極小，可認為液相為純水。故l=1.00510-3pa.s=3.618kg/（m.h）（3) 氣

7、液兩相的sc數(shù)（4） 吸收液與填料塔的表面張力 吸收液：=72.810-3n/m=72.812960=943488kg/h2 填料: c=33mn/m =427680kg/h2 (聚丙烯塑料）（5）惰性氣體的對數(shù)平均分壓pbm 塔底壓力 :p1=101.3kpa 塔頂壓力 : p2=95.3kpa pb1=p1（1-ynh3,1）=101.3（1-0.06）=95.222kpa pb2=p2（1-ynh3,2)=95.3(1-0.0006)=95.2428kpa (6)氣相的摩爾流率 gm1=5000/（22.40.5026）=444.1192kmol/（m2.h)（7）填料塔的當量直徑（8）

8、氣相質(zhì)量流率g g=500028.28/（22.40.5026）=12559.6896kg/（m2.h）（9）液相質(zhì)量流率l l=5792.42/0.5026=11524.91kg/（m2.h） (10) 有效傳質(zhì)比表面積aw因此aw=0.3664132.5=48.548m2/m3（11）氣相傳質(zhì)系數(shù) 由修正的恩田公式得：（12）液相傳質(zhì)系數(shù)由修正恩田公式得： 由于u0.5uf故還需校正，校正如下：(13)總傳質(zhì)系數(shù)因此kga=12.634(14)總傳質(zhì)單元高度2、傳質(zhì)單元數(shù)的計算y1=y1/1-y1)=0.06/(1-0.06)=0.06383y2=y1(1-)=0.06（1-0.99）=0

9、.0006383x2=（0.8/22.4）/（998/18）=6.44110-4x1=0.057763、填料層的有效傳質(zhì)高度及分段數(shù) 考慮到公式的誤差，取安全系數(shù)為1.2，得到填料層總高zz=1.2h=1.24.9959=5.99508m實際取6m，分一段就可。六、計算填料層壓降查?？嗣撏ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖全塔壓降：p/z=1009.81pa/m 全塔壓降：p=1009.816=5.886kpa七、混合氣體和吸收劑入口管徑的計算 常溫下管道中氣體的流速一般控制在在1020m/s v1=5000m3/h=1.3889m3/s 氣=15m/s 所以混合氣體的管徑取377mm，壁厚為9mm驗算： 液體入口管徑

10、的計算 常溫下管道中水的流速一般在0.51.5m/s之間 所以混合氣體的管徑取45mm，壁厚為2mm驗算： 八、填料塔主要內(nèi)件和附屬設(shè)備選型初始液體分布器：溢流盤式分布器液體再分布器：槽盤式液體分布器填料支承板：多塊梁式支承板填料壓板：網(wǎng)板型壓板除霧沫器：金屬絲網(wǎng)除霧器氣體入塔分布器：柵條形分布器解吸塔：真空解吸塔其余略。九 設(shè)計一覽表 經(jīng)上述論述和計算得填料吸收塔設(shè)計一覽表（見表4.1）表4.1 填料吸收塔設(shè)計一覽表吸收塔類型：聚丙烯階梯環(huán)吸收填料塔混合氣處理量： 5000m3/h名稱工藝參數(shù)物料名稱清水混合氣體操作壓力，kpa101.3101.3操作溫度，2020流體密度，kg/m3998

11、.21.179黏度，kg/(m*h)3.6180.065表面張力，kg/h943488427680(聚丙烯)流量，kg/h4181.515000流速，m/s0.881313.805接管尺寸，mm4523779塔徑，mm800填料層高度，mm6000壓降，kpa8.829操作液氣比0.9616 十 后記 歷時兩個星期的化工原理課程設(shè)計結(jié)束了，在這個課程設(shè)計過程當中，我們綜合地運用了我們所學(xué)習(xí)過的流體力學(xué)，吸收等方面的化工基礎(chǔ)知識，設(shè)計了一款可應(yīng)用于吸收氨的填料塔。在為期兩周的課程設(shè)計當中我感觸最深的便是實踐聯(lián)系理論的重要性，當遇到實際問題時，只要認真思考，用所學(xué)的知識，再一步步探索，是完全可以解

12、決遇到的一般問題的。這次的課程設(shè)計內(nèi)容包括工藝流程的設(shè)計，塔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計，數(shù)據(jù)的校驗。目的主要是使我們對化學(xué)工藝原理有一定的感性和理性認識；對水吸收氨等方面的相關(guān)知識做進一步的理解；培養(yǎng)和鍛煉我們的思維實踐能力，使我們的理論知識與實踐充分地結(jié)合，做到不僅具有專業(yè)知識，而且還具有較強的實踐能力，能自主分析問題和解決問題。通過這次對填料吸收塔的設(shè)計，培養(yǎng)了我們的能力：首先培養(yǎng)了我們查閱資料，選用公式和數(shù)據(jù)的能力，其次還可以從技術(shù)上的可行性與經(jīng)濟上的合理性兩方面樹立正確的設(shè)計思想，分析和解決工程實際問題的能力，最后熟練應(yīng)用計算機繪圖的能力以及用簡潔文字，圖表表達設(shè)計思想的能力。不僅讓我將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際中，而且對知識也是一種鞏固和提升充實。在老師和同學(xué)的幫助下，及時的按要求完成了設(shè)計任務(wù)，通過這次課程設(shè)計，使我獲得了很多重要的知識，同時也提高了自己的實際動手和知識的靈活運用能力。 參考文獻1. 石油化學(xué)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計院. 塔的工藝計算. 北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，19972. 化工設(shè)備技術(shù)全書編輯委員會.