化学工程与工艺专业毕业设计4000立方每小时水吸收氨过程填料吸收塔设计.doc

学号：HeFei University 设计名称： 4000m3/h水吸收氨过程填料吸收塔设计 系 别： 化学与材料工程系 专 业： 化学工程与工艺 姓 名： 完成时间： 2015/1/22 指导老师： 胡科研 目 录一、概述21.1化工工艺设计的意义和主要内容21.1.1课程相关内容21.1.2设计的意义21.2.1环氧乙烷的简介21.2.2环氧乙烷的应用31.3本设计的主要思路和创新点31.3.1主要思路31.3.2创新点3二、设计任务书32.1设计题目32.2操作条件42.3设计内容4三、设计方案43.1流程图及流程说明43.2填料及吸收剂的选择4四、工艺计算54.1基础物性数据54.1.1液相物性数据54.2物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成54.3塔径的计算64.3.1塔径的计算64.3.2泛点率校核74.3.3填料规格校核74.3.4液体喷淋密度校核74.4填料层高度计算74.4.1传质单元高度计算84.4.2 填料层高度的计算104.5填料塔压降的计算104.6吸收塔的主要接管尺寸的计算124.6.1气体进料管124.6.2液体进料管134.7吸收塔设计条件图表13五、符号说明14六、对设计过程的评述15参考文献15附图16 4000m3/h水吸收氨过程填料吸收塔设计一、概述1.1化工工艺设计的意义和主要内容1.1.1设计的意义专业课程设计是学生学完专业基础课及专业课之后，进一步学习工程设计的基础知识，培养学生工程设计能力的重要教学环节，也是学生综合运用相关课程知识，联系生产实际，完成以单元操作为主的一次工程设计的实践。为了加强本科学生专业课程设计这一重要实践教学环节的规范化管理，保证专业课程设计工作有序进行及教学质量，特制定专业课程设计的有关要求。1.1.2化工工艺设计主要内容设计方案简介，对方案的工艺流程、主要设备、物料的选取进行简要概述。主要设备的工艺设计计算，包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、设备的工艺尺寸选择及结构设计。工艺流程简图，以单线图的形式绘制，标出主体设备和辅助设备的物流向、物流量、和主要化工参数测量点。主体设备工艺条件图（CAD图），图纸上包括设备的标题栏、明细栏、管口表、设计数据表、技术要求。1.2设计步骤 根据设计任务和工艺要求，确定设计方案:针对物系及分离要求，选择适宜填料；确定塔径、填料层高度等工艺尺寸；计算塔高、及填料层的压降。1.3本设计的主要思路和创新点1.3.1主要思路该填料塔中，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。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水，由填料塔的下端流出。1.3.2创新点本次设计采用逆流操作：吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。所需 的换热器的传热面积较小，逆流的另一优点是可节省加热介质或冷却介质的用量。二、设计方案2.1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。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水，由填料塔的下端流出。2.2填料及吸收剂的选择该过程处理量不大，所用的塔直径不会太大，可选用2512.51.4聚丙烯阶梯环塔填料，其主要性能参数如下：比表面积at：223m2/m3 空隙率：0.90湿填料因子：172m-1 填料常数 A:0.204 K：1.75见下图：图1聚丙烯阶梯环塔填料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。三、工艺计算3.1基础物性数据3.1.1液相物性数据 3.1.2气相物性数据混合气体平均密度： =427680()空气黏度：273K，101.3Kpa，氨气在空气中扩散系数：3.2物料衡算20，101.3Kpa下氨气在水中的溶解度系数：进塔气相摩尔比： 出塔气相摩尔比：对于纯溶剂吸收过程，进塔液相组成：混合气体流量 ：进塔惰性气体流量： 吸收过程属于低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比可按下式计算： 取操作液气比为最小液气比的1.5倍，可得吸收剂用量为：根据全塔物料衡算式:液气比 ： 3.3塔径的计算3.3.1塔径的计算考虑到填料塔内塔的压力降,塔的操作压力为101.3采用贝恩-霍夫泛点关联式:即 取泛点率为0.6。即 圆整后取：3.3.2泛点率校核（在0.5到0.85范围之间）3.3.3填料规格校核 3.3.4液体喷淋密度校核取最小润湿速率为： 所以得故满足最小喷淋密度的要求.4.4填料层高度计算4.4.1传质单元高度计算273K，101.3kpa下，氨气在空气中的扩散系数.由,则293K，101.3kpa下，氨气在空气中的扩散系数293K，101.3kpa下，氨气在水中的扩散系数 (查化工原理附录) 脱吸因数为：气相总传质单元数为： = =14.992气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算：液体质量通量为：气体质量通量为：故 气膜吸收系数： 液膜吸收系数: 查表得=1.35故=0.12730.2476223=9.778=0.30370.2476223=18.907f =0.7330.5以下公式为修正计算公式： 则 （H为溶解度系数）；=10.163由 =0.296m4.4.2 填料层高度的计算由取上下活动系数为1.5故：取填料层高度为7m。查化工原理课程设计散装填料分段高度推荐值查得：塑料阶梯环 h/D815 取h/D=10，得 h=100.4=4m故：填料层需要分为二段，高度分别为3.5m。4.5填料塔压降的计算采用Eckert通用关联图计算填料层压降横坐标为：=0.0228查化工原理课程设计得：纵坐标为：查图得 填料层压降为：12图2 埃克脱通用关联图4.6吸收塔的主要接管尺寸的计算4.6.1气体进料管 由于常压下塔气体进出口管气速可取1220，故若取气体进出口流速近似为16m/s，则由公式可求得气体进出口内径为 采用直管进料，由化工原理第三版查得：选择热轧无缝钢管，则 （在符合范围内）气体进出口压降: 进口：出口： 4.6.2液体进料管 由于常压下塔液体进出口管速可取，故若取液体进出口流速近似为2.6m/s，则由公式可求得液体进出口内径为 采用直管进料，由化工原理第三版查得：选择热轧无缝钢管，则 （在符合范围内）4.7吸收塔设计条件图表吸收塔类型聚丙烯阶梯环吸收填料塔混合气体处理量（m3/h）1000塔径D（m）0.4填料层高度Z（m）7气相总传质单元高度（m）0.296气相总传质单元数14.992泛点气速（m/s）3.017泛点率0.733压降（kpa）5.15操作压力（kpa）101.3操作温度（）20填料直径（mm）25孔隙率0.90填料比表面积a(/m3)223填料常数A0.204填料常数K1.75五、符号说明填料层的有效传质比表面积（m/m）填料层的润滑比表面积m/m吸收因数;无因次填料直径，mm；填料当量直径，mm扩散系数，m/s； 塔径亨利系数，KPa重力加速度，kg/(m.h)溶解度系数，kmol /(m.KPa)气相总传质单元高度，m气膜吸收系数, kmol /(m.s.KPa)气相总传质系数，无因次气膜吸收系数, kmol /(m.s.KPa)气体通用常数，8.314kJ/(kmol.K)解吸因子温度，0C空塔速度，m/s液泛速度，m/s惰性气体流量，kmol/h混合气体体积流量，m3/h混合气体流量，kmol/h是吸收液量 kmol/h填料因子， m-1吸收剂用量kmol/h; kmol/s压降填料因子， m-1液体密度校正系数x溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次y溶质组分在液相中的摩尔分率 无因次Z填料层高度 mmin最小的max最大的粘度 Pa.s密度 kg/m3表面张力 N/m孔隙率相平衡常数，无因次六、总结本次我的化工原理课程设计题目是“水吸收氨过程填料塔的设计”，这是关于吸收中填料塔的设计。填料塔是以塔内装有大量的填料为相接触构件的气液传质设备。填料塔的结构较简单，压降低，填料易用耐腐蚀材料制造等优点。本次设计采用逆流操作：吸收剂以塔顶加入自上而下流动，与从下向上流动的气体接触，吸收了吸收质的液体从塔底排出，净化后的气体从塔顶排出。在填料塔中，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。经吸收后的混合气体由塔顶排除，吸收了氨气的水，由填料塔的下端流出。此次设计遵循成本最优原则，环境保护，三废处