吸收塔的工艺计算

1第3章吸收塔的工艺计算3.1基础物性数据3.1.1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℃时水的有关物性数据如下：密度为3998.2/Lkmm粘度为001.0LsPa=3.6kg/(m·h)表面张力为272.6/940896/Ldyncmkghσ查手册得20C时氨在水中的扩散系数为921.76110/Dms3.1.2气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为0.05170.952928.40/VmiiMyMkgkmol混合气体的平均密度为3VmPM101.32528.4=1.161kg/m8.314298VmRT25C时混合气体流量：)/(2.229215.27315.29821003hm混合气体的粘度可近似取为空气的粘度,查手册得25C时空气的黏度为:518.1100.065/()vpaskgmhμ由手册查得,25C时氨在空气中的扩散系数为:220.236/0.08496/vDcmsmh3.1.3气相平衡数据有手册查得氨气的溶解度系数为230.725/()HkmolkPam计算得亨利系数998.276.410.72518.02LSEkPaHM相平衡常数为76.410.7543101.3EmP3.2物料衡算进塔气相摩尔比为：05263.005.0105.01Y出塔气相摩尔比为：003158.0)94.01(05263.0)1(12AYY对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成为：02X(清水)惰性气体流量：)/(06.89)05.01(4.222100hkmolV最小液气比：7090.007543.0/05263.0003158.005263.0/)(21212121minXmYYYXXYYVL取实际液气比为最小液气比的2倍，则可得吸收剂用量为：)/(287.12606.894180.14180.17090.02)(2minhkmolLVLVL03876.06584.113)003158.005263.0(06.89)(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，kmol/kmol;X1、X2——分别为进塔及出塔液体中溶质组分的摩尔比，kmol/kmol;33.3填料塔的工艺尺寸的计算3.3.1塔径的计算填料塔直径的计算采用式子4sVDu计算计算塔径关键是确定空塔气速,采用泛点气速法确定空塔气速.泛点气速是填料塔操作气速的上限,填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速才能稳定操作.泛点气速(/)fums的计算可以采用EcKert通用关联图查图计算,但结果不准确,且不能用于计算机连续计算,因此可采用贝恩-霍根公式计算:气体质量流量：h/kg2.2661161.12.2292VW液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即：hkgWL/69.227502.18287.126120.20.2583lg[()()]()()tvvFLLLvLuWAKgW式中29.81/gms23114.2/tmm30.9271.161/vkgm3998.2/Lkgm0.2041.751.0042275.69/2661.2/LLvAKmpasWkghWkgh代入以上数据解得泛点气速4.219/Fums取0.83.352/Fuums4则塔径42292.20.49236003.143.352Dm圆整后取0.5500Dmmm3.3.2泛点率校核22292.2/36003.244/0.7850.5ums3.244100%76.89%4.219Fufuf在50%-85%之间,所以符合要求.3.3.3填料规格校核有50010850Dd即符合要求.3.3.4液体喷淋密度校核对于直径不超过75mm的散装填料塔,取最小润湿速率为：hmmLw/08.03min本设计中填料塔的喷淋密度为:32222275.6911.62/()0.785998.20.7850.5hLUmmhD最小喷淋密度:32minmin()0.08114.29.136/()wtULmmhminUU说明填料能获得良好的润湿效果.经以上校核可知，填料塔直径选用D=500mm能较好地满足设计要求。3.4填料塔填料高度计算3.4.1传质单元高度计算传质过程的影响因素十分复杂,对于不同的物系、不同的填料及不同的流动状况与操作条件,传质单元高度迄今为止尚无通用的计算方法和计算公式.目前,在进行设计时多选用一些5准数关联式或经验公式进行计算,其中应用较普遍的是修正的恩田(Onde)公式:2.0205.0221.075.045.1exp1tLLLLtLLtLLCtwUgUU查]1[13-5得233/427680/Cdyncmkgh液体质量通量为222275.6911585.8726/0.7850.5LUkgmh0.050.750.12280.2242768011595.872611595.8726114.21.45940896114.23.6998.21.27101exp0.348211595.8726998.2940896114.2wt230.348239.76/wtmm气膜吸收系数有下式计算：气体质量通量为：222292.21.16113560.48/()0.7850.5VkgmhU10.7310.7321113560.480.065114.20.084960.237114.20.0651.1610.084968.3142930.1577VVtVGtVVVUDkcDRTkmolmhKPa液膜吸收系数由下式计算：210.533120.583390.009511595.87263.63.61.27100.009539.763.6998.21.761103600998.20.5614/LLLLwLLLLUgkaDmh由1.1wGGkk，查[1]14-5得645.1则1.11.130.157739.761.459.4359/()GGwkkkmolmhkPa0.40.40.561439.761.4525.8980/LLwkkh因为76.89%50%Fuu,所以必须对Gk和Lk进行校正,校正计算如下:由1.419.5(0.5)GGFukku,2.212.6(0.5)LLFukku得1.4319.5(0.76890.5)9.435923.6898/()GkkmolmhkPa2.212.6(0.76890.5)25.898029.6420/Lkh则气相总传质系数为:31111.2683/()111123.68980.72529.6420GGLkkmolmhkpakHk由289.060.397611.2683101.30.7850.5OGGVHmK3.4.2传质单元数的计算*110.75430.038760.02924YmX*220YmX解吸因数为0.754389.060.5319126.287mVSL气相总传质单元数为：*12*22110.052630ln(1)ln(10.5319)0.53194.3143110.53190.0035180OGYYNSSSYY3.4.3填料层高度的计算由0.39764.31431.7154OGOGZHNm得1.41.71542.4016Zm设计取填料层高度为3Zm7查16-5[1]对于阶梯环填料，h/D=8～15,mh6max取8hD,则85004000hmmmm计算得填料塔高度为3000mm，故不需分段。3.5填料塔附属高度计算塔上部空间高度可取1.5m,塔底液相停留时间按5min考虑,则塔釜所占空间高度为125602275.690.96810.50.7853600998.2hm考虑到气相接管所占的空间高度,底部空间高度可取1.5m,所以塔的附属高度可以取3m.所以塔高为336AHm3.6液体分布器计算和再分布器的选择和计算3.6.1液体分布器液体分布装置的种类多样，有喷头式、盘式、管式、槽式、及槽盘式等。工业应用以管式、槽式、及槽盘式为主。性能优良的液体分布器设计时必须满足以下几点：⑴液体分布均匀评价液体分布均匀的标准是：足够的分布点密度；分布点的几何均匀性；降液点间流量的均匀性。①分布点密度。液体分布器分布点密度的选取与填料类型及规格、塔径大小、操作条件等密切相关，各种文献推荐的值也相差较大。大致规律是：塔径越大，分布点密度越小；液体喷淋密度越小，分布点密度越大。对于散装填料，填料尺寸越大，分布点密度越小。表3-1列出了散装填料塔的分布点密度推荐值表3-1Eckert的散装填料塔分布点密度推荐值塔径，mm分布点密度，2/m点塔截面D=400330D=750170D≥120042②分布点的几何均匀性。分布点在塔截面上的几何均匀分布是较之分布点密度更为重要的问题。设计中，一般需通过反复计算和绘图排列，进行比较，选择较佳方案。分布点的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。③降夜点间流量的均匀性。为保证各分布点的流量均匀，需要分布器总体的合理设计、精细的制作和正确的安装。高性能的液体分布器，要求个分布点与平均流量的偏差小于6%。8⑵操作弹性大液体分布器的操作弹性是指液体的最大负荷与最小负荷之比。设计中，一般要求液体分布器的操作弹性为2～4，对于液体负荷变化很大的工艺过程，有时要求操作弹性达到10以上，此时，分布器必须特殊设计。⑶自由截面积大液体分布器的自由截面积是指气体通道占塔截面积最小应在35%以上。⑷其他液体分布器应结构紧凑、占用空间小、制造容易、调整和维修方便。按Eckert建议值，D≥1200mm时，喷淋点密度为42点／m2，因该塔液相负荷较大，设计取喷淋点密度为100点／m2。3.6.2布液孔数（1）液体分布器选型本设计中塔径较小，故此选用管式液体分布器。（2）分布点密度计算该塔的塔径较小，且填料的比表面积较大，故应选较大的分布点密度。设计中取分布点密度为200点/m2。布液点数为20.7850.620056.5257n点按分布点几何均匀与流量均匀的原则，进行布点设计。设计结果为：主管直径383.5，支管直径183.采用7根支管，支管中心距为65mm，采用正方形排列，实际布点数为59n点。布液点示意图如下：Φ18X3656565656565Φ38x3.5360480图2管式液体分布器布液点示意图9（3）布液计算由2024LdngH取0.60，160Hmm则0444917.71960.00532997.0836003.14590.629.810.16LdngHm设计取05.3dmm3.6.3液体保持管高度取布液孔直径为5.3mm，则液位保持管中的液位高度为：2222449