化工原理课程设计123

化工原理课程设计——水吸收氨填料塔设计目录一前言………………………………………………………………………………………3二设计任务…………………………………………………………………………………3三设计条件…………………………………………………………………………………3四设计方案…………………………………………………………………………………31．吸收剂的选择………………………………………………………………………32．流程图及流程说明…………………………………………………………………33．塔填料的选择………………………………………………………………………4五工艺计算…………………………………………………………………………………41．物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成…………………………………42．塔径的计算…………………………………………………………………………53.填料层高度计算……………………………………………………………………74.填料层压降计算……………………………………………………………………105.液体分布装置………………………………………………………………………116.液体再分布装置……………………………………………………………………137.填料支撑装置………………………………………………………………………148.流体进出口流差……………………………………………………………………159.填料层的附属高度…………………………………………………………………16六设计一览表……………………………………………………………………………172七对本设计的评述………………………………………………………………………18八参考文献………………………………………………………………………………19九附图（带控制点的工艺流程简图、主体设备设计条件图）3一．前言课程设计是本课程教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性、学习化工设计基本知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生能综合利用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。同时，通过课程设计，还可以使学生树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度责任感的工作作风。课程设计是增强工程观念，培养提高学生独立工作能力的有益实践。二、设计任务：1、完成填料塔的工艺设计与计算，有关附属设备的设计和选型;2、绘制吸收系统的工艺流程图和填料塔装置图;3、编写设计说明书。三、设计条件：1、气体混合物成分：空气和氨；2、氨的含量：4.5％（体积）；3、混合气体流量：4000m3/h；4、操作温度：293K；5、混合气体压力：101.3KPa；6、回收率：99.8％。四、设计方案1．吸收剂的选择根据所要处理的混合气体，可采用水为吸收剂，其廉价易得，物理化学性能稳定，选择性好，符合吸收过程对吸收剂的基本要求。2．流程图及流程说明该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。经吸收后的混合气4体由塔顶排除，吸收了氨气的水由填料塔的下端流出。（如右图所示）3．塔填料选择塔填料的选择是填料塔设计中重要一环，一般要求塔填料具有较大的通量，较低的压降，较高的传质效率，同时操作弹性大，性能稳定，能满足物系的腐蚀性、污堵性、热敏性等特殊要求，填料的强度要高，便于塔的拆装、检修、并且价格要低廉。为此填料应具有较大的比表面积，较高的空隙率，结构要敞开，死角小，液体的再分布性能好，填料的类型、尺寸、材质选择适当。塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100℃以下使用。对于水吸收氨过程，在常温常压下进行，所以采用工艺上采用塑料乱堆填料。塑料阶梯环的综合性能比较好，所以选择D50聚乙烯阶梯环填料，其主要性能参数如下：比表面积a：114.232/mm干填料因子：1143m空隙率：92.7%五、工艺计算对低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取纯水的物性数据。混合气体的黏度可近似取为空气的黏度。空气和水的物性常数如下：空气：35/205.1)/(065.01081.1mkghmkgsPa水：sPamkgLL53104.100/2.9981、物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成5查表知，20C下氨在水中的溶解度系数)/(725.03kpamkmolH亨利系数SLHME相平衡常数754.03.10102.18725.02.998PHMPEmSL进塔气相摩尔比为：04712.0045.01045.01Y出塔气相摩尔比为：00009424.0045.01)998.01(045.02Y对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：02X(清水)混合气体的平均摩尔质量为：)/(46.2829)045.01(17045.0kmolkgM混合气体流量：)/(382.1664.2212932734000hkmol惰性气体流量：)/(895.158)045.01(382.166hkmolV最小液气比：752.00754.004712.000009424.004712.0)(21212121minXmYYYXXYYVL取实际液气比为最小液气比的1.8倍，则可得吸收剂用量为：)/(519.2248.1895.158752.0hkmolL04169.05.1752.000009424.004712.0)(211LYYVX液气比854.0183.1400018519.224VL2．塔径计算混合气体的密度333/183.1293315.81046.28103.101mkgRTMPG6采用贝恩-霍根泛点关联式计算泛点速度：smugauaguFLLGtFLLGtF/3161.6004.1183.12.1142.998927.081.95942.05942.05206.0)2.998183.1()183.1400018519.224(75.1204.0]lg[2.032.03281412.032μF——泛点气速，m/s；g——重力加速度，9．81m/s2at——填料总比表面积，m2／m3ε——填料层空隙率，m3／m3；ρV,ρL——气相、液相密度，k/m3；μL——液体粘度，mPa·s;A,K——关联常数。A,K取值可有表3.13.1不同类型填料的A、K值散装填料类型AK规整填料类型AK塑料鲍尔环0.09421.75金属阶梯环0.1061.75金属鲍尔环0.11.75瓷矩鞍0.1761.75塑料阶梯环0.2041.75金属环矩鞍0.062251.75取泛点率为0.6，即smuuF/0523.53161.68.06.0smuVDS/5293.036000523.514.3400044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.7圆整后取mD6.0泛点率校核：smu/9317.36.0785.03600400026225.03161.69317.3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：81250600dD液体喷淋密度校核：取最小润湿速率为：)/(08.0)(3minhmmLW32/2.114mmat所以)/(14.92.11408.0)(23minminhmmaLUtWmin2322)/(30.146.0785.02.99818159.224785.0UhmmDLUh经以上校核可知，填料塔直径选用mD6.0合理。3．填料层高度计算查表知，0C，101.3kpa下，3NH在空气中的扩散系数scmD/198.02由23))((oooTTPPDDG，则293k，101.3kpa下，3NH在空气中的扩散系数为scmDDG/220.0)273293)(3.1013.101(223液相扩散系数smDL/1076.129液体质量通量为)/(57.143006.0785.018519.22422hmkgUL气体质量通量为)/(52.167446.0785.0183.1400022hmkgUV8003143.004169.0754.02211mXYmXY脱吸因数为5570.08.1752.0754.0LmVS气相总传质单元数为：196.12]5570.0000009424.0004712.0)5570.01[(5570.011])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不同材质的бc值见表3.23.2不同材质的бc值材质钢陶瓷聚乙烯聚氯乙烯碳玻璃涂石蜡的表面表面张力，N/m×10375613340567320查表知，2/427680/33hkgcmdync所以，3952.0})2.1149408962.99857.14300()1027.12.9982.11457.14300()6.32.11457.14300()940896427680(45.1exp{12.0205.08221.075.0twaa气膜吸收系数由下式计算：)/(1733.0)293314.8103600220.02.114()360010220.0183.1065.0()065.02.11452.16744(237.0)()()(237.0243147.0317.0kpahmkmolRTDaDaUVtVVVvtVG液膜吸收系数由下式计算：96470.0)2.9981027.16.3()36001076.12.9986.3()6.32.1143592.057.14300(0095.0)()()(0095.031821932312132LLLLLLwLLgDaU填料类型球棒拉西环弧鞍开孔环Ψ值0.720.7511.191.45查表3.2得：45.1则haakpahmkmolaawLLwGG16360.3045.12.1143592.06470.0)/(6981.1045.12.1143592.0.01733.04.04.031.11.15.06225.0316.6/9317.3/Fuu由auuaauuaLFLGFG])5.0(6.21[])5.0(5.91[2.24.1得，hakpahmkmolaLG14214.316360.30])5.06225.0(6.21[)/(0736.166981.10])5.06225.0(5.91[2.234.1则)/(4241.94214.31725.010736.16111113kpahmkmolaHaaLGGGak——气膜体积吸收系数，)/(3kPahmkmol；Lak——液膜体积吸收系数，h/1；由mPaVaKVHGYO