環(huán)境工程原理課程設(shè)計水吸收氨填料塔設(shè)計

1、 目 錄第一章 設(shè)計任務(wù)21.1 設(shè)計任務(wù)21.2 設(shè)計條件21.3 設(shè)計內(nèi)容31.4 設(shè)計要求31.4.1 設(shè)計說明書內(nèi)容31.4.2設(shè)計圖3第二章 吸收流程的確定3第三章 填料的選擇4第四章 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)整理44.1 液相物性數(shù)據(jù)44.2 氣相物性數(shù)據(jù)54.3 氣液相平衡數(shù)據(jù)6第五章 物料衡算65.1 物料衡算與吸收操作線方程65.2吸收劑用量對操作線的影響75.3 最小液氣比7第六章 填料塔工藝尺寸計算86.1 填料塔塔徑的計算86.1.1 泛點氣速的計算86.1.2 塔徑的計算及校核96.2 填料層高度計算10第七章 填料塔流體力學(xué)校核127.1 壓降127.2泛點率137.3氣體動能

2、因子13第八章 塔內(nèi)輔助裝置的選擇和計算138.1 液體分布器與液體再分布裝置138.1.1 液體分布器138.1.2 液體再分布裝置148.2填料塔附屬高度158.3填料支承板及壓緊裝置158.3.1 支承板158.3.2 填料壓緊裝置168.4 氣液進出口管168.5 液體除霧器168.6 筒體和封頭188.6.1 筒體188.6.2 封頭的選擇188.7 人孔和手孔198.8 法蘭198.9 裙座21第九章 主要符號說明22第十章 設(shè)計計算結(jié)果總匯表23第十一章 對設(shè)計成果的評價和討論24第十二章 參考文獻25第一章 設(shè)計任務(wù)1.1 設(shè)計任務(wù)水吸收氨填料塔設(shè)計1.2 設(shè)計條件氣體混合物成

3、分：空氣和氨混合氣流量： 3000 m3/h氨的含量： 7.13%（體積）氨的回收率： 99%吸收劑：清水,吸收劑的用量為最小用量的1.4倍操作溫度：298k操作壓力：101.3kpa1.3 設(shè)計內(nèi)容（1）確定吸收流程。（2）物料衡算，確定塔頂塔底的氣液流量和組成。（3）選擇填料、計算塔徑、填料層高度、填料分層、塔高。（4）流體力學(xué)特性校核：液氣速度的求取、噴淋密度校核、填料層壓降計算。（5）附屬裝置的選擇與確定：液體噴淋裝置、液體再分布器、氣體進出口及液體進出口裝置、柵板。1.4 設(shè)計要求1.4.1 設(shè)計說明書內(nèi)容1）目錄和設(shè)計任務(wù)書2）流程及流程說明3）計算（根據(jù)計算需要做粗話必要的草圖，

4、計算中所采用的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式應(yīng)注明其來源）4）設(shè)計計算結(jié)果總匯表5）對設(shè)計成果的評價及討論6）參考文獻1.4.2設(shè)計圖繪制填料塔設(shè)計圖第二章 吸收流程的確定用水吸收氨氣為提高傳質(zhì)效率，選用逆流吸收流程。第三章 填料的選擇 對于水吸收氨氣的過程，操作溫度及操作壓力都較小，工業(yè)上常用散裝填料。本設(shè)計中，處理量小，所以塔徑不大，采用dn50mm金屬矩鞍環(huán)填料。 查表1得:該填料的比表面積a=74.9（m2/m3） 空隙率為96% 填料因子為84.7(m-1)第四章 基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)整理4.1 液相物性數(shù)據(jù) 在25時， 密度2=997.08(kg/m3) 粘度3l=0.8937(mps) 表面張力4=71

5、.97(mn/m) nh3在水中的擴散系數(shù)5d12溶質(zhì)1在溶劑2中的擴散系數(shù)，cm2/s； 溶劑2的分子量； t溫度，k； 溶劑2的粘度； 溶質(zhì)1在正常沸點下的分子體積；查表6得 溶劑2的締合參數(shù)，無因次，水為2.6；甲醇為1.9；乙醇為1,5；其他非締合液體為1故25時nh3在水中的擴散系數(shù)為： 4.2 氣相物性數(shù)據(jù) 1）混合氣體平均摩爾質(zhì)量：mvm=yimi=0.071317+(1-0.0713)29=28.14(g/mol) 2)混合氣體的平均密度： 3)混合氣體粘度3： 20時，v=18.08(pas) 30時，v=18.56(pas) 25時的粘度可近似取 4）nh3在空氣中的擴散系

6、數(shù)7 dv=0.0043kt1.5 dv=0.00430.008322981.5=0.184(cm2/s)=0.0663(m2/h)4.3 氣液相平衡數(shù)據(jù) 1）常壓下25時nh3在水中的亨利系數(shù)8e=1.66(kpakgmol-1)=97.65（kpa） 2）相平衡常數(shù)：m=e/p=97.65/101.3=0.964 3)溶解度系數(shù)：第五章 物料衡算5.1 物料衡算與吸收操作線方程 5.2吸收劑用量對操作線的影響5.3 最小液氣比 操作液氣比為1.4倍最小液氣比：第六章 填料塔工藝尺寸計算6.1 填料塔塔徑的計算 6.1.1 泛點氣速的計算 式中：-液體的質(zhì)量流速,kg/h -氣體的質(zhì)量流速，

7、kg/h -液體的密度，kg/m3 -氣體的密度，kg/m3 -實驗填料因子，m.查表9得：=135(m-1) -水的密度與液體密度之比； -泛點氣速，m/s -液體的粘度，mpas.查eckert泛點氣速關(guān)聯(lián)圖10得： 取6.1.2 塔徑的計算及校核 圓整塔徑d=0.7m1）泛點率校核 （在允許范圍內(nèi)）2）填料規(guī)格校核 符合3）液體噴淋密度校核式中：u-液體噴淋密度，m3/(m2h) lh-液體噴淋量，m3/h d-填料塔直徑，m式中：umin-最小噴淋密度，m3/(m2h) (lw)min-最小潤濕密度，m3/h.對于直徑不超過75mm的散裝填料，可取最小潤濕速率(lw)min為0.08m

8、3/(mh);對于直徑大于75mm的散裝填料，可取(lw)min為0.12m3/(mh)。 at-填料的總比表面積，m2/m3uumin 符合。6.2 填料層高度計算 式中：z-填料層高度，m hog-氣相總傳質(zhì)單元高度，m nog-氣相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次. 采用脫吸因數(shù)法進行計算： 1) 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)的計算 其中，1/s為脫吸因子，2）氣相總傳質(zhì)高度計算 恩田修正公式11: 式中：、-分別為氣相、液相傳質(zhì)系數(shù)，kmol(m2skpa)、m/s;-單位體積填料潤濕表面積，m2/m3; -填料比表面積，m2/m3;、-分別為氣相、液相質(zhì)量流速，kg/(m2s);t-氣體溫度-k；r-氣體常

9、數(shù)-kj/(kmolk)、-分別為溶質(zhì)在氣相和液相中的擴散系數(shù)，m2/s;、-分別為氣體和液體的粘度，pas、-分別為液體和氣體密度，kg/m3-液體表面張力，n/m;-填料材質(zhì)的臨界表面張力，鋼制的為75dyn/cm.12-填料的形狀修正系數(shù)，這里取1.1913 整合為9m.對于鞍環(huán)14： hmax6m 取 則h=5700=3500mm 將填料分為2層，則每層4.5m, 符合條件。第七章 填料塔流體力學(xué)校核7.1 壓降 查表15得: 查eckert泛點氣速關(guān)聯(lián)圖10得： （145490pa/m）7.2泛點率7.3氣體動能因子 第八章 塔內(nèi)輔助裝置的選擇和計算8.1 液體分布器與液體再分布裝置

10、 8.1.1 液體分布器 本設(shè)計填料為散堆填料，塔徑為700mm，塔高9m,因此選用多孔型排管式重力型液體分布器。1） 由表8-116知： 表8-1 排管式液體分布器參數(shù) 管內(nèi)流速取0.1m/s,支管內(nèi)徑可取30mm.2） 液體保持管尺寸及孔徑17式中：d-布液孔直徑，m; v-液體流率，m3/s; n-布液孔數(shù),取80； k-孔流系數(shù)；該值由小孔流動雷諾數(shù)決定，在雷諾數(shù)大于1000的情況下，可取0.600.62. h-液體高度，取200mm. g-重力加速度，m/s2 取k=0.618.1.2 液體再分布裝置選擇盤式液體再分布器24,它通常與氣體噴射式支承板組合使用。 圖8-1 盤式液體再分

11、布器高度為240mm.8.2填料塔附屬高度 塔上部取1.5m,釜液停留時間取5min,則： 塔下部取1.2m;液體再分布器高度：0.24m附屬高度為：1.2+1.5+0.24+0.6=3.54m8.3填料支承板及壓緊裝置8.3.1 支承板 由表8-218選擇梁式氣體噴射式支承板 表8-2 梁式氣體噴射式支承板參數(shù)8.3.2 填料壓緊裝置 選擇絲網(wǎng)床層限定板，限定板固定在填料塔壁上，以穩(wěn)定填料，并保持體積。塔徑d不大于1200mm時，壓板外徑比塔的內(nèi)徑小1020mm.所以壓板外徑690mm.8.4 氣液進出口管 取氣體流速為15m/s,液體流速為1m/s19:氣體進出口管直徑 取300mm,厚度

12、為8mm.20液體進出口管直徑 取32mm,厚度為3mm20校核：當(dāng)d1=300mm, 當(dāng)d2=32mm, 符合。8.5 液體除霧器選擇上裝式絲網(wǎng)除沫器，通過絲網(wǎng)的最大氣速21： 實際氣速選最大氣速的0.750.8倍：由表8-322得： 表8-3 絲網(wǎng)除沫器參數(shù)圖8-2 絲網(wǎng)除沫器網(wǎng)塊和格柵所用材料為23： 表8-3 絲網(wǎng)除沫器網(wǎng)塊和格柵所用材料參數(shù)8.6 筒體和封頭 8.6.1 筒體根據(jù)jb1153-73,由表8-4可選擇： 表8-4 筒體參數(shù)8.6.2 封頭的選擇 選擇eha橢圓形封頭 根據(jù)jb/t4746-2002，得表8-5 表8-5 eha橢圓形封頭參數(shù)公稱直徑/mm曲面高度/mm直

13、邊高度/mm總高度/mm碳素鋼厚度/mm內(nèi)表面積/m2容積/m3質(zhì)量/kg7001752520040.58610.054518.078.7 人孔和手孔 由于直徑較小，所以不設(shè)人孔。 選擇手孔時，根據(jù)hgt 21514-2005 鋼制人孔和手孔的類型與技術(shù)條件，選擇常壓下的手孔，公稱直徑為150mm，如表8-6。 表8-6 手孔參數(shù)8.8 法蘭根據(jù)hg20593-97板式平焊鋼制管法蘭，在0.25mpa下進行選擇。在塔的筒體上和氣相、液相進出口管上各有法蘭，由表8-7進行選擇。 表8-7 法蘭參數(shù)8.9 裙座 圖8-3 圓錐形裙座筒體上端至塔釜封頭切線高度：h1=38mm24選用圓形檢查孔，數(shù)量

14、2，中心高度h2=900mm,直徑d450，寬度m25025排氣管直徑d80，排氣孔中心距裙座頂端距離h3=140mm26直進料管高度h4=200mm27彎進料管高度h5=200mm 28裙座總高度h=38+900+900+200+200=2238mm,圓整后取2.3m。第九章 主要符號說明a填料的比表面積，m2/m3 密度，kg/m3l氨在液相中的粘度，mps 液體表面張力，mn/mdl氨在水中的擴散系數(shù)，cm2/s mvm混合氣體平均摩爾質(zhì)量，g/molvm混合氣體的平均密度,kg/m3 v混合氣體粘度，pasdv-氨在空氣中的擴散系數(shù)，cm2/s enh3在水中的亨利系數(shù)，kpam相平衡

15、常數(shù),無因次 h溶解度系數(shù)，kmol/(kpam3)nog氣相總傳質(zhì)單元數(shù) p操作壓力，pap壓力降，pa u空塔氣速，m/s泛點氣速，m/s u液體噴淋密度，m3/(m2h)umin最小液體噴淋密度，m3/(m2h) v氣體摩爾流量，kmol/hwl液體質(zhì)量流量，kg/h wv氣體質(zhì)量流量，kg/hx液相摩爾分數(shù) x液相摩爾比y氣相摩爾分數(shù) y氣相摩爾比z填料層高度，m 實驗填料因子，l/ml氣體摩爾流量，kmol/h d塔徑,mlh-液體噴淋量，m3/h (lw)min最小潤濕密度，mhhog氣相總傳質(zhì)單元高度，m 1/s脫吸因子單位體積填料潤濕表面積，m2/m3 填料材質(zhì)的臨界表面張力，

16、dyn/cm填料的形狀修正系數(shù)f氣體動能因子，第十章 設(shè)計計算結(jié)果總匯表設(shè)計任務(wù) 水吸收氨填料塔的設(shè)計操作條件常溫、常壓吸收流程逆流填料填料類型填料比表面積a/（m2/m3）填料空隙率填料因子/(m-1)填料因子泛點填料因子壓降填料因子dn50mm金屬矩鞍環(huán)填料74.90.9684.713571基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)液相物性數(shù)據(jù)氣相物性數(shù)據(jù)氣液相平衡數(shù)據(jù)密度/kg/m3粘度/mps表面張力/mn/m擴散系數(shù)/ cm2/s密度/(kg/m3)粘度/ups平均摩爾質(zhì)量/(g/mol)擴散系數(shù)/ cm2/s亨利系數(shù)/ kpa相平衡常數(shù)溶解度系數(shù)/kmol/(kpa.m3)997.080.893771.978.

17、644*10-61.15118.3228.140.18497.650.9640.567物料衡算數(shù)據(jù)y1y2x1x2氣相流量v/kmol/h液相流量l/kmol/h最小液氣比操作液氣比0.07680.0007680.5690113.94152.240.9541.336塔工藝尺寸數(shù)據(jù)氣相質(zhì)量流速/kg/h液相質(zhì)量流速/kg/h塔徑/m空塔氣速/m/s氣相總傳質(zhì)單元數(shù)氣相總傳質(zhì)單元高度/m填料層高度/m34532743.360.72.1712.0530.5439流體力學(xué)校核數(shù)據(jù)壓降/pa泛點率氣體動能因子/2030.670.592.328塔內(nèi)輔助裝置液體分布器多孔型排管式重力型液體再分布器盤式填料塔

18、附屬高度/m3.54支承板梁式氣體噴射式壓緊裝置絲網(wǎng)床層限定板液體進出口管徑/mm32氣體進出口管/mm300液體除霧器絲網(wǎng)除沫器筒體厚度/mm4封頭厚度/mm4手孔直徑/mm150裙座高度/m2.3第11章 對設(shè)計成果的評價和討論 本次設(shè)計過程，將我們平常學(xué)的理論知識運用到實踐當(dāng)中，在逐步進行設(shè)計和計算的過程中，會遇到很多或大或小的難題，有的需要查找資料，有的則會給出經(jīng)驗值，有時候一個小小的符號也會成為攔路虎。比如說：在進行氣液相擴散系數(shù)的計算時，公式很不容易查到，在這里，就首先感受到了查資料的重要性以及如何能夠高效查找；在選擇填料時，開始看到這么多種類的填料，十分迷茫，也就先大概確定了一種

19、填料，在后來的塔徑計算校核中，就充分體現(xiàn)了選擇合適填料的重要，如果選擇的填料不合適，那么在校核時是不符合要求的，就需要重新選擇填料，再進行計算；再到后面的傳質(zhì)單元高度的計算，這里是計算量最大的部分，需要仔細認真，否則很容易出錯，我在進行計算時，就因為疏忽大意，少看一個數(shù)，或忘記帶次方，或忘記開方，重新計算了好幾遍。最后的塔內(nèi)輔助裝置的設(shè)計時，需要查找很多資料和標準，在其中選擇合適的類型，充分鍛煉了我們查資料的能力；有時候雖然校核都符合，但算出的結(jié)果并不十分理想，比如在進行氣體進出口管的計算時，在給定的氣流量下，選擇范圍內(nèi)的最大氣速，算出的管徑幾乎是塔徑的一半，這顯然并不合適，其實，這和前面選擇

20、的填料是相互關(guān)聯(lián)的，填料的比表面積大，其最小噴淋密度就大，要使實際噴淋密度大于最小噴淋密度，就要減小塔徑，即增大空塔氣速，這樣，塔徑太小，就使得氣相管徑和塔徑的比例不協(xié)調(diào)，要改善這一情況，就要選擇泛點填料因子較大而填料比表面積較小的填料，這就能使塔徑增大。 總之，雖然困難頗多，但在老師的幫助以及和同學(xué)的資源共享、互相討論的過程中，也將本次設(shè)計順利地完成，并且通過此次設(shè)計，我收獲頗多：首先對吸收過程有了更加深入的了解；其次鍛煉了我查找資料的能力；最后在進行文檔編輯中，也學(xué)到了很多排版方法。 在今后的學(xué)習(xí)過程中，肯定會有更多具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。通過此次實踐，我認識到自己還有很多需要學(xué)習(xí)的東西，同時也

21、為自己積累了一些經(jīng)驗，在以后的學(xué)習(xí)中，要通過不斷地努力，做到越來越好。 第十二章 參考文獻1 匡國柱,史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計,化學(xué)工程出版社.p258,表6-3.2 劉光啟,馬連湘.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊,化學(xué)工業(yè)出版社.p3,表1.2.1.3 劉光啟,馬連湘.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊,化學(xué)工業(yè)出版社.p12,表1.3.1.4 劉光啟,馬連湘.化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊,化學(xué)工業(yè)出版社.p15,表1.4.1.5 時鈞,汪家鼎.化學(xué)工程手冊,第二版,上卷,化學(xué)工業(yè)出版社,1-149.6 楊祖榮.化工原理，第二版.化學(xué)工業(yè)出版社.p209，表5-47 劉光啟,馬連湘.化工物性算圖手冊,化學(xué)工程出版社.p694.8 時鈞,汪家鼎.化學(xué)工程手冊,第二版,上卷，化學(xué)工業(yè)出版社,1-115 表5-8.9 匡國柱,史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計,化學(xué)工程出版社.p262， 表6-8.10 匡國柱,史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計,化學(xué)工程出版社.p262， 圖6-12.11 匡國柱,史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計,化學(xué)工程出版社.p270.12 匡國柱,