第17組(水吸收氨填料塔的設(shè)計)

1、 2021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：水吸收氨過程填料塔的設(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(xì)那么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%格式標(biāo)準(zhǔn)是否符合規(guī)定的格式要求5-44-33-22-1格式標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容完整設(shè)計任務(wù)書、評分標(biāo)準(zhǔn)、主要設(shè)備計算、作圖、后記、參考文獻(xiàn)、小組成員及承當(dāng)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、完整和標(biāo)準(zhǔn)10-88-66-44-1計算記錄設(shè)計

2、圖紙30%圖面布置 圖紙幅面、比例、標(biāo)題欄、明細(xì)欄是否標(biāo)準(zhǔn)10-88-66-44-1圖面布置標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注文字、符號、代號標(biāo)注是否清晰、正確10-88-66-44-1標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)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比擬圖紙與說明書平時成績20%出勤計算、上機(jī)、手工制圖10-88-66-44-1現(xiàn)場考察衛(wèi)生與紀(jì)律設(shè)計室是否整潔、衛(wèi)生、文明10-88-66-44-1辯論成績15%內(nèi)容表述辯論表述是否清楚5-44-33-22-1現(xiàn)場考察內(nèi)容是否全面5-44-33-22-1答復(fù)以下問題答復(fù)以下問題是否正確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

3、名 年 月 日 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(60)目錄111設(shè)計方案11工藝計算物料衡算2塔徑計算358輔助設(shè)備的選擇810101111設(shè)計一覽表及符號說明12對設(shè)計過程的評述1314書水吸收氨填料塔設(shè)計1、氣體混合物成分：空氣和氨；2、氨的含量： 4.5體積；3、混合氣體流量： 2000m3/h；4、操作溫度：293K；5、混合氣體壓力：；6、回收率： 99.8。1、完成填料塔的工藝設(shè)計與計算，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計和選型；2、繪制吸收系統(tǒng)的工藝流程圖和填料塔裝置圖；3、編寫設(shè)計說明書。該填料塔中，氨氣和

4、空氣混合后，經(jīng)由填料塔的下側(cè)進(jìn)入填料塔中，與從填料塔頂流下的清水逆流接觸，在填料的作用下進(jìn)行吸收。經(jīng)吸收后的混合氣體由塔頂排除，吸收了氨氣的水 由填料塔的下端流出。 階梯環(huán)是對鮑爾環(huán)的改良，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半，并在一端增加了一個錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的間隙，同時成為液體沿填料外表流動的聚集分散點，可以促進(jìn)液膜的外表更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。該過

5、程處理量不大，所用的塔直徑不會太大，可選用5030梯環(huán)塔填料，如以下圖：其主要性能參數(shù)如下：材質(zhì)外徑d，mm外徑高厚dH比外表積at，m2/m3空隙率，m3/m3個數(shù)n，個/m3堆積密度p，kg/m3干填料因子at/3，m-1填料因子，m-1塑料2538507625381915030763732288150027200998034203131122401208072表1 國內(nèi)階梯環(huán)特性數(shù)據(jù) 根據(jù)所要處理的混合氣體，可采用水為吸收劑，其廉價易得，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，選擇性好，符合吸收過程對吸收劑的根本要求。 空氣和水的物性常數(shù)如下：空氣：水： 外表張力為：L=72.6 dyn/cm=940896

6、kg/h220下氨在水中的溶解度系數(shù)亨利系數(shù) 相平衡常數(shù) E亨利系數(shù) H溶解度系數(shù) Ms相對摩爾質(zhì)量 m相對平衡常數(shù)進(jìn)塔氣相摩爾比為：出塔氣相摩爾比為：對于純?nèi)軇┪者^程，進(jìn)塔液相組成為：(清水)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為：混合氣體流量：惰性氣體流量：最小液氣比：取實際液氣比為最小液氣比的1.8倍，那么可得吸收劑用量為：V單位時間內(nèi)通過吸收塔的惰性氣體量，kmol/s;L單位時間內(nèi)通過吸收塔的溶解劑，kmol/s;Y1、Y2分別為進(jìn)塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;X1、X2分別為進(jìn)塔及出塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比，koml/koml;液氣比 經(jīng)計算該吸收過程為低濃度吸收過程，溶

7、液的物性數(shù)據(jù)可近似取純水的物性數(shù)據(jù)?；旌蠚怏w的黏度可近似取為空氣的黏度。混合氣體的密度 采用貝恩-霍根關(guān)聯(lián)式計算泛點速度：氣體質(zhì)量流量：液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即：填料總比外表積：水的黏度 F泛點氣速，m/s； g重力加速度，981m/s2 at填料總比外表積，m2m3 填料層空隙率，m3m3； V,L氣相、液相密度，k/m3； L液體粘度，mPas;A,K關(guān)聯(lián)常數(shù)。表2.不同類型填料的A、K值散裝填料類型AK規(guī)整填料類型AK塑料鮑爾環(huán)金屬階梯環(huán)金屬鮑爾環(huán)瓷矩鞍塑料階梯環(huán)金屬環(huán)矩鞍取泛點率為0.6，即那么 D塔徑，m；V操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s ;空塔氣速，即按空塔截

8、面積計算的混合氣體線速度，m/s. 圓整后取 D=0.5m常用的標(biāo)準(zhǔn)塔徑為400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200泛點率校核：對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為填料規(guī)格校核： 液體噴淋密度校核：取最小潤濕速率為：所以 經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用合理。查表知， 0，101.3 下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)由，那么293下，在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為液相擴(kuò)散系數(shù)液體質(zhì)量通量為氣體質(zhì)量通量為脫吸因數(shù)為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為：氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算：不同材質(zhì)的c值見表3.23.2 不同材質(zhì)的c值材質(zhì)鋼陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蠟的外表外

9、表張力，N/m10375613340567320查表知，所以，氣膜吸收系數(shù)由下式計算：液膜吸收系數(shù)由下式計算：表3.3 各類填料的形狀系數(shù)填料類型球棒拉西環(huán)弧鞍開孔環(huán)值1查表3.2得：那么由 得，那么 氣膜體積吸收系數(shù)，； 液膜體積吸收系數(shù)，；由 HOG氣相傳質(zhì)單元高度，m 塔截面積，m2由 Z填料層高度，m設(shè)計取填料層高度為：對于階梯環(huán)填料，將填料層分為1段設(shè)置。采用Eckert通用關(guān)聯(lián)圖計算填料層壓降橫坐標(biāo)為：縱坐標(biāo)為：查圖得，填料層壓降為：4 輔助設(shè)備的選擇 填料支承裝置用于支承塔填料及其所持有的氣體、液體的質(zhì)量，同時起著氣液流道及氣體均布作用。故在 設(shè)計支承板是應(yīng)滿足以下三個根本條件：

10、1自由截面與塔截面之比不小于填料的空隙率；2要有足夠的強(qiáng)度承受填料重量及填料空隙的液體；3要有一定的耐腐蝕性。用豎扁鋼制成的柵板作為支承板最為常用，如圖3.3中的a。柵板可以制成整塊或分塊的。一般當(dāng)直徑小于500mm時可制成整塊；直徑為600800mm時，可以分成兩塊；直徑在9001200mm時，分成三塊；直徑大于1400mm時，分成四塊；使每塊寬度約在300400mm之間，以便拆裝。柵板條之間的距離應(yīng)約為填料環(huán)外徑的0.60.7。在直徑較大的塔中，當(dāng)填料環(huán)尺寸較小的，也可采用間距較大的柵板，先在其上布滿尺寸較大的十字分隔瓷環(huán)，再放置尺寸較小的瓷環(huán)。這樣，柵板自由截面較大，如圖3.3c所示。當(dāng)

11、柵板結(jié)構(gòu)不能滿足自由截面要求時，可采用如圖3.3b所示的升氣管式支承板。氣相走升氣管齒縫，液相由小孔及縫底部溢流而下。這類支承板，有足夠齒縫時，氣相的自由截面積可以超過整個塔德橫截面積，所以絕不會在此造成液泛。本設(shè)計塔徑D=500mm，采用結(jié)構(gòu)簡單、自由截面較大、金屬耗用量較小，由豎扁鋼制成的柵板作為支承板，將其分成兩塊，柵板條之間的距離約為24.7mm。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支承，以取得較大的孔隙率。由于采用的是50mm的填料，所以可用75mm的十字環(huán)。 a柵板 b升氣管式 c十字隔板環(huán)層圖3.3 填料支承板填料支撐裝置對于保

12、證填料塔的操作性能具有重大作用。采用結(jié)構(gòu)簡單、自由截面較大、金屬耗用量較小的柵板作為支撐板。為了改善邊界狀況，可采用大間距的柵條，然后整砌一、二層按正方形排列的瓷質(zhì)十字環(huán)，作為過渡支撐，以取得較大的孔隙率。由于采用的是的填料，所以可用的十字環(huán)。塔徑設(shè)計為一塊板即可。且需要將其擱置在焊接于塔壁的支持圈或支持塊上。 液體分布器的作用：液體分布裝置設(shè)于填料層頂部，用于將塔頂液體均勻分布在填料外表上，液體的分布裝置性能對填料塔效率影響很大，特別是大直徑、低填料層的填料塔，尤其需要性能良好的液體分布裝置。由于液體在填料塔內(nèi)分布均勻，可以增大填料的潤濕外表積，以提高別離效果。因此，液體在塔頂?shù)某跏季鶆驀娏?/p>

13、，是保證填料塔到達(dá)預(yù)期別離效果的重要條件。常用的液體分布裝置有蓮蓬式、盤式、齒槽式及多孔管式分布器等。 這里我們所采用的是蓮蓬頭式分布器，因為塔徑只有500mm，可采用小型蓬頭，此并且此分布器噴灑比擬均勻，適于本塔操作。 蓮蓬式噴淋器:液體經(jīng)半球形噴頭的小孔噴出。小孔直徑為310m，做同心圓排列，噴灑角不超過。這種噴淋器結(jié)構(gòu)簡單，但只適用于直徑小于600mm的塔中，且小孔易堵塞。液體分布裝置的安裝位置，須高于填料層外表200mm,經(jīng)計算我們的到的噴淋高度為250mm,以提供足夠的自由空間，讓上升氣流不受約束地穿過分布器。液體引入排管噴淋器的方式采用液體由水平主管一側(cè)引入，通過支管上的小孔向填料

14、層噴淋。填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布，對500mm直徑以下的小塔，可使進(jìn)氣管伸到塔中心位置，管端切成450向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴(kuò)大器，或采用其它均布?xì)饬鞯难b置。為防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取1020m/s高壓塔氣速低于此值；液體進(jìn)出口管氣速可取0.81.5m/s必要時可加大些。管徑依所選氣速決定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)行圓整，并規(guī)定其厚度。 氣體進(jìn)氣口氣速取15m/s，液體進(jìn)液口流速取/s氣體進(jìn)出口管直徑： 液體流量： 液體進(jìn)出口管直徑： 按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)格進(jìn)

15、行圓整后得，氣體進(jìn)口出管直徑D1=219mm，厚度為8mm 液體進(jìn)出管直徑D2=32mm，厚度為3mm。設(shè)計位于塔底的進(jìn)氣管時，主要考慮兩個要求：壓力降要小和氣體分布要均勻。由于填料層壓力降較大，減弱了壓力波動的影響，從而建立了較好的氣體分布；同時，本裝置由于直徑較小，可采用簡單的進(jìn)氣分布裝置。 氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。本塔設(shè)計的是絲網(wǎng)式除沫器，這種除沫器具有比外表積大，質(zhì)量輕，孔隙率大以及使用方便等優(yōu)點，特別是它具有除沫效率高、壓力降小的特點，但是考慮到腐蝕性，所

16、以所采用的材料用耐腐蝕性金屬或合成纖維等材料。 本塔所采用的壓板是網(wǎng)板式壓板裝置，這種壓板由鋼圈、柵條及金屬絲網(wǎng)制成，多用作金屬、塑料制散裝填料的限位器。本塔所用的填料為聚丙烯塑料階梯環(huán)，因此可此采用此壓板裝置。設(shè)計一覽表及符號說明設(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： 2000m3/h名稱工藝參數(shù)物料名稱清水混合氣體操作壓力，kPa操作溫度，2020流體密度，kg/m3黏度，kg/(m*h)外表張力，kg/h940896427680(聚乙烯)流量，kg/h流速，m/s1接管尺寸直徑32219塔徑，mm500填料層高度，mm6000壓降，KPa操作液氣比0.818符號說明表

17、填料層的有效傳質(zhì)比外表積m/m填料層的潤滑比外表積m/m吸收因數(shù);無因次填料直徑，mm；填料當(dāng)量直徑，mm擴(kuò)散系數(shù)，m/s； 塔徑亨利系數(shù)，KPa重力加速度，kg/(m.h)溶解度系數(shù)，kmol /(m.KPa)氣相總傳質(zhì)單元高度，m氣膜吸收系數(shù), kmol /(m.s.KPa)氣相總傳質(zhì)系數(shù)，無因次氣膜吸收系數(shù), kmol /(m.s.KPa)kJ/(kmol.K)解吸因子溫度，0C空塔速度，m/s液泛速度，m/s惰性氣體流量，kmol/h混合氣體體積流量，m3/h混合氣體流量，kmol/h是吸收液量 kmol/h填料因子， m-1吸收劑用量kmol/h; kmol/s壓降填料因子， m-1

18、液體密度校正系數(shù)x溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率 無因次y溶質(zhì)組分在液相中的摩爾分率 無因次Z填料層高度 mmin最小的max最大的密度 kg/m3外表張力 N/m孔隙率相平衡常數(shù)，無因次這次我的課程設(shè)計題目是水吸收氨過程填料塔的設(shè)計，這是關(guān)于吸收中填料塔的設(shè)計。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)較簡單，壓降低，填料易用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點。通過這次的課程設(shè)計，讓我從中體會到很多。課程設(shè)計是我們在校大學(xué)生必須經(jīng)過的一個過程，通過課程設(shè)計的鍛煉，可以為我們即將來的畢業(yè)設(shè)計打下堅實的根底！使我充分理解到化工原理課程的重要性和實用性，更特別是對各方面的了解和設(shè)計，對實際單元操作設(shè)計中所涉及的各個方面要注意問題都有所了解。 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(jì)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