HCl水吸收填料塔设计

设计任务书1.水吸收HCl填料塔的设计（一）设计题目试设计一座填料吸收塔，用于回收空气中的HCl气体。混合气体处理量为_3500__m3/h。进口混合气中含HCl___6%__（体积百分数）；混合气进料温度为30℃。采用20℃清水进行吸收。要求：①HCl的回收率达到__99.85%__。②塔顶排放气体中HCl含量低于__0.15%__（二）操作条件（1）操作压力202.6kPa（2）操作温度20℃（3）吸收剂用量为最小用量的倍数自己确定（4）塔型与填料自选，物性查阅相关手册。（三）设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）吸收塔的物料衡算；（3）吸收塔的工艺尺寸计算；（4）填料层压降的计算；（5）液体分布器简要设计；（6）绘制液体分布器施工图；（7）其他填料塔附件的选择；（8）塔的总高度计算；（9）泵和风机的计算和选型；（10）吸收塔接管尺寸计算；（11）设计参数一览表；（12）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；（13）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）；（14）对设计过程的评述和有关问题的讨论。目录前言..............................................................11、填料塔主体设计方案的确定........................................21.1装置流程的确定..................................................21.2吸收剂的选择..................................................21.3填料的选择..................................................22、基础物性数据及物料衡算...........................................32.1基础物性数据....................................................32.1.2气相物性数据..................................................32.1.3气液相平衡数据...............................................32.1.4物料横算......................................................42．2填料塔工艺尺寸的计算........................................52.2.1塔径的计算....................................................52.2.3填料层压降计算：..............................................92.2.4液体分布装置..................................................93、附属设备的选择与计算............................................103.1填料支撑装置...................................................103.2填料压紧装置................................................103.3吸收塔主要接管的尺寸计算....................................103.4填料塔附属高度的计算........................................123.5离心泵和风机的选择..........................................12设计一览表.........................................................141基础物性数据和物料衡算结果汇总：..............................142填料塔工艺尺寸计算结果表：....................................153吸收塔设计一览表..............................................16对本设计的评述.....................................................16前言填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以她特别适用于处理量肖，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。1、填料塔主体设计方案的确定1.1装置流程的确定本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。1.2吸收剂的选择因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。1.3填料的选择塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。填料的种类主要从传质效率、通量、填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值D/d1。综合考虑填料规格，种类和材质后，选用聚丙烯鲍尔环填料2、基础物性数据及物料衡算2.1基础物性数据2.1.1液相物性数据对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。由手册查得20℃水的有关物性数据如下：1.3998.2/lkgm2.黏度：3^10005.1sPa3.表面张力为:272.6/940896/zdyncmkgh4.20℃HCl：H＝0.199)(3kPamkmol5.20℃HCl：LD＝2.8×10^-9s2m6.20℃HCl：VD＝1.56×10^-5s2m2.1.2气相物性数据1.混合气体的平均摩尔质量为)/(45.2929)06.01(5.3606.0kmolkgM2.混合气体的平均密度333/449.2293315.81045.2910202.6mkgRTMPVR=8.3143/mKPakmolK3.混合气体黏度可近似取为空气黏度。查手册得20C时，空气的黏度551.7310622810/vpaskgmh注：211/Nkgms2211/1/PaNmkgsm1Pa.s=1kg/(m.s)2.1.3气液相平衡数据由手册2查得，202.6kPa，200C时，HCl在水中的亨利系数为E=275kpa200C时，HCl在水中的溶解度:H=0.199kmol/(m3.kPa)相平衡常数：375.16.20200.18199.02.998PHMPEmSL溶解度系数:)/(199.03kpamkmolH2.1.4物料衡算1.进塔气相摩尔比为06383.006.0106.01Y2.出塔气相摩尔比为0015.02Y对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：02X(清水)混合气体流量：)/(59.1454.2212932733500hkmol惰性气体流量：)/(85.136)06.01(59.145hkmolV最小液气比：3427.10375.106383.00015.006383.0)(21212121minXmYYYXXYYVL取实际液气比为最小液气比的2.5倍，则可得吸收剂用量为：)/(37.4595.285.1363427.1hkmolL01857.05.23427.10015.006383.0)(211LYYVXV——单位时间内通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s;L——单位时间内通过吸收塔的溶解剂，kmol/s;Y1、Y2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;X1、X2——分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，koml/koml;2．2填料塔工艺尺寸的计算2.2.1塔径的计算混合气体的密度333/449.2293315.81045.29106.202mkgRTMPG填料总比表面积：32/115mmat水的黏度sPaL3^10005.1采用贝恩-霍根泛点关联式3计算泛点速度：7241.0)2.998449.2()449.235001837.459(75.10942.0]lg[81418/14/12.032LVVLLLVtFwwKAagusmugauFLLVtF/1405.2005.1449.21152.99889.081.91888.01888.02.032.032μF——泛点气速，m/s；g——重力加速度，9．81m/s2at——填料总比表面积，32mmε——填料层空隙率，32mmρV,ρL——气相、液相密度，k/m3；μL——液体粘度，mPa·s;取泛点率为0.6，即smuuF/8194.11405.285.085.0smuVDS/8250.036008194.114.3350044圆整后取mD0.1D——塔径，m；V——操作条件下混合气体的体积流量，m3/s;u——空塔气速，即按空塔截面积计算的混合气体线速度，m/s.圆整后取D=0.8m（常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200）泛点率校核：smu/2385.10.1785.036003500258.01405.22385.1Fuu（对于散装填料，其泛点率的经验值为85.0~5.0/Fuu）填料规格校核：15~103.26381000dD液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为)/(08.0)(3minhmmLW32/115mmat所以)/(20.911508.0)(23minminhmmaLUtWmin2322)/(55.100.1785.02.9981837.459785.0UhmmDLUh经以上校核可知，填料塔直径选用mD0.1合理。2.2.2填料层高度的计算及分段查表知，0C，101.3kpa下，HCl在空气中的扩散系数scmD/156.02由23))((oooTTPPDDG，则293k，202.6kpa下，lHC在空气中的扩散系数为scmDG/0867.0)273293)(6.2023.101(156.0223液相扩散系数smDL/1050.125液体质量通量为)/(32.105330.1785.01837.45922hmkgUL气体质量通量为)/(11.109190.1785.0449.2350022hmkgUV002553.001857.0375.12211mXYmXY脱吸因数为4096.037.45985.136375.1LmVS气相总传质单元数为：488.5]4096.000015.0006383.0)40969.01[(4096.011])1[(112221LnSYYYYSLnSNOG气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：})()()()(45.1exp{12.0205.0221.075.0tLLLLtLLtLLctwaUgaUaUaa查表4知，2/427680/33hkgcmdync所以，3582.0})1159408962.99832.10533